Устройство для дистанционной защиты линии электропередачи Советский патент 1980 года по МПК H02H3/38 

синусоидальных сигналов с частотой 50 Гц. Для отстройки от свободных составляющих могут быть использованы полосовые фильтры либр осуществлена отстройка по времени. И тот и другой способы приводят к увеличению времени срабатывани я. Также следует отметить ненаправленное действие устройства.

Известно также быстродействующее устройство для защить ЛЭП с использованием модели защищаемой линии, основанное на формировании двух электрических величин и последующем их сравнении, построенное на операционных усилителях 5.

Последнее из известных устройств является наиболее близким к пр.едлагаемому по технической сущности.

Это устройство содержит трансформатор тока, (ТТ) с преобразователем TiOiK - напряжение на его выходе, к KOTOpqMy подключен блак для воспроизведения входного сопротивления короткого замыкания ЛЭП (названный в прототипе модель ЛЭП), под. ключенный к первому входу блока сравнения, состоящему «з прецизионного однополупериодного вьртрямителя, один из выходов «OTioporo через один из входов сумматора подключен к входу компаратора, а через инвертор и электронный ключ ко второму входу блока для сравнения, трансформатор напряжения (ТН) с преобразователем напряжение - напряжение на его выходе, который подключен одновременно к третьему входу сумматора, к первому входу дополнительного сумматора, входящего вместе с колебательным звено1У( в состав форм ирователя коммутирующего сигнала, и к входу прецизионнопо однополупериодного выпрямителя, другой выход которого че.|рез колебательное звено подключен к второму входу дополнительного сумматора, подключенного своим выходом к управляющему входу электронного ключа, а блок для смещения подключен ко второму входу компаратора.

Достоинством устройства является правильная работа при переходных процессах, сопровождающихся появлением свободных составляющих, что обеспечивается благодаря наличию в устройстве более сове:ршенной модели защищаемой линии. Полагая некоторые элементы модели равными нулю, легко получить модель /короткой линии (т. е. без учета распределенной емкости). Наличие инвертора и электронного ключа, управляемого с выхода форм1и|)ователя коммутирующего сигнала, позволяет реализовать 6 блоке сравнения следующее выражение:

. U,,(U,sign и,+ и,) - (1)

р+

чем обеспечивается направленное действие устройства,

Причем Обе - напряжение на выходе блока сравнения:

, t/M - напряжение на выходе блока для моделирования защищаемой линии (модели

ЛЭП);

t/л - напряжение на выходе пре-, образоватедя напряжение - напряжение; Т - постоянная времени блока

сравнения.

Устройство может иметь быстродействие до 10 мс. Наряду с отмеченными выше достоинствами устройство имеет следующие недостатки: не является многоступенчатым, по принципу построения не отстроено от качаний, не позволяет точно фиксировать место повреждения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, т. е. фиксация места повреждения и отстройка от качаний.

Поставленная цель достигается там, что в устройство для дистанционной защиты линии электропередачи, содержащее преобразователь ток - напряжение, подключенный к входу блока модели линии электропередачи, преобразователь напряжение - напряжение, подключенный к первому входу блока сравнения непосредственно, а через первый вход формирователя коммутирующего сигнала к управляющему входу блока сравнения, первый вьшод которого под,ключен к второму входу формирователя коммутирующего сигнала, и исполнительный блок, выполненный на компараторе, введены блок с управляемым коэффициентом передачи, блок отстройки от качаний, формирователь управляющего сигнала и регистрирующий прибЬр, а в исполнительный блок введен регистративный компаратор, причем выход блока модели подключен через блок с управляемым коэффициентом передачи к второ.му выходу блока сравнения, второй выход которого подключен через формирователь управляющего сигнала к управляющему входу блока с управляемым коэффициентом передачи, к регистрирующему прибору и ко входу компаратора 1испол-. нительного блока выход компаратора соединен с первым входом регенеративного компаратора, второй вход которого подключен к выходу блока отстройки от качаний, вход которого соединен с , выходом блока сравнения, при этом выход регенеративного компаратора является выходом исполнительного блока.

