Поставленная цель достигается тем, что для формирования второго напряжения сравнения дополнительно определяют на том же конце векторы напряжения включенных фаз и угол между векторами напряжений по концам линии одноименных включенных фаз, суммируют измеренные векторы напряжения, сумму векторов умножают на коэффициент, зависящий от указанного угла, и сдвигают на угол, пропорциональный указанному углу, а для формирования первого напряжения сравнения из напряжения отключенной фазы выделяют составляющую, совпадающую по частоте и фазе со вторым напряжением сравнения, причем величину заданного соотнощения сравнения устанавливают по параметрам контролируемой линии электропередачи без замыкания. Для получения згла между векторами нанряжения одноименных включенных фаз дополнительно измеряют ток одной из включенных фаз по крайней мере на одном конце линии и угол определяют по формуле
Xcosw
6 zir arcsin W
где X - реактанс линии;
и - напряжение включенной фазы линии;
/ - ток включенной фазы линии; Ф - угол между током и нанряжением включенной фазы линии.
Кроме того, напряжение отключенной фазы получают, измеряя ток шунтирующего реактора этой фазы, а напряжение включенных фаз получают, измеряя токи этих фаз.
На фиг. 1 изображена схема электропередачи высокого или сверхвысокого напряжения.
Питающие щины 1 и 2 системы соединены линией электропередачи 3 через выключатели 4 и 5. На концах линии 3 могут быть установлены трехфазные группы щунтирующих реакторов 6 и 7, а в нейтралях этих групп возможна установка компенсационных реакторов 8 и 9. Шунтирующие и компенсационные реакторы устанавливают только на линиях сверхвысокого напряжения, поэтому на схеме фиг. 1 элементы 6-9 показаны пунктиром; их наличие или отсутствие не изменяет существа предложенного способа. По дуговому каналу 10 первоначально протекает ток короткого замыкания, а после отключения поврежденной фазы линин выключателями 4 и 5 - ток подпитки. Стрелками с буквами Р, I указано направление тока (передачи мощности) по неповрежденным фазам. Для определенности дальнейщнх пояснений принято, что замыкание произошло на фазе Л линии 3, а мощность по фазам В и С передается от щин 1 системы к щинам 2. Выключатели 4 и 5 на фазе А показаны в отключенном состоянии, что соответствует бестоковой паузе ОАПВ.
На фиг. 2 показана схема замещения электропередачи, изображенной на фиг. 1, применительно к режиму, устанавливающемуся в бестоковую паузу ОАПВ носле гащения дуги подпитки 10, т. е. после исчезновения замыкания, где Ё1л, EIB и Eic - векторы напрялсения на питающих шинах 1 системы соответственно для фаз А, В и С; Й2А, Еав и ЕЙС - то же на питающих шннах 2; L/iA, L/ZA - напряжение на отключенной фазе линии 3 по ее концам;
Со - емкость фазы линии 3 на землю, Cm - емкость между фазами линии; Хш - индуктивное сонротивление линии в прямой последовательности; лл - индуктивное сопротивление в общем проводе схемы замещения, воспроизводящее взаи.моиндукцию между фазами линии 3. Такая П-образная схема замещения линии общеупотребительна для процессов, нроисходящих на промышленной частоте. В случае установки на
линии щунтирующих и компенсационных реакторов 6-9 в схему замещения вводятся также индуктивные сопротивления Хт, эквивалентные влиянию комненсационного реактора на междуфазовые связи, и индуктивные сопротивления Хо, эквивалентные влиянию шунтирующего и компенсационного реакторов на связь фазы с землей.
На схеме фиг. 2 индуктивные сопротивления, создаваемые шунтирующими и компенсационными реакторами, показаны одинаковыми для обоих концов линни, что онтимально для линии СВН. Однако это условие не является обязательным (неодинаковость индуктивных сонротивлений по концам линии приводит только к количественному изменению рассматриваемых далее коэффициентов пропорциональности для электромагнитной составляющей напряжения). Для упрощения на фиг. 2 не показаны цепи емкостей на землю и реакторов для неповрежденных фаз линии. Эти цепи, полностью аналогичные цепям поврежденной фазы, практически не оказывают влияния на осуществление предлагаемого способа.
На фиг. 3 представлена векторная диаграмма напряжений и токов установивщегося режима в схеме фиг. 2.
