резервная ступень защиты от коротких замыканий

Формула изобретения

1. РЕЗЕРВНАЯ СТУПЕНЬ ЗАЩИТЫ ОТ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ, содержащая реле сопротивления, первый элемент задержки на срабатывание, причем реле сопротивления снабжено блоком изменения уставки по сопротивлению срабатывания по цепям напряжения, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения зоны резервирования, она снабжена дополнительным органом ее автоматического очувствления, первой и второй логическими схемами И, вторым элементом задержки на срабатывание, первой логической схемой ИЛИ, причем орган ее автоматического очувствления выполнен в виде релейного элемента, третьей логической схемы И, третьего элемента задержки на срабатывание, пускового блока в виде элемента блокировки от качаний и блокирующего элемента в виде фильтра токов нулевой последовательности, вход блокирующего элемента соединен с выходом реле сопротивления, первый вход третьей логической схемы И соединен с выходом пускового блока, второй вход третьей логической схемы И соединен с инверсным выходом блокирующего элемента, вход релейного элемента по каналу срабатывания соединен с выходом третьего элемента задержки на срабатывание, вход третьего элемента задержки на срабатывание соединен с выходом третьей логической схемы И, вход релейного элемента по каналу возврата соединен с инверсным выходом пускового блока, вход блока изменения уставки по сопротивлению срабатывания по напряжению соединен с выходом релейного элемента, одни входы первой и второй логических схем И соединены с выходом реле сопротивления, другой вход первой логической схемы И соединен с инверсным выходом релейного элемента, другой вход второй логической схемы И соединен с выходом релейного элемента, вход первого элемента задержки на срабатывание соединен с выходом первой логической схемы И, вход второго элемента задержки на срабатывание соединен с выходом второй логической схемы И, входы первой логической схемы ИЛИ соединены с выходами первого и второго элементов задержки на срабатывание, а выход первой логической схемы ИЛИ является выходом устройства.

2. Ступень по п.1, отличающаяся тем, что реле сопротивления содержит блок изменения его характеристики в виде блока изменения угла максимальной чувствительности, и/или блока смещения характеристики в 1 квадрант, блока изменения коэффициента эллиптичности, блока перевода реле сопротивления в режим органа направления мощности, при этом противоположный выход релейного элемента соединены с входами меньшей и большей чувствительности блоков изменения характеристики реле сопротивления.

3. Ступень по п.2, отличающаяся тем, что реле сопротивления снабжено дополнительным блоком изменения уставки по току и/или напряжению, причем его вход соединен с выходом релейного элемента.

4. Ступень по п.2, отличающаяся тем, что блок смещения характеристики реле сопротивления в 1 квадрант выполнен в виде резистора, который включен в рассечку тормозного контура реле сопротивления и зашунтирован замыкающим контактом релейного элемента.

5. Ступень по п.3, отличающаяся тем, что дополнительный блок изменения уставки реле сопротивления по напряжению выполнен в виде резистора, который включен в рассечку соединения вторичной обмотки датчика напряжения реле сопротивления или ее части с потенциометром плавной регулировки уставки реле сопротивления по напряжению и зашунтирован замыкающим контактом релейного элемента.

6. Ступень по п.3, отличающаяся тем, что дополнительный блок изменения уставки реле сопротивления по току выполнен в виде двух дополнительных трансформаторов тока, двух токовых реле, четвертой логической схемы И и второго релейного элемента, причем входы трансформаторов тока соединены последовательно с входами токовых реле и включены в рассечку неодноименных фаз ее токовых цепей, входы четвертой логической схемы И соединены с выходом релейного элемента и инверсными выходами токовых реле, вход второго релейного элемента соединен с выходом четвертой логической схемы И, выходы трансформаторов тока с меньшим и большим коэффициентами трансформации соединены соответственно через размыкающий и замыкающий контакты второго релейного элемента с входами датчиков тока реле сопротивления.

7. Ступень по п. 6, отличающаяся тем, что, с целью упрощения путем исключения двух дополнительных трансформаторов тока, входы токовых реле соединены последовательно через размыкающий и замыкающий контакты второго релейного элемента с входами датчиков тока реле сопротивления соответственно с меньшим и большим числами витков.

