RU1775787C - Способ дистанционной защиты линии электропередачи - Google Patents

Abstract

Использование: дл  расширени  функциональных возможностей способа дистанционной защиты так, что его действи  станов тс  независимыми от вида короткого замыкани . Кроме того, упрощение способа заключаетс  в отказе от задани  характеристик дистанционных органов в плоскости комплексного сопротивлени  и в отказе от выделени  обратной последовательности . Сущность изобретени : способ дистанционной защиты, включающий в себ  изменение напр жений и токов в начале линии, преобразование их уровней, смещение фаз, суммирование преобразованных напр жений и токов, выбор поврежденных фаз и определение реактивного параметра предполагаемого повреждени , дополнен операци ми, которые надел ют его способностью вы вить повреждение любого вида в защищаемой зоне: определ ют значение реактивного параметра в предположении, что повреждение произошло в начале линии , далее определ ют второе значение реактивного параметра в предположении, что повреждение произошло в конце линии, определ ют знаки первого и второго значений; если первый положителен, а второй отрицателен, то определ ют разность первого и второго значений, сравнивают с уставкой , если разность превышает уставку, формируют сигнал о повреждении соответствующих фаз линии. 12 з.п. ф-лы. 19 ил, 1 табл. сл с VI vj (Л VI 00 Ы

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к релейной защите и системной автоматике, и может быть использовано дл  защиты линий от всех видов коротких замыканий .

Известен способ дистанционной защиты от всех видов коротких замыканий при помощи реле сопротивлени  (омметров). По этому способу измер ют основные гармоники напр жений и токов в начале линии, подвергаютих преобразовани м и определ ют соотношение между преобразованными величинами . В реле сопротивлени  примен ют принцип компенсации напр жени , который можно истолковать как преобразование измеренного напр жени  с учетом падени  напр жени  от измеренного тока в сопротивлении, представл ющем собой модель линии электропередачи. Этот способ требует переключений напр жений и токов, подводимых к реле сопротивлени . Кроме того, ему присуща методическа  погрешность , обусловленна  переходными сопротивлени ми в месте повреждени  и распределенными параметрами линии.

Известен также более общий способ дистанционной защиты, основанный на определении чередовани  векторов входных величин. Он не требует переключений, но область его применени  ограничена несимметричными короткими замыкани ми, и ему также присуща указанна  методическа  погрешность .

Известна возможность применени  дистанционного принципа не только дл  защиты линий, но и дл  выбора поврежденных фаз и дл  определени  места повреждени . Область применени  этого общего способа дистанционной защиты ограничена замыкани ми на землю, и он также не свободен от указанной методической погрешности.

Известен способ выбора поврежденных фаз при несимметричных коротких замыкани х в сет х с заземленной нейтралью, в котором анализируют аварийные слагаемые токов, получаемые вычитанием аварийных и предварительных токов.

Известен и близкий по своему характеру способ определени  рассто ни  до мест двухфазных коротких замыканий, согласно которому измер ют напр жени  и токи в начале линии, преобразуют их с учетом особенностей модели и линии и определ ют реактивный параметр, имеющий отношение к предполагаемому повреждению, определ ют симметричные составл ющие и аварийные слагаемые токов, на основании чего определ ют и поврежденные фазы, и местонахождение повреждени , что в совокупности может быть охарактеризовано как способ дистанционной защиты и определени  поврежденных фаз. Этот известный способ имеет ограниченную область применени , так как не распростран етс  на все виды коротких замыканий.

Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей способа дистанционной защиты, такое, что его действие становитс  независимым от вида короткого замыкани . Попутна  цель - упрощение

способа, заключающеес  в отказе от задани  характеристик дистанционных органов в плоскости комплексного сопротивлени , как это обычно делаетс , и в отказе от выделени  обратной последовательности.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что известный способ дистанционной защиты, включающий в себ  измерение напр жений и токов в начале линии, преобразование их

0 уровней, смещение фаз, суммирование преобразованных напр жений и токов, выбор поврежденных фаз и определение реактивного параметра предполагаемого повреждени , дополнен операци ми, которые надел ют его способностью вы вл ть по5 вреждение любого вида в защищаемой зоне: определ ют значение реактивного параметра в предположении, что повреждение произошло в начале линии, далее определ ют второе значение реактивного параметра в предположении, что поврежде0 ние произошло в конце линии, определ ют знаки первого и второго значений; если первый положителен, а второй отрицателен, то определ ют разность первого и второго значений, сравнивают ее с уставкой; если

5 разность превышает уставку, формируют сигнал о повреждении соответствующих фаз линии. В основе предлагаемого способа лежит неизвестна  ранее закономерность: реактивные параметры повреждений, пред0 полагаемых в начале и в конце линии, поврежденной на самом деле в произвольном месте, имеют разные знаки, первый - положительный , а второй - отрицательный. В качестве реактивного параметра

5 предлагаетс  использовать взаимную реактивную мощность опорного напр жени  и опорного тока предполагаемого повреждени  или же реактивную составл ющую напр жени  в месте предполагаемого

0 повреждени  по отношению к опорному току . В качестве опорного тока предлагаетс  использовать ток в предполагаемом повреждении , а при различных видах повреждений возможно применение и иных

5 опорных токов; при однофазном замыкании -ток нулевой или обратной последовательности либо безнулева  аварийна  слагаема  линейного тока поврежденной фазы; при двухфазном - ток, ортогональный току

0 обратной последовательности или аварийна  слагаема  линейного тока одной из поврежденных фаз; при двухфазном замыкании на землю в качестве реактивного параметра предлагаетс  выбирать суммарную

5 взаимную реактивную мощность напр жений и опорных токов в месте предполагаемого повреждени , в качестве опорного напр жени  - сумму напр жений поврежденных фаз и опорного тока - ток нулевой последовательности или опорного напр жени  - линейное напр жение поврежденных фаз и опорного тока - разность аварийных токов поврежденных фаз. Повреждение фазы предлагаетс  вы вл ть путем выделени  модулей безнулевых аварийных слагаемых токов и сравнени  их между собой и с уставкой.

На фиг.1 изображена поврежденна  од- нопроводна  ненагруженна  лини ; на фиг.2 - модуль линии с предполагаемым повреждением; на фиг.З - однопроводна  нагруженна  лини  в предаварийном режиме; на фиг.4 - то же, с источником аварийных слагаемых; на фиг.5,- то же, в аварийном режиме; на фиг.6 - годограф распределени  напр жений вдоль линии; на фиг.7 - трехфазна  лини  электропередачи в предаварийном режиме; на фиг.8 - поврежденна  лини ; на фиг.9 - модель электропередачи с предполагаемым повреждением; на фиг. 10 - модель повреждений (наиболее общее повреждение ); на фиг.11 - то же, симметричное трехфазное; на фиг.12 - то же, двухфазное замыкание на, землю; на фиг.13,14 - то же, без общего сопротивлени  на землю; на фиг. 14 - то же, с металлическим замыканием фаз; на фиг.15 - то же, двухфазное; на фиг. 16 - то же, однофазное замыкание; на фиг. 17 - 19 - иллюстраци   влени  растекани  аварийных слагаемых.

В основе предлагаемого способа лежит одна закономерность, которую предстоит по снить. Потребуетс  ввести р д обозначений: х - координата произвольной точки линии или, быть может, координата предполагаемого повреждени ,Xf- истинна  координата повреждени  (фиг.1, 2), х - результат ее измерени  (оценка), Oj(x) U R(X) + jU)i(x) - фазное напр жение в произвольной точке, v А,В,С - обозначение фазы, UJR, - ортогональных состав- л ющих, i$(x) - ток предполагаемого повреждени , $(х-) и lj(x+) - линейные токи до и после предполагаемого повредждени  (фиг.2), Оп(х), 1п(х) - напр жени  и токи, предшествующего (предаварийного) режима (фиг.З), Ор(х), ip(x)- аварийные слагаемые напр жени  и тока (фиг.4): Up(x)U(x)-Un(x), ipM Кх) in(x): Uo(x), lo(x) - напр жение и ток нулевой последоваательности, 0}(х) 0(х) - Uo(x), lj(x) l;(x) - о(х) - безнулевые напр жени  и токи, С)2(х)- Ь(х) - напр жени  и ток обратной последовательности (фиг. 17-19).

