Устройство для дистанционной защиты линии электропередачи

752594 Союз Советских Соцналнстнческнх Республик(088,8) 43) Опубликовано 30,07.80. Бюллетень28 45) Дата опубликования описания 30.09(71) Заявитель Ленинградский ордена Ленина политехнический институтимени М. И. Калинина ТАНЦИОН НОЙ ЗАЩИТЫОПЕРЕДАЧИЛЯ Д ЭЛ ЕК Изобретение относится к энергетических систем и може зовано для защиты ЛЭП и в автоматики.Известен ряд дистанцион для защиты ЛЭП 111, которь фиктивное сопротивление, а при к. з., в контролируемой срабатывают прои к з. вне применяться для фиксации м ния,автоматизации т быть испольдругих схемах ых устроиств 5не измеряютсрабатываютми зоне и нее и не могутта поврежде- О о величиваются п отивления ли Уиии, Результат измерения выделяетсе грациц поврежденного участка. К ви- дое Известно также устройство, предназначенное для определения места повреждения на линии электропередачи, основанное на заиере модуля полного сопротивления ли нии, содержащее трансформаторы, промежуточные трансформаторы напряжения, пусковые органы в виде трех реле сопротивления, блок коммутации, блок регистрации результатов измерения, измерительный орган, содержащий модель линии, раздеЛенную на и учаслков и и схем сравнения 21. Таким образом, устройство содержит и дистанционных реле сопротивления. Уставки каждого реле из этого ряда последовательреле управляет своим тиратронам, а шкала устройства представляет ряд тиратронов, под которыми нанесены цифры расстояний в километрах до соответствующих точек на линии. При к. з загорается та часть этого ряда, которая соответствует расстоянию от точки к. з. до противоположного конца линии. Разделение модели на и участков, производство переключений в цепях устройства, применение л схем сравнения, пусковых органов, блока регистрации, выполненного на тиратронах, свидетельствует осложности устройства и отсутствии унификации узлов, что затрудняет его производство, наладку и эксплуатацию. Точность определения места повреждения зависит от числа участков модели, увеличение которого усложняет уст ройство и увеличивает его габариты.Известна устройство для контроля полного сопротивления электрических систем, содержащее преобразователи ток - напряжение и напряжение - напряжение, два прецизионных блока формирования абсолютных значений электрических величин, инвертор, блок для деления, блок задания уставки и блок сравнения 131.Устройство выполнено на операционных усилителях, имеет широкие функциональные возможности 41, характеризуется правильной работой при подаче на епо вход строгосинусоидальных сигналов с частотой 50 Гц. Для отстройки от свободных составляющих 1 могут быть использованы полосовые фильтры либо осуществлена отстройка по времени. И тот и другой способы приводят к уве личению времени срабатывания. Также следует отметить ненаправленное действие устройства,Известно также быстродействующее устройство для защиты ЛЭП с.использованием модели защищаемой линии, основанное на формировании двух электрических величин и последующем их сравнении, построенное на операционных усилителях 15.Последнее из известных устройств является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности.Это устройство содержит трансформатор тока, (ТТ) с преобразователем ток - напряжение на его выходе, к которому подключен блок для воспроизведения входного сопротивления короткого замыкания ЛЭП (названный в прототипе модель ЛЭП), под ключенный к первому входу блока сравнения, состоящему из прецизионного однополупериодного вь 1 прямителя, один из выходов которого через один из входов сумматора подключен к входу компаратора, а через инвертор и электронный ключ ко второму входу блока для сравнения, трансфор матор напряжения (ТН) с преобразователем напряжение - напряжение на его выходе, который подключен одновременно к третьему входу сумматора, к первому входу дополнительнопо сумматора, входящего вместе с колебательным звеноМ в состав формирователя коммутирующего сигнала, и к входу прецизионнопо однополупериодного выпрямителя, другой выход которого че- .,рез колебательное, звено подключен к второму входу дополнительного сумматора, подключенного своим выходом к управляющему входу электронного ключа, а блок для смещения подключен ко второму входу компаратора.