(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ОТСУТСТВИЯ ЗАМЫКАНИЯ НА ОТКЛЮЧЕННОЙ В ЦИКЛЕ ОДНОФАЗНОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОВТОРНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ ФАЗЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Изобретение относится к электротех- нике, более конкретно - к устройствам для осуществления однофазного автомати ческого повторного включения (ОАПВ) линий электропередач высокого напряжен Известен ряд технических решений по контролю состояния отключенной в цикле ОАПВ фазы линии, например посылка в линию через устройство присоединения специальных зондирующих импул сов 1, контроль путем измерения напряжения на конце отключенной фазы л НИИ 2. Однако по ряду причин они в настоящее время не применяются. Так, устройство 1 требует относительно сложной аппаратуры, а устройство Г2 работает неселективно при наличии шунтирующих реакторов на линии вследствие значительного диапазона изменения вели чины наведенного напряжения и влияния токов нагрузки. Известен также способ контроля иочезновения замыкания на отключенной В цикле ОАПВ фазе линии электропередачи, основанный на сравнении двух электрических сигналов: одного - формируемого из напряжения (или тока) шунтирующего реактора отключенной фазы линии на промышленной частоте, а другого - формируемого из напряжений и токов (или только КЗ токов) двух включенных фаз линии. Согласно 2 формируют одну из со- ставляющих напряжения, наведенных на отключенную фазу за счет электростатической или электромагнитной связи этой фазы с неотключенными фазами, и сравнивают ее с проекцией на нее напряжения указанной фазы. Критерием устранения замыкания является достижение сравниваемыми сигналами заданного соотношения, свойственного им при отсутствии замыкания на отключенной фазе. Устройство, реализующее указанный способ, принято за прототип изобретения. Рассматривается пиния электропередаи, которая на каждом конце оснащена 97ькунгируюшШ реактором, выключателем датчиками тока и напряжения пинии и шунтирующего реактора. Устройство-про- TOTim содержит блок выявления отключен ной фазы, входы которого предназначены для подключентю к цепям управления выключателя, блок логических инвертируюи(их элементов НЕ, первый, второй и тре тий блоки управляемых ключей, первый и второй блоки формирования, блок сравнения и исполнительный блок. При этом выходы (три) блока выявления отключенной 4йзы подключеньт пофазно к управляю щшчГ входам первого блока ключей непосредственно, а к управляющим входам второго и третьего блоков ключей - через блок логических инвертирующих элементов НЕ. Основные входы первого и второго блоков ключей предназначены для подключения к фазным выходам датч ков напряжения линии, а третьего блока ключей - к фазным выходам датчика ток , выход первого блока ключей присоединен к первому входу первого блока формирования, а выходы второго и треть его блока ключей - соответственно к первой и второй паре входов второго блока формирования. Выход второго блок формировашш соединен с вторым входом первого блока формирования. Выходы обоих блоков формирования соединены с соответствующими входами блока сравнения, выход которого подключен к входу исполнительного блока. Первый блок формирования устройства прототипа выполнен из последовательно включенных фильтра промышленной часто ты и определителя проекции вектора выходного напряжения фильтра на вектор на . пряжения, поступающего -ю второй вход первого блока формирования. Недостат1 ами устройства-прототипа являются невь сокие быстродействие и надежность, которые определяются тем, что при исчезновениизамыкания на поврежденной фазе одновременно с принужденной составляющей напряжения, исполь зуемой в устройстве-прототипе, на ней появляется и свободная слабо затухающая составляющая с частотой, обычно близкой к промышленной. Поэтому, если сделать частотный фильтр в первом блок формирования очень узкополосным, то ухудшаются быстродействие и надежност появляется возможность отказа в действии при потскеиии частоты в энергосистеме. Если же этот фильтр сделать широкополосным, то свободная составляиюшая исказит и::,яря);;. на вглхоДе пе)вого блока формирования, и устройство может пибо отказывать и a&iK..