Преобразователи ток - напряжение и

напряжение - напряжение могут быть выполненына пассивных либо на активных

элементах, остальные элементы могут быть

выполнены на операционных усилителях, в

частности,- интегрального испблнен ия либо

в виде большой интегральной-схемы (БИС).

На фиг. 1 приведена схема устройства. Устройство состоит из преобразователей ток- напряжение 1 и напряжение - напряжение 2, блока модели ЛЭП (блока для воспроизведения входного сопротивления к. з. ЛЭП) 3, формирователя коммутирующего сигнала 4, блока с , управляемым коэффициентом передачи (БУ), достроенного, например, на базе множительного устройства (МУ) 5, блок сравнения (БС) 5, формирователь управляющего сигнала 7, блок для отстройки от ;качаний (БК) 8, регистрирую, щий блок 9, исполнительный блок (ИБ) 10. Формирователь управляю|Щего сигнала (ФУС) 7 содержит интегратор 11 и сумматор /2. Блок для отстройки от качаний Ьыполнен на базе регенеративного компаратора 13. Исполнительньш блок состоит из к;омпаратора 14 и регенеративного компаратора 15. Схема замещения линии электропередачи состоит из сосредоточенных сопротивления 16 и индуктивности 17. На чертеже тажжё показаны управляющий вход 18 БУ 5, первый вход 19 БУ 5, первый вход 20 ФКС 4, второй вход 21 ФКС 4, второй вход 22 БС 6, управляющей вход 23 БС ё, первый вход 2- БС 6, первый вход 25 БС 5, второй вход 26 БС 6, первый вход 27исполнительного блока 10, второй вход 28ИБ 10. На фиг. 2, а-г приведены временньш диаграммы напряжений на выходе отдельных блоков устройства в отключенном состоянии и при холостом ходе защищаемой линии в нормальном реж|име работы при номинальной нагрузке, при коротком замыкании и дри качаниях. Работает устройство следующим образом.. Напряжение с выхода преобразователя ток - напряжение /, пропорциональное току защищаемой линии, поступает на вход блока модели ЛЭП 3. Напряжение с выхода блока 3 поступает на вход множ;ительН|Ого устройства 5, сигнал на выходе которого формируется по следующему выражению: t/бу lf., где i/fiy - напряжение на выходе блока 5; и„ - напряжение на выходе модели ЛЭП 5; /S /Cf/ynp)- , причем 2 const, t/ynp - напряжение управления, поступающего с выхода формирователя управляемого сигнала 7 на управляющий вход БУ 5. Напряжение t/6y поступает на второй вход блока сравнения 6, на первый вход которого поступает напряжение /л с выхода преобразователя напряжение - напряжение 2. Под воздействием коммутирующего сигнала, формируемого в блоке 4, на выходе блока сравнения 6 вырабатывается напряжение по выражению, аналогачному (1). f/e, (i;eySign т 1 апряжение t/бс поступает на вход рег-енеративного «омпаратора 13 и на вход формирователя управляющего сигнала 7. Регенеративный компаратор 13 осуществляет отстройку от качаний и сигнал с его выхода поступает на второй вход исполнительного блока 10. Выражение для определения напряжения f7ynp, формируемого в формирователе 7 с помощью интегратора 11 и сумматора 12, имеет вид t/ynp СМ + бс - , где Т - постоянная времени 11; см - напряжение смещения, поступающее на сумматор 12 и равное 10 В. Напряжение t/ynp поступает на управляющий вход БУ 5, на первый вход исполнительного блока 10 и на регистрирующий блок 9. К первому входу ИБ 10 подключен компаратор 14, на жотором задается установ1ка на срабатывание устройства. Сигналы с выхода компаратора 14 и БК 8 поступают на регенеративный компаратор 15, являющийся одновременно элементом И. Для обеспечения многоступенчатости необходима установка в исполнительном бло.. ке 10 требуемого числа кюмпараторов 14 с заданием на них соответствующих уставок н регенеративных компараторов 15, как это показано пунктиром на фиг. 1. При к. 3. на защищаемой линии ее входное сопротивление и операторной форме выразим через удельные параметры Го. и 1ол 2(р;.л - R., к., 4-pLo,)-i.,, (5) где / - расстояние до места к. з. , В этом случае входное сопротивление ЛЭП, согласованное по параметрам с защищаемой линией в операторной форме выразим, как Z(p).M „ + pL (Го„ + р1о„) 1, (6) ЧЩЯ. Причем Гол ом и и, следовательно. Гол 7омТаким образом, из выражения (6) входное сопротивление модели ЛЭП (или передаточную функцию модели ЛЭП) )м -(р)м можно представить как произведение двух передаточных функций W(n),, , реализуемой в блоке 3, и (p)s м. реализуемой в блоке 5, 2(p,i. W-,p),,ir(p,..lF(pb-(AoM )«. (7) Б простейшем случае при к. з. на линии запишем в операторной форме следующие выражения для напряжения в месте установки устройства (7(р)л и на выходе модели ЛЭП /(р)м /(р)л - АР)Л(ОЛ Ь .} х ол )) -(р)ы (p)nVoM + ) омм л(о) Из (8) следует, .