Устройство для защиты линии электропередачи

Союз Советских Социалистических Реслублик(21) 2311566 аявле исоединением заявкиосударственный комите света Министров ССС ло делам изобретенийи открытий(088.8) Опубликовано 30,08.77, Бюллетень32Дата опубликования описания 02.09.77 72) Авторы изобретения влов, А, И. Сафонов и А, И, Таджибае Ванин,Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. и. И. Калинина(71 Заявител ТВО ДЛЯ ЗАЩИТЬЕКТРО П ЕР ЕДА Ч И ИИ 54) УСТ Изобретение относится к ооласти автоматизации энергетических систем и может быть использовано в схемах релсйной защиты и автоматики,Известны устройства для защиты линии электропередачи, содержащие высоковольтные трансформаторы тока и напряжения, промежуточный трансформатор тока, пассивную модель линии электропередачи и индукционное или магнитоэлектрическое реле.Известные устройства для защиты линии электропередачи с использованием модели этой линии имеют следующие недостатки; не исключено влияние на работу реле высших гармонических составляющих тока короткого замыкания, что ооусловлено трудностями моделирования объектов, описываемых дифференциальными уравнениями высших порядков, на пассивных элементах; отсутствует унификация элементов устройства, устройства имеют большие габариты и вес из-за включения индуктивных элементов; используются реле, реагирующие на действующее значение подводимых напряжений.Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для защиты линии электропередачи, содержащее преобразователи токнапряжение и напряжение-напряжение, подключенные к сравнивающему блоку, состоящему из прецизионного однополупериодного выпрямителя, один из выходов которого через один из входов сумматора подключен к входу компаратора.5 Устройство характеризуется правильнойработой при подаче на его вход строго синусоидальных электрических величин с частотой 50 гц, При переходных процессах, сопровождающихся появлением свободных состав- О ляющих, устройство может сработать ложно.Для отстройки от свободных составляющих могут быть использованы полосовые фильтры либо осуществлена отстройка по времени.Для увеличения быстродействия и точности 5 работы в предлагаемое устройство для защиты линии электропередачи дополнительно введены блок для моделирования линии, инвертор, электронный ключ, формирователь коммутирующего сигнала с колебательным О звеном и дополнительным сумматором и блокдля смещения, Выход преобразователя токнапрякение через блок для моделирования подключен к первому входу сумматора нспосредственно, а через инвертор и электронный 5 ключ к второму сго входу. Выход преооразователя напряжение - напряжение подключен одновременно к третьему входу сумматора, к первому входу дополнительного сумматора и к входу прецизионного однополупериодного ЗО выпрямителя, другой выход которого через3колебательное звено поключен к второму входу дополнительного сумматора, подключенного своим выходом к управляющему узлу электронного ключа, а блок для смещения подключен к второму входу компаратора,На фиг. 1 показана схема предлагаемогоустройства; на фиг. 2 - приведена временнаядиаграмма напряжений, при коротком замыкании вне защищаемого участка К, на фиг.3 - временная диаграмма напряжений прикоротком замыкании на защищаемом участкеКв; на фиг. 4 - временная диаграмма напряжений при коротком замыкании в точке Кэ.Устройство состоит из преобразователей 1и 2 ток - напряжение и напряжение - напряжение, модели 3 линии электропередачи исхемы 4 сравнения, в которую входят прецизионная схема формирования модуля, состоящая из прецизионного однополупериодноговыпрямителя 5 и сумматора 6, блок формирования коммутирующего сигнала, состоящий из колебательного звена 7 и сумматора8, инвертор 9, электронный ключ 10, компаратор 11, и блок 12 смещения.Схема замещения линии электропередачис двусторонним питанием состоит из сосредоточенных сопротивлений 13, индуктивности 14, сопротивлений 15, емкостей 16.