RU2071624C1 - Gear for centralized directional protection against fault to ground - Google Patents
Gear for centralized directional protection against fault to ground Download PDFInfo
- Publication number
- RU2071624C1 RU2071624C1 RU94011967A RU94011967A RU2071624C1 RU 2071624 C1 RU2071624 C1 RU 2071624C1 RU 94011967 A RU94011967 A RU 94011967A RU 94011967 A RU94011967 A RU 94011967A RU 2071624 C1 RU2071624 C1 RU 2071624C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- elements
- inputs
- voltage
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и предназначено для защиты воздушных линий электропередачи от замыкания на землю в сетях с нейтралью, заземленной через высокоомный резистор. The invention relates to electrical engineering and is intended to protect overhead power lines from earth faults in networks with a neutral grounded through a high-resistance resistor.
В последнее время (например, в электрических сетях Тюменского Севера) появилась тенденция заземлять нейтрали трансформаторов в сетях 35 кВ через высокоомный резистор, сопротивление которого подобрано, в частности, исходя из условий предотвращения возникновения перемежающейся дуги. Recently (for example, in the electric networks of the Tyumen North), a tendency has appeared to ground the neutrals of transformers in 35 kV networks through a high-resistance resistor, the resistance of which is selected, in particular, based on the conditions for preventing the occurrence of an alternating arc.
Установка такого резистора, как показывает проведенный анализ, предотвращает возникновение в сети значительных перенапряжений, связанных с перемещающейся дугой, выход из строя в этом режиме высоковольтной изоляции, трансформаторов напряжения и измерительной аппаратуры, подключенной к их вторичным цепям и т.д. The installation of such a resistor, as the analysis shows, prevents the occurrence of significant overvoltages in the network associated with a moving arc, failure in this mode of high-voltage isolation, voltage transformers and measuring equipment connected to their secondary circuits, etc.
Электрические сети напряжением 35 кВ выполнены в Тюменской области, как правило, воздушными линиями электропередачи (в габаритах 110 кВ для повышения надежности), причем ответственные потребители обычно запитываются посредством двухцепных линий, расположенных на одних опорах. Каждая из цепей присоединяется при этом к своей секции сборных шин питающей подстанции. За счет большой межцепной емкости замыкание на землю на одной из линий электропередачи приводит к появлению токов нулевой последовательности не только по линиям, запитанным от "своей" секции сборных шин, но и по линиям, питающимся от "соседней" секции. Проведенные испытания выявили еще одну особенность: при падении провода линии электропередачи 35 кВ на грунт часто в месте замыкания на землю фиксировалось переходное сопротивление порядка 7-10 кОм. Electric networks with a voltage of 35 kV are made in the Tyumen region, as a rule, by overhead power lines (110 kV in order to increase reliability), and responsible consumers are usually powered by double-circuit lines located on the same supports. Each of the chains is attached to its section of busbars of the supply substation. Due to the large interchain capacitance, a ground fault on one of the power lines leads to the appearance of zero sequence currents not only along the lines supplied from the “own” section of the busbars, but also along the lines powered from the “neighboring” section. The tests revealed one more peculiarity: when a 35 kV power line wire fell to the ground, a transition resistance of about 7-10 kOhm was often recorded at the point of earth fault.
Еще одной особенностью этих электрических сетей является то, что из конструктивных соображений там невозможна установка кабельных трансформаторов тока нулевой последовательности. Приходится в качестве источника тока нулевой последовательности использовать нулевой провод обычных измерительных трансформаторов тока, включенных в фазы линии электропередачи, что может значительно увеличить ток небаланса. Another feature of these electrical networks is that for structural reasons it is not possible to install cable transformers of zero current sequence. It is necessary to use the neutral wire of conventional measuring current transformers included in the phases of the power line as a zero-sequence current source, which can significantly increase the unbalance current.
Кроме того, установка резистора в нейтрали силового трансформатора требует действия защиты линий от замыканий на землю на отключение поврежденной линии при протекании по этому резистору тока, опасного с точки зрения его термической стойкости в течение соответствующего времени. При малых токах замыкания, не опасных для резистора, защита может действовать на сигнал. In addition, the installation of a resistor in the neutral of the power transformer requires the action of protecting the lines from earth faults to disconnect the damaged line when a current flows through this resistor, which is dangerous from the point of view of its thermal stability for a corresponding time. At low fault currents that are not hazardous to the resistor, protection can act on the signal.
Рассмотрим, в какой степени известные защиты удовлетворяют перечисленным выше особенностям сетей 35 кВ. Consider the extent to which known protections satisfy the above features of 35 kV networks.
Известно устройство для защиты от однофазного замыкания на землю в электрической сети переменного тока, содержащее последовательно соединенные подключенный к трансформатору напряжения нулевой последовательности сети фазосдвигающий блок и первый формирователь прямоугольных импульсов, последовательно соединенные подключенный к трансформатору тока нулевой последовательности защищаемого присоединения фильтр основной частоты и второй формирователь прямоугольных импульсов, последовательно соединенные подключенный к выходу фильтра основной частоты усилитель, компаратор, преобразователь импульсов в напряжение постоянного уровня и первый логический элемент И, блок задания уставки, выход которого соединен с вторым входом компаратора, последовательно соединенные подключенный к трансформатору напряжения нулевой последовательности сети преобразователь переменного напряжения в напряжение постоянного тока с уставкой по напряжению и первый блок времени, выход которого соединен с вторым входом первого логического элемента И исполнительный орган, шесть блоков времени, второй и третий логические элементы И, интегратор и ключ, причем выход первого формирователя прямоугольных импульсов соединен с двумя входами второго логического элемента И соответственно через второй и третий блоки времени, выход второго формирователя прямоугольных импульсов соединен с двумя входами третьего логического элемента И соответственно через четвертый и пятый блоки времени, выходы второго и третьего логических элементов И соединены соответственно с третьим и четвертым входами первого логического элемента И, выход которого через интегратор подключен к исполнительному органу, выход интегратора через ключ соединен со вторым входом, а первый вход интегратора через шестой блок времени с управляющим входом ключа, выход первого блока времени через седьмой блок времени соединен со вторым входом преобразователя переменного напряжения в напряжение постоянного уровня с уставкой по напряжению [1]
Недостатком описанного устройства является то, что оно использует информацию только от "своей" линии и поэтому в описанных выше сетях 35 кВ обладает низкой селективностью и чувствительностью, поскольку либо будет ложно срабатывать на линиях, связанных с неповрежденной секцией сборных шин при замыкании на землю в сети из-за большого тока через межцепные емкости, либо, если ток и напряжение его срабатывания увеличить до такой степени, чтобы оно не срабатывало в этом режиме, не будет чувствовать замыканий на землю на поврежденной линии, если эти замыкания происходят через большие переходные сопротивления.A device is known for protection against a single-phase earth fault in an alternating current electric network, comprising a phase-shifting unit connected to a zero-sequence voltage transformer and a first rectangular pulse shaper, a main frequency filter and a second rectangular shaper connected to a zero-sequence current transformer of the protected connection pulses in series connected to the output filter the main frequency amplifier, a comparator, a pulse-to-DC voltage converter and a first logic element AND, a setpoint unit, the output of which is connected to the second input of the comparator, an ac-to-dc voltage converter with a voltage setpoint connected in series to a voltage transformer of a zero sequence and the first time block, the output of which is connected to the second input of the first logical element AND the executive body, six time blocks and, the second and third logical elements AND, the integrator and the key, and the output of the first rectangular pulse shaper is connected to two inputs of the second logical element And, respectively, through the second and third time blocks, the output of the second rectangular pulse shaper is connected to two inputs of the third logical element And, respectively, through the fourth and fifth time blocks, the outputs of the second and third logical elements AND are connected respectively to the third and fourth inputs of the first logical element And, the output of which through the integrator is connected to the executive body, the integrator's output through the key is connected to the second input, and the first integrator's input through the sixth time block with the key control input, the output of the first time block through the seventh time block is connected to the second input of the AC to DC voltage voltage setting [1]
The disadvantage of the described device is that it uses information only from "its own" line and therefore has a low selectivity and sensitivity in the 35 kV networks described above, since it will either falsely operate on lines connected to the undamaged section of the busbars when an earth fault occurs in the network due to the large current through the interchain capacitance, or if the current and voltage of its operation are increased to such an extent that it does not operate in this mode, it will not feel earth faults on the damaged line if These faults occur through large transient resistances.