В процессе горения дуги подпитки, т. е. при наличии замыкания (фиг. 1) на отключенной в цикле ОАПВ фазе линии, устаноБивщееся на этой фазе напряжение отличается от напряжения, устанавливающегося после угасания дуги подпитки, т. е. после исчезновения замыкания. Это различие иснользуется в предлагаемом способе. Напряжение, установившееся на отключенной в бестоковую паузу ОАПВ фазе линии после исчезновения замыкания (t/iA и UZA на фиг. 2), может быть представлено в виде
векторной суммы двух взаимно перненднкуляриых составляющих, электростатической f/o и электромагнитной t/м. На обоих концах линии электростатические составляющие одинаковы, а электромагнитные составляющие равны по величине и противоположны по направлению UiA---U, , + и (1) Для обозначений, принятых на фиг. 2, имеем и, к, (ilB Ч- KIC) cos у -. /С, (K2s + l:2c)c.(2) м f. (KiB + KIC) sin e , ,T 2) /Cj (ESS + T2c) sin где /Ci и /(E - коэффициенты пропорциональности, определяемые параметрами данной электропередачи без замыкания и равные К,- Со + 2С„; Со -г ЗС,„ , « Д o,5;fj б - Згол между векторами напряжений питающих щин EI и Ё2 (), определяемый по общеизвестным соотнощениям, передаваемой по линии мощностью или пропорциональным ей током неповрежденных фаз линии (/в+/с). Заметим, что поскольку поврежденная фаза линии отключена, сумма /В+/С равна тройному току нулевой последовательности линии (/в-Ь -f-/c 3/o). Отметим также, что принятое условие |E2| :;|Ei| всегда соблюдается в электропередачах СВН. Как показывает анализ, небольщое различие модулей ЁЗ и EI, возможное в передачах более низких напряжений, мало сказывается на точности предлагаемого способа. степень поперечной компенсации емкости линии реакторами. При отсутствии на линии шунтируюп1их реакторов G. Формула (4) справедлива при отсутствии на линии компенсационных реакторов 8 и 9. При их наличии в этой формуле вместо Cm следует подставить С,„ - - Отметим, что при неодинаковых индуктивных сопротивлениях реакторов (б и 7, 8 и 9 на фиг. 1), установленных по концам линии электропередачи СВН, векторы электромагнитной составляющей, оставщись перпендикулярными вектору электростатической составляющей и противоположно направленными по концам линии, будут численно неодинаковы для обоих концов; но и в этом случае их значения будут однозначно связаны с параметрами линии электропередачи. Таким образом, после исчезновения повреждения на отключенной фазе, вынужденное напряжение на обоих ее концах (f/.л, UZA) содержит по две взаимоперпсидикулярных составляющих, прямо пропорциональных векторной сумме напрял ений неповрежденных фаз. Амплитуда этих составляющих изменяется в зависимости от тока линии (величины передаваемой по линии мощности), будучи пропорциональна со - и sin - , а угол их поворота относительно упомянутой векторной суммы также определяется током линии (передаваемой мощностью), составляя в соответствии с формулами (2) и (3) Взаимное расположение векторов установивщихся напряженни U:. , их электростатической и электромагнитной составляющих f/э. м, а также векторов напряжений неповрежденных фаз EIB, Е|г, EZB и Е2с, вытекающее из схемы на фиг. 2 и формул (2) и (3), показано на фиг. 3. При построении токов на фиг. 3 учтено, что токи неповрежденных фаз сдвинуты относительно напряжений этих фаз на угол -, соответственно сумма т..-) ТОКОВ /В+/С (или тройной ток нулевой последовательности линии З/о) совпадает по направлению с вектором f/,,. Отметим, что при перекомпенсации линии по нулевой последовательности вектор f/э окажется повернут на 180° по сравнению с изображением на фиг. 3. Указанные в формулах (2) и (3) соотнощения, справедливы только пои отсутствии замыкания на отключенной фазе, поэтому сравнение f/iA или (и) соответственно с Еш-j-Eic или с Е2в+Е2с может быть использовано в целях контроля наличия и исчезновения замыкания. Если соотнощение формул (2) и (3) при таком сравнении не выполняется, на фазе А имеется замыкание; если это соотношение выполняется - значит, замыкание устранилось. В соответствии с изложенной теоретической основой предлагаемый способ контроля заключается в выполнении следующих операций.
1.Измеряют напряжения отключенной фазы линии по крайней мере на одном ее конце. Эта операция, необходимая для дальнейшего сформирования первого напряжения сравнения, совпадает с прототипом.
2.Измеряют на том же конце линии векторов напряжений включенных фаз. Напряжения этих фаз практически не содержат переходных составляющих и являются векторами промышленной частоты.
3.Определяют угол б между векторами напряжений по концам линии для одноименных включенных фаз.
4.Суммируют векторы напряжений включенных фаз,
5.Умножают сумму векторов напряжения на коэффициент, зависящий от угла
5, - коэффициент, равный cos -или .
6.Сдвигают умноженную сумму векторов на угол, зависящий от угла б. После этого
+ - (
ЛМНОлиоо 2 V
женная и сдвинутая сумма оказывается лежащей по оси, на которой должна располагаться электростатическая составляющая Оэ (либо электромагнитная составляющая С/м). Эти направления выделены на фиг. 3 штрих-пунктирными линиями. Выполнение операций 2-б приводит к образованию второго напряжения сравнения.
