устройство для резервной защиты линий с ответвлениями

Формула изобретения

Устройство для резервной защиты линий с ответвлениями, содержащее первый, второй и третий преобразователи тока для фаз А, В, С, коммутатор аналоговых сигналов, первый вход которого подключен к выходу второго преобразователя тока, а выход - к выходу первого преобразователя тока, элемент ИЛИ, ВРЕМЯ, схему сравнения трех электрических величин, выходом подключенную к первому входу элемента ИЛИ, блок работы при трехфазных КЗ, входами подключенный к выходам первого и третьего преобразователей тока и выходу схемы сравнения трех электрических величин, а первым выходом - к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу элемента ВРЕМЯ, блок блокировки, двумя входами подключенный к второму выходу блока работы при трехфазных КЗ, третьим входом - к выходу элемента ВРЕМЯ и тремя другими входами - к приводам трех выключателей, первым выходом - к второму входу коммутатора аналоговых сигналов, исполнительный орган, входом подключенный к второму выходу блока блокировки, а выходом - к катушкам отключения выключателей, отличающееся тем, что дополнительно введены три линии задержки и шесть вычитателей, первый из которых первым входом подключен к выходу первого преобразователя тока, вторым входом - к выходу второго преобразователя тока, второй вычитатель первым входом - к выходу второго преобразователя тока, а вторым входом - к выходу третьего преобразователя тока, третий вычитатель первым входом - к выходу первого преобразователя тока, а вторым входом - к выходу третьего преобразователя тока, четвертый вычитатель первым входом - к выходу первого вычитателя, а вторым входом - к выходу первой линии задержки, пятый вычитатель первым входом - к выходу второго вычитателя, а вторым входом - к выходу второй линии задержки, шестой вычитатель первым входом - к выходу третьего вычитателя, а вторым входом - к выходу третьей линии задержки, причем входы первой, второй и третьей линий задержек подключены соответственно к выходам первого, второго и третьего вычитателей, а выходы четвертого, пятого и шестого вычитателей - к входам схемы сравнения трех электрических величин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике релейной защиты, а именно к резервным защитам линий с ответвлениями.

Известны устройства для резервных защит, содержащие измерительный орган, логическую часть и исполнительный орган - это токовые и дистанционные защиты (Федосеев А.М., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем, Москва, 1992, 528 с.).

Однако они обладают низкой чувствительностью при защите линий с ответвлениями, когда трансформатор на ответвлении имеет малую мощность, а линия - значительную длину и ток короткого замыкания (КЗ) меньше номинального тока I _HOM линии.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для резервной защиты линий с ответвлениями, содержащее первый, второй и третий преобразователи тока для фаз А, В, С, коммутатор аналоговых сигналов, первый вход которого подключен к выходу второго преобразователя тока, а выход - к выходу первого преобразователя тока, элемент ИЛИ, ВРЕМЯ, схему сравнения трех электрических величин, выходом подключенную к первому входу элемента ИЛИ, блок работы при трехфазных КЗ, входами подключенный к выходам первого и третьего преобразователей тока и выходу схемы сравнения трех электрических величин, а первым выходом - к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу элемента ВРЕМЯ, блок блокировки, двумя входами подключенный к второму выходу блока работы при трехфазных КЗ, третьим входом - к выходу элемента ВРЕМЯ и тремя другими входами - к приводам трех выключателей, первым выходом - к второму входу коммутатора аналоговых сигналов, и исполнительный орган, входом подключенный к второму выходу блока блокировки, а выходом - к катушкам отключения выключателей (Клецель М.Я., Никитин К.И. Резервная защита линий, реагирующая на разность модулей токов фаз и их приращение. Электричество, 1993, №10, стр.23-26).

Недостатком устройства является низкая чувствительность при КЗ за маломощными трансформаторами на ответвлениях линий значительной длины, когда токи КЗ оказываются меньше (0,12÷0,35)·I_НОМ.

Задача изобретения - повышение чувствительности резервной защиты линий с ответвлениями путем нескольких последовательных вычитаний векторов тока разных фаз с запоминанием разности предыдущего режима.