Известно централизованное устройство для направленной защиты от замыкания на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралью, содержащее общие для всех n присоединений фильтр напряжения нулевой последовательности, подключенный своим выходом к входу пускового органа, включающего в себя пороговый элемент и элемент задержки на срабатывание, и к входу формирователя сигналов опорного напряжения, блок автоматического стирания информации, выход которого подключен к стирающим входам элементов оперативной памяти, и на каждое из n присоединений фильтр тока нулевой последовательности, подключенный через формирователь сигналов тока к датчикам знака мгновенных значений тока нулевой последовательности, выходы которых подключены к первым входам элементов И, вторые входы которых присоединены к выходам соответствующих датчиков знака мгновенных значений опорного напряжения, а выходы упомянутых элементов И подключены через последовательно соединенные элемент ИЛИ, элементы оперативной и долговременной памяти к исполнительному органу, быстродействующий токовый пусковой орган с 2n входами, блок автоматического изменения порога срабатывания, блок синхронизации записи информации в элементы оперативной памяти, блок дифференцирования сигнала и элемент ИЛИ на 2 входа, при этом 2n входов быстродействующего токового пускового органа подключены к выходам всех упомянутых датчиков знака мгновенных значений тока, выход к входу блока автоматического изменения порога срабатывания и через элемент ИЛИ, второй вход которого присоединен к выходу порогового элемента пускового органа напряжения, к входам блока автоматического стирания информации оперативной памяти и введенного блока синхронизации записи информации в элементы оперативной памяти, выход которого подключен к синхронизирующим входам элементов оперативной памяти, а блок дифференцирования сигнала подключен своим входом к выходу формирователя сигналов опорного напряжения, а выходом к входам датчиков знака мгновенных значений опорного напряжения, причем выход блока автоматического изменения порога срабатывания соединен с управляющими входами упомянутых датчиков знака мгновенных значений тока [2]
Недостатком описанного устройства является то, что оно использует информацию только от группы линий, подключенных к одной секции сборных шин подстанции, и поэтому в описанных выше сетях 35 кВ обладает низкой селективностью и чувствительностью, поскольку либо будет ложно срабатывать на линиях, связанных с неповрежденной секцией сборных шин при замыкании на землю в сети из-за большого тока через межцепные емкости, либо, если ток и напряжение его срабатывания увеличить до такой степени, чтобы оно не срабатывало в этом режиме, не будет чувствовать замыканий на землю на поврежденной линии, если эти замыкания происходят через большие переходные сопротивления.A centralized device for directional earth fault protection in a network with isolated or compensated neutral is known, which contains a zero-sequence voltage filter common to all n connections, connected by its output to the input of the starting element, which includes a threshold element and a delay element for operation, and the input of the voltage signal driver, the automatic data erasing unit, the output of which is connected to the erasing inputs of the RAM elements, and to each of n a zero-sequence current filter connected through a current driver to current sensors of the instantaneous zero-value current sign, the outputs of which are connected to the first inputs of AND elements, the second inputs of which are connected to the outputs of the corresponding instantaneous voltage sign sensors, and the outputs of the mentioned AND elements are connected through series-connected element OR, elements of operational and long-term memory to the executive body, high-speed current start a new organ with 2n inputs, an automatic threshold change unit, a synchronization unit for recording information in the RAM elements, a signal differentiation unit and an OR element for 2 inputs, while 2n inputs of a high-speed current starting element are connected to the outputs of all the mentioned sensors of the sign of instantaneous current values, the output to the input of the automatic threshold change unit and through the OR element, the second input of which is connected to the output of the threshold element of the voltage trigger element, to the inputs of the auto block erasing the RAM information and the inserted synchronization unit for recording information in the RAM elements, the output of which is connected to the synchronizing inputs of the RAM elements, and the signal differentiation unit is connected by its input to the output of the signal voltage driver, and by the output to the sensor inputs of the sign of the instantaneous values of the reference voltage moreover, the output of the unit for automatically changing the threshold of operation is connected to the control inputs of the mentioned sensors of the sign of instantaneous current Achen [2]
The disadvantage of the described device is that it uses information only from a group of lines connected to one section of the substation's busbars, and therefore in the above 35 kV networks it has low selectivity and sensitivity, because it will either falsely operate on lines connected to the undamaged section of the busbar bus when shorted to ground in the network due to the high current through the interconnect capacitance, or if the current and voltage of its operation is increased to such an extent that it does not work in this mode, there will be no feeling earth faults on a damaged line if these faults occur through large transient resistances.
Известно устройство для централизованной защиты от замыканий на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралью, содержащее на каждом из n присоединений фильтр тока нулевой последовательности, к выходу которого подключены датчики положительного и отрицательного знаков начальной полуволны переходного тока нулевой последовательности, а также на каждом из n присоединений элемент запрета, запоминающий и исполнительный элементы, общий для n присоединений фильтр напряжения нулевой последовательности, к выходу которого подключен пусковой орган, выход которого соединен с управляющими входами упомянутых элементов запрета, общий для n присоединений блок мажерирования для сравнения числа начальных положительной и отрицательной полярностей, два элемента И на два входа и элемент ИЛИ на два входа и общий для всех n присоединений логический блок определения замыканий на шинах с (2n+1) входами, (n+1)-ый элемент запрета, (n+1)-ый запоминающий и (n+1)-ый исполнительный элементы, общие ИЛИ-НЕ на два входа, элемент ИЛИ на (n+2) входа и элемент временной задержки, а блок мажерирования выполнен с 2n входами и двумя выходами, при этом первые n входов блока мажерирования подключены к выходам упомянутых датчиков положительного знака, вторые n входов к выходам упомянутых датчиков отрицательного знака, первый выход блока мажерирования подключен к первому входу элемента ИЛИ-НЕ и к первым входам элементов И, вторые входы которых подключены к выходам датчиков отрицательного знака, второй выход блока мажерирования подключен к второму входу упомянутого элемента ИЛИ-НЕ и к первым входам элементов И, вторые входы которых подключены к выходам датчиков положительного знака, выход элементы ИЛИ-НЕ подключен к одному из (2n+1) входов логического блока определения замыкания на шинах, остальные 2n входов которого подключены к выходам всех элементов И, а выход к записываемому входу (n+1)-го запоминающего элемента, причем выходы элементов И каждого из n присоединений подключены также через соответствующие элементы ИЛИ к записывающим входам соответствующих запоминающих элементов, выходы всех (n+1) запоминающих элементов подключены к входам соответствующих элементов запрета и к (n+1) входам элемента ИЛИ на (n+2) входа, выход которого присоединен к блокирующим входам запоминающих элементов и через элемент временной задержки к стирающим входам всех (n+1) запоминающих элементов, а выход пускового органа подключен к (n+2)-му входу упомянутого элемента ИЛИ на (n+2) входа и к управляющему входу всех (n+1) элементов запрета, каждый из которых подключен своим выходом к входу соответствующего исполнительного элемента [3]
Недостатком описанного устройства, как и предыдущего, является то, что оно использует информацию только от группы линий, подключенных к одной секции сборных шин подстанции и поэтому в описанных выше сетях 35 кВ обладает низкой селективностью и чувствительностью, поскольку либо будет ложно срабатывать на линиях, связанных с неповрежденной секцией сборных шин при замыкании на землю в сети из-за большого тока через межцепные емкости, если ток и напряжение его срабатывания увеличить до такой степени, чтобы оно не срабатывало в этом режиме, не будет чувствовать замыканий на землю на поврежденной линии, если эти замыкания происходят через большие переходные сопротивления.A device is known for centralized protection against earth faults in a network with isolated or compensated neutral, containing on each of n connections a zero-sequence current filter, to the output of which are connected sensors of positive and negative signs of the initial half-wave of the transitional current of zero sequence, as well as on each of n of interconnections is a prohibition element, memory and actuating elements, common to n connections is a zero-sequence voltage filter, to the output of which is connected a trigger element whose output is connected to the control inputs of the aforementioned inhibit elements, a mating unit common to n connections for comparing the number of initial positive and negative polarities, two AND elements to two inputs and an OR element to two inputs and a logical determination block common to all n connections faults on buses with (2n + 1) inputs, (n + 1) -th inhibit element, (n + 1) -th memory and (n + 1) -th actuator elements, common OR-NOT for two inputs, OR element on the (n + 2) input and the time delay element, and the fln with 2n inputs and two outputs, while the first n inputs of the majeurization unit are connected to the outputs of the aforementioned sensors of the positive sign, the second n inputs are outputs of the mentioned sensors of the negative sign, the first output of the majeure unit is connected to the first input of the OR-NOT element and to the first inputs of the elements And, the second inputs of which are connected to the outputs of the sensors of the negative sign, the second output of the majeur block is connected to the second input of the said element OR NOT and to the first inputs of the elements AND, the second inputs of which are connected to the outputs of the sensors of a positive sign, the output of the elements is NOT connected to one of the (2n + 1) inputs of the logic block for determining a short circuit on the buses, the remaining 2n inputs of which are connected to the outputs of all the AND elements, and the output to the recordable input (n + 1) a memory element, and the outputs of the AND elements of each of the n connections are also connected through the corresponding elements OR to the recording inputs of the corresponding memory elements, the outputs of all (n + 1) memory elements are connected to the inputs of the corresponding prohibition elements and to (n + 1) input odes of the OR element to the (n + 2) input, the output of which is connected to the blocking inputs of the storage elements and through the time delay element to the erasing inputs of all (n + 1) storage elements, and the output of the trigger is connected to the (n + 2) -th input of the said OR element at the (n + 2) input and to the control input of all (n + 1) prohibition elements, each of which is connected by its output to the input of the corresponding actuating element [3]
The disadvantage of the described device, as well as the previous one, is that it uses information only from a group of lines connected to one section of the substation busbars and therefore has a low selectivity and sensitivity in the 35 kV networks described above, since it will either falsely operate on lines connected with an intact section of busbars during an earth fault in the network due to the high current through the interconnect capacities, if the current and voltage of its operation are increased to such an extent that it does not work in this mode, udet feel earth fault on the faulted line, if the fault occurs through the large transient resistance.
