Способ многофункциональной централизованной защиты электрических систем от коротких замыканий

(5 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ф:тф ут в(71) Особое коское бюро мСта КОРОТКИХ ЗАМЫв распределительных ергосистем; подвергаигурации; Сущность е непрерывного контащищаемой системы стоянием коммутациокирование формирор защит, которые не в выявлении к.з, в ме сложйешейся конют повысить быстроь защиты,7 ил,огичеорско-техно нструт"С,Ханжие тво СССР ийиАдетел984,356 УНКЦИОНАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТ(51) СПОСОБЦЕНТРАЛИЗО ОГО НН Изобретение относится к релейнойзащите электрических систем от коротких замыканий (к,з.) и является усовершенствованием изобретения по авт,св.М 1513567,Суть способа защиты по основному изобретению заключается в том, что формирование отдельных устройств, входящих всистему защиты, распределено во времени,благодаря чему становится возможным использование одних и тех же функциональных узлов для организации различныхструктур защиты непосредственно в процессе контроля защищаемой электрическойсистемы, При этом поочередно производят-.формирование всех А-структур, составляющих полный ансамбль системы защиты, Со-,став ансамбля А-структур задается заранее(на стадии проектирования системы защиты) и включает в себя все необходимые устройства защиты, обеспечивающиевыявление всех видов к.з. при любых возможных конфигурациях защищаемой электрической системы,Недостатком способа является то, чтопорядок формирования во времени струк,т,5 Я 2, 1753542 А 2 РИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОКАНИЙ(57) Использование:сетях автономных энемых частой реконфизобретения: введенироля конфигурации 3путем слежения за соонных аппаратов и блвания тех из структупринимают участияэлектрической систефигурации, позволядействие и надежност тур защиты (путем поочередного перебора всех А-структур) задается заранее и не,зависит от изменения топологии (конфигурации) С электрической системы .в процессе ее эксплуатации, При этом могут возникать ситуа- Б ции, когда очередная сформированная структура защиты оказывается избыточной для сложившейся к данному моменту топологии (конфигурации) защищаемой электрической системы. МНа фиг.1 в качестве примера приведена (Д блок-схема условного объекта защиты, в ка- (Л честве которого рассмотрена электрическая ф система, состоящая иэ генератора, шин, р первого фидера 1, второго фидера.2, третьего фидера 3; и соответствующих коммутационных аппаратов КА. Предположим, что защита каждого из трех фидеров обеспечиввется соответствующим устройством я=. (структурой) релейной защиты 1,4, И. При этом весь защищаемый участок электрической системы разбит на соответствующие три зоны в пределах защищаемых фидеров Ф 1, Ф 2, ФЗ, Очевидно, что при реконфигурации электрической системы, например отключении фидера Ф 2, отпадает необхо30 Пусть в момент тк 1 произошла некоторая реконфигурация защищаемого объекта таким образом, что в интервале времени 35 (тк 1-ткр), соответствующем времени существования данной топологии объекта, для защиты последнего оказывается необходимым формирование только двух структур (напримери И). Это условиепоказано на 40 диаграмме фиг,2 а записью-)ьИИ -+ 45 При этом влишней структувыявить к.з, прции электричестается фактичеЬ т (фиг,2 а). я существования изкоторая не способна ившейся конфигуратемы, последняя оса защиты на период времры И,и сложой сиски бе 50 алогично в случае очередной рекции объекта, начиная с моменталишними становятся структурыи оказывается без необходимой запериод Ь т(фиг.2 а). Этот режиммме фиг,2 а показана записью н, 55 И,фигур когда объек ты на диагр Щ димость в формировании устройства защиты И, предназначенной для этого фидера. Тем не менее, в соответствии со способом она будет сформирована так же, как и остал ные структуры защиты в заданной цик лической последовательности. Это приводит с одной стороны, к сниженйю быстродействия системы защиты, а с другой - сторОны, к снижению ее надежности, поскольку возможны периоды существования 10 электрической системы без необходимой защиты,Скаэайное иллюстрируется временными диаграммами на фиг.2 и 3. При рассмотрении этих диаграмм учтем, что для данной 15 электрической системы необходим ансамбль структур защиты, состоящий из трех устройств (, Ц ), т.