способ защиты линий высокого напряжения

Формула изобретения

Способ защиты линий высокого напряжения, при котором осуществляют измерение напряжения, выполняют его аналого-цифровое преобразование, выявляют аварийную ситуацию путем сравнения измеренного и преобразованного параметра с заданными величинами, затем отключают линию, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют измерение тока, его аналого-цифровое преобразование, при этом выявление аварийной ситуации осуществляют путем сравнения измеренных значений напряжения, тока и угла между ними, которое выполняют в два этапа: на первом этапе измеренные и преобразованные фазные значения параметров сравнивают между собой и с номинальными значениями по величине и углу и определяют отклонение измеренных величин от номинальных значений, на втором этапе определяют характер аварийной ситуации по величине угла смещения между векторами напряжения и тока и, с учетом состояния сети, отключают линию с выдержкой времени, соответствующей условиям аварийной ситуации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и касается защиты линий электропередач высокого напряжения.

В настоящее время к защитам линий электропередач высокого напряжения предъявляются все более высокие требования в части их надежности, способности реагировать на все виды коротких замыканий, аварийных режимов, в том числе и на недопустимое повышение напряжения, требования безаварийности и возможности применения их как дублирующих защит на другом принципе с уже существующими.

Известен способ, применяемый в дифференциально-фазных защитах линий высокого напряжения, заключающийся в том, что измеряют в аналоговой форме напряжения и токи, с помощью фильтров определяют гармонические составляющие тока и напряжения, возникающие при коротких замыканиях на линии и при совпадении их фаз по концам линии отключают линию без выдержки времени [1].

Известен способ, применяемый в защитах от замыканий на землю, при котором при направлении энергии в линию и наличии нулевой гармонической составляющей тока, выделенной при помощи фильтра нулевой последовательности, в зависимости от ее величины отключают линию либо без выдержки, либо с выдержкой времени [2].

Недостатками указанных способов с использованием гармонических составляющих является наличие довольно громоздких фильтров, наличие отдельных панелей для каждой защиты.

Известен способ защиты линий на дистанционном принципе, где также в аналоговой форме измеряют напряжения и токи в месте установки защиты, определяют сопротивление от места установки защиты до места короткого замыкания [3] . Дистанционные защиты при этом имеют либо круговые характеристики зон своей работы, либо в виде четырехугольников. С такими характеристиками часто возникают трудности при отстройке от максимальных режимов работы линии.

Известен способ защиты электрической сети переменного тока от короткого замыкания, при котором, наряду с непрерывным измерением величины тока, для отстройки от пусковых токов двигателей измеряют приращение угла сдвига фаз между током и напряжением в защищаемой линии, формируют параметр, сравнивают измеренную величину и сформированный параметр по приращению угла сдвига фаз между током и напряжением в защищаемой линии в текущий период и предшествующий момент времени и в случае отклонения обеих контролируемых величин от заданных формируют сигнал на отключение (отключают линию) [4].

Однако способ по [4] характеризуется относительно низкими функциональными возможностями защиты линии.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ защиты от повышения напряжения трехфазной линии электропередачи, при котором осуществляют измерение напряжения, задают интервалы повышения фазного напряжения выше заданного при повышении измеряемого напряжения, определяемого при помощи измерения модулей мгновенных значений фазного напряжения и вычисления путем различных математических преобразований максимально допустимого значения напряжения на каждой фазе, и при достижении измеряемой величины напряжения значения выше заданной величины для соответствующего интервала повышения напряжения отключают линию с выдержкой времени, заданной для соответствующего интервала повышения напряжения [5].

Недостатком способа защиты линий по [5] также являются низкие функциональные возможности, довольно сложное конструктивное выполнение.

Изобретением решается задача расширения функциональных возможностей защиты линий высокого напряжения, позволяющая определить не только недопустимое повышение напряжения на линии, но и любой вид коротких замыканий, происходящих на линиях электропередач, улучшения условий согласования защит, а также дублирования существующих защит на другом принципе.

Для решения поставленной задачи в способе защиты линий высокого напряжения, при котором осуществляют измерение напряжения, выполняют его аналого-цифровое преобразование, выявляют аварийную ситуацию путем сравнения измеренного и преобразованного параметра с заданными величинами, затем отключают линию, предложено согласно настоящему изобретению дополнительно осуществлять измерение тока, его аналого-цифровое преобразование, при этом выявление аварийной ситуации осуществляют путем сравнения измеренных значений напряжения, тока и угла между ними, которые выполняют в два этапа: на первом этапе измеренные и преобразованные фазные значения параметров сравнивают между собой и с номинальными значениями по величине и углу и определяют отклонение измеренных величин от номинальных значений, на втором этапе определяют характер аварийной ситуации по величине смещения между векторами напряжения и тока и с учетом состояния сети отключают линию с выдержкой времени, соответствующей условиям аварийной ситуации.

Изобретение поясняется чертежами на фиг. 1, 2 и 3.

На фиг. 1 показаны векторные диаграммы напряжений и токов при различных видах коротких замыканий на линии или аварийных режимов. На фиг. 2 показаны зоны действия защиты при трехфазных замыканиях. На фиг. 3 показана блок-схема устройства, реализующего заявленный способ.