Модель линий электропередачи содержитсопротивление 17, емкости 18, 19 и сопротивление 20,Электронный ключ выполнен из сопротивлений 21 и 22. Блок формирования коммутирующего сигнала содержит емкость 23, сопротивления 24, 25, емкости 26 и сопротивление 27.Преобразователи 2 и 3 ток - напряжение инапряжение - напряжение могут быть выполнены на пассивных либо на активных элементах, электронный ключ 10 может быть интевгральным или изготовлен на дискретных полупроводниковых элементах, остальные элементы схемы выполнены на операционныхусилителях, в частности, интегрального типа.Устройство работает следующим образом.Напряжение с выхода преобразователяток - напряжение, пропорциональное току защи 1 цаемой линии электропередачи, поступает на вход модели 3 линии электропередачи.Напряжение с выхода модели электропередачи - на первый вход сумматора 6, а черезинвертор 9 и электронный ключ 10 на второйвход этого сумматора, Напряжение с выхода преобразователя 2 напряжение - напряжение подается на входы прецизионного однополупериодного выпрямителя 5 и сумматора6 прецизионной схемы формирования модуля, а также на первый вход сумматора 8 блока формирования коммутирующего сигнала ичерез однополупериодный выпрямитель 5 иколебательное звено 7 на второй вход сумматора 8. Напряжение с выхода сумматора 8подается в цепи управления электронногоключа.На сумматоре 6 прецизионной схемы фор 570950 где Яд, Р, С 6, 14 - параметры схемы замещения защищаемого участка линии электропередачи, приведенной на фиг. 1.Передаточная функция модели линии электропередачи должна иметь вид11 йвв+ РСвв+ 1/й+ Рй 35При 10;15Ю =.й+Р1 + РСввВвз + Р Свввв 40 Аналогичной передаточной функцией обладает решающий усилитель, содержащий во входной цепи и цепи обратной связи пассивные ЛС-звенья,45 А, 1+ рТ-А 1+рт +рвт Т3 где А, =2 й; А=савв; Т, = 2 ЛС; РввСвв22 50 Соотношения параметров схемы замещения линии и модели 3 должны быть следующими: А, 14 55 Р Т - С, , Т - 14 АвТ,Т,= Ь. Рассмотрим три характерных случая короткого замыкания на линии электропередачи; вне защищаемого участка Кь в защищаемом участке К и в точке К (за спиной).Параметры устройства подобраны таким образом, что при коротком замыкании вне защищаемого участка в точке К, напряжение мирования модуля суммируются сигналы, поступающие по цепям преобразователя 2 напряжение - напряжение, и сигналы, поступающие по цепям модели 3 линии электропе редачи. Суммарный сглаженный сигнал поступает на первый вход компаратора 11, на второй его вход подается напряжение блока 12 смещения, В различных рсжимах работы линии электропередачи полярность напряже ния на выходе сумматора 6 различна, чтоприводит к срабатыванию либо несрабатыванию компаратора 11.Блок смещения служит для фиксированияполярности выходного напряжения компа ратора 11 при отсутствии сигнала на выходесумматора б и для задания уровня обрабатывания. Параметры и схема модели определяются по расчетным параметрам схемы замещения линии электропередачи, один из вари антов которой в однофазном исполнениипредставлен на фиг. 1.Сопротивление петли короткого замыкания без учета влияния сопротивления дуги в операторной форме имеет вид25 1в1/Явв + РСвв + 1 /Й 1 з + Р 1 вв"Ы -40 45 55 60 55 50 5на выходе преобразователя 2 напряжение - напряжение У.,(1) больше по амплитуде напряжения У на выходе модели 3 (фиг.2,а), Сдвиг фаз между напряжениями У и У(1) обусловлен погрешностью моделирования линии электропередачи.Напряжение У, с выхода преобразователя напряжение - напряжение поступает на входы прецизионной схемы формирования модуля, состоящей из прецизионного однополупериодного выпрямителя 5 и сумматора 6. Выходное напряжение схемы формирования модуля имеет положительную полярность (фиг. 2,б, пунктирная линия У, ), Напряжение У.,(Ц подается, кроме того, на первый вход сумматора 8 блока формирования коммутирующего сигнала. Это напряжение инвертируется сумматором 8 и отрицательной полуволновой открывает, а положительной запирает измерительный вход электронного ключа 10.