8. Ступень по п.2, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности функционирования при несимметричных коротких замыканий, она снабжена дополнительно двумя реле сопротивления, второй логической схемой ИЛИ, входы которой соединены с выходами реле сопротивления, входы первой и второй логических схем И соединены с выходом второй логической схемы ИЛИ, вторая логическая схема И снабжена дополнительным входом, который соединен с выходом фильтра токов обратной последовательности пускового блока, причем выход релейного элемента соединен с входом блока перевода реле сопротивления в режим органа направления мощности.

9. Ступень по п.8, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности функционирования при несимметричных коротких замыканиях в зоне резервирования, она снабжена третьей логической схемой ИЛИ, дополнительным измерительным органом в виде реле сопротивления и элементом задержки на возврат, причем входы третьей логической схемы ИЛИ соединены с выходами второй логической схемы И и дополнительного измерительного органа, вход второго элемента задержки на срабатывание соединен с выходом элемента задержки на возврат, вход элемента задержки на возврат соединен с выходом третьей логической схемы ИЛИ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам релейной защиты, и может быть использовано для защиты от коротких замыканий (КЗ) трансформаторов и линий электропередачи.

Известна резервная ступень защиты от КЗ, содержащая реле тока, реле напряжения, фильтр токов обратной последовательности, логические схемы И и ИЛИ и элемент задержки на срабатывание, причем входы реле тока, реле напряжения и фильтр токов обратной последовательности соединены с цепями тока и напряжения защищаемого присоединения, входы логической схемы И соединены с выходами реле тока и реле напряжения, входы логической схемы ИЛИ соединены с выходами логической схемы И и фильтра токов обратной последовательности, вход элемента задержки на срабатывание соединен с выходом логической схемы ИЛИ [1].

Описанная резервная ступень защиты от КЗ не обладает достаточной чувствительностью к КЗ на стороне низшего напряжения силового трансформатора, питающегося по защищаемому присоединению, и селективностью в электрической сети с двусторонним питанием в связи с тем, что она является ненаправленной.

Наиболее близкой по технической сути к заявленной резервной ступени защиты является выбранная в качестве прототипа третья ступень дистанционной защиты линии электропередачи, содержащая реле сопротивления и элемент задержки на срабатывание, причем вход элемента задержки на срабатывание соединен с выходом реле сопротивления [2].

Недостатком известной защиты является недостаточное быстродействие при КЗ на резервируемой линии. При выборе ее установки срабатывания из условия отстрочки от токов нагрузки защищаемого присоединения и резервирования защит некоторых силовых трансформаторов, питающих по защищаемому присоединению, с учетом технических возможностей реле сопротивления ее выдержка времени определяется условием согласования с выдержками времени резервной ступени защиты этих трансформаторов. Кроме того, зона ее резервного действия ограничена первичным номинальным током питающего ее трансформатора тока, который должен быть не менее номинального тока защищаемого присоединения, а также величиной тока точной работы реле сопротивления. При выборе уставок срабатывания реле сопротивления с целью увеличения быстродействия по условию согласования с второй ступенью дистанционной защиты предыдущих участков защищаемой сети описанная третья ступень дистанционной защиты не обладает чувствительностью к междуфазным КЗ на стороне низшего напряжения трансформатора, питающегося по защищаемой линии. Защищаемая ею зона значительно сужается при двухфазных КЗ на стороне низшего напряжения трансформатора со схемой соединения вследствие наличия 30%-ного углового сдвига между векторами тока по защищаемой линии при двухфазном и трехфазном КЗ в указанном месте.

Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение зоны резервирования.