Кроме того, на иллюстраци х обозначены: 1 - реальна  лини , 2 - ее начало (место измерени ), 3 - ее конец, 4 - реальное повреждение , 5 - модель линии, 6 - ее начало,

7 - ее конец. 8 - модель повреждени , 9 - нагрузка линии, 10 - модель нагрузки, 11 - передающа  система.

По предлагаемому способу производит- с  измерение напр жений и токов в начале линии: 0}(0) и ij(Q-). Измер ютс  также (как вариант - определ ютс  по Uj(0) и Ij(O-) напр жение и док нулевой последовательности Оо(0) и lo(O-). Измеренные напр же- ни  и токи используютс  дл  контрол  состо ни  линии и установлени  факта ее повреждени . Контролируютс  два значени  реактивного параметра о(х), одно значение о (о) соответствует началу линии, а другое 0(1) - концу. В качестве реактивного параметра может быть избрана взаимна  реактивна  мощность напр жений и токов или реактивна  составл юща  напр жени  (таблица). Опорные напр жени  и токи вы- бираютс  в зависимости от вида повреждени .

Начнем с однопроводной линии (фиг.1 - фиг.6). Предположим, что в ненагруженной линии произошло короткое замыкание че- рез сопротивление Rf (фиг.1). Место замыкани  хг неизвестно. Выберем в качестве реактивного параметра взаимную реактивную мощность,.

CT(x) Q(x)(x) -l(x).(1)

В качестве примера рассмотрим соотношени , присущие линии небольшой длины (фиг.2|:

(х) (х-)Н(0),.(2)

U(x) 0(0) - Z° х I(O-), где Z° R° + JX° - удельное сопротивление линии. Если учесть, что в данном случае в линии реально протекает ток (фиг.1)

l(0-) U(0)/(Z°xf + Rf),

то формулы (2) и (1) привод т к результа- ту .

U(x) lfO-)Z°(xf-x) + Rf,(3)

cr(x) P(0-)X°(xf-x).

Дистанционна  защита линии по фиг.1, осуществл ема  по предлагаемому спосо- бу, реализуетс  следующими операци ми. Определ етс  значение реактивного параметра в предположении, что замыкание произошло в начале линии. Как следует из (3), при этом будет получен результат or(0)2(0-)X°xf.(4)

Затем определ етс  значение реактивного параметра в предположении, что замыкание произошло в конце линии при х 1, где 1- длина линии. Как следует из (3), результа- том  витс 

cr(l) l2(0-)X°(xf-t).(5)

Далее определ ютс  знаки значений (7(0) и (7(1). Если короткое замыкание произошло в защищаемой линии (хг 1), то будет получен результат

slgner(0)1,(6)

sign o(D --1.(7)

а если короткое замыкание произошло за пределами линии (вне зоны), т.е. , то условие (6) будет выполнено, но вместо (7), как это следует из (5), получитс 

sign a(l) 1.

Таким образом, при разных знаках значений а (о) и a(t) имеютс  основани  прин ть решение о срабатывании защиты, а при одинаковых - не принимать.