Сопротивление по первому входу сумматора 6 равно Р, а по второму /, Я 3, поэтому суммарный сигнал на выходе сумматора 6 по этим входам имеет отрицательную полярность фиг. 2, б пунктирная линия У ). Положительные выбросы этого напряжения появляются из-за погрешности моделирования. Общий суммарный сигнал на выходе сумматора 6 показан на фиг. 2, б сплошной линией У.Сглаженное значение суммарного сигнала Ух на выходе сумматора 6 положительное (фиг. 2, в). Напряжение У с выхода сумматора 6 подается на первый вход компаратора, на второй вход которого поступает напряжение смещения. Напряжение смещения подбирается небольшим (милливольты), поэтому для простоты рассуждений можно пренебречь им. В результате воздействия напряжения Ук компаратор 11 удерживается в исходном состоянии (фиг. 2, г).При коротком замыкании на защищаемом участке в точке К амплитуда напряжения У(Ц на выходе модели 3 линии больше амплитуды напряжения У(1) на выходе преобразователя 2 напряжение - напряжение (фиг. 3, а). Работает устройство аналогично рассмотренному выше. Временные диаграммы напряжения показаны на фиг. 3, б, в, г, При этом компаратор 11 изменяет полярность выходного сигнала, поскольку сглаженное значение суммарного сигнала Ук на выходе сумматора 6 отрицательное.При коротком замыкании в точке К 3 (за спиной) фаза напряжения У,(Ц на выходе модели 3 линии электропередачи изменяется на 180 С, в результате чего суммарный сглаженный сигнал У имеет положительную полярность, и компаратор 11 надежно удерживается в исходном состоянии (фиг, 4, а - г).Включение дополнительных элементов на 6линии электропередачи (реакторов, конденсаторов и т, д.), а также влияние сопротивления дуги можно учесть соответствующим изменением схемы модели линии.Рассмотрим более подробно работу блока формирования коммутирующего сигнала, который служит для устранения мертвой зоны при близких коротких замыканиях, когда напряжение Ул Р) оказывается недостаточным для коммутации электронным ключом, В нормальном режиме работы защищаемой линии на вход колебательного звена, настроенного на частоту 50 гц, поступает напряжение с этой же частотой с выхода однополупериодного выпрямителя 5. Параметры колебательного звена подобраны таким образом, что на входе при этом имеют место колебания напряжения с той же частотой и в поотивофазе с входным напряжением. Это напряжение с выхода колебательного звена, подаваемое на второй вход сумматора 8, находится в фазе с напряжением, подаваемым на пепвый вход сумматора 8, так как дважды инвептипчется операционными усилителями, Суммарное напряжение управляет ключом.При близком коротком замыкании исчезают сигналы с выхода преобразователя напряжение - напряжение, а следовательно, сигналы на входе колебательного звена 7 и пепвом входе сумматора 8. При этом колебательное звено 7 продолжает генепиоовать затухающие колебания с частотой 50 гц. которые через сумматор 8 поступают в пепи управления электронным ключом. Передаочная функция колебательного звена 7 при 1= 3 РР 33 С 33 1+ рВ 3+ РЗВЗВ 3 где В, = РС, В, = - РС; В, = 2 РС,2Условиями выбооа паоаметпов колебательного звена 7 являются выражения1фо -- резонансная частот,";О = =- добротность;ВЗ1 - в 3 В,В 3Ь = агар фазовый сдвиг.юВ 3Использование новых элементов модели линии электропередачи, инвертора, электронного ключа, блока формирования коммчтирующих сигналов с колебательным звеном и сумматором, блока смещения выгодно отличает предлагаемое устройство для защиты линии электропередачи от известного, так как существенно чвеличиваются быстродействие и точность, Эти параметры имеют низкие показатели у известного устройства из-за наличия свободных составляющих переходного процесса, особенно в длинных сильно наГ г авитель Г. Дамская актор Т. Рцбалова А ехред А. Степанова рректор Изд.694 Государственного по делам из 13035, Москва, Ж, пр. Са пОгр каз 1890/8ЦНИИ Тираж 917комитета Совета Министровбретений и открытий