Достоинством устройства является правильная работа при переходных процессах, сопровождающихся появлением свободных составляющих, что обеспечивается благодаря наличию в устройстве более совершенной модели защищаемой линии. Полагая некоторые элементымодели равными нулю, легко получить модель короткой линии (т. е. без учета распределенной емкости). Наличие инвертора и электронного ключа,. управляемого с выхода формирователя коммутирующего сигнала, позволяет реализовать в блоке сравнения следующее выра. жение:йбс ( мз 1 Кп л+ л) Т 1 (1)р+ чем обеспечивается направленное действиеустройства, 101525 Причем Ьб, - напряжение на выходе блока сравнения:С - напряжение на выходе блока для моделирования защищаемой линии (моделиУ, - напряжение на выходе пре-,образователя напряжение -напряжение;Т - постоянная времени блокасравнения.Устройство может иметь быстродействие до 10 мс. Наряду с отмеченными выше достоинствами устройство имеет следующие недостатки: не является мнопоступенчатым,по принципу построения не отстроено от качаний, не позволяет точно фиксировать место повреждения.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей, т е. фиксация места повреждения и отстройка от качаний.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дистанционной защиты линии электропередачи, содержащее преобразователь ток - напряжение, подключенный к входу блока модели линии электропередачи, преобразователь напряжение - напряжение, подключенный к первому 30 входу блока сравнения непосредственно, ачерез первый вход формирователя коммутирующего сигнала к управляющему входу блока сравнения, первый вьюод которого подключен к второму входу формирователя З 5 коммутирующего сигнала, и исполнительныйблок, выполненный на компараторе, введены блок с управляемььм коэффициентом передачи, блок отстройки от качаний, форми рователь управляющего сигнала и регист рирующий прибор, а в исполнительныйблок введен регистративный компаратор, причем выход блока модели подключен через блок с управляемым коэффициентом передачи к второму выходу блока сравнения, 45 второй выход которого подключен черезформирователь управляющего сигнала к управляющему входу блока с управляемым коэффициентрм передачи, ы регистрирующему прибору и ко входу компаратора,испол-.50 нительного блока выход компаратора соединен с первым входом регенеративного компаратора, второй вход которого подклю чен к выходу блока отстройки от качаний, вход которого соединен с,выходом блошка 55 сравнения, при этом выход регенеративногокомпаратора является выходом исполнительного блока.Преобразователи. ток - напряжение инапряжение - напряжение могут быть вы полнены на пассивных либо наактивныхэлементах, остальные элементы могут быть выполнены на операционных усилителях, в частности интегрального исполнения либо в виде большой интегральной схемы (БИС).65 На фиг. 1 приведена схема устройства.Устройство состоит из преобразователей ток - напряжение 1 и напряжение - напряжение 2, блока модели ЛЭП (блока для воспроизведения входного сопротивления к. з. ЛЭП) 3, формирователя коммутирующего сигнала 4, блока с управляемым коэффициентом передачи (БУ), достроенного, например, на базе множительного устройства (МУ) 5, блок сравнения (БС) 6, формирователь управляющего сигнала 7, блок для отстройки от качаний (БК) 8, регистрирую ший блок 9, исполнительный блок (ИБ) 10.Формирователь управляющего сигнала (ФУС) 7 содержит интегратор 11 и сумматор 12, Блок для отстройк)и от качаний выполнен на базе регенеративного компаратора 13, Исполнительнь)й блок состоит из номпаратора 14 и регенеративного иомпаратора 15.Схема замещения линни электропередачи состоит из сосредоточенных сопротивления 16 и индуктивности 17.На чертеже также показаны управляющий вход 18 БУ 5, первый вход 19 БУ 5, первый вход 20 ФКС 4, второй вход 21 ФКС 4, второй вход 22 БС 6, управляющ(ий вход 23 БС 6, первый вход 24 БС 6, первый вход 25 БС б; второй вход 26 БС б, первый вход 27 исполнительного блока 10, второй вход 28 ИБ 10.На фиг. 2, а - г приведены временные диаграммы напряжений на выходе отдельных блоков устройства в отключенном состоянии и при холостом ходе защищаемой линии в нормальном режиме работы при номинальной нагрузке, пр)и коротком замыкании и цри качаниях,Работает устройство следующим образом.Напряжение с выхода преобразователя ток - напряжение 1, пропорциональное току защищаемой линии, поступает на вход блока модели ЛЭП 3. Напряжение с выхода блока 3 поступает на вход множительного устройства 5, сигнал на выходе которого формируется по следующему выражению:Убу )с)Ум(2)где У, - напряжен(ие на выходе блока 5;У - напряжение на выходе моделиЛЭП 3;1) = йУупр)= )2 Уупо, причем Й 2 = сопй, Уу,р - напряжение управления, поступающего с выхода формирователя управляемого сигнала 7 на управляющий вход БУ 5.