гвии, mi6D работать ложно. Цель изобрегеки; ;10Ш;1шение быстродействт1я и гадежностИ устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля отсутствия замыкания на отключенной в цикле ОАПВ фазе линии электропередачи, оснащенной на конце выключателем я датчшгами тока и нагряжеьгля липки, с оц ер.;:; а шее блок выявления стключепной фсоы- входы которого предназначены для подключения к цепям посЬазкзтО уТлрйБле,.;1Л во;плючателем, блок погтескяу мнБеоттгпующих элементов HEj первый и .viiopDH (.и ключей, основные ьходы которых ;:редназ113че;;Ъ( для подк.гпочения соответственно к фазным выходам .г лопряжспип 1К1ЧЪй, третий блок ключей, основные схоа.ы -.чоторого предназначены для подключения соответственно к фазным Еьгхс.су:-; aar iv-Ka гока линии, первый и второй бло :ч: формирования, блок сравнеиш и исполнительный блок, при этом выходы блока выявления отключенной фазы попклочены по Ьазно к управляющим входам блоков ключей, первого - пепосредсгвеирр. а огзг:ч:го к третьего - через блок логическкх инвертирующих элементов НЕ- выход первого блока ключей подключен к первому входу первого блока формирования, выходь.- вто рого и третьего блоков кгаочей подключе иы соответственно к первой и второй паре входов второго блока формирования, -ВЫХОД которого соединен с вторым входом первого блока формирования, выход блока сравнения соединен с входом исполнитеш ного блока, снабжено квадратором и первым и вторым блоками усреднентю, а первый блок формирования выполнен в ви,це скалярного умножителя, причем вход квадратора подключен к выходу второго блока форм -фования, входы первого и второго блоков усреднения подключены coo aeiCTBi:. к выходам первого блока форл/гирования и квадратора, а выходы блоков усреднения подключены к входам блока сравнения. Как заказано, первый блок формирования в предлагаемом устройстве состоит только из скалярного умножител-я, а вто рой блок формирования может-быть выогюлнен различным образом, Например, с цепью повышения надеж- ности путем сравнения полных фазных на- .пряжений, он состоит iis первого и вто 56 рого сумматоров, измерителя сдвига фаз, первого и второго преобразователей, скалярного умножителя и фазосдвигателя, причем первый сумматор, скалярный умно житель и фазосдвигатель включены последовательно, входы первого и второго сумматоров подключены соответственно к выходам второго и третьего блоков ключей, входы измерителя сдвига фаз подключены к выходам первого и второго сумматоров а выход - к входам первого и второго преобразователей, выходы которых подключены соответственно к вторым входам скалярного умножителя и фазосдвигателя. Кроме того, при наличии датчиков тока шунтирующего реактора и контроля только по электромагнитной составляющей напряжения с целью упрощения, блок ключей может быть снабжен дополнительными входами, предназначенным для подключения к фазным выходам датчиков тока соответственно шунтирующего реактора и линии, а второй блок формирования выполнен в виде сумматора, входы которого подключены соответственно к выходам третьего блока ключей. Блок сравнения, в котором сравниваются две скалярные величины, может быть выполнен, например, -посредством соединенных последовательно блока вычитания, выпрямителя и порогового блока. На фиг. 1-4 показаны структурные схемы устройства и некоторых его блоков Линия 1 электропередачи оснащена на конце выключателем 2 и датчиками 3 тока и 4 напряжения линии 1 (фиг. 1). Блек 5 выявления отключенной фазы пог ключен своими входами к цепям управле-ния выключателя 2, а выходами пофазно - к входам блока 6 логических инвертирующих элементов НЕ и к управляющим входам первого блока 7 ключей. Выходы блока 6 логических инвертирующих элементов НЕ соединены с соот-ветствующими управляющими входами второго 8 и третьего 9 блоков ключей. Основные входы первого 7 и второго 8 блоков ключей соединены с фазными выходами датчика 4 напряжения линии, а выходы - с входами соответственно nej вого 1О и второго 11 блоков формирования. Основные входы третьего блока 9 ключей соединены фазными выходами датчика 3 тока линии, а выходы - о второй парой входов второго блока 11 формирования. Выход второго блока 11 формирования подключен к второму входу первого блока 10 формирования. Выход блока 12 4 сравнения соединен с входом исполнитель- ного блока 13. К выходу второго блока 11 формирования подключен вход квадратора 14. К входам блока 12 сравн&ния подсоединены выходы первого 15 и второго 16 блоков усреднения, входы кснторых подключены соответственно к выходам первого блока 1О формирования и квадратора 14. блок 1О формирования выполнен в ввде скалярного умножителя. Блок 11 может быть выполнен из первого 17 и второго 18 сумматоров, блока. 