е, А=З. На фиг,2 рассмотрены три режима защищаемой электрической системы (диаграмма а), отличающиеся 20 ее конфигурацией, В интервале времени (О-Ь 1) на диаграмме а), соответствующем наиболее сложной конфигурации электрической системы (когда включены все три фидера ф 1, Ф 2, ФЗ), необходим перебор всех 25 структур защиты (,И,И), На диаграмме фиг.2 а, это условие показано записью,ИНеобходимо отметить, что в способе- прототипе порядок формирования структур (фиг.2 б) и длительность Т любого цикла формирования структур защиты, например К-го, (1+1)-го и т.дне связаны с режимом (конфигурацией) защищаемой электрической системы, т,е. Т-сопзт, Из сравнения диаграмм в и е на фиг,2 видно, что при функционировании системы защиты по известному способу возможны случаи появления достаточно длительных периодов, когда объект остается без необходимой защиты, Таким образом, принятый порядок формирования структур приводит к снижению надежности защиты объекта.На фиг,З приведены условные временные диаграммы; иллюстрирующие неоправданные задержки в срабатывании системы защиты. Рассмотрим один из указанных на фиг.2 режимов, когдаАг 1 И,И + В этом случае при возникновении к,з.(фиг,За), которое должно выявляться, структурой И, произойдет задержка формирования необходимой структуры на время чцсуществования "ненужной" структуры И, чтов конечном итоге приводит к увеличениювремени отключения тоткл. к,э, или к снижению быстродействия системы защиты в целом (на фиг.Зб,д),В общем случае для защиты каждой зоны требуется формирование не одной, а нескольких структур защит различного типа,что иллюстрируется на фиг,4, Например, набор нескольких типов защит для силовоготрансформатора включает в себя 4 защиты,Следовательно, при отключении 3-й зонызащищаемой электрической системы (зонатрансформатора на фиг,4) при реализацииспособа-прототипа будет затрачено дополнительное время для формирования ненужных четырех структур, В конечном итогевремя существования объекта без нужнойзащиты значительно увеличивается.Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности способа,Поставленная цель достигается тем, чтов способе многофункциональной централизованной защиты электрических систем отк.з. дополнительно контролируют и фикси- .руют включенное или отключенное состояние коммутационных аппаратов защищаемой электрической системы, по результатам контроля судят о конфигурации электрической системы в каждый момент времени, по заранее заданным правилам определяЮт 5 состав структур защит, необходимых для контроля электрической системы, слокившейся к данному моменту времени конфигурации, причем после каждой реконфигурации электрической системы блокируют формирование тех из А-структур защитыиз заданного набора, которые не предназначены для выявления повреждений вэлектрической системе сложившейся конфигурации, 15Сущность технического решения заключается в том, что, благодаря введениюдополнительного непрерывнага контроляконфигурации защищаемого обьекта путемслежения за состоянием коммутационных 20аппаратов и блокированию формированиятех и - . структур защиты, которые не принимают участия в выявлении к.з, в электрической системе сложившейся конфигурации,удается сократить продолжительность цикла реализации набора структур защиты ивключать в цикл перебора только необходимые в данный момент структуры защиты, азначит повысить ее быстродействие и надежность, 30На фиг.2 показаны диаграммы, иллюстрируащие порядок формирования структур(диаграмма г) и смену циклов (диаграмма д)в соответствии с предлагаемым способом.