Известно также устройство для централизованной направленной защиты от замыканий на землю в сети с изолированной или компенсированной нейтралью, содержащее измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, подключенный входам к секции сборных шин, а выходом к входу пускового органа, формирователь короткого импульса, а также на каждой из n защищаемых линий измерительный трансформатор тока нулевой последовательности и последовательно соединенные элементы сравнения, запрета, памяти, несовпадения, исполнительный орган, при этом выход блока сброса памяти подключен к вспомогательным входам всех элементов памяти, выходы которых подключены также к соответствующим входам мажеритарного блока, выход которого соединен с вторыми входами элементов несовпадения, общие для всех n защищаемых линий фильтр промышленной частоты, фазоповоротный блок, компаратор и элемент И, к выходу измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности подключен вход фильтра промышленной частоты, выход которого подключен к последовательно соединенным фазоповоротному блоку, компаратору, элементу И и формирователю короткого импульса, второй вход компаратора соединен с общим проводом, а второй вход элемента И с выходом пускового органа, выход каждого измерительного трансформатора тока нулевой последовательности непосредственно подключен к входу соответствующего элемента сравнения, а управляющий вход каждого элемента запрета к выходу формирователя короткого импульса [4]
Прототипом предлагаемого устройства для централизованной направленной защиты от замыканий на землю в сети с нейтралью, заземленной через высокоомный резистор, является последнее из описанных устройств.It is also known a device for centralized directional protection against earth faults in a network with isolated or compensated neutral, containing a zero sequence voltage measuring transformer connected to the inputs to the busbar section, and the output to the input of the starting element, a short pulse shaper, as well as on each of n protected lines measuring zero-sequence current transformer and series-connected elements of comparison, prohibition, memory, discrepancy, executive body, the output of the memory reset unit is connected to the auxiliary inputs of all memory elements, the outputs of which are also connected to the corresponding inputs of the majeure block, the output of which is connected to the second inputs of the mismatch elements, common for all n protected lines is an industrial frequency filter, phase shifter, comparator and AND , the output of the zero-sequence voltage measuring transformer is connected to the input of the industrial frequency filter, the output of which is connected to a phase-shifted series-connected block, comparator, element And and shaper of a short pulse, the second input of the comparator is connected to a common wire, and the second input of element And with the output of the trigger, the output of each measuring transformer of the zero sequence current is directly connected to the input of the corresponding comparison element, and the control input of each element Prohibition of short-pulse former output [4]
The prototype of the proposed device for centralized directional protection against earth faults in a network with a neutral grounded through a high-resistance resistor is the last of the described devices.
Недостатком прототипа, как и предыдущих устройств, является то, что в нем используется информация только от группы линий, подключенных к одной секции сборных шин подстанции, и поэтому в описанных выше сетях 35 кВ он обладает низкой селективностью и чувствительностью, поскольку либо будет ложно срабатывать на линиях, связанных с неповрежденной секцией сборных шин, при замыкании на землю в сети из-за большого тока через межцепные емкости, либо, если ток и напряжение его срабатывания увеличить до такой степени, чтобы он не срабатывал в этом режиме, не будет чувствовать замыкания на землю на поврежденной линии, если эти замыкания происходят через большие переходные сопротивления. The disadvantage of the prototype, as well as previous devices, is that it uses information only from a group of lines connected to one section of the substation's busbars, and therefore in the 35 kV networks described above it has low selectivity and sensitivity, since it will either falsely operate on lines connected to an undamaged section of busbars, when shorted to ground in the network due to the high current through the interconnect capacities, or if the current and voltage of its operation increase to such an extent that it does not work in this mode If it does, it will not feel an earth fault on the damaged line if these faults occur through large transient resistances.
Изобретение направлено на повышение селективности и чувствительности защиты путем использования дополнительной информации от трансформатора напряжения нулевой последовательности, подключенного ко второй секции сборных шин питающей подстанции, а также от трансформаторов тока, включенных в цепи высокоомных заземляющих резисторов. The invention is aimed at increasing the selectivity and sensitivity of protection by using additional information from a zero-sequence voltage transformer connected to the second section of the busbars of the power substation, as well as from current transformers included in the circuit of high-resistance grounding resistors.
Это достигается тем, что в известное устройство для централизованной направленной защиты от замыканий на землю, содержащее первый измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, вход которого подключен к первой секции сборных шин питающей подстанции, а выход соединен со входом первого фильтра промышленной частоты, к выходу которого через последовательно включенные первый фазоповоротный блок и первый компаратор подключен первый вход первого логического элемента И, исполнительные органы в количестве, равном числу защищаемых линий n, дополнительно введены второй измерительный трансформатор напряжения нулевой последовательности, по три трансформатора тока в цепи каждой защищаемой линии, два трансформатора тока в цепях высокоомных заземляющих резисторов, n датчиков тока нулевой последовательности, n+1 фильтр промышленной частоты, 3n+3 компаратора, 2n+1 логический элемент И, 2n преобразователя прямоугольных импульсов в пилообразное напряжение, n расширителей импульсов, n+2 накладки оперативные, четыре пороговых органа, два согласующих элемента, второй фазоповоротный блок, сумматор, 2n+2 элемента сигнализации, два элемента выдержки времени, блок проверки исправности устройства, n резисторов и n диодов, причем трансформаторы тока в цепях защищаемых линий соединены по схеме фильтра токов нулевой последовательности, вход второго измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности подключен ко второй секции сборных шин питающей подстанции, а выход соединен со входом второго фильтра промышленной частоты, к выходу которого через последовательно включенные второй фазоповоротный блок и второй компаратор подключен первый вход второго логического элемента И, вход первого порогового органа соединен с выходом первого измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности, а его выход служит выходом первого сигнала о замыкании на землю, вход второго порогового органа соединен с выходом второго измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности, а его выход служит выходом второго сигнала о замыкании на землю, выходы первого и второго фильтров промышленной частоты через первый и второй согласующий элементы соединены с первым и вторым входами сумматора соответственно, выход сумматора через третий и четвертый компараторы подключен ко вторым входам первого и второго логических элементов И соответственно, к выходам которых присоединены входы первого и второго элементов сигнализации соответственно, входы третьего и четвертого пороговых органов подключены к трансформаторам тока, включенным в цепи высокоомных заземляющих резисторов, а их первые выходы соединены соответственно с первыми выводами первой и второй накладок оперативных, вторые выходы третьего и четвертого пороговых органов соединены с входами первого и второго элементов выдержки времени, выходы которого служат выходами сигналов на отключение соответствующих выключателей, входы n датчиков тока нулевой последовательности включены соответственно в нулевой провод трансформаторов тока защищаемых линий, а их выходы через последовательно соединенные третьи фильтры промышленной частоты, пятые компараторы, третьи логические элементы И, первые преобразователи прямоугольных импульсов в пилообразное напряжение, шестые компараторы, расширители импульсов, четвертые логические элементы И, вторые преобразователи прямоугольных импульсов в пилообразное напряжение, седьмые компараторы и исполнительные органы соединены с первыми выводами третьих накладок оперативных, вторые выводы которых служат выходами сигналов на отключение соответствующих защищаемых линий, входы третьих и четвертых элементов сигнализации подключены соответственно к выходам четвертых логических элементов И и исполнительных органов, первые выводы n резисторов присоединены к плюсовой шине источника питания, а их вторые выводы объединены с анодными выводами соответствующих диодов и подключены к вторым входам четвертых логических элементов И, катодные выводы диодов, принадлежащих защитам линий, подключенных к первой секции сборных шин, соединены с вторым выводом первой накладки оперативной, а катодные выводы диодов, принадлежащих защитам линий, подключенных ко второй секции сборных шин, соединены с вторым выводом второй накладки оперативной, вторые входы четвертых элементов И, принадлежащих защитам линий, подключенных к первой секции сборных шин, соединены с выходом первого логического элемента И, а вторые входы четвертых элементов И, принадлежащих защитам линий, подключенных ко второй секции сборных шин, соединены с выходом второго логического элемента И, а основные выходы блока проверки исправности устройства соединены с входами первого, второго и третьих компараторов и первым входом сумматора, дополнительный выход блока проверки исправности устройства соединен со вторым входом сумматор. This is achieved by the fact that in the known device for centralized directional protection against earth faults, containing the first measuring voltage transformer of zero sequence, the input of which is connected to the first section of the busbars of the power substation, and the output is connected to the input of the first filter of industrial frequency, to the output of which the first phase-shifting unit and the first comparator connected in series the first input of the first logical element And, the executive bodies in an amount equal to the number protected lines n, a second zero-sequence voltage measuring transformer was additionally introduced, three current transformers in the circuit of each protected line, two current transformers in high-resistance grounding resistor circuits, n zero-sequence current sensors, n + 1 industrial frequency filter, 3n + 3 comparators, 2n + 1 logic element AND, 2n converter of rectangular pulses into sawtooth voltage, n pulse expanders, n + 2 covers operational, four threshold organs, two matching elements, the second phase rotary unit, adder, 2n + 2 alarm elements, two time delay elements, a device health check unit, n resistors and n diodes, the current transformers in the circuits of the protected lines are connected according to the zero-sequence current filter circuit, the input of the second zero-voltage voltage transformer is connected to the second section of the busbars of the power substation, and the output is connected to the input of the second filter of industrial frequency, to the output of which is connected through the second phase shifter in series the first block of the second threshold element is connected to the output of the first zero-voltage voltage transformer, and its output serves as the output of the first signal about ground fault, the input of the second threshold organ is connected to the output of the second voltage transformer zero sequence, and its output serves as the output of the second signal on earth fault, the outputs of the first and second filters of industrial frequency through the first and W The second matching elements are connected to the first and second inputs of the adder, respectively, the output of the adder through the third and fourth comparators is connected to the second inputs of the first and second logic elements And, respectively, the outputs of which are connected to the inputs of the first and second signaling elements, respectively, the inputs of the third and fourth threshold organs are connected to current transformers included in the circuit of high-resistance grounding resistors, and their first outputs are connected respectively to the first terminals of the first and second Adok operative, the second outputs of the third and fourth threshold organs are connected to the inputs of the first and second time delay elements, the outputs of which serve as the outputs of the signals to turn off the corresponding switches, the inputs of the n zero sequence current sensors are included respectively in the zero wire of the current transformers of the protected lines, and their outputs through connected in series third industrial frequency filters, fifth comparators, third logical elements AND, first converters of rectangular pulses to pi Shaped voltage, sixth comparators, pulse expanders, fourth logic gates And, second converters of rectangular pulses to sawtooth voltage, seventh comparators and actuators are connected to the first conclusions of the third operational plates, the second conclusions of which serve as outputs of signals to turn off the corresponding protected lines, inputs of the third and the fourth signaling elements are connected respectively to the outputs of the fourth logical elements AND and the executive bodies, the first conclusions n res Stores are connected to the positive bus of the power supply, and their second terminals are combined with the anode terminals of the corresponding diodes and connected to the second inputs of the fourth logic elements. And, the cathode terminals of the diodes belonging to the line protections connected to the first section of the busbars are connected to the second terminal of the first lining of the operational and the cathodic terminals of the diodes belonging to the line protections connected to the second section of the busbars are connected to the second terminal of the second operational lining, the second inputs of the fourth elements And, belong the protection lines connected to the first section of the busbars are connected to the output of the first logical element And, and the second inputs of the fourth elements And belonging to the protection of the lines connected to the second section of the busbars are connected to the output of the second logical element And, the main outputs of the check unit the health of the device is connected to the inputs of the first, second and third comparators and the first input of the adder, the additional output of the health check unit of the device is connected to the second input of the adder.