19 измерителя сдвига фаз первого 20 и второго 21 преобразователей, скалярного умножителя 22, фазосдвигателя 23 (фиг.2). Два входа первого сумматора 17 соединены соответственно с выходами второго блока 8 ключей. Два входа второго сумматора 18 соединены соответственно с выходами третьего блока 9 ключей. Выход первого сумматора 17 соединен с первыми входами скалярного умножителя 22 и измерителя 19 сдвига фаз; второй вход последнего подключен к выходу второго сумматора 18, а выход - к входам первого 20 и второго 21 преобразователей. Выходы первого 2О и второго 21 преобразователей подключены к вторым Входам соответственно скалярного ножителя 22 и фазосдвигателя 23. Выход скалярного умножителя 22 соединен с входом фязососдвигателя 23, выход которого является выходом всего второго блока 11 формирования. Блок 12 сравнения может быть выполнен посредством соединенных последовательно блока 24 вычитания, выпрямителя 25 и порогового блока26 (фиг. 3). Устройство работает следующим образом. После возникновения однофазного короткого замыкания на линии 1 электропередачи поврежденная фаза линии с помощью выключателей 2 отключается с двух сторон (начинается цикл ОАПВ). Блок 5 выявляет- отключенную фазу и подает управляющий сигнал на управляк щие входы первого блока 7 ключей, чтобы тот пропустил на вход блока Ю напряж&ние отключенной фазы. Через блок 6 элементов НЕ тот же управляющий сиг нал поступает на управляющие входы второго 8 и третьего 9 блоков ключей, чтобы они пропустили на входы блока 11 вапряжешш и токи неоткпкмевных фаз. Работа второго блока 11 формирования (фиг. 2) основана на следующем. Наведенное напряжение OH,«а,(его принужденная составляющая) на конце откгао чонной фазы А в неполнофазном режиме при отсутствии аамыкан га на ней можно представить в виде ин.. причем UgS К ( с) Т .j ) , где tJg , 0« - составляющие напряжения, наведенные на фазу А за счет соответственно электростатической и электромагнитной связи отключенной фазы А линии с неот- ключенкыми фазами В и С К, Kfj - коэффициенты связи, зависящие от геометрических размеров линии и степени ее компенсации шунтирующими реакторами; В С напряжения неотключенных фаз В и С данного конца линии; cf - угол между напртжениями одноименных неповрежденных фаз по концам линии. Поскольку каждая из составляющих VJ, и tJj зависит от у1ла / (они даже могут обращаться в нуль, причем при ра личных значениях с/), работоспособность устройства, построенного по известному способу, будет нестабильна. Использование каждой из этих составляющих по отдельности значительно усложнит построе ние устройства. Поэтому целесообразнее формировать не отдельные составляющие а полное наведенное фазное напряжение llTy и сравнивать его с измеряемымO j Из приведенных выражений следует: .. )S« г л I „, ,,i5i /2ll У.с.гсч(. Во втором блоке 11 формирования прогнозируемое напряжение ОН.А получается следующим образом. На выходе пер вого 17 и второго 18 сумматоров образуются напряжения, пропорггиональные соответственно величинам UB + Uc J g + J , И подаются на блок 19 измерения сдвига, фаз. В этом блоке измеряется угол сдвига фаз между укаэан№1ми величинами. Известно, что при равенстве по модулю одноименных фазных напряжений по концам линии углы c и Ч связаны между собой прибл.иженной зависимостью сЛ «, 2 Ч , что и использовано в изобретении. В преобразователях 20 и 21 по значению угла М образуются сигналы, пропорциональные величинамК j и уJ , и подаются на входы соответственно скалярного умножителя 22 и фазосдвигателя 23. На выходе последнего формируется напряжение U2i -li про порциональное величине U,,. прогнозируемого напряже гия . ИШ.