В основу изобретения положено то обстоятельство, и это пояснено чертежами, что каждому виду аварийной ситуации, будь то недопустимое повышение напряжения, обрыв провода, короткое замыкание на линии, соответствует своя векторная диаграмма напряжений и токов. Более того, если векторные диаграммы токов коротких замыканий в направлении защищаемой линии ориентированы, учитывая индуктивный характер сопротивления линии, строго определенным образом относительно напряжения, то векторные диаграммы токов внешних коротких замыканий, например на шинах подстанции, от которой отходит линия, повернуты на 180 градусов. Чем ближе точка короткого замыкания к месту установки защиты, тем в большей степени увеличиваются токи короткого замыкания и уменьшаются напряжения. При перемещении точки короткого замыкания вдоль линии за шины следующей подстанции изменяется зона защиты и, соответственно, изменяется в сторону увеличения время отключения замыкания.

Векторные диаграммы напряжений и токов в месте установки защиты в нормальном, номинальном и в аварийных режимах выглядят так, как показано на фиг. 1. На фиг. 1б, в, г, д, е, ж изображены диаграммы при различных видах аварийных ситуаций, где I_H и U_H - номинальные значения тока и напряжения, I_a, I_b, I_c - фазные токи, U_ab, U_bc, U_ca - линейные напряжения, U_a, U_b, U_c - фазные напряжения.

На фиг. 1а представлена диаграмма номинальных значений токов и напряжений; на фиг. 1б - диаграмма напряжений и токов однофазного короткого замыкания на линии в сети с глухозаземленными нейтралями трансформаторов; на фиг. 1в - двухфазного замыкания; на фиг. 1г - двухфазного замыкания с землей; на фиг. 1д - трехфазного замыкания; на фиг. 1е - режим аварийного повышения напряжения на линии, отключенной с противоположного конца (холостой линии); на фиг. 1ж - при обрыве провода одной фазы; на фиг. 1з - при включении только одной фазы на короткое замыкание.

Заранее заданные зоны защиты являются геометрическим местом точек расположения векторных диаграмм при перемещении точки короткого замыкания вдоль линии и дальше в направлении линии.

Например, для 3-фазных коротких замыканий они представлены на фиг. 2. Более темным цветом показана 1-я зона защиты, более светлым 2-я и 3-я, незакрашенное поле - зона нормального режима.

Представленная на фиг. 3 блок-схема устройства, реализующего заявленный способ, содержит датчик 1 напряжения и датчик 2 тока, блоки 3, 4, 5, относящиеся к измеряемому напряжению, блоки 6, 7, 8, относящиеся к измеряемому току, в частности блоки 3 и 6 - аналого-цифровые преобразователи соответственно напряжения и тока, блоки 5 и 8 - блоки распознавания аварийной ситуации и вида короткого замыкания соответственно по напряжению и току. Кроме того, устройство содержит блок 9 определения взаимного смещения между одноименными фазами напряжения и тока, блок 10 заданных зон защиты и выдержек времени (установок), блок 11 изменения или блокирования заранее заданных зон защиты, блок 12 отключения выключателя 13 линии 14.

Устройство работает следующим образом.

Непрерывно напряжение и ток преобразуются в цифровые значения в блоках 3 и 6 аналого-цифровых преобразователей напряжения и тока, после чего в блоках 4 и 7 сравниваются текущие значения фаз соответственно напряжения и тока по величине и углу, затем в блоках 5 и 8, соответственно, величины измеренных значений сравниваются с номинальными значениями и, если имеются отклонения от номинальных значений, диаграммы напряжений и токов распознаются и фиксируются как аварийные. Их вид будет совпадать с одной из диаграмм, представленных на фиг. 1. Если диаграммы зафиксированы как аварийные, то их значения поступают в блок 9 определения взаимного смещения одноименных фаз напряжения и тока, где диаграммы ориентируются относительно фазы напряжения, например U_a, чем одновременно ориентируются относительно друг друга и остальные одноименные фазы тока и напряжения. Выход блока 9 соединен с входом блока 10 заданных зон защиты и выдержек времени. Если поступившие из блока 9 значения ориентированных диаграмм укладываются в значения заданных зон защиты блока 10, например для трехфазных коротких замыканий, представленных на фиг. 2, и отсутствует сигнал от блока 11, то через блок 12 отключения происходит отключение выключателя 13 линии 14. Отключение линии 14 может запретить блок 11, в котором напряжение, ток и угол между одноименными фазами дифференцируются, т. е. определяется скорость их изменения. Если скорость изменения не превысит какую-либо заданную величину, что означает медленное изменение тока, напряжения, угла между ними, свойственное качаниям, то отключение при симметричном режиме блокируется. Блок 11 выполняет еще функции изменения заданных зон защиты в блоке 10 либо при получении сигналов извне о состоянии сети и переходе ее в максимальный или минимальный режим, либо при получении с противоположной стороны линии сигнала о направлении тока в линию, что позволяет произвести ускоренное отключение, либо при получении сигнала об изменении заданных зон и выдержек времени с пульта управления.

Таким образом, предложенный способ характеризуется более широкими функциональными возможностями по сравнению с известными способами защиты линий высокого напряжения, исключает возможность ложных срабатываний защиты во время качаний и в то же время обеспечивает отключение линий при всех видах коротких замыканий. Кроме того, наличие блока 11 изменения или блокирования уставки позволяет выполнить защиту более чувствительной благодаря набору различных заданных зон под максимальный и минимальный режимы, а также в случае необходимости использовать определение скорости изменения входных параметров для автоматического прекращения асинхронного режима. Логика распознаваний аварийных ситуаций легко может дополнять защиту устройствами однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ) и трехфазного автоматического повторного включения (ТАПВ), что также способствует расширению функциональных возможностей всего устройства в целом.