На фиг,3 приведены временные диаграммы, показывающие выигрыш в быстродействии заявляемого способа защиты пасравнению са способом-прототипом,На фиг,5 приведена в качестве примераструктурная схема устройства многафункциональной централизованной защиты;"реализованной па предлагаемому способу. Нафиг,6 приведены временные диаграммы,иллюстрирующие работу устройства,На фиг,7 показан пример схемнайреализации блока анализа топологии электрической системы (БАТС),Как видно из фиг,2 длительность циклаформирования структур защиты по предлагаемому техническому решению является 50величиной переменной (Т-наг) зависящейат конфигурации защищаемой электрической системы, т,е. Т=Е(Яэс). Параметр (аргумент функции Г) Яэс может бытьпредставлен позиционным двоичным кодом, однозначно описывающим состояниевсех коммутационных аппаратов электрической системы (" Включен-выключен") или еереальную конфигурацию в каждый моментвремени, При этом длительность (К+1)-га цикла формирования структур защиты по способу-прототипу будет превосходить длительностьь соответствующего (К+1)-го цикла формирования структур защиты по предлагаемому способу на время существования Ь "ненужной" П-й структуры. В конечном итоге в предлагаемом способе исключаются периоды Ь , когда электрическая система остается (как это ймеет место в способе- и ратотипе) без защиты,Многофункциональная централизованная релейная защита, в дальнейшем для краткости именуемая МЦРЗ, содержит (фиг.5) датчики 1 (01,020 к) параметров защищаемой электрической системы, многоканальный управляемый источник опорных сигналов (ИОС) 2, набор вида (зырдп 1,зырдпь,зордФч) функциональных узлов (ФУ 1,ФУп) 3, универсальную коммутирующую структуру (УКС) 4, устройство упоавления (УУ) 5, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 6. Дополнительно устройство МЦРЗ содержит блок анализа топологии электрической системы (БАТС) 7, состоящей из блока анализа коммутационных аппаратов (БАК) 8 и устройства блокирования формирования (УБФ) 9 структур защиты, Кроме этого, устройство содержит шину коммутации (ШК) 10, шину (ЩУ) 11, шину данных (ШД) 12, шину кодов уставок (ШКУ) 13, шину блокирования формирования структур (ЩБФ) 14, шину опроса и разрешения формирования структур (ШОР) 15, информационную линию (ИЛ) 16,Выходы датчиков параметров 1, выходы ИОС 2 и выходы функциональных узлов(ФУ) 3 подключены к информационным входам УКС, выходы которой являются выходами устройства защиты и соединены с цепями отключения коммутационных аппаратов (КА) в защищаемой электрической системе. Первый выход УУ 5 посредством шины ШК 10 подключен к управляющему входу УКС 4. Второй выход УУ 5 посредством шины ШКУ 13 соединен с входом ИОС 2. Третий выход УУ 5 подключен к блокирующему входу УБФ 9 блока анализа топологии электрической системы (БАТС) 7, Четвертый выход УУ посредством шины ШУ 11 соединен с входом ПЗУ 6, выход которого шиной ШД подключен к входу УУ 5. Входы БАК 8, являющиеся одновременно входами БАТС 7, подключены к коммутационным аппаратам (КА) элементов электрической системы. Выход БАК 8 соединен с входом УБФ 9, выход которого посредством шины ШБФ 14 соединен с блокирующим входом УУ 5, информациОнный вход которого посредством линии ИЛ 16подключен к выходу реагирующего органа,например ФУ (фиг.5),Устройство работает следующим обраИнформация о состоянии (см. фиг.5 и 6). (" Включен-выключен") коммутационных аппаратов КА защищаемой электрической системы, с блок-контактов выключателей, входящих в блок контактов коммутационйых аппаратов БККА, поступает на резисторы БАК 8, который анализирует состояние всех КА путем фиксации положения их блок- контактов ("Влкючен-выключен"). При этом БАК 8 кодирует камсдую совокупность состояний всех КА и посылает многоразрядный двоичный сигнал, соответствующий этому коду, а УБФ 9, который выполняет функцию преобразования вектора состояния всех КА в код, блокирующий формирование в УУ 5 "ненужной" для данной топологии структуры защиты из ансамбля А. Причем, УБФ 9 осуществляет сравнение кода необходимой для данной конфигурации структуры защиты (код хранится в ПЗУ УБФ 8) с поступающим по шине ШОР 15 и из УУ 5 сигналом опроса в виде кода очередной готовой к формированию с помощью УКС 4 структуры в соответствии с извлеченным из ПЗУ 6 правилом коммутации УКС 4. В случае несовпадения этих кодов УБФ 9 формирует на своем выходе сйгнал "Запрет", поступающий по шине Ш БФ 14 на блокирующий вход УУ 5, В результате УУ 5 не воспринимает поступающее из ПЗЧ 6 правило коммутации УКС 4 и на выходе.