что t/(p)M - При к. 3. на линии считаем t/dju н /г заданными и, управляя изменением (р). добиваемся выравнивания сл1овия /„ 1., чему соответствует онределенное значение величины управляющего сигнала (/упр, по которой определяем расстояние до места повреждения и регистрируем блоком 9, а „ . (ИРПП.ГТНИТР. fi.TtnKCtMl If} ПЙРГПРЧИВЯРТГЯ исполнительным, блоком 10 обеспечивается отключение защищаемой линии. Рассмотрим характерные режимы работы защищаемой линии. При отключенном линейном выключа ,. теле и в режиме работы на холостом ходу ток в линии равен нулю, соответственно t/M 0 и по выражению (2) Cgy 0. Напряжение на выходе преобразователя 2 соответствует номинальному значению t/, и nocTynaeV на блок сравнения (БС) и форпоступает на блок сравнения (БС) и фор мирователь коммутирующего сигнала (Ф..КС). При этом по выражению (3), напряжение на выходе БС равно выпрямленному, и сглаженному напряжению U. Управляющий сигнал на выходе формирователя управляющего сигнала (ФУС) равен, по выражению (4). своему максимальному значению. При положительном Uf,, и максимальном упр напряжения на выходе исполнительного блока (ИВ) нет, а регистрирующий блак отмечает: линия отключена или работает в режиме холостого хода. Временные диаграммы напряжений на вы- . ходе отдельных блоков приведены на фиг. 2, а. Пусть линия с холостого, хода переводится под нагрузку. При некотором значеНИИ /нагр (допустим, 0,1 ,/„ом) напряженис превьтшает по амплитуде U, т. е. |t/6yl |УЛ|- Напряжение на выходе БС сменит знак на противоположный, вследствие чего /упр см + (-t/6c- -) ум-ень / п щается. С уменьщением f/ynp изменяет свое значение и йь Учитывая, что набор нагрузки еще не закончен, изменение f/удр и ki продолжается до того момента, когда нагр достигнет заданного значения (допустим, /ном). В этот момент установится равенство между напряжениями ff/gyl - 0 на выходе блока для сравнения , а f/ynp уменьщится до нового установивщегося значения, соответствующего номинальной нагрузке и зарегистрированного прибором 9. Напряжения . и t/ynp не достигают значений уставок, заданных на регенеративном компараторе 13 и компараторе 14, вследствие чего сигнал на отключение в испод-. нительном блоке не вырабатывается. Временные диаграммы напряжений на выходе отдельных блоков при номинальной нагрузке приведены на фиг. 2, б. При к. 3. на защищаемой линии ток в линии увеличивается, соответственно растут f/M и t/бу- Отрицательное t/6c превышает зйачение уставки на компараторе 14. На выходе исполнительного блока появляется сигнал на от ключение защищаемой линии. Установивщееся значение Uynp соответствует расстоянию до места повреждения и регистрируется прибором 9. Временные дио. граммы напряжения на выходе отдельных блоков при К. 3. на линии приведены на ж г, ф I При качаниях напряжения на выходе блока сравнения UQ и формирователя управляющего сигнала t/ynp из,меняются, как показано на фиг. 2, г. Амплитуда колебаний с/й- не превышает значения уставки, сс пс i рj заданной в блоке для. отстройки от качаний 8, и хотя f/ynp достигает значений, меньших уставки, заданной в исполнительном блоке /О срабатывания устройства не происходит. Блок 9 регистрирует изменения Уу„р, приведенньте на фиг. 2, г. Применяя модели различных элементов электроэнергетических систем. tin)ivip4/ n...j. tivi -iL, ПОЛуНслсМ быстродействующее устройство для их защитыРассматривая случаи перехода однофазного к. з. в многофазное в электричё ких сетях, оборудованных предлагаемыми устройствами, необходимо отметить их надежное и селективное действие. При установке на соседней линии типовой защиты, с пуском по признаку появления несимметрии, из-за вывода из действия ее ступеней, действующих с блокировкой от качания, в некоторых случаях перехода однофазного. з. в многофазные возможна неселективная работа предлагаемого устройства, что устраняется согласованием по времени CQответствующих ступеней разнотипных защит, осуществляемым в логической части защит, либо введением в логическую часть предлагаемого устройства дополнительных элементов, производящих на основе анализа значений управляющего напряжения (Уупр вывод из действия второй .ступени при к. 3. на соседнеа линии, а при к. з. на защищаемой ЛЭП разрещение ее работы. Использование новых блоков: блока с управляющим коэффициентом передачи, блока для остройк1и от качаний, формирователя управляющего сигнала - выполнение исполнительного блока выгодно отличает предлагаемое устройство для защиты линии электропередачи от указанного прототипа, так как существенно расширяет функциональные возможности и повышает надежность работы. Производство предлагаемого устройства .в виде БИС позволяет повысить его .технологичность, упростить наладку и эксплуатапию.