7.Выделяют из напряжения отключенной фазы линии вектора той же частоты, что и второе напряжение сравнения (исключают из напряжения отключенной фазы возможную свободную составляющую и выделяют вынужденное напряжение С/1л
или UZA.
8.Находят составляющую этого вектора, которая совпадает по фазе со вторым нанряжением сравнения. При отсутствии замыкания эта составляющая должна равняться йд или /м (в зависимости от сформированного второго напряжения сравнения). Выполнение операций 1, 7 и 8 приводит к образованию первого напряжения сравнения.
9.Сравнивают первое и второе напряжения сравнения.
10.Устанавливают исчезновение замыкания по достижении между сравниваемыми величинами заранее заданного соотнощения, определенного по параметрам контролируемой линии электропередачи без замыкания (если замыкание устранено, соотношение между сравниваемыми величинами равно соответственно Ki для из и Кг для
и,,).
Заметим, что рассматриваемая последовательность операций допускает некоторые перестановки без изменения существа предлагаемого способа. Например, операция 5
может быть выполнена до операции 4
(EiB-fE/f) или (Ё2в+Ё2с) на каждом из слагаемых отдельно, операция 3 - после операции 4 и т. д.
При выполнении операции 3 может быть использован любой известный способ измерения угла, например, его телепередача. Наиболее удобно для определения угла выполнить дополнительное измерение тока одной из включенных фаз па том же конце линии, где измеряют напряжение, после чего угол 6 можно определить по формуле
п.
Acostp
(5)
S - 2arcsin
гло ,:i-реактанс линии в прямой последовательности;и - напряжение включенной фазы
линии (Ё1В, Ё,с или Ё2В, Ё2с);
/ - ток включенной фазы (соответственно /в или /с); Ф - угол между током и напряжением включенной фазы линии. Возможно также после измерения тока одной из включенных фаз определить угол б из простого соотношения
(5а)
Использование излгерения тока для определения угла позволяет исключить необходимость обмена информацией между концами линии.
Можно предложить также следуюпше упрощения рассматриваемого способа.
С точностью, определяемой падением напряжения на внутреннем сопротивлении питающей системы от тока неповрежденных фаз (/в и /с на фиг. I и 2), векторная сумма напряжений неповрежденных фаз линии равна взятому с обратным знаком напряжению со стороны питающих щин для отключенной фазы
EIS -{- EIC - EU; Е2В + Е2С - Е2Л.
Замена суммы векторов неповрежденных фаз линии вектором напряжения со стороны питающих щин для отключенной фазы позволяет исключить суммирование, т. е. операцию 4. Производить замену знака напряжения при этом не обязательно, достаточно просто учесть изменение знака в конечной операции 10: Допустимость замены определяется величиной реактанса питающей системы, практически она может быть осуществлена в большинстве электропередач.
При осуществлении контроля по электростатической составляющей f/g можно также использовать для упрощения то обстоятельство, что в электропередачах, особенно при неполной загрузке их мощностью, угол б сравнительно невелик (как правило, он не
превышает 30°). Поэтому обычно cos - мало отличается от единицы, а направление оси йа повернуто на малый угол относительно суммы (ЕВ+ЕС). При осуществлении контроля по электростатической составляющей во многих случаях возможно опустить операции 5 и 6 и непосредственно сравнивать (Ев+Ёс) и составляющую йл, направленную по оси (Ёв+Ёс). На линиях электропередачи сверхвысокого напряжения с шунтирующими реакторами возможно применить еще одну модификацию предлагаемого способа. Выще было указано, что вынужденное напряжение на отключенной в цикле ОАПВ фазе линии зависит от наличия на ней замыкания. Естественно, что он наличия замыкания будет зависеть и вынужденный ток через щунтирующий реактор отключенной фазы, который пропорционален этому напряжению. Вынужденную составляющую тока через щунтирующие реакторы отключенной фазы после исчезновения замыкания (/PIA, /РЗА на фиг. 2) можно также представить в виде векторной суммы двух взаимно перпендикулярных составляющих, электростатической /э и электромагнитной /м. Векторы электростатической составляющей тока для обоих щунтирующих реакторов одинаковы и по величине и по направлению, а векторы электромагнитной составляющей равны по величине и противоположны по направлению/Р1А /9 + М f -/э-/« 4 - А:, (Ё1Л + EIC) COS ye А, (Е2В 4- 1--2с) COS -е 4 (/л + /с); А, - , Ср+ЗСп .. i - -Г-.