Напряжение Уб поступает на второй вход блока сравнения б, на первый вход которого поступает напряжение Ул с выхода преобразователя напряжение - напряжение 2. Под воздействием коммутирующего сигнала, форм)ируемого в блоке 4, на выходе блока сравнения 6 вырабатывается напряжение по выражению, аналопичному (1), йУбс - (Убуа)ЯП Ул, Ул (З) Напряжение У б, поступает на вход реге неративного компаратора 13 и на вход формирователя управляющего сигнала 7. Регенеративный компаратор 13 осуществляет отстройку от качаний и сигнал с его выхода поступает на второй вход исполнительного блока 10. Выражение для определения напряжения Уу, формируемого в формирователе 7 с помощью интегратора 11 и сумматора 12, )имеет вид 1Уупр - Есм ) Убс 5(4 ) где Т - постоянная времени 11;Е , - напряжение смещ)ения, поступаю- З)щее на сумматор 12 и равное 10 В,Напряжение У;пр поступает на управляющий вход БУ 5, на первый вход исполнительного блока 10 и на регистрирующий блок 9. К первому входу ИБ 10 под- М ключен компаратор 14, на котором задается установка на срабатывание устройства.Сигналы с выхода компаратора 14 и БК 8 поступают на регенеративный компаратор 15, являющийся одновременно элементом И.Для обеспечения многоступенчатости необходима установка в исполнительном бло.ке 10 требуемого числа к)омпараторов 14 с заданием на них соответствующих уставок ирегенеративных компараторов 15, как это показано пунктиром на фиг, 1.При к. з. на за)щищаемой линии ее входное сопротивление в операторной форме выразим через удельные параметры г,л и 40 1 3(р)л: Рл . Р 1-л: (гол Р 1 ол) (л ( ) где- расстояние до места к. з.45 , В этом случае входное сопротивлениеЛЭП, согласованное по параметрам с защищаемой линией в операторной форме выразим, как 50 (р)м = Рм + РЕи = (гои + РЕом)1 м (6)ЯЦлтфс.гПричем г, =г,и Еол =Еом и, следовательно, То, = Т.Таким образомиз выражения (6) вход ное сопротивление модели ЛЭП (или передаточную функцию модели ЛЭП) г р)м =Ф(р)м можно представить как произведение двух передаточных функций У(п), --=гои+РЕо , РеализУемой в блоке 3, ийг(р), =1, реализуемой в блоке 5,Е(р 1 У(р)м У(р) В (р) (гом + РЕои)1 и (7) В простейшем случае при к. з на линии55 запишем в операторной форме следующиевыражения для напряжения в месте установки устройства Ури на выходе моделиЛЭП У(р)ц У(р)л (р)лгол Р оп к ол х д ) 1 У =1,(г+р.,).,;,) )(91 При к. з, на линии считаем У 1, и 1 заданными и, управляя изменением К,=1, добиваемся выравнивания условия 1= чему соответствует определенное значение величины управляющего сигнала Ур, по которой определяем расстояние до места повреждения и регистрируем блоком 9, а исполнительным блоком 10 обеспечивается отключение защищаемой линии.Рассмотрим характерные режимы рабо ты защищаемой линии.При отключенном линейном выключателе и в режиме работы на холостом ходу ток в линии равен нулю, соответственно У=О и по выражению (2) Уб=0, Напряжение на выходе преобразователя 2 соответствует номинальному значению У, и поступает на блок сравнения (БС) и формирователькоммутирующего сигнала (ФКС), При этом по выражению (3), напряжение на выходе БС равно выпрямленному и сглаженному напряжению У,. Управляющий сигнал Ур на выходе форми рователя управляю 1 щего сигнала (ФУС) равен. по выражению (4) своему максимальному значению. При положительном У.и максимальном Ь,р напряжения на выходе исполнительного блока (ИБ) нет, а регистрирующий блок отмечает: линия отключена или работает в режиме холостого хода. Временные диаграммы напряжений на выходе отдельных блоков приведены на фиг, 2, а.Пусть линия с холостого, хода переводится под нагрузку. При некотором значе нии 1 нагр (допустим, 0,1 1 ном) напряжение Убпревышает по амплитуде У, т. е. Уб) У,. Напряжение на выходе БС сменит знак на противоположный, вслед1ствие чего У р -- Е,+ - Уб, уменьшается. С уменьшением Ур изменяет свое значение и й,. Учитывая, что набор нагрузки еще не закончен, изменение У и Й, продолжается до того момента, когда У,р достигнет заданного значения (допустим, 1,). В этот момент установится равенство между напряжениями У =О,на выходе блока для сравнения У=О, а У , уменьшится до нового установившегося значения, соответствующего номинальной нагрузке и зарегистрированного прибором 9.5 1 О 1 20 / 25 Зо 35 40 45 50 55 60 65 Напряжения Уб, и У не достигают значений уставок, заданных на регенеративном компараторе 13 и компараторе 14, вследствие чего сигнал на отключение в исполнительном блоке не вырабатывается. Вре. менные диаграммы напряжений на выходе отдельных блоков при номинальной нагрузке приведены на фиг. 2, б,При к. з. на защищаемой линии ток в линии увеличивается, соответственно растут Уи Уб, Отрицательное Уб, превышает значение уставки на компараторе 14. На выходе исполнительного блока появляется сигнал на отключение защищаемой линии. Установившееся значение К,р соответствует расстоянию до места повреждения и регистрируется прибором 9. Временные био граммы напряжения на выходе отдельных блоков при к, з. на линии приведены на фиг. 2, в.