На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства для централизованной направленной защиты от замыканий на землю; на фиг.2 схема питающей подстанции, на второй предлагается использовать предлагаемое устройство; на фиг.3 схема фазоповоротного блока; на фиг.4 схема согласующего элемента; на фиг.5 схема преобразователя прямоугольных импульсов в пилообразное напряжение; на фиг.6 схема расширителя импульсов; на фиг.7 схема замещения сети для режима однофазного замыкания на землю; на фиг.8 фазовая характеристика защиты линии электропередачи от замыканий на землю; на фиг.9 эпюры сигналов на выходах элементов схемы; на фиг.10 - пример схемы блока проверки предлагаемого устройства. Figure 1 shows the structural diagram of the proposed device for centralized directional protection against earth faults; figure 2 diagram of the power substation, the second is proposed to use the proposed device; figure 3 diagram of the phase-shifting unit; figure 4 diagram of the matching element; figure 5 diagram of the Converter rectangular pulses in a sawtooth voltage; 6 is a diagram of a pulse expander; 7 is a network equivalent circuit for a single-phase earth fault mode; on Fig phase characteristic of the protection of the power line from earth faults; Fig.9 diagrams of the signals at the outputs of the circuit elements; figure 10 is an example of a circuit block verification of the proposed device.
Предлагаемое устройство для централизованной направленной защиты от замыканий на землю в сетях с нейтралью, заземленной через высокоомный резистор (фиг. 1) содержит первый фильтр промышленной частоты 1, вход которого присоединен к выходу первого измерительного трансформатора напряжения, подключенного к первой секции сборных шин подстанции. Первый фильтр промышленной частоты 1 предназначен для выделения из входного сигнала составляющей частотой 50 Гц. Он выполнен по любой из стандартных схем, описанных, например, в [5-8] и взят без изменения из прототипа. The proposed device for centralized directional protection against earth faults in networks with a neutral grounded through a high-resistance resistor (Fig. 1) contains a first
Выход первого фильтра промышленной частоты 1 соединен с входом первого фазоповоротного блока 2, предназначенного для сдвига поступающего на него сигнала по фазе. Его исполнение будет пояснено ниже (фиг.3). The output of the first filter of
Выход первого фазоповоротного блока 2 соединен с входом первого компаратора 3, предназначенного для формирования единичного выходного сигнала при условии, если входной сигнал превышает по величине порог срабатывания. Он выполнен по любой из стандартных схем, описанных, например, в [5-8]
Выход первого компаратора 3 соединен с первым входом первого логического элемента И 4, предназначенного для выполнения логической операции И. Элемент И выполнен по стандартной схеме.The output of the first phase-shifting unit 2 is connected to the input of the
The output of the
Вход первого порогового органа 5 соединен с выходом первого измерительного трансформатора напряжения. Пороговый орган 5 предназначен для формирования входного сигнала при условии превышения входным сигналом заданной величины. Выход порогового органа 5 служит выходом первого сигнала о замыкании на землю. В качестве порогового органа 5 может быть использовано реле напряжения из числа, например, описанных в [9]
Вход первого согласующего элемента 6, предназначенного для формирования выпрямленного и сглаженного выходного сигнала, пропорционального входному, присоединен к выходу первого фильтра промышленной частоты 1. Согласующий элемент 6 может быть реализован, например, по схеме, приведенной на фиг.4, и описан ниже.The input of the first threshold organ 5 is connected to the output of the first measuring voltage transformer. The threshold organ 5 is designed to form an input signal provided that the input signal exceeds a predetermined value. The output of the threshold organ 5 serves as the output of the first signal on the ground fault. As a threshold organ 5 can be used a voltage relay from among, for example, described in [9]
The input of the first matching element 6, designed to form a rectified and smoothed output signal proportional to the input, is connected to the output of the first filter of
Первый вход сумматора 7 подключен к выходу согласующего элемента 6. Сумматор 7 предназначен для формирования выходного сигнала, пропорционального сумме входных сигналов, взятых с противоположными знаками. Он может быть выполнен по любой из схем, описанных в [5-8]
Выход сумматора 7 соединен с входом третьего компаратора 8, предназначенного для формирования единичного выходного сигнала при условии, что величина входного сигнала превосходит заданное значение. Этот компаратор, как и 3, может быть выполнен по схемам, описанным в [5-8]
Выход компаратора 8 подключен к второму входу первого логического элемента И 4.The first input of the adder 7 is connected to the output of the matching element 6. The adder 7 is designed to generate an output signal proportional to the sum of the input signals taken with opposite signs. It can be performed according to any of the schemes described in [5-8]
The output of the adder 7 is connected to the input of the third comparator 8, designed to generate a single output signal, provided that the value of the input signal exceeds a predetermined value. This comparator, like 3, can be performed according to the circuits described in [5-8]
The output of the comparator 8 is connected to the second input of the first logical element And 4.
Вход второго фильтра промышленной частоты 9, аналогичного 1, присоединен к выходу второго измерительного трансформатора нулевой последовательности, а его выход подключен к входу второго фазоповоротного блока 10, аналогичного 2. The input of the second filter of industrial frequency 9, similar to 1, is connected to the output of the second measuring transformer of zero sequence, and its output is connected to the input of the second phase-shifting unit 10, similar to 2.
Вход второго компаратора 11, аналогичного 3, соединен с выходом второго фазоповоротного блока 10, а его выход подключен к первому входу второго логического элемента И 12, аналогичного 4. The input of the
Вход четвертого компаратора 13, аналогичного 3, подключен к выходу сумматора 7, а его выход соединен с вторым входом второго логического элемента И 12. The input of the
Вход второго порогового органа 14, аналогичного 5, подключен к выходу второго измерительного трансформатора напряжения нулевой последовательности, а его выход служит выходом второго сигнала о замыкании на землю. The input of the
Вход второго согласующего элемента 15, аналогичного 6, присоединен к выходу второго фильтра промышленной частоты 9, а его выход подключен к второму входу сумматора 7. The input of the second matching element 15, similar to 6, is connected to the output of the second filter of industrial frequency 9, and its output is connected to the second input of the adder 7.
Вход первого элемента сигнализации 16, предназначенного для сигнализации наличия сигнала на его входе, соединен с выходом элемента 4. Элемент 16 сигнализации может быть, например, выполнен в виде цепочки из последовательно соединенных светодиода и токоограничивающего резистора [5-8]
Вход второго элемента сигнализации 17, аналогичного 16, соединен с выходом элемента 12.The input of the first signaling element 16, designed to signal the presence of a signal at its input, is connected to the output of element 4. The signaling element 16 can, for example, be made in the form of a chain of series-connected LEDs and a current-limiting resistor [5-8]
The input of the second signaling element 17, similar to 16, is connected to the output of the element 12.