Кг С„+2С Q Поскольку фаза А линии отключена, сумма токов двух неповрежденных фаз равна тройному току нулевой последовательности линии (/в+/с 3/о). Отметим, что формула (9), как и формула (4), справедлива при отсутствии на линии компенсационных реакторов 8 и 9; при их установке в формуле (9) вместо Cm следует подставить Cm- . При неодинаковых индуктивных сопротивлениях реакторов по концам линии (6 и 7, 8 и 9 на фиг. 1) электростатические и электромагнитные составляющие токов обо(6) их реакторов, сохранив свою взаимную перпендикулярность, станут попарно неодинаковыми, но и в этом случае нх значения будут однозначно связаны с параметрами электропередачи. Взаимное расположение векторов установивщихся напряжений и токов, соответствующее фиг. 2 и формулам (7) и (8), приведено на фиг. 3. Из формулы (7) видно, что величина электростатической составляющей тока щунтирующего реактора на отключенной фазе определяется величинами напрял ения на неповрежденных фазах и тока в них; поэтому контроль наличия замыкания на отключенной фазе по электростатической составляющей тока реактора требует измерения напряжения и тока и выполнения тех же операций, что предусматривает нривеДенисе выще описание контроля по напряжению. Зато электромагнитная составляющая тока щунтирующего реактора в соответствии с формулой (8) определяется только токов неповрежденных фаз лиНИИ (тройным током нулевой последовательности линии), что позволяет, используя для целей контроля составляющую /м, ограничиться измерением только тока и существенно уиростить способ контроля, исключив ряд операций. В последнем случае второе напряжение сравнения получают из токов включенных фаз, первое напряжение сравнения - из тока щунтирующего реактора отключенной ф азы, а исчезновение замыкания устанавливают по достижению между сравниваемыми величинами отношения, равного К ( + Л4 для начала линии, где измеряется ток /Р1Л, или - K, для конца линии, где измеряется ток /PSA) . Рассматриваемый способ контроля может быть легко реализован на известных элементах устройств релейной защиты, автоматики и вычислительной техники, а положенный Б основу способа принцип сравнения позволяет выполнить его чувствительным и точным. Коэффициенты Ki, ... Ki могут быть рассчитаны либо определены из эксперимента. Предлагаемый способ может быть приенен в лпниях электропередачи высокого сверхвысокого напряжения независимо от аличия на них щунтирующих и компенсаионных реакторов, поэтому иснользование го рекомендуется во всех случаях, когда электропередаче предусмотрено осущестление ОАПВ. Для практического осущетвления способа на линиях с щунтирующии реакторами нужно, чтобы частота своодных колебаний отличалась от 50 Гц не енее, чем на 3-5 Гц. Этому условию удоветворяют почти все линии СВН. При осуществлении контроля по напряению целесообразно дляповыщения чув11
ствительности способа сочетать в исполняемых на его основе устройствах проверку исчезновения повреждения по обеим составляющим напряжения отключенной фазы линии и по t/э и по UM. Осуществление контроля по току позволяет не только упростить устройство контроля, но и применить его на линиях электропередачи СВН, не имеющих собственных трансформаторов напряжения.
Формула изобретения
I. Способ контроля исчезновения замыкания на отключенной в цикле однофазного автоматического повторного включения фазе линии электропередачи путем формирования первого напряжения сравнения из напряжения отключенной фазы по крайней мере одного конца линии, сравнения его по величине со вторым напряжением сравнения и установления исчезновения замыкания по достижению между сравниваемыми величинами заранее заданного соотношения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности контроля, для формирования второго напряжения сравнения дополнительно определяют на том же конце линии векторы напряжений включенных фаз и угол между векторами напряжений по концам линии одноименных включенных фаз, суммируют измеренные векторы напряжения, сумму векторов умно12
жают на коэффициент, зависящий от указанного угла, и сдвигают на угол, пропорциональный указанному углу, а для формирования первого напряжения сравнения из напряжения отключенной фазы выделяют составляющую, совпадающую по частоте и фазе со вторым напряжением сравнения, причем величину заданного соотношения сравнения устанавливают по параметрам контролируемой линии электропередачи без замыкания.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью получения угла между векторами напряжений одноименных включенных фаз, дополнительно измеряют ток одной из включенных фаз по крайней мере на одном конце линии и угол определяют по формуле
X cos -i
5 1 2arcsin
217
где X - реактанс линии;
и - напряжение включенной фазы линии;/ - ток включенной фазы линии;
Ф - угол между током и на.тряжением
включенной фазы линии. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью его упрощения для линии электропередачи с шунтирующими реакторами, напряжение отключенной фазы получают, измеряя ток шунтирующего реактора этой фазы, а напряжение включенных фаз получают, измеряя токи этих фаз.
PJ
.С
Ф5
,
/- - -J V Г7
8(,.,
Р:
- у / t ,,
/ ,
V Д J
Fr-r
5/1й-1г
vТ -О -О X
г- -о-о-(
.
7 V Г7 V П 7
11 4:--т
(п„ J
,-E
puz.3