При коротком замыкании за спиной, т.е. при хт О, в данном случае 1(0-) 0 и т(х)0, в том числе ст О и a(t) О. Следовательно , при малом уровне значений 7(о) и а(1) (уровень шумов) срабатывание защиты не допускаетс . Отстройка от шумов осуществл етс  следующим образом. Определ етс  разность двух значений реактивного параметра. Как следует из (4), (5),

а(о)-ст(1)12(0-)Х°1(8)

не зависит от места замыкани , если только оно произошло в пределах защищаемой линии (О xf I). Уставка Аоу по разности ст(О) - (7(1) выбираетс  из услови  отстройки от шумов, т.е. на пор док ниже произведени  (8) при минимальном токе короткого замыкани 

А ц 0,1 U(o)X°i /((R°l+ Rf)2 + (Xot)2),1/2 а услови  срабатывани  дистанционной защиты имеют вид

signa(o)1, sign cr(t) -1,(9)

rr(o)-(7(l) Аоу.

В предлагаемом способе значени  реактивного параметра ст(о) ист (I) определ ютс  по алгоритму (1) жхч

ст(0) (o)l(o) U(o)(o)sin(U(o)i(o))

о® I40(1)T(1) U(1)l(Qsln(0(Q(9), где 0(о), 1(о) - напр жение и ток повреждени , предполагаемого в начале линии, 0(1),i(1) - напр жение и ток повреждени , предполагаемого в конце линии. Эти величины получают преобразованием измеренного напр жени  и тока U(o), i(o-). Преобразование заключаетс  в масштабировании (изменении модулей), смешении фаз, что в совокупности трактуетс  как умножение на комплексные коэффициенты, и в наложении (суммировании). В случае модели по фиг.2:I(o) i(o-), (t) l(o-), т.е. преобразовани  токов не требуетс , а при формировании напр жени  0(1) все перечисленные операции совершаютс 

0(1) 0(о) + Ki(o-). гдеК--г°1

Приведенный пример дает аналитическое обоснование способа, но только дл 

частного случа  линии на фиг.1. Подобный анализ дл  нагруженной линии (фиг.3-5) затруднен , поэтому ограничимс  графической иллюстрацией (фиг.б). Здесь нет необходимости упрощать ситуацию р ди упрощени  формул, поэтому могут быть учтены все параметры линии электропередачи, предлагаемый способ сам по себе не требует пренебрегать емкостью линии или ее нагрузкой . Цель схем по фиг.3-5 и диаграммы по фиг.6 - показать, что зависимость реактивного параметра от координаты сг(х) при повреждении в защищаемой линии (о хг 1), начина сь с положительного значени  0(а,

пересекает ось х в единственной точке х хг и далее убывает. Самое большое отрицательное ее значение и есть cr(t). В предаварий- ном режиме (фиг.З) распределение напр жени  вдоль линии имеет вид верхнего годографа фиг.6. Аварийный режим добавл ет к этому составл ющие напр жени  и тока, обусловленные источником On(xf) (фиг.4). Наложение их на предаварийный режим характеризует полный аварийный процесс (фиг.5). Ток повреждени  i(xf) близок по фазе к аварийной слагаемой ip(O-), в св зи с чем на диаграмме показан только последний вектор. Как видно из диаграммы, векторы 0(х) и i(x) совпадают по фазе в

единственной точке х xf. При х хг напр жение опережает ток, а при х хг - отстает от него, что и доказывает утверждение: sign 0(0) 1, sign a (I) -1. Учет распределенных параметров и нагрузки приводит к

тому, что при определении значени  реактивного параметра ст(о)ток i(o) определ етс  наложением преобразованных напр жений и токов аварийного и предава- рийного режимов

l(o) KtU(o) + Kzi(0-) + Кзбп(о) + Knin(o-). (10)

Аналогичным образом определ етс  напр жение и ток повреждени , предполагаемого в конце линии

U(t) KsU(o) + K6i(o-) + K70n(o) + Ksin(o-) (11)

l(t) K9U(0) + Кю |(о-) + KnUn(o) + Kl2lm(o-),

- (12)

которые вход т в выражение а(1), т.е. обобщение в данном случае заключаетс  только в том, что напр жение и ток, наблюдаемые в двух режимах, преобразуютс  каждый со своим масштабирующим множителем и смещением фазы.