УУ 5, а значит, и на шине ШК 10 сигнал отсутствует (перекоммутации ФУ с помощью УКС 4 при этом на "заряженную" структуру защиты не происходит). Одновременно с поступлением блокирующего сигнала по шине ШБФ 14 в УУ 5 пбследнее по шине ШУ 11 посылает сигнал выборки из ПЗУ 6 очередного правила коммутации, предусматривающего формирование кода последующей структуры защиты, В результате иэ ПЗУ 6 извлекается код соответствующего правила коммутации (структуры), поступающей по шине ШД 12 в УУ 5, последнее снова по шине ШОР 15 опрашивает УБФ, предъявляя ему код новой структуры (нового правила коммутации) и, если к этому моменту сложившаяся в электрической системе топология нуждается в этой структуре, что анализирует БАТС 7, то блокирующий сигнал на выходе УБФ 9 не формируется и блокирующий вход УУ 5 оказывается невозбужденным, Благодаря этому УУ 5 по шине Ш К 10 выдает инструкцию (правило) коммутации УКС 4, обеспечивая ее настройку на соответствующую структуру защиты. Описанный процесс повторяется в цикле, определяемом заданными правиламикоммутации структур из общего ансамбляструктур защиты. В остальном устройство5 функционирует аналогично устройству поосновному изобретению. В частности, одно-временно с настройкой УКС 4 на заданнуюСтруктуру по кбманде из УУ 5 по шине ШКУ13 на вход ИОС 2 поступает код необходи 10 мой для данной структуры защиты уставки.Значение напряжения уставки поступает посоответствующим, линиям коммутации УКС4 на релейный элемент (один из ФУ), Такимже образом посредством УКС 4 от датчиков15 01,02, на соответствующие ФУ поступают сигналы информационных параметров собъекта защиты, Аналогично с ФУ, выполняющими роль выходных органов устройствзащиты, через соответствующие горизонта 20 ли и вертикали УКС 4 поступают сигналы свыхода МЦРЗ в цепи отключения КА присрабатывайии защиты.Блоки БАК 8 и УБ Ф 9, образующие БАТС7, могут быть выполнены, например, в соот 25 ветствии со схемой, приведенной на фиг,7.Блок БАК 8 представляет собой набор блокконтактов коммутационных аппаратов(БККА) защищаемой электрической системы, в цепи каждого из которых включен ре 30 зистор В, Упомянутые резисторы вместе сБККА образуют параллельно включенныецепи, нагруженные на источник напряжения Е, При замыкании любого из блок-контактов в его цепи начинает протекать ток,35 создающий на соответствующем резисторей падение напряжения нормированной величины, котороеявляется выходным сигналом "1" соответствующего канала БАК 8.Таким образом, БАК 8 выполняет функцию40 преобразования состояния блок-контактоввсех коммутационных. аппаратов защищаемого объекта в позиционный двоичный кодс разрядностью, соответствующей числу .коммутационных аппаратов, причем "Лог,О"45 соответствует разомкнутым БККА, а "Лог.1"соответствует замкнутым БККА,Упомянутый позиционный код разбивают насимволов (слогов), например, по 8разрядов в каждом, Каждый слог поступает50 с выхода БАК 8 через свой парт в УБФ 9.