Это достигается благодаря тому, что резервная ступень защиты от КЗ, содержащая реле сопротивления и первый элемент задержки на срабатывание, причем реле сопротивления содержит блок изменения уставки срабатывания по напряжению, снабжена дополнительным органом ее автоматического очувствования, первой и второй логическими схемами И, вторым элементом задержки на срабатывание, первой логической схемой ИЛИ, причем орган ее автоматического очувствования содержит релейный элемент, третью логическую схему И, третий элемент задержки на срабатывание, пусковой блок, например, устройство блокировки от качаний и блокирующее устройство, содержащее, например, фильтр токов нулевой последовательности, при этом вход блокирующего устройства соединен с выходом первой логической схемы И или выходом реле сопротивления, первый вход третьей логической схемы И соединен с выходом пускового блока, второй вход третьей логической схемы И соединен с инверсным выходом блокирующего устройства, вход релейного элемента по каналу срабатывания соединен с выходом третьего элемента задержки на срабатывание, вход третьего элемента задержки на срабатывание соединен с выходом третьей логической схемы И, вход релейного элемента по каналу возврата соединен с инверсным выходом пускового блока, вход блока изменения уставки реле сопротивления по напряжению соединен с выходом релейного элемента, один из входов первой и второй логических схем И соединен с выходом реле сопротивления, другой вход первой логической схемы И соединен с инверсным выходом релейного элемента, другой вход второй логической схемы И соединен с выходом релейного элемента, вход первого элемента задержки на срабатывание соединен с выходом первой логической схемы И, вход второго элемента задержки на срабатывание соединен с выходом второй логической схемы И, входы первой логической схемы ИЛИ соединены с выходами первого и второго элементов задержки на срабатывание.

С целью упрощения путем исключения третьего элемента задержки на срабатывание первый вход третьей логической схемы И может быть соединен с выходом элемента возврата логической части пускового блока с меньшей выдержкой времени, вход релейного элемента по каналу срабатывания соединен с выходом третьей логической схемы И.

С целью упрощения путем исключения первой и второй логических схем и второго элемента задержки на срабатывание вход первого элемента задержки на срабатывание может быть соединен с выходом реле сопротивления.

В резервной ступени защиты от КЗ, реле сопротивления которой содержит блок изменения его характеристики, например блок изменения угла максимальной чувствительности и(или) блок смещения характеристики в 1-й квадрант, блок изменения коэффициента эллиптичности, блок перевода реле сопротивления в режим органа направления мощности, противоположные выходы релейного элемента могут быть соединены с входами меньшей и большей чувствительности блоков изменения характеристики реле сопротивления.

Реле сопротивления может быть снабжено дополнительным блоком изменения его уставки по току и(или) напряжению, причем его вход может быть соединен с выходом релейного элемента.

Блок смещения характеристики реле сопротивления в 1-й квадрант может быть выполнен в виде резистора, включенного в рассечку тормозного контура реле сопротивления и зашунтирован нормально открытым (Н.О.) контактом релейного элемента. Дополнительный блок изменения уставки реле сопротивления по напряжению может быть выполнен в виде резистора, включенного в рассечку соединения вторичной обмотки датчика напряжения реле сопротивления или ее части с потенциометром плавной регулировки уставки реле сопротивления по напряжению и зашунтирован н.о. контактом релейного элемента.

Дополнительный блок изменения уставки реле сопротивления по току может быть выполнен в виде двух трансформаторов тока, двух токовых реле, четвертой логической схемы И и второго релейного элемента, причем входы трансформаторов тока соединены последовательно с входами токовых реле и включены в рассечку неодноименных фаз токовых цепей резервной ступени защиты, входы четвертой логической схемы И соединены с инверсными выходами токовых реле и релейного элемента органа ее автоматического очувствления, вход второго релейного элемента соединен с выходом четвертой логической схемы И, выходы трансформаторов тока с меньшим и большим коэффициентом трансформации соединены соответственно через нормально закрытые (н.з.) и н.о. контакты второго релейного элемента с входами датчиков тока реле сопротивления.

Входы токовых реле могут быть соединены последовательно через н.о. и н. з. контакты второго релейного элемента с входами датчиков тока реле сопротивления соответственно с большим и меньшим числом витков.

Резервная ступень защиты может быть снабжена тремя реле сопротивления, второй логической схемой ИЛИ, входы которой соединены с выходами реле сопротивления, при этом входы первой и второй логических схем И соединены с выходами второй логической схемы ИЛИ, вторая логическая схема И снабжена дополнительным входом, который соединен с выходом фильтра токов обратной последовательности пускового блока, причем выход релейного элемента соединен с входом блока перевода реле сопротивления в режим органа направления мощности.