Вход датчика тока 18, предназначенного для преобразования входного тока нулевой последовательности в сигнал, удобный для обработки в последующих элементах, подключен к выводам трансформаторов тока защищаемой линии, собранных по схеме фильтра токов нулевой последовательности [9] Датчик тока 18 может быть, например, выполнен в виде трансреактора в соответствии с описанным в [9]
Вход третьего фильтра промышленной частоты 19, аналогичного 1 и 9, присоединен к выходу датчика тока 18, а его выход подключен ко входу пятого компаратора 20, аналогичного 3, 11.The input of the current sensor 18, designed to convert the input current of the zero sequence into a signal convenient for processing in subsequent elements, is connected to the terminals of the current transformers of the protected line, assembled according to the zero-current filter circuit [9] The current sensor 18 can, for example, be made in as a transreactor as described in [9]
The input of the third filter of industrial frequency 19, similar to 1 and 9, is connected to the output of the current sensor 18, and its output is connected to the input of the
Первый вход третьего логического элемента И 21, предназначенного для реализации соответствующей логической функции, подключен к выходу компаратора 20, а второй его вход к выходу первого логического элемента И 4. The first input of the third logical element And 21, designed to implement the corresponding logical function, is connected to the output of the
Вход первого преобразователя прямоугольных импульсов в пилообразное напряжение 22 подключен к выходу логического элемента И 21. Преобразователь 22 предназначен для преобразования прямоугольных импульсов в пилообразное напряжение и может быть выполнен, например, в соответствии с фиг.5. The input of the first converter of rectangular pulses into a sawtooth voltage 22 is connected to the output of the logic element And 21. The Converter 22 is designed to convert rectangular pulses to a sawtooth voltage and can be performed, for example, in accordance with Fig.5.
Вход шестого компаратора 23, аналогичного 3, 11, подключен к выходу преобразователя 22, а его выход соединен со входом расширителя импульсов 24, предназначенного для формирования импульса шириной не менее одного-полутора периодов промышленной частоты при поступлении на его вход короткого импульса. Расширитель импульсов 24 может быть выполнен, например, по схеме фиг.6. The input of the
Первый вход четвертого логического элемента И 25 присоединен к выходу расширителя импульсов 24, а его второй вход подключен к объединенным выводам резистора 26 и диода 27. Второй вывод резистора 26 соединен с положительной шиной источника питания. The first input of the fourth logical element And 25 is connected to the output of the
Вход второго преобразователя прямоугольных импульсов в пилообразное напряжение 28, аналогичного 22, подключен к выходу четвертого логического элемента 25, а его выход соединен с входом седьмого компаратора 29, аналогичного 3, 11. The input of the second converter of rectangular pulses into a
Вход исполнительного органа 30, предназначенного для формирования выходного сигнала на отключение линии, присоединен к выходу компаратора 29. Исполнительный орган 30 соединен, как и в прототипе, последовательно включенные усилитель мощности, описанный, например, в [10] и выходное промежуточное реле из числа описанных, например, в [9, 11]
Первый вывод третьей накладки оперативной 31, предназначенной для замыкания и размыкания выходной цепи защиты в процессе эксплуатации, соединен с выходом исполнительного органа 30. Накладка оперативная 31 представляет собой простейший электрический переключатель, широко используемый в схемах релейной защиты, и показана, например, в [9] Второй вывод третьей накладки оперативной служит выходом сигнала на отключение защищаемой линии.The input of the actuator 30, designed to generate the output signal for disconnecting the line, is connected to the output of the comparator 29. The actuator 30 is connected, as in the prototype, in series with the power amplifier described, for example, in [10] and the output intermediate relay from the number described , for example, in [9, 11]
The first output of the third operative cover plate 31, designed to close and open the output protection circuit during operation, is connected to the output of the actuator 30. The operational cover plate 31 is the simplest electrical switch widely used in relay protection circuits, and is shown, for example, in [9 ] The second output of the third operative lining serves as an output signal to disable the protected line.
Вход третьего элемента сигнализации 32, аналогичного 16, подключен к выходу логического элемента И-25, а вход четвертого элемента сигнализации 33, аналогичного 16, подключен к выходу исполнительного органа 30. The input of the third signaling element 32, similar to 16, is connected to the output of the I-25 logic element, and the input of the fourth signaling element 33, similar to 16, is connected to the output of the executive body 30.
Элементы начиная с 18 по 33 входят в состав блока 34 защиты первой линии. В состав предлагаемого устройства входит n таких блоков (34, 35, 36, 37, 38, 39.) по числу защищаемых линий. Elements from 18 to 33 are part of the first line protection block 34. The composition of the proposed device includes n such blocks (34, 35, 36, 37, 38, 39.) according to the number of protected lines.
Основные выходы блока 40 проверки исправности устройства, предназначенного для проверки исправности предлагаемого устройства, подключены ко входам первого и второго компараторов 3 и 11, а также ко входам пятых компараторов 20, входящих в состав блоков защиты каждой линии и первому входу сумматора 7. Дополнительный выход блока 40 подключен к второму входу сумматора 7. The main outputs of the health check unit 40 of the device designed to test the health of the proposed device are connected to the inputs of the first and
Вторые входы третьих логических элементов И 21, входящих в состав блоков 34, 35, 36 защиты линий, подключенных к первой секции сборных шин, соединены с выходом первого логического элемента И 4. The second inputs of the third logical elements And 21, which are part of the blocks 34, 35, 36 of the protection lines connected to the first section of the busbars are connected to the output of the first logical element And 4.
Вторые входы третьих логических элементов И 21, входящих в состав блоков 37, 38, 39 защиты линий, подключенных ко второй секции сборных шин, соединены с выходом второго логического элемента И 12. The second inputs of the third logical elements And 21 included in the blocks 37, 38, 39 of the protection lines connected to the second section of the busbars are connected to the output of the second logical element And 12.
Вход третьего порогового органа 41, предназначенного для формирования выходного сигнала при условии превышения входным сигналом пороговой величины, подключен к трансформатору тока, включенному в цепь высокоомного заземляющего резистора первой секции сборных шин. Третий пороговый орган 41 представляет собой стандартное реле тока, описанное, например, в [9-11]
Вход первого элемента выдержки времени 42, предназначенного для задержки выходных сигналов на заранее заданные времена относительно входного сигнала, присоединен ко второму выходу порогового органа 41. Выходы элемента выдержки времени 42 служат выходами сигналов на отключение соответствующих выключателей. Элемент выдержки времени 42 выполнен на базе стандартных реле времени, описанных, например, в [9, 11]
Первый выход порогового органа 41 соединен с первым выводом первой накладки оперативной 43, аналогичной 31. Второй вывод накладки 43 соединен с катодами диодов 27, принадлежащих блокам 34, 35, 36 защиты линий, присоединенных к первой секции сборных шин питающей подстанции.The input of the third threshold organ 41, designed to generate the output signal provided that the input signal exceeds a threshold value, is connected to a current transformer connected to the high-resistance grounding resistor of the first busbar section. The third threshold organ 41 is a standard current relay described, for example, in [9-11]
The input of the first
The first output of the threshold organ 41 is connected to the first output of the first operational patch 43, similar to 31. The second output of the patch 43 is connected to the cathodes of the
Вход второго порогового органа 44, аналогичного 41, подключен к трансформатору тока, включенному в цепь высокоомного резистора второй секции сборных шин. The input of the second threshold organ 44, similar to 41, is connected to a current transformer included in the circuit of the high-resistance resistor of the second section of the busbars.