Таким образом, число входных портов УБФ9 равно . В качестве УБФ 9 в данном примере реализации используется микроЭВМ(МЭВМ), которая, кроме упомянутых портов55 (порт 1 - порт ), имеет дополнительный порт(порт УУ), в который по шине ШОР (шинаспроса и разрешения) поступает от УУ запрос на идентификацию состояния КА объекта. МикроЭВМ имеет также устройствовывода УВ, котсрое связывает выход УБФ сты), В ПЗУ 2 хранится библиотека структур защиты, обеспечивающих контроль защищаемого объекта при различной его конфигурации (при различном сочетании состояний КА) Кроме этого, в состав микро- ЭВМ входят центральный процессор и ОЗУПроцесс блокирования формированияненужных структур в УБФ 9 осуществляется следующим образом (см, фиг.7), Информация о состоянии защищаемой электрической системы с портов 1 микроЭВМ УБФ 9поступает в центральный процессор (ЦП)микроЭВМ ЦБФ 9, который формирует команду опроса содержимого ПЗУ 1. Из последнего в зону микроЭВМ УБФ 9последовательно поступают коды, соответствующие всем возможным конфигурациям электрической системы, При выявленном в ЦП совпадении кода из ПЗУ 1 с кодом из портов 1 - микроЭВМ УБФ 9 формируеткоманду на выборку из ПЗУ 2 кодов, соответствующих структурам защиты, необходимых для контроля электрической системы сложившейся конфигурации. Далее ЦЦА УБФ 9 осуществляет сравнение каждого изэтих кодов с кодом поступающим в порт УУ микроЭВМ УБФ 9 от УУ 5 (см.фиг.5). В случае несовпадения упомянутых кодов ЦП формирует на шине ШБФ 14 сигнал на блокирование формирования в УУ 5 и УКС 4структуры защиты, код которой поступил впорт УУ УБФ 9. После этого УУ 5 по шине ШОР 15 посылает в УБФ 9 код, соответствующий предлагаемой к формированию следующей структурой защиты,В случае, если при сравнении кодов с УУ5 и из ПЗУ 2 в УБФ 9 выявляется их совпадение, ЦП УБФ 9 не формирует сигнал запрета по шине ШБФ 14, в результате чего 1015202530354045 шиной ШБФ устройства защиты, по которой в его УУ поступает сигнал блокированияформирования очередной структуры защиты. Кроме этого, в УЬФ 99 входят два постоянных запоминающих устройства ПЗУ 1 и 5 ПЗУ 2, В ПЗУ 1 хранится библиотека комму-тационных аппаратов объекта защиты (на-.бор всех возможных позиционных двоичных кодов для данного объекта защиУУ 5 и УКС 43 формируют необходимую структуру защиты, При этом в случае отсутствия к,з. в защищаемой электрической системе через заданное время происходит декомпозиция последней сформированной в УКС 4 структуры защиты, и УУ 5 посылает в УБФ 9 код очередной структуры защиты. Далее процесс повторяется.В случае же наличия к.з. в защищаемой системе последняя сформированная структура защиты замораживается на время, достаточное для отключения поврежденного участка. После формирования структуры защиты в УКС 4 последовательность операций по контролю и отключения поврежденных участков защищаемой электрической системы в соответствии с"данным способом совпадает со способом-прототипом.Данное техническое решение наиболее целесообразно использовать при предъявлении повышенных требований и надежности защитыи ее быстродействию в особенности, в расйределительных сетях автономных энергосистем, подвергаемых частой реконфигурации,формула изобретения Способ многофункциональной централизованной Защиты электричес к и х с и с те м от. коротких замыканий по авт,св, М 1513567, о тли ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения. быстродействия и надежности дополнительно непрерывно контролируют и фиксируют включенное или отключенное состояние коммутационных аппаратов электрической системы, по результатам контроля судят о конфигурации электрической системы в каждый момент времени, по заранее заданным правилам определяют состав структур защит, необходимых для контроля электрической системы, сложившейся к данному моменту времени конфигурации, причем после каждой реконфигурации электрической системы блокируют формирование тех из А структур защиты из заданного набора, которые не предназначены для выявлейия повреждений в электрической системе сложившейся конфигурации.1753542 Аж ЮРУ Я 7 ЩйЩ рЬем райли яЪлрормира 8 аструктуртатин) ания структуроя 3 аяемьо сласоа Смена щ/нлоо/ард) См ко гфюЫ таты 7(яоок щей/0 Х Ю, Я-услаюст 47 ргле Периоды сущест 8 о 3 ания ЯЫеэ эощцты оэ э, 101 Оорв 3 ак дюрморобои ОпрЯвцр Ращет Заказ 2772 ТиражВНИИПИ Государственного комитет113035, Москва,Подписноео, изобретениям и открь;т ям при ГКНТ ССС5, Раушская наб., 4/5