Дгде UJ - угловая промышленная частота. На выходе первого блока 7 ключей внеполнофазном режиме появляется напряжение , отключенной фазы. Простое сравнение между собой величин А весьма затруднительно потому, что при наличии на линии шунтирующих реакторов в напряжении U д после исчезновения короткого замыкания присутствует довольно значительная по величине и слабозатухающая свободная составляющая. В напряжениях Ug и 11, а следовательно, и в и свободная составляющая практически отсутствует. Поэтому в изобретении сравнение указанных напряжений (в блоке 12) производится после перемножения 13и на О (в блоке 10) и само на себя (в блоке 14) и последующего усреднения (в блоках 15 и 1б) ререзультатов перемножения. Напряжение U , пройдя через квадратор 14, становится однополярным и на выходе второго блока 16 усреднения выделяется напряжение, амплитуда которого пропорциональна tjj д (-ooslu)i), и д , поскольку среднее значение члена cos 2uj-t равно нулю. Пока на отключенной фазе есть короткое замыкание, напряжение на ней близко к нулю. Напряжения на выходах блоков 7, 10 и 16 также близки к нулю, и блок 12 сравнения и устройство в целом не срабатывают. Когда же дуга на отключенной фазе ггогаснет, то на ней появится напряжение, .А . которое после затухания свободных составпяюигих (через несколько секунд) станет равным принужденному значению, зависящему от напряжений на здоровых фазах, от тока в них и параметров линии и шунтирующих реакторов. Если на линии нет шунтирующих реакторов, то переход от гашения дуги до установившегося значения происходит довольно быстро, с высокочастотными быстрозатухающими составляющими в напряжении отключенной фазы. Если же на линии есть шунтирующие реакторы, то после дуги напряжение на отключенной фазе представляет собой, как правило, биения, обусловленны наличием слабозатухающей низкочастотной свободной составляющей. Эта составляющая мещает устройству фиксировать момент погасания дуги подпитки. В этом случае напряжение на выходе дервого блока 7 ключей равно S r шiУ2 3,,, ,3«..ИЗМ Si П 00 i , сб действующее значение принудительной и свободной составляющих в иэмереннсж напряжении отключенной фазьписе и.мъм и в дальнейшем для относительно небольших интервалов времени анализа принято UCB JH-UJM. - угловая частота и коэф фициент затухания свободных колебаний напряжения отключенной фазы; для простоты Ы можно принять равным нулю. Тогда и (Sir wt-SinOUj.,i| На 11ходе блока 10 напряжение Ц равно .AЧ. )t-sin иОд t или, после преобразования, ..изм ,i4 C05(lu)) , где SI iw (jUc - частота биений. После прохождения блока 15 усреднения, представляющего собой, например, фильтр нижних частот, две посдецние составляюшие затухают полностью, а вел чтша второй составляющей будет сущвст венно зависеть от частоты и , что можно учесть с помощью коэфф1щиента K./cp(f2). Тогда напряжение tf на выходе блока 15 можно представить в виде ин.(«)При относительно больших значениях частоты и (порядка нескольких Гц) коэффициент ( ) невелик, а при малых значениях частоты довольно продолJ ятeльны интервалы времени, когда бли-. зок к нулю . Поэтому при любых значениях частоты 57 в течение длительного времени второй член выражения для близок к нулю, чем обеспечивается надежное действие предлагаемого устройства. В блоке 12 сравнения, куда подаются напряжения и и., , формируется напряжение (-агт - рР)сравн 1Ь которое при K,,cp()COS «t 0, равно Т1-П срабн Н.А Когда модуль напряжения играем становится меньше порогового значения блок 12 подает сигнал на исполнитель ный блок 13 и последний, а с ним и устройство в целом, срабатывают. Вследствие этого разрешается повторное вклк чение отключавшейся фазы линии 1 выключателем 2. Следует отметить, что бестоковая пауза при этом определяется реальным временем горения дуги в мео- те повреждения, а не максимально возможным, которое обычно берется в качестве расчетного. Из выражения для вшно, что при достаточно малом „„р и равенстве нулю yKa3aHfXiro выше члена, это проиоходит приУц д, т.е. когда принужденная составляющая измеренного напряжения на отключенной фазе рэвна прогнозируемому напряжению на ней, наведенному от неповрежденных фаз. Таким образом, предлагаемое устройство надежно, достаточно -быстро опред&ляет отсутствие замыкания на отключенной фазе линии электропередачи и позволяет
11972624
существенно сократить длительность бес-ключения к цепям пофазного управления
токовой паузы ОАПВ.выключателем, блок логических инвертиУстройство может быть использовано .рующих элементов НЕ, первый и второй
для контроля отсутствия короткого замыка блоки ключей, основные входы которых
кия на отключенной фазе не только по пол-5предназначены для подключения соответному напряжению фазы, но и по его соотавляюишм Uj и U,