Вход второго элемента выдержки времени 45, аналогичного 42, присоединен ко второму выходу порогового органа 44, а его выходы служат выходами сигналов на отключение соответствующих выключателей. The input of the second
Первый выход порогового органа 44 соединен с первым выводом второй накладки оперативной 46, аналогичной 31. Второй вывод накладки 46 соединен с катодами диодов 27, принадлежащих блоками 37, 38, 39 защиты линий, присоединенных ко второй секции сборных шин питающей подстанции. The first output of the threshold organ 44 is connected to the first output of the second operational lining 46 similar to 31. The second output of the lining 46 is connected to the cathodes of the
На фиг. 2 приведен пример схемы питающей подстанции, на которой предлагается применить предлагаемое устройство защиты. Здесь: 47 и 48 - силовые трансформаторы, которые через выключатели 49 и 50 присоединены, например, к линиям электропередачи 110 кВ, а через выключатели 51 и 52 запитывают напряжением 35 кВ первую секцию 53 и вторую секцию 54 сборных шин подстанции соответственно. Нейтрали обмоток 35 кВ питающих силовых трансформаторов 47 и 48 заземлены соответствующие через высокоомные резисторы 55 и 56, в цепях которых установлены измерительные трансформаторы тока 57 и 58. К сборным шинам подстанции присоединены измерительные трансформаторы напряжения 59 и 60, выводы обмоток, соединенных в разомкнутый треугольник которых предназначены для использования в предлагаемом устройстве защиты. К каждой секции сборных шин подключено по три отходящих линии: к первой секции 53 линии 61, 62, 63, ко второй секции 54 линии 64, 65, 66, причем линии 61 и 64, 62 и 65, 63 и 66 попарно размещены на одних и тех же опорах, предназначены для питания одних и тех же потребителей и имеют между собой значительные межцепные емкости. В цепях соответствующих линий установлены выключатели 67, 68, 69, 70, 71, 72, а также трехтрансформаторные фильтры тока нулевой последовательности 73, 74, 75, 76, 77, 78, предназначенные для использования в предлагаемом устройстве защиты. Для связи секций сборных шин между собой предназначен секционный выключатель 79, который нормально отключен. In FIG. 2 shows an example of a circuit of a power substation, on which it is proposed to apply the proposed protection device. Here: 47 and 48 are power transformers, which are connected through
На фиг. 3 приведен пример схемы фазоповоротного блока. Здесь 80 вход блока, 81 его выход. Резистор 82, один вывод которого соединен с входом блока, и конденсатор 83, через который резистор 82 соединяется с общим проводом, предназначены для сдвига входного сигнала промышленной частоты на необходимый угол. Регулируемый резистор 84, включенный параллельно конденсатору 83, предназначен для регулирования выходного сигнала фазоповоротного блока по величине. In FIG. 3 shows an example of a phase-shifting block circuit. Here is 80 block input, 81 its output. A
На фиг. 4 приведен пример схемы согласующего устройства. Здесь 85 вход устройства, 86 его выход. Делитель из последовательно включенных резисторов 87, 88 предназначен для снижения поступающего сигнала (утроенного напряжения нулевой последовательности) до необходимой величины, а диод 89 с конденсатором 90 для выпрямления и сглаживания сигнала. In FIG. 4 shows an example circuit matching device. Here 85 is the input of the device, 86 is its output. The divider of the series-connected
На фиг.5 приведен пример схемы преобразователя 22, 28 прямоугольных импульсов в пилообразное напряжение. Например, вход преобразователя 22 присоединен к выходу логического элемента И 21, который изображен на фиг.1, 5. Левый вывод резистора 91 служит входом преобразователя 22, правый вывод диод 92 соединен с выходом преобразователя 22. Резистор 93 включен между шиной положительного напряжения источника питания и выходом преобразователя 22, конденсатор 94 включен между выходом преобразователя 22 и нулевым проводом. Figure 5 shows an example of a
На фиг. 6 приведен пример схемы расширителя импульсов 24. Входом расширителя импульсов 24 служит верхний вывод резистора 95, второй вывод которого соединен с нулевым проводом. База транзистора 96, предназначенного для работы в режиме эмиттерного повторителя, соединена с входом расширителя импульсов, а коллектор через резистор 97, предназначенный для ограничения тока, соединен с шиной положительного напряжения источника питания. Эмиттер транзистора 96 через диод 98 соединен с выходом расширителя импульсов 24. Между выходом расширителя импульсов 24 и нулевым проводом включены резистор 99, предназначенный для обеспечения нормальной работы логического элемента И
25 (по фиг.1), и конденсатор 100, предназначенный для "запоминания" поступившего на него импульса.In FIG. 6 shows an example of a
25 (in FIG. 1), and a
На фиг.7 приведена схема замещения сети для режима однофазного замыкания на землю. Здесь электродвижущая сила Е приложена в месте замыкания на землю, переходное сопротивление rп включает в себя сопротивление дуги, контура заземления и других факторов в месте замыкания. R55 и R56 - сопротивления соответствующих заземляющих резисторов, С1 и C2 - емкости на землю линий электропередачи, подключенных к соответствующих секциям сборных шин подстанции, С3 межцепная емкость линий.7 shows a circuit equivalent circuit for single-phase earth fault mode. Here, the electromotive force E is applied at the point of earth fault, the transition resistance r p includes the resistance of the arc, ground loop and other factors at the point of fault. R 55 and R 56 are the resistances of the corresponding grounding resistors, C 1 and C 2 are the capacitances of the power lines to the ground connected to the corresponding sections of the substation busbars, C 3 is the interchain capacity of the lines.
На фиг. 8 приведена фазовая характеристика защиты линий от замыканий на землю. In FIG. Figure 8 shows the phase response of line protection against earth faults.
На фиг.9 приведены эпюры сигналов на выходах некоторых элементов предлагаемого устройства. Figure 9 shows the plot of the signals at the outputs of some elements of the proposed device.
На фиг.10 приведен пример схемы блока проверки 40 предлагаемого устройства. Здесь шина положительного потенциала источника питания через электрическую кнопку 101, диоды 102 и резисторы 103 соединена с основными выходами 104 блока 38. Кроме того, шина положительного потенциала источника питания через электрическую кнопку 105 и резистор 106 соединена с дополнительным выходом 107 блока 38. Figure 10 shows an example circuit block check 40 of the proposed device. Here, the bus of the positive potential of the power source through the
Кнопки 101, 105 предназначены для коммутации проверочных сигналов в режиме проверки предлагаемого устройства, диоды 102 для "развязки" соответствующих цепей, а резисторы 103, 106 для ограничения токов в соответствующих цепях.
Предлагаемое устройство для централизованной направленной защиты от замыкания на землю в сетях с нейтралью, заземленной через высокоомный резистор, работает следующим образом. The proposed device for centralized directional protection against earth faults in networks with a neutral, grounded through a high-resistance resistor, operates as follows.
На входы предлагаемого устройства (фиг.1) от измерительных трансформаторов тока и напряжения поступают сигналы о токах и напряжениях нулевой последовательности, а также о токах в заземляющих резисторах. В зависимости от величины этих сигналов и фазы сдвига между токами и напряжениями нулевой последовательности предлагаемое устройство формирует свои выходные сигналы. The inputs of the proposed device (figure 1) from the measuring current and voltage transformers receive signals about currents and voltages of zero sequence, as well as currents in grounding resistors. Depending on the magnitude of these signals and the phase shift between currents and voltages of the zero sequence, the proposed device generates its output signals.
Рассмотрим вначале процессы в сети 35 кВ. Let us first consider the processes in a 35 kV network.
Подстанция, на которой планируется установка предлагаемого устройства защиты (фиг. 2), содержит две секции сборных шин 53 и 54, питающееся от трансформаторов 47, 48 с напряжениями 110, 35 и 10 кВ. Нейтрали обмоток 35 киловольт обеих трансформаторов предполагается заземлить через высокоомные резисторы 55, 56, в цепях которых устанавливаются разъединители и трансформаторы тока 57, 58. Через выключатели 51, 52 эти силовые трансформаторы 47, 48 связаны с соответствующими секциями сборных шин 53, 54. На каждой секции установлен измерительный трансформатор напряжения 59, 60, соединенная в разомкнутый треугольник обмотка которого предназначена для использования в предлагаемом устройстве защиты. Секционный выключатель 79 нормально отключен. The substation on which it is planned to install the proposed protection device (Fig. 2) contains two sections of
От каждой секции сборных шин питается несколько линий 35 кВ (в рассматриваемом примере по три линии от каждой секции), причем линии - двухцепные. Например, линии 63 и 66 конструктивно располагаются на одних и тех же опорах и предназначены для питания одного и того же потребителя электроэнергии. То же самое относится и к парам линий 62 и 65, а также 61 и 64. На противоположном конце эти линии разомкнуты друг с другом, но за счет значительной межцепной емкости между ними возникает электрическая связь. В цепях линий установлены разъединители и выключатели 67, 68, 69, 70, 71, 72, а также трехфазные группы измерительных трансформаторов тока 73, 74, 75, 76, 77, 78. Эти трансформаторы тока используются для обычных защит линий, а их нулевой провод предназначен для подключения к предлагаемому устройству защиты. Several sections of 35 kV lines are fed from each section of busbars (in this example, three lines from each section), and the lines are double-circuit. For example,
Параметры высокоомных резисторов 55 и 56 выбираются таким образом, чтобы протекающий по ним при металлическом замыкании на землю ток примерно равнялся емкостному току. При этом, как показывают соответствующие расчеты и проведенные эксперименты, существенно снижается уровень перенапряжений в системе при замыкании на землю, а также практически исключается перемежающаяся дуга в месте повреждения. The parameters of the high-
При отсутствии замыкания на землю в системе на нейтралях трансформаторов присутствуют лишь незначительные по величине напряжения, обусловленные несимметрией нагрузки и линий. Токи в резисторах и токи нулевой последовательности по линиям практически равны нулю. В нулевом проводе трансформаторов тока 67, 68, 69, 70, 71, 72 протекают токи небаланса, обусловленные неидентичностью характеристик измерительных трансформаторов тока. От этих токов небаланса защита должна быть отстроена, то есть токи срабатывания блоков 34, 35, 36, 37, 38, 39. (фиг.1) защит соответствующих линий должны быть больше соответствующих токов небаланса, например, в 1,5-1,7 раза. In the absence of an earth fault in the system on the neutrals of the transformers there are only insignificant voltages due to the asymmetry of the load and lines. The currents in the resistors and the zero sequence currents along the lines are almost zero. In the neutral wire of
При возникновении замыкания на землю, например, в линии 61 (фиг.2), в месте повреждения образуется электродвижущая сила Е нулевой последовательности (фиг. 7), которая на схеме замещения включается последовательно с переходным сопротивлением rп, возникающим в месте повреждения. Величина этого переходного сопротивления в разных случаях различна. При металлическом замыкании на заземленный грозозащитный трос или арматуру опоры она может быть близка к нулю. При падении фазного провода на землю в проваленном эксперименте было зафиксировано переходное сопротивление порядка 7-10 кОм, а при падении провода, например, на снежный сугроб зимой эта величина может быть еще больше.When an earth fault occurs, for example, in line 61 (Fig. 2), a zero-sequence electromotive force E is formed at the fault location (Fig. 7), which is switched on in series with the transition resistance r p arising at the fault location. The magnitude of this transition resistance in different cases is different. In the event of a metal short circuit to a grounded lightning protection cable or support armature, it may be close to zero. When the phase wire fell to the ground in a failed experiment, a transition resistance of the order of 7-10 kOhm was recorded, and when the wire fell, for example, on a snowdrift in winter, this value can be even higher.