Особенность применени  предлагаемого способа в многофазной электрической

системе (фиг.7-9) заключаетс  в большем числе наблюдаемых и, следовательно, преобразуемых напр жений и токов: предшествующего (фиг.7) и аварийного режимов (фиг.8). Существует наиболее общий реактивный параметр, действенный при всех видах коротких замыканий, - это суммарна  реактивна  мощность всех фаз повреждени  8, предполагаемого в произвольной точке (фиг.9)

о (х) Q/x) Ј Q,(x) - 2 lm U,Ij. (13)

} A,B.CV ,B,C

Поведение зависимости (13) аналогично зависимости (1) дл  двухпроводной линии. Физически это утверждение объ сн етс  тем, что при адекватности модели и реальной линии имеет место равенство

Qt(x хг) О,

так как повреждение носит резистивный характер, т.е. зависимость (13) переходит через нуль в точке модели фиг.9, соответствующей координате повреждени  xf реальной линии (фиг.8). Если предположить, что повреждение произошло в точке х хг, и расположить в этой точке модели линии 5 модель повреждени  8(фиг.9), то при подаче на вход 2 модели 5 измеренных напр жений Uj(o) уравновешенное состо ние модели, т.е. входные токи, равные измеренным ЦО-), наступит при активно-индуктивной нагрузке (8): 0(х) 0. Если же предположить, что (х) хг, как это и показано на фиг.9, то модель линии уравновесит активно-емкостна  нагрузка (8): сг(х) 0. Иными словами, зависимость (13) пересекает ось х в единственной точке х хг, а раз так, то условие срабатывани  дистанционной защиты (9) носит всеобщий характер. При коротком замыкании вне зоны (х xf) всегда будем иметь sign а (1) 1, что означает несрабатывание, а при коротком замыкании за спиной, когда лини  не повреждена, во всех точках модели преобразование входных напр жений DV(O) и токов l(o-) даст нулевой уровень токов повреждени  l(x)-0, а следовательно, и нулевой уровень реактивного параметра (13), что также будет означать несрабатывание защиты. Таким образом, соотношени  (10) - (12), (13) и (9) характеризуют общий способ дистанционной защиты линии электропередачи .

Анализ показывает, что чувствительность защиты к повреждени м разного вида повышаетс , если примен ть не общий реактивный параметр, а частные, ориентированные на конкретные повреждени 

(таблица, фиг.10 - фиг.16). Дл  модели произвольного трехфазного замыкани  (фиг.10) остаетс  в силе реактивный параметр (13). Но в частных случа х целесообразно выдел ть из состава напр жений токов нулевую последовательность 00(х) и 10(х). Остаютс  безнулевые слагающие

Oj (х) 1ЗД - 00(х), i;(x) + 1(х) - i0(x). объедин ющие в себе пр мую и обратную

последовательность. Если при трехфазном замыкании уровень тока нулевой последовательности неощутим (фиг.11), то вместо (13) вводитс  реактивный параметр

15 7(Х) 2 (х)Л.

,B,CГ

(И)

При двухфазном замыкании на землю (фиг.12-14) из (13) исключаетс  слагающа 

фазы С, при двухфазном (фиг.15)- примен етс  (14), но без слагающей фазы А, при однофазном (фиг.16) - дл  поврежденной фазы примен етс  параметр (1).

Описанные параметры можно назвать

пр мыми, так как они ориентированы на непосредственную оценку предполагаемых повреждений. Нар ду с этим возможно применение существенно более простых косвенных параметров (таблица), которые

ориентированы не на токи повреждени  I (х) или их слагающие lj(x), I0(x), а на линейные токи перед повреждением р(х-), 0(х-). Переход к косвенным параметрам возможен потому , что фазы тока S0(x) и J0(x-) (фиг. 18), а

также 1$р(х) и (x-) (фиг. 19) отличаютс  незначительно .

Схема по фиг.19 иллюстрирует также возможность вы влени  поврежденных фаз путем сравнени  безнулевых аварийных токов Ц рС0) между собой и с уставкой.