Технический результат достигается тем, что в устройство для резервной защиты линий с ответвлениями, содержащее первый, второй и третий преобразователи тока для фаз А, В, С, коммутатор аналоговых сигналов, первый вход которого подключен к выходу второго преобразователя тока, а выход - к выходу первого преобразователя тока, элемент ИЛИ, ВРЕМЯ, схему сравнения трех электрических величин, выходом подключенную к первому входу элемента ИЛИ, блок работы при трехфазных КЗ, входами подключенный к выходам первого и третьего преобразователей тока и выходу схемы сравнения трех электрических величин, а первым выходом - к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу элемента ВРЕМЯ, блок блокировки, двумя входами подключенный к второму выходу блока работы при трехфазных КЗ, третьим входом - к выходу элемента ВРЕМЯ и тремя другими входами - к приводам трех выключателей, первым выходом - к второму входу коммутатора аналоговых сигналов, и исполнительный орган, входом подключенный к второму выходу блока блокировки, а выходом - к катушкам отключения выключателей, дополнительно вводятся три линии задержки и шесть вычитателей, первый из которых первым входом подключен к выходу первого преобразователя тока, вторым входом - к выходу второго преобразователя тока, второй вычитатель первым входом - к выходу второго преобразователя тока, а вторым входом - к выходу третьего преобразователя тока, третий вычитатель первым входом - к выходу первого преобразователя тока, а вторым входом - к выходу третьего преобразователя тока, четвертый вычитатель первым входом - к выходу первого вычитателя, а вторым входом - к выходу первой линии задержки, пятый вычитатель первым входом - к выходу второго вычитателя, а вторым входом - к выходу второй линии задержки, шестой вычитатель первым входом - к выходу третьего вычитателя, а вторым входом - к выходу третьей линии задержки, причем входы первой, второй и третьей линий задержек подключены соответственно к выходам первого, второго и третьего вычитателей, а выходы четвертого, пятого и шестого вычитателей - к входам схемы сравнения трех электрических величин.

На чертеже представлена структурная схема устройства резервной защиты линий с трансформаторами на ответвлениях.

Устройство содержит преобразователи 1, 2, 3 тока, подключенные соответственно к фазам А, В, С линии, коммутатор 4 аналоговых сигналов, первый вход которого подключен к преобразователю тока фазы В, а выход - к преобразователю тока фазы А, вычитатели 5, 6, 7 векторов токов фаз, входы которых подключены к 1, 2, 3, линии 8, 9, 10 задержки, входы которых подключены к выходам элементов 5, 6, 7, вычитатели 11, 12, 13 векторов токов предыдущего и последующего режимов, входами подключенные к выходам элементов 8, 9, 10 и выходам элементов 5, 6, 7, схему 14 сравнения трех электрических величин, состоящую из вычитателей 15, 16, 17, входами подключенных к 11, 12, 13, а выходами - к блоку 18 сравнения, блок 19 работы при трехфазных КЗ, состоящий из линий 20 и 21 задержек, входами подключенных к 1 и 3, а выходами - к входам схем 22 и 23 сравнения двух электрических величин, а выход схемы 23 - к входу элемента 24 ВРЕМЯ, элемент 25 ВРЕМЯ, вход которого подключен к 18, а выход - к элементу 27 ПАМЯТЬ, элемент 26 ВРЕМЯ, входом подключенный к выходу элемента 27, а выходом - к входу элемента 27, элемент 28 И, входы которого подключены к 27 и 23, входы элемента 29 ИЛИ подключены к выходу элемента 28 и выходу блока 18, в свою очередь выход элемента 29 подключен к входу элемента 30 ВРЕМЯ. Устройство так же содержит блок 31 блокировки при ОАПВ, включающий в себя элементы 32 и 33 ВРЕМЯ, выход элемента 32 подключен к входам элементов 35, 36 И, а выход элемента 33 - к входу элемента 34 И, элемент 37 И, выходом подключенный к входу элемента 32 и входу элемента 38 НЕ, выход которого подключен к входу элемента 33, входы элемента 37 подключены к выходам реле 39, 40, 41 положения "включено", выход реле 39 подключен к второму входу элемента 4, исполнительный орган 42, входом подключенный к выходам элементов 34, 35, 36, а выходом - к выключателям 43, 44, 45, которые в свою очередь подключены к 39, 40, 41 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

В режиме симметричной нагрузки при первом вычитании векторов токов фаз А, В, С в элементах 5, 6 и 7 получаются следующие разности:

где - векторы тока нагрузки соответственно в фазах А, В, С.

Далее из текущей разности в элементах 11, 12 и 13 вычитаются разности векторов токов, соответственно которые были в предыдущем режиме, в данном случае за 0,1 с до измеряемой текущей разности (0,1 с - время задержки элементов 8, 9, 10) и в режиме без двухфазного КЗ:

где I_нб - ток небаланса при максимальном рабочем токе нагрузки линии или при ее самозапуске.

Затем производится векторное вычитание полученных разностей в вычитателях 15, 16 и 17:

где - ток небаланса, равный (0,1-0.2)·I_HOM.

Поэтому для органов защиты, предназначенных для действия при двухфазном коротком замыкании, ток срабатывания защиты выбирается по следующей формуле:

где К_отс - коэффициент отстройки, равный 1,2.