С целью упрощения путем исключения первой и второй логических схем И и второго элемента задержки на срабатывание вход первого элемента задержки на срабатывание может быть соединен с выходом второй логической схемы ИЛИ.

Резервная ступень защиты может быть снабжена третьей логической схемой ИЛИ, дополнительным измерительным органом, например реле сопротивления, и элементом задержки на возврат, причем входы третьей логической схемы ИЛИ соединены с выходами второй логической схемы И и дополнительного измерительного органа, вход второго элемента задержки на срабатывание соединен с выходом элемента задержки на возврат, вход элемента задержки на возврат соединен с выходом третьей логической схемы ИЛИ. Вход первого элемента задержки на срабатывание может быть соединен с выходом элемента задержки на возврат.

На фиг.1 приведена схема резервной ступени защиты, очувствление которой осуществляется дополнительным релейным элементом, автоматически перестраивающим при необходимости уставку реле сопротивления, уменьшающим его ток точной работы, улучшающим отстройку его от токов нагрузки путем изменения коэффициента эллиптичности, смещения характеристики реле сопротивления в 1-й квадрант и увеличения угла его максимальной чувствительности, с вводом дополнительного элемента задержки на срабатывание; на фиг.2 - схема упрощенного дополнительного органа автоматического очувствления резервной ступени защиты; на фиг.3 - схема блока смещения характеристики реле сопротивления в 1-й квадрант; на фиг.4 - схема дополнительного блока изменения уставки реле сопротивления по напряжению; на фиг.5 - схема резервной ступени защиты, автоматически перестраивающейся с помощью релейного элемента на схему направленной фильтровой защиты с приставкой от симметричных КЗ; на фиг.6 - схема дополнительного блока изменения уставки реле сопротивления по току; на фиг. 7 - схема упрощенного блока изменения уставки реле сопротивления по току; на фиг.8 - схема резервной ступени защиты с использованием реле сопротивления, не имеющего отдельного элемента задержки на срабатывание, при ее действии после автоматического очувствления реле сопротивления; на фиг.9 - схема резервной ступени защиты без отдельного элемента задержки на срабатывание при ее действии после перевода в режим направленной фильтровой защиты.

Резервная ступень защиты (фиг.1) содеpжит реле 1 сопротивления, снабженное блоком 2 изменения его уставки по напряжению, дополнительными блоками изменения его уставки по напряжению 3 и току 4, блоком 5 изменения коэффициента эллиптичности его характеристик, блоком 6 изменения ее угла максимальной чувствительности, блоком 7 ее смещения в 1-й квадрант, первый 8 и второй 9 элементы задержки на срабатывание, первую 10 и вторую 11 логические схемы И, первую логическую схему ИЛИ 12, дополнительный орган 13 ее очувствления с релейным элементом 14, третью логическую схему И 15, третий элемент 16 задержки на срабатывание, пусковой блок 17, блокирующее устройство 18 с фильтром 19 точек нулевой последовательности. Вход устройства 18 соединен с выходом реле 1, входы схемы И 15 соединены с выходами блока 17 и устройства 18. Вход элемента 14 по каналу 20 срабатывания соединен с выходом элемента 16, а по каналу 21 возврата - с инверсным выходом блока 17. Вход элемента 16 - соединен с выходом схемы И 15, с выходом реле 1 соединены входы схем И 10 и 11, С выходом элемента 14 соединены входы блоков 2,3,4,5,6,7 реле 1 и другой вход схемы И 11. Инверсный выход элемента 14 соединен с другим входом схемы И 10. Вход элемента 8 соединен с выходом схемы И 10, вход элемента 9 - с выходом схемы И 11. Входы схемы ИЛИ 12 соединены с выходами элементов 8 и 9. В качестве элемента 14 может быть использовано двухпозиционное реле. Блоки 2,5,6 и 7 могут быть снабжены реле-повторителем сигнала с выхода элемента 14. Н.з. и н.о. контакты этого реле могут быть соединены с выходами отпаек их меньшей и большей чувствительности по напряжению, величине смещения в 1-й квадрант, углу максимальной чувствительности и большей и меньшей величины коэффициента эллиптичности.