При качаниях напряжения на выходе блока сравнения Уб, и формирователя управляющего сигнала У;,р из,меняются, как показано на фиг. 2, г; Амплитуда колебаний Уб, не превышает значения уставки, заданной в блоке для отстройки от качаний 8, и хотя Ур достигает значений, меньших уставки, заданной в исполнительном блоке 10, срабатывания устройства не происходит. Блок 9 регистрирует изменения Ур, приведенные на фиг, 2,г,Применяя модели различных элементов электроэнергетических систем, получаем быстродействуюшее устройство для их защиты.Рассматривая случаи перехода однофазного к. з. в многофазное в электрических сетях, оборудованных предлагаемььми устройствами, необходимо отметить их надежное и селективное действие. При установке на соседней линии типовой защиты, с пуском по признаку появления несимметрии, из-за вывода из действия ее ступеней, действующих с блокировкой от качания, в некоторых случаях перехода однофазного. к. з. в многофазные возможна неселективная работа предлагаемого устройства, что устраняется согласованием по времени соответствующих ступеней разнотипных защит, осуществляемым в логической части защит, либо введением в логическую часть предлагаемого устройства дополнительных элементов, производящих на основе анализа значений управляющего напряжения У,вывод из действия второй ступени при к. з. на соседней, линии, а при к, з. на защищаемой ЛЭП разрешение ее работы.Использование новых блоков: блока с управляющим коэффициентом передачи, блока для остройии от качаний, формирователя управляющего сигнала - выполнение исполнительного блока выгодно отличает предлагаемое устройство для защиты линии электропередачи от указанного про 752594тотипа, так как существенно расширяет функциональные возможности и повышает надежность работы. Производство предлагаемого устройства,в виде БИС позволяет повысить его,технологичность, упростить наладку и эксплуатацию,В результате лабораторных испытаний макета изобретения получено быстродействие по 3 зонам (без учета выдержки времени, задаваемой или 2 и 3 зоны) не дольше 10 мс.Формула изобретенияУстройство для дистанционной защиты линии электропередачи, содержащее преобразователь ток - напряжение, подключенный ко входу блока модели, преобразователь напряжение - напряжение, подключенный к первому входу блока сравнения непосредственно, а через первый вход формирователя коммутирующего сигнала к управляющему входу блока сравнения, первый выход которого подключен к второму входу формирователя коммутирующего сигнала, и исполнительный блок, выполнен ный на компараторе, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем фиксации места повреждения и повышения надежности работы путем отстройки от качаний, в него введены блок с управляемым коэффициентом передачи, блок отстройки от качаний, формирователь управляющего сигнала и 10регистрирующий блок, а в исполнительный блок введен регенеративный компаратор, причем выход блока Модели подключен через первый вход блока с управляемым 5 коэффициентом передачи ко второму входублока сравнения, второй выход которого подключен через формирователь управляющего сигнала к управляющему входу блока с управляемым коэффициентом передачи, к 10 регистрирующему блоку и ко входу,компаратора исполнительного блока, выход компаратора соединен с первым входом регенеративного компоратора, второй вход которого подключен к выходу блока отстройки 15 от качаний, вход которого соединен с выходом блока сравнения, при этом выход регенеративного компаратора является выходом исполнительного блока 20 Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе:1. Федосеев А, М. Релейная защитаэлектрических систем. М., Энергия, 1976,с. 228, 246,25 2. Авторское свидетельство СССР230296, кл. Н 02 Н 3/38, 1968.3 Авторское свидетельство СССР473124, кл. Н 02 Н 3/38, 1975.4, Бондаревский Л, В., Пеклер В. Н.З 0 К вопросу о схемах дистанционных защитс непрерывными датчиками сопротивления. - Электричество, 1968,1.5, Авторское свидетельство по заявке2311566/24-07, кл Н 02 Н 3/38, 12.01,76.арьк. фил, пред. сПатевт каз 1237/1270 "Изд.467 Тираж 698 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, .Раушская наб., д. 45