В режиме двухфазного КЗ за трансформаторами ответвлений токи, протекающие через трансформаторы тока (ТТ) резервной защиты линии, оказываются значительно меньшими номинального тока нагрузки линии, и она продолжает нести нагрузку. В результате, например, при КЗ между фазами В и С, через ТТ фаз А, В, С протекают токи:

где - ток короткого замыкания.

На выходе элементов 5, 6, 7 имеем:

где - векторы токов нагрузки доаварийного режима в фазах А, В, С; - векторы токов нагрузки в фазах А, В, С в доаварийном режиме трансформатора, на котором произошло КЗ. На выходе вычитателя 11 имеем:

Аналогично на выходах элементов 12 и 13:

На выходе элемента 15 получаем:

Аналогично на выходах элементов 16 и 17:

Полученные на выходе элементов 15, 16, 17 величины, каждая в отдельности, сравниваются в блоке 18 с током I_СЗ , и, если хотя бы одна из них больше I_СЗ, на выходе блока 14 появляется сигнал. Начинает работать элемент 30 ВРЕМЯ и через выдержку времени t₁ подает логическую "единицу" на элемент 36 И, на другом входе которого сигнал уже присутствует. Исполнительный орган 42 отключает выключатели 43, 44 и 45.

Если КЗ трехфазное, то на входах схемы 22 возникает разность напряжений, так как на первом входе сигнал увеличился, а на втором элемент 20 задерживает увеличение сигнала на время t₂ =t_сз+2t (t_сз - время самозапуска электродвигателей; t - время запаса). Соответственно, при самозапуске в элементе 22 сигнал отсутствует, а при коротком замыкании - присутствует и запускает элемент 24 ВРЕМЯ, который через время t подает сигнал на элемент 35, на другой вход которого сигнал был подан при включении линии в работу.

Если двухфазное КЗ на стороне низшего напряжения трансформатора ответвления переходит в трехфазное, то через t_вкл>(0,1-0,2)с, определяемое отстройкой от разновременного включения выключателей фаз, срабатывает элемент 25 ВРЕМЯ. При этом элемент 27 ПАМЯТЬ запоминает сигнал и подает его на логический элемент 28 И, на другой вход которого сигнал поступает от 23. Элемент 28 И подает сигнал на элемент 29 ИЛИ и через время работы элемента 30 ВРЕМЯ защита срабатывает. Через время t₃=t₂+t элемент 26 ВРЕМЯ стирает память. Отстройка схемы 23 производится по току нагрузки трансформатора ответвления с наибольшей мощностью.

При отключении релейной защиты выключателя одной из фаз и неуспешных ОАПВ на соответствующем входе, а следовательно, и на выходе элемента 37 И сигналы исчезнут. Не будет сигнала и на выходе элемента 36 И. Таким образом, действие защиты при двухфазных КЗ блокируется. Если, например, отключился выключатель 43, то элемент 4 переключает схему 22 на элемент 3, чтобы при этом работа схемы 22 не блокировалась, сигнал с выхода элемента 37 И инвертируется элементом 38 HE, и через время t₄ (времена работы элементов 32 и 33 ВРЕМЯ одинаковы, t₄ =t₅=t_сз+3t) сигнал с 22 подается на отключение выключателей фаз линии через элемент 34 И. Для исключения срабатывания схемы 22 при включении линии, действие которой блокируется с помощью элемента 32 ВРЕМЯ, если включаются все три фазы и с помощью элемента 33, если две.

Коэффициент К_Ч чувствительности, которым характеризуется чувствительность защит, определяется но общеизвестной формуле (для резервных защит К_Ч=1,2):

где I_р - ток в реле при КЗ; I_C.P. - ток срабатывания реле.

Ток в реле будем рассматривать при крайнем случае, когда вектора находятся в противофазе. I_p и I_C.P. определяются по следующим формулам:

где I_HTP - ток нагрузки трансформатора, на котором произошло КЗ; n_TT - коэффициент трансформации ТТ.

Из (6) и (7), после простых преобразований, получим минимальный ток КЗ, на который реагирует устройство:

При изменении I_HTP в пределах (0,05-0,3)·I _HOM и имеем:

I_КЗМИН=(0,07-0,2)·I_НОМ .

Таким образом, защита способна отключать токи КЗ, равные I_КЗМИН0,1·I _HOM при и I_HTP0,12·I _HOM или и I_HTP0,15·I _HOM.

Следовательно, устройство реагирует на токи короткого замыкания, значительно меньшие максимального тока нагрузки линии, и поэтому чувствительнее, чем известные.

Технико-экономическая эффективность заключается в том, что предлагаемое устройство исключает возможность разрушения трансформатора при отказе его защиты или коммутационных элементов во время КЗ на стороне низшего напряжения.