В схеме замещения на фиг.7 R55, R56 сопротивления соответствующих заземляющих резисторов, C1 и С2 емкости на землю линий электропередачи, подключенных к соответствующим секциям сборных шин подстанции, С3 межцепная емкость линий. Из схемы фиг.7 видно, что при замыкании на землю на линии 61 возникает не только напряжение Uн1 на нейтрали 35 кВ трансформатора 47, но и напряжение Uн2 на нейтрали 35 киловольт трансформатора 48. На рассматриваемой подстанции в эксперименте напряжение Uн2 cоставляло примерно 0,25 Uн1. В общем случае соотношение между Uн1 и Uн2 определяется параметрами элементов схемы замещения, изображенной на фиг.7.In the equivalent circuit of FIG. 7, R 55 , R 56 are the resistances of the corresponding grounding resistors, C 1 and C 2 capacitance to the ground of the power lines connected to the corresponding sections of the substation busbars, C 3 interchain capacitance of the lines. It can be seen from the circuit of Fig. 7 that when a ground fault occurs on
Для удобства выполнения защиты в эксперименте, проведенном на одной из подстанций в Тюменской области, полярность токовых цепей 3 Io была принята обратной относительно полярности напряжения 3 Иo. Тогда при замыкании на землю ток 3 Io поврежденной линии опережает напряжение 3 Uс своей секции на угол, близкий к 45o электрических (при изменении режима работы сети этот угол может несколько изменяться, например, в пределах 30-60o). Если по условиям эксплуатации на секции сборных шин осталась в работе только одна линия, то ток 3 Io при замыкании на землю будет близок к активному, то есть электрический угол близок к 0o. Фазировку цепей тока и напряжения защиты удобно производить на работающей подстанции, но с отключенными резисторами (иначе они быстро перегреваются при замыкании на землю и могут выйти из строя). При отключенных резисторах и замыкании на землю в поврежденной линии при описанных выше условиях ток 3 I0 опережает напряжение 3 Иo на угол, близкий к 90o. Таким образом, зона срабатывания защиты должна надежно перекрывать диапазон от 0 до 90o электрических и иметь вид, изображенный на фиг. 8. В то же время ток 3 Io в неповрежденной линии, подключенной к той же секции сборных шин, что и поврежденная, отстает на 90o от 3 Uo, вследствие чего этот угол должен надежно находиться в зоне несрабатывания защиты (фиг. 8).For convenience, the protection in the experiment conducted at one of the substations in the Tyumen region, the polarity of the current circuits 3 I o was adopted inverse relative to the polarity of the
В то время, как на "поврежденной" секции сборных шин токи в поврежденной и неповрежденных линиях отличаются по углу примерно на 135o, на "неповрежденной" секции дело обстоит иначе. Все линии здесь находятся в одинаковых условиях, причем протекающие по ним токи нулевой последовательности можно условно разделить на две составляющие.While on the "damaged" section of busbars, the currents in the damaged and undamaged lines differ by an angle of about 135 o , on the "undamaged" section the situation is different. All lines here are in the same conditions, and the zero-sequence currents flowing through them can be conditionally divided into two components.
Первая составляющая тока 3 Io замыкается через межцепные емкости С3 (фиг.7) и емкости линий на землю С2. Эта составляющая тока не протекает через трансформаторы тока 76, 77, 78, а замыкается непосредственно через емкости линий С2.The first component of the current 3 I o closes through the interchain capacitance C 3 (Fig.7) and the capacitance of the lines to the ground C 2 . This current component does not flow through
Вторая составляющая тока 3 Io замыкается через межцепные емкости С3 и заземляющий резистор 56. Именно эта составляющая протекает через трансформаторы тока 76, 77, 78 и попадает в устройство защиты. Величина этих токов линий пропорциональна их длине (или, если двухцепная линия "расходится" на каком-то участке трассы, то пропорциональна длине их "совместного" участка). Поскольку все эти токи замыкаются через заземляющий резистор и имеют одинаковый характер, угол сдвига этих токов относительно напряжения нулевой последовательности (напряжения на заземляющем резисторе) составляет примерно 0o электрических, то есть попадает в область срабатывания защиты. Следовательно, возникает два варианта отстройки защиты от этих токов:
отстройка по величине, что может существенно загрубить защиту;
аппаратная отстройка.The second component of the current 3 I o closes through the interconnect capacitance C 3 and the grounding
detuning in size, which can significantly ruin the protection;
hardware detuning.
В предлагаемом устройстве защиты принят второй вариант. Здесь разрешение на срабатывание выдается (в виде опорного напряжения Uоп) только на те блоки защиты линий, которые относятся к "поврежденной" секции сборных шин подстанции. "Поврежденной" же секцией считается та, которой соответствует больший по величине ток в заземляющем резисторе, то есть большее напряжение на нейтрали 35 кВ трансформатора.The proposed protection device adopted the second option. Here, permission to operate is issued (in the form of a reference voltage U op ) only to those line protection units that belong to the "damaged" section of the substation busbars. A “damaged” section is one that corresponds to a larger current in the grounding resistor, that is, a greater voltage across the neutral 35 kV transformer.
По аналогичной причине предлагаемое устройство защиты выполняется направленным, в противном случае блоки защиты линий пришлось бы отстраивать от емкостного тока своих линий [9, 10]
В сети 35 кВ с воздушными линиями нет необходимости в быстродействующем отключении линий при замыкании на землю. Ограничения накладывает лишь заземляющий резистор, который может перегреться и выйти из строя при длительном протекании опасного для него тока. В связи с этим, исходя из тепловых характеристик разработанных резисторов, защита линий может быть выполнена с выдержкой времени, например, порядка 2,5-5 с, а защита резисторов с выдержкой времени, например, 7-8 с. с действием на отключение выключателей 51, 52 (со стороны 35 кВ питающих трансформаторов 47, 48) и с выдержкой времени резервной ступени порядка 8-9 с. с действием на отключение выключателей 49, 50 (со стороны 110 кВ).For a similar reason, the proposed protection device is directional, otherwise the line protection units would have to be detached from the capacitive current of their lines [9, 10]
In a 35 kV network with overhead lines, there is no need for a quick shutdown of the lines when an earth fault occurs. Limitations are imposed only by the grounding resistor, which can overheat and fail if the current is dangerous to it for a long time. In this regard, based on the thermal characteristics of the developed resistors, line protection can be performed with a time delay, for example, of the order of 2.5-5 s, and protection of resistors with a time delay, for example, 7-8 s. with the action to turn off the
В связи с этим нет необходимости рассматривать действие предлагаемого устройства в переходных режимах, так как за время 2,5-5 с. переходные процессы затухнут. In this regard, there is no need to consider the effect of the proposed device in transient conditions, since during 2.5-5 s. transients fade.
Большие переходные сопротивления в месте повреждения облегчают работу заземляющих резисторов, так как уменьшают ток замыкания, практически исключают возможность использования в качестве рабочего сигнала высших гармоник токов 3 Io и повышают требования к чувствительности защиты. В связи с этим представляется целесообразным разделить зону срабатывания защиты на две части в зависимости от протекающего по линиям тока:
при малых токах, не опасных с точки зрения термической стойкости резистора, обеспечить действие блоков защиты линий на сигнал с целью селективной сигнализации поврежденной линии;
при значительных по величине токах, опасных с точки зрения термической стойкости резистора, обеспечить действие блоков защиты линий на отключение.Large transient resistances at the site of damage facilitate the work of grounding resistors, as they reduce the fault current, virtually eliminate the possibility of using higher harmonics of 3 I o currents as a working signal and increase the requirements for protection sensitivity. In this regard, it seems advisable to divide the protection response zone into two parts, depending on the current flowing along the lines:
at low currents that are not dangerous from the point of view of thermal resistance of the resistor, ensure the action of the line protection blocks on the signal in order to selectively signal the damaged line;
at significant currents that are dangerous from the point of view of thermal resistance of the resistor, ensure that the line protection blocks act on shutdown.