На фиг.2 в органе 13 вход 20 элемента 14 соединен с выходом схемы И 15, один из входов которой соединен с выходом устройства 18, а другой - с выходом 22 элемента возврата логической части блока 17 с меньшей выдержкой времени.

В блоке 7 на фиг.3 резистор 23 зашунтирован н.о. контактом элемента 14 и включен в рассечку тормозного контура схемы сравнения реле 1.

На фиг. 4 резистор 24 блока 3 реле 1 соединен с резистором 25 плавной регулировки сопротивления срабатывания реле 1 и зашунтирован н.з. контактом элемента 14.

Резервная ступень защиты, приведенная на фиг.5 в отличие от ступени защиты по фиг.1 содержит три реле 1, дополнительный измерительный орган 26, вторую логическую схему ИЛИ 27, третью логическую схему ИЛИ 28, элемент 29 задержки на возврат. Входы схемы ИЛИ 28 соединены с выходом схемы 11 и органа 26, вход элемента 29 соединен с выходом схемы ИЛИ 28. Вход элемента 9 соединен с выходом элемента 29, дополнительный вход схемы И 11 - с выходом фильтра 30 токов обратной последовательности блока 17. Выходы элемента 14 соединены с входами блоков 4,5,6,7 и блока перевода реле 1 в режим органа 31 направления мощности. Входы ИЛИ 27 соединены с выходами реле 1, входы схем И 10, 11 и устройства 18 соединены с выходом схемы ИЛИ 27.

Блок 4 (фиг.6) содержит два промежуточных трансформатора 32 тока, два токовых реле 33, четвертую логическую схему И 34, второй релейный элемент 35. Входы трансформаторов 32 соединены с входами реле 33 и включены в неодноименные фазы токовых цепей резервной ступени защиты. Входы схемы И 34 соединены с инверсным выходом реле 33 и выходом элемента 14. Вход элемента 35 соединен с выходом схемы И 34. Выходы трансформаторов 32 с меньшим и большим коэффициентом трансформации соответственно через н.з. и н.о. контакты элемента 35 соединены с входами датчиков тока реле 1.

Блок 4 на фиг. 7 содержит такие же элементы, что и блок 4 на фиг.6, исключая трансформаторы 32, причем входы реле 33 соединены через н.з. и н. о. контакты элемента 35 с входами датчиков тока реле 1 соответственно с меньшим и большим числом витков.

При шунтировании резистора 23 блока 7 реле 1 (фиг.3) н.о. контактом элемента 14 происходит смещение характеристики реле 1 в 1-й квадрант вследствие уменьшения сопротивления тормозного контура его схемы сравнения.

При расшунтировании резистора 24 блока 3 (фиг.4) изменяется величина напряжения, вводимого в тормозной контур схемы сравнения реле 1, что приводит к корректировке величины его сопротивления срабатывания после очувствления, что необходимо для обеспечения точной величины заданной уставки срабатывания реле 1.

Блокировка запуска органа 13 резервной ступени защиты по фиг.5 происходит после срабатывания реле 1 и появления сигналов "0" на входе схемы ИЛИ 27 и сигнала "1" на ее выходе. При несимметричном КЗ вне зоны, определяемой рабочей уставкой реле 1, после срабатывания элемента 14 аналогично его срабатыванию происходит срабатывание блоков 31, 4,5,6,7 реле 1 с переводом его в режим органа направления мощности с необходимым изменением границ его угловой характеристики для отстройки от токов нагрузки неповрежденных фаз защищаемого присоединения вследствие изменения коэффициента эллиптичности характеристики реле 1, смещения ее в сторону 1-го квадранта и(или) изменения угла максимальной чувствительности, очувствлением по току срабатывания реле 1 в режиме органа направления мощности, а резервная ступень защиты переводится в режим направленной фильтровой защиты. При несимметричном КЗ в защищаемой зоне, определяемой уставкой фильтра 30 блока 17, после появления сигналов "1" на входах схемы И 11 происходит срабатывание резервной ступени защиты по истечении выдержки времени элемента 9. Блокировка действия данной ступени защиты по цепи элемента 8 аналогична действию по схеме фиг.1 Также происходит возврат органа 13. При симметричном КЗ в защищаемой зоне действие резервной ступени защиты по цепи элемента 9 происходит после появления сигналов "0" на выходах органа 26 и схемы ИЛИ 28. Селективность действия резервной ступени защиты определяется выбором уставок срабатывания органов 26, фильтра 30 блока 17 и элементов 9 и 16 по параметру срабатывания и выдержек времени из условия согласования с резервными защитами предыдущего элемента защищаемого присоединения. Элемент 29 служит для предотвращения срыва выдержки времени элемента 9 при переходе двухфазного КЗ в трехфазное вследствие появления паузы между снятием рабочего сигнала с выхода фильтра 30 блока 17 и появлением рабочего сигнала на выходе органа 26.