В отличие от известных способов дистанционной защиты предлагаемый способ действен при всех видах коротких замыканий , обладает направленностью, четко различает повреждени  в зоне, не в зоне и за спиной. Способ хорошо сочетаетс  с алгоритмами диагностики линии, так как и тут, и там эффективно примен ютс  реактивные информационные параметры. Критерии

срабатывани  защиты просты и свод тс  к проверке знаков и контролю разности двух выходных сигналов.

Claims (13)

1. Способ дистанционной защиты линии

электропередачи путем измерени  фазных напр жений и токов в начале линии, напр жени  и тока нулевой последовательности, преобразовани  их уровней, смещени  фаз. наложений преобразованных напр жений и токов, выбора поврежденных фаз и определени  реактивного параметра предполагаемого повреждени , отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей, значение реактивного параметра определ ют дважды: один раз в предположении , что короткое замыкание произошло в начале линии, а другой раз - что оно произошло в конце линии, определ ют знаки первого и второго значений и, если первый положителен, а второй отрицателен , то определ ют разность первого и второго значений, сравнивают ее с уставкой и, если она превышает уставку, формируют сигнал о повреждении соответствующих фаз линии.

2.Способ по п.1,отличающийс  тем, что в качестве реактивного параметра выбирают взаимную реактивную мощность опорного напр жени  и опорного тока в месте предполагаемого повреждени .

3.Способ по п.1,отличающийс  тем, что в качестве реактивного параметра выбирают реактивную составл ющую напр жени  в месте предполагаемого повреждени  по отношению к опорному току.

4.Способ по пп. 2 и 3, о т л и ч а ю щ и- й с   тем, что в качестве опорного тока выбирают ток в предполагаемом повреждении .

5.Способ по п.2, отличающийс  тем, что при однофазном замыкании в качестве опорного тока выбирают ток нулевой последовательности.

6 Способ по п.2, отличающийс  тем, что при однофазном замыкании в качестве опорного /ока выбирают ток обратной последовательности.

7.Способ по п.2, отличающийс  тем, что при однофазном замыкании в качестве опорного тока выбирают безнулевую аварийную слагаемую линейного тока поврежденной фазы.

8.Способ по п.2, отличающийс  тем, что при двухфазном замыкании в качестве опорного тока выбирают ток. ортогональныйтокуобратной

последовательности.

9.Способ по п.2, отличающийс  тем, что при двухфазном замыкании в качестве опорного тока выбирают аварийную слагаемую линейного тока одной из поврежденных фаз.

10.Способ по п.1,отличающийс  тем, что при двухфазном замыкании на землю в качестве реактивного параметра выбирают суммарную мощность напр жений и

опорных токов в месте предполагаемого повреждени .

11.Способ по п.2, отличающийс  тем, что при двухфазном замыкании на землю в качестве опорного напр жени  выбирают сумму напр жений поврежденных фаз, а в качестве опорного тока - ток нулевой последовательности.

12.Способ по п.2, отличающийс  тем, что при двухфазном замыкании на землю в качестве опорного напр жени  выбирают линейное напр жение поврежденных фаз, а в качестве опорного тока - разность аварийных токов поврежденных фаз.

13.Способ.по пп.1-12, отличающи- 5 и с   тем, что поврежденные фазы вы вл ют

путем выделени  модулей безнулевых аварийных слагаемых токов и сравнени  их между собой и уставкой.

VPiO

iM

Фм.9

UM

т

ZWW

Щиг.Ю

Фиг. 13

Фиг. /4

Llo-}

1вР(0)

-с

IcflfO)

  С

it

I M

..М М;,,

loIX)

I lx)

ja

л (

Л Л /

VV J; ., W &J. .

bffl

I0(x)

Щи г. 11

Фиг.12

Фиг. 15

Фиг. 16

iApMiAPM

10

М М;,,

I lx)

Л Л /

jafx)

&J. . VVJVV,

J. . VVJV

I0(x)

zr

ШигЛ

о

4М 4/W

(Pue.fd

Щи г. 19