В исходном состоянии, при отсутствии замыканий на землю в сети, напряжения 3 Uo на выводах измерительных трансформаторов напряжения 59, 60 (фиг.2) близки к нулю, следовательно, близки к нулю сигналы на входах пороговых органов 5 и 14 (фиг.1), а также фильтров 1 и 9 промышленной частоты. Отсутствуют сигналы и на выходах пороговых органов 5, 14. In the initial state, in the absence of earth faults in the network, the
Поскольку в этом режиме напряжения на нейтралях 35 кВ трансформаторов 47, 48 близки к нулю (фиг.2), близки к нулю токи по заземляющим резисторам 55, 56 и, следовательно, токи в измерительных трансформаторах тока 57, 58. Таким образом, близки к нулю сигналы на входах пороговых органов 41 и 44 (фиг. 1), отсутствуют сигналы на выходах этих пороговых органов и на выходах элементов выдержки времени 42, 45. Since in this mode the voltages at the neutrals of 35 kV of the
Токи небаланса в нулевых проводах измерительных трансформаторов тока 73, 74, 75, 76, 77, 78 (фиг.2) малы и блоки защиты линий 34, 35, 36, 37, 38, 39 (фиг. 1), на которые поступают сигналы с соответствующих трансформаторов тока, не срабатывают. The unbalance currents in the neutral wires of the measuring
При металлическом замыкании на землю, например, на линии 61 (фиг.2), на секции 53 сборных шин подстанции возникает значительное (близкое к утреннему фазному напряжению) напряжение 3 U
Одновременно в цепях заземляющих резисторов 55 и 56 возникают токи, пропорциональные по величине напряжениям 3 Uo соответствующих секций. Соответствующие токи протекают по вторичным обмоткам трансформаторов тока 57 и 58, причем ток во вторичной обмотке трансформатора тока 57 в несколько раз превышает ток трансформатора тока 58.Simultaneously, in the circuits of
В этом же режиме появляются значительные по величине токи в нулевых проводах трансформаторов тока 73, 74, 75, 76, 77, 78. В соответствии с ранее описанным ток 3 Io трансформатора тока 73 лежит в зоне действия защиты (фиг. 8) (опережает напряжение 3 Uo на угол 0-60o)<токи 3 Io трансформаторов тока 74 и 75 лежат вне зоны действия защиты (отстают от 3 Uo примерно на 90o. Токи 3 Io трансформаторов тока 76, 77, 78 имеют примерно одинаковую фазу и совпадают по фазовому углу с напряжением 3 Uo своей секции 54 (фиг.2).In the same mode, significant currents appear in the neutral wires of
Напряжение 3 Uo от трансформатора напряжения 59 поступает на вход фильтра промышленной частоты 1 (фиг.1), который выделяет из поступившего сигнала составляющую частотой 50 Гц, с него на фазоповоротный блок 2 (фиг.1, 3). В зависимости от соотношения параметров резисторов 82, 84 (обычно сопротивление резистора 84 принимается в несколько раз большим, чем сопротивление резистора 82) и конденсатора 83, напряжение на выходе фазоповоротного блока отстает от поступающего на вход этого блока напряжения на угол, лежащий в пределах от 0 до 90o. Соответствующий подбор параметров фазоповоротного блока обеспечивает расположение середины зоны срабатывания фазовой характеристики защиты (фиг.8) примерно на уровне -45o электрических.The voltage 3 U o from the
Сигнал 3 3U
Опорное напряжение Uоп поступает на первый вход логического элемента И -4 (фиг.1).The reference voltage U op is supplied to the first input of the logic element And -4 (figure 1).
Сигнал с выхода фильтра промышленной частоты 1 поступает также на вход согласующего элемента 6 (фиг.1, 4), уменьшается по величине на делителе из резисторов 88, 87, выпрямляется и сглаживается посредством диода 89 и конденсатора 90. В результате сигнал на выходе согласующего элемента 6 напряжением постоянного тока, пропорциональным по величине напряжению 3 Uo секции 53 (фиг.2).The signal from the output of the
Аналогично напряжение 3 Uo секции 54, поступив с трансформатора напряжения 60 (фиг.2) на фильтр промышленной частоты 9 (фиг.1), а с него на согласующий элемент 15, также преобразуется в напряжение постоянного тока, пропорциональное по величине напряжению 3 Uo секции 54 (фиг.2) (на выходе элемента 15 фиг.1).Similarly, the voltage 3 U o section 54, coming from a voltage transformer 60 (figure 2) to the filter of industrial frequency 9 (figure 1), and from it to the matching element 15, is also converted to a DC voltage proportional to the voltage 3 U o section 54 (figure 2) (at the output of element 15 of figure 1).
Эти два напряжения суммируются на сумматоре 7 (фиг.1), причем суммирование ведется с противоположными знаками. Напряжению, поступающему с элемента 6, присваивается знак "плюс", а напряжению, поступающему с элемента 15, знак "минус". Поскольку в рассматриваемом режиме напряжение 3 Uo секции 53 (фиг. 2) больше, чем аналогичное напряжение секции 54, знак напряжения на выходе сумматора 7 (фиг.1) положительный. При замыкании на землю на одной из линий электропередачи из числа питающихся от секции 54 (фиг.2) подстанции знак напряжения на выходе сумматора 7 (фиг.1) изменится на противоположный.These two voltages are summed on the adder 7 (figure 1), and the summation is carried out with opposite signs. The voltage coming from element 6 is assigned a plus sign, and the voltage coming from element 15 is assigned a minus sign. Since in this mode the voltage 3 U o of section 53 (Fig. 2) is greater than the similar voltage of
Знак напряжения на выходе сумматора 7 является определяющим для выбора "поврежденной" секции распредустройства на подстанции. Поскольку в рассматриваемом случае (при замыкании на землю на линии 61 фиг.2) знак сигнала на выходе сумматора 7 положительный, следует дать разрешение на срабатывание блоков защит линий, питающихся от секции 53, защиты же линий, питающихся от секции 54 (фиг.2), блокируются. Это достигается следующим образом. Компаратор 8 (фиг.1) срабатывает от сигналов положительной полярности и выдает единичный логический сигнал на второй вход логического элемента И -4, после его опорное напряжение Uоп c выхода элемента 4 подается на соответствующие входы блоков 34, 35, 36 (фиг.1) защит линий 61, 62, 63 (фиг.2), питающихся от секции 53 сборных шин.The sign of the voltage at the output of the adder 7 is decisive for selecting the "damaged" section of the switchgear at the substation. Since in the case under consideration (with an earth fault on the
Аналогичное же напряжение Uоп, сформированное на выходе компаратора 11 (фиг.1), не проходит на выход элемента И -12, так как компаратор 13 срабатывает только от сигналов отрицательной полярности, а в рассматриваемом режиме на него с выхода сумматора 7 выдается сигнал положительной полярности. В результате на втором входе элемента И -12 единичный логический сигнал отсутствует и сигнал на выходе элемента 12 равен нулю. Опорное напряжение Uоп на входы блоков защиты 37, 38, 39 линий 64, 65, 66 (фиг.2) не выдается, в результате его эти блоки сработать не могут и линии 64, 65, 66 в рассматриваемом режиме не отключаются.The same voltage U op generated at the output of the comparator 11 (Fig. 1) does not pass to the output of the And-12 element, since the
Если бы произошло замыкание на землю на одной из линий 64, 65, 66, то аналогично описанному выше, опорное напряжение выдавалось бы на блоки защиты 37, 38, 39 (фиг.1) и не выдавалось бы на блоки 34, 35, 36. If an earth fault occurred on one of the
Элементы сигнализации 16, 17 показывают, на какие именно блоки защиты выдается опорное напряжение. The alarm elements 16, 17 show which protection blocks are given the reference voltage.
Одновременно с описанными выше процессами токи с измерительных трансформаторов тока 57 и 58 (фиг.2) поступают на входы пороговых органов 41 и 44 соответственно. Оба этих пороговых органа имеют ток срабатывания примерно в 1,2-1,4 раза выше, чем ток в заземляющем резисторе "неповрежденной" секции. Поэтому пороговый орган 44 (фиг. 1) не срабатывает, а пороговый орган 41 срабатывает. Пороговые органы 41 и 44 представляют собой обычные токовые реле, описанные, например, в [9-11] В качестве первого выхода этих пороговых органов используется один вывод размыкающего контакта реле, второй вывод которого соединен с общим проводом. В качестве второго выхода этих пороговых органов используется один вывод замыкающего контакта реле, второй вывод которого соединен с положительной шиной источника оперативного тока. Simultaneously with the processes described above, currents from measuring
Таким образом, пороговый орган 41 (фиг.1), срабатывая, снижает блокирующий сигнал со своего первого выхода. Раньше этот сигнал через накладку оперативную 43 поступал на катоды диодов 27, входящих в состав блоков 34, 35, 36 защиты, не давая защите сработать. Сигнал со второго выхода порогового органа 41 запускает элемент выдержки времени 42. Выдержки времени элемента 42 выше, чем выдержки времени защиты линий (блоков 34, 35, 36, 37, 38, 39), поэтому при исправной защите линий отключение поврежденной линии произойдет с запасом раньше, чем подействует на отключение элемент 42. Thus, the threshold organ 41 (FIG. 1), when activated, reduces the blocking signal from its first output. Previously, this signal through the patch operative 43 was supplied to the cathodes of the
Одновременно с описанным выше в рассматриваемом режиме (при замыкании на землю на линии 61 фиг.2) токи 3 Io от измерительных трансформаторов тока 73, 74, 75, 76, 77, 78 подаются на входы блоков 34, 35, 36, 37, 38, 39 (фиг.1) защиты линий.At the same time as described above in the considered mode (when an earth fault occurs on
Датчики тока 18 преобразуют поступающий на них ток в величины, удобные для использования в полупроводниковых элементах блоков 34, 35, 36, 37, 38, 39. Датчики тока 18 могут быть выполнены, например, в виде трансформаторов в соответствии с [9]
Фильтр промышленной частоты 19 выделяет из поступающего на него сигнала составляющую 50 Гц. отсеивая различные помехи.Current sensors 18 convert the current arriving at them into values convenient for use in semiconductor elements