Блок 4, приведенный на фиг.6, действует следующим образом.

В нормальном режиме к входам датчикам тока реле 1 подводятся токи величиной, определяемой рабочей отпайкой трансформаторов 32, соединенной с н.з. контактом элемента 35. При срабатывании элемента 14 на выходе схемы И 34 появляется рабочий сигнал, приводящий к срабатыванию элемента 35 и подведению к реле токов большей величины, определяемой отпайкой трансформатора 32, соединенной с н.о. контактом элемента 35, что приводит к очувствлению реле 1 по величине сопротивления срабатывания до расчетной уставки и по величине тока точной работы. Этим достигается расширение зоны резервирования ступени защиты по указанным параметрам. При токах, превышающих уставку срабатывания реле 33, срабатывание схемы И 34 и элемента 35 блокируется, что необходимо для предотвращения повреждения входов датчиков тока реле 1 при КЗ вне зоны защиты, определяемой током точной работы реле 1 с током КЗ, превышающим допустимые токи для реле 1 по соображениям термической устойчивости, подводимые к нему после срабатывания элемента 35.

Блок 4, приведенный на фиг.7, действует следующим образом.

При срабатывании элемента 35 происходит переключение датчика тока реле 1 с отпайкой с меньшим числом витков на отпайку с большим числом витков, что приводит к увеличению его уставки срабатывания и очувствлению то току точной работы.

Резервная ступень защиты, приведенная на фиг.8 и 9, действует с выдержкой времени элемента 8 при КЗ в зоне ее срабатывания как до, так и после ее автоматического очувствления или перевода в режим направленной фильтровой защиты. Исключение элемента 9 из ее схемы может быть использовано в том случае, если выдержка времени элемента 8, выбранная из условия согласования со ступенью защиты предыдущего элемента сети, не меньше ее выдержки времени в зоне действия после ее автоматического очувствления, а уставка срабатывания реле 1 для действия в этой зоне может быть выставлена в нем только при использовании блока 4, действующего после срабатывания элемента 14 ввиду недостаточной термической устойчивости датчиков тока реле 1 или если чувствительность ступени защиты в зоне резервирования может быть обеспечена только в режиме направленной защиты, после перевода реле сопротивления в режим органов направления мощности.

Использование резервной ступени защиты по фиг.1-4 позволяет на 1,5-2,5 с сократить время ее действия при КЗ на линии в зоне резервирования, расширить зону резервирования до пределов, определяемых техническими данными ее дистанционного органа. Использование ступени защиты по фиг.5 позволяет повысить ее чувствительность к двухфазным КЗ в зоне резервирования до пределов, определяемых чувствительностью пускового органа блокировки от качаний и чувствительностью ее дистанционных органов в режиме органа направления мощности. Использование дополнительного блока изменения уставки реле сопротивления по цепям тока позволяет повысить в 4 раза зону резервирования по уставке срабатывания и току точной работы.

В целом предложенная резервная ступень защиты позволяет выполнить резервирование защит большинства используемых в настоящее время силовых трансформаторов, питающих по защищаемой линии. Наличие углового сдвига между векторами тока двухфазного и трехфазного КЗ на стороне низшего напряжения трансформатора со схемой соединения не сужает зону защиты по фиг.5 и 9 вследствие ее срабатывания при двухфазном КЗ в данной точке действием фильтра токов обратной последовательности.