При контроле только по электростатической составляющей U достаточно только несколько изменить параметры преоб- «Овыходам датчика тока линии, первый и разователей 2О и 21 (фиг. 2). Они ыо-второй блоки формирования, блок сравнегут быть определены из приведенных выр жений для К 1 и после подставки в них K,j О. Аналогично при контроле только по электромагнитной составляющей U параметры преобразователей 20 и 21 (фиг. 4) нужно принять такими, которые соответствуют К и , при подстановке в них К О. Однако в случае контроля по второй составляющей блок формирования можно вообще выполнить значительно проще - в виде только одного руммэ- тора 18, при этом первый блок 7 ключей должен быть снабжен дополнительными входами, предназначенными для подключентет к фазным выходам датчика тока шунтирующего реактора и линии. Это при ведет к тому, что на первом входе перво го блока 10 формирования будет напряже .ние, пропорциональное фазному току шунчгирующего реактора отключенной фазы. Устройство может быть изготовлено с помощью известных блоков, илполняемых в настоящее время на полупроводниковых приборах, и использовано на все линиях электропередачи, где применяется ОАПВ. Техшжо-экономическая эффективность изобретения определяется уменьщением бестоковой паузы при ОАПВ, т.е. сокращe meм времени, при котором предел передаваемой мощности по линии существен но снижен, а также повышением надежкости действия устройства, что повышает надежность работы системной автоматики всей электропередачи в целом. Формула изобретения 1. Устройство для контроля отсутстви замыкания на отключенной в цикле однофазного автоматического повторного вклю чения фазе линия электропередачи, оснащенной на конце выключателем и датчиками тока и Напряжения линии, содержащее блок ылявления отключенной фазы, входы которого предназначены для подственно к фазным выходам датчика напряжения линтга, третий блок ключей, основные входы которого предназначены для подключения соответственно к фазным ния :: исполнительный блок, при этом выходы блока выявления отключенной фазы подключены пофазно к управляющим вхо- дам блоков ключей, первого - непосредственно, а второго и третьего - через блок логических инвертирующих элементов НЕ, выход первого блока ключей подключен к первому входу первого блока формирования, выходы второго и третьего блоков ключей подключены соответственно к первой и второй паре входов второго блока формирования, выход которого соединен с вторым входом первого блока форч ирования, выход блока сравнения соединен с входом исполнительного блока, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, оно снабжено квадратором и первым и вторым блоками усреднения, а первый блок формирования выполнен в виде скалярного умножителя, причем вход квадратора подключен к выходу второго блока формирования, входы первого и второго блоков усреднения подключены соответственно к выходам первого блока формирования и квадратора, а выходы блоков усреднения подключены к входам блока сравнения. 2. Устройство по п. 1, отлича ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем сравнения полных фазных напряжений, второй блок формирова ч ния состоит из первого и второго сумматоров, измерителя сдвига фаз, первого и второго преобразователей, скалярного ут ножителя и фазосдвигателя, причем первый сумматор, скалярный умножитель и фазосдвигатель включены последовательно, входы первого и второго сумматоров подключень соответственно к выходам второго и третьего блоков ключей, входы измерителя сдвига фаз подключены к выходам первого и второго сумматоров, а выход - к входам первого и второго преобразователей, выходы которых подключены соответственно к вторым входам скалярного умножителя и фазосдвигателя.
3. Устройство по п. 1, отличающее с я тем, что, с целью упрощеШы при контроле только по электромаг- нигной составляющей напряжентта и нал1 Ч1ГЙ датчиков тока шунтирующего реактора, первый блок ключей снабжен дополнительными входами, предназначенными для подключения к фазнь м выходам датчиков тока соответственно шунтирующего реактора и линии, а второй блок формирования выполнен в виде сумматора, входы которог-о подключены соответственно к выходам третьего блока ключей.
4, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок сравнения выполнен посредством последовательного включения блока вычитания, выпрямителя и порогового блока.
Источники информации, пришгтые во внимание при экспертизе
1.Богорад A.M., Назаров Ю. Г. Автоматическое повторное включение в энергосистемах. Энергия , 1969,
с. 194-234.
2.Авторское свидетельство СССР № 655005, кл. Н 02 Н 3/06, 1975.
fffl/f 0t/.
f5