В результате лабораторных испытаний макета изобретения получено быстродействие по 3 зонам (без учета выдержки времени, задаваемой или 2 и 3 зоны) не дбльше 10 мс.

Формула изобретения

Устройство для дистанционной защиты линии электропередачи, содержащее преобразователь ток-напряжение, подключенный ко входу блока модели, преобразователь напряжение-напряжение, подключенный к первому входу блока сравнения непосредственно, а через первый вход формирователя коммутирующего сигнала к управляющему входу блока сравнения, первый выход которого подключен к второму входу формирователя коммутирующего сигнала, и исполнительный блскк, выполненный на компараторе, отличающийся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей путеМ фиксации места повреждения и повышения надежности работы путем отстройки от качаний, в него введены блок с управляемым коэффициентом передачи, блок отстройки от качаний, формирователь управляющего сигнала и

регистрирующий блок, а в исполнительный блок введен регенеративный компаратор, причем выход блока Модели подключен через первый вход блока с управляемым коэффициентом передачи ко второму входу блока сравнения, второй выход которого подключен через формирователь управляющего сигнала к управляющему входу блока с управляемым коэффициентом передачи, к

регистрирующему блоку и ко входу .ком.паратора исполнительного блока, выход компаратора соединен с первыим входом регенеративного компоратора, второй вход которого подключен к выходу блока отстройки

от качаний, вход которого соединен с выходом блока сравнения, пр:и этом выход регенеративного компаратора является выходом исполнительного блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Федосеев А. М. Релейная защита электрических систем. М., «Энергия, 1976, с. 228, 246.

- 2. Авторское свидетельство СССР .YO 230296, кл. Н 02 Н 3/38, 1968.

3 Авторское свидетельство СССР ЛЬ 473124, кл. Н 02 Н 3/38, 1975.

4.Бондаревский Л. В., Пеклер Б. Н. К вопросу о схемах дистанционных защит

с непрерывными датчиками сопротивле-ния. - «Электричество, 1968, № 1.

5.Авторское свидетельство по заявке 2311566/24-07, кл. Н 02 Н 3/38, 12.01.76. /%/ /«у/ r.r ,-,,( , N / / ч f / / V t w

Оцпр.тм

по.н

VSK--O

IH-O

,l 7S-0t

u,s--a

и уст. ж

yf

;7уги/

ггулр

пгь

UtsB

/L /Л rN JlUS.,l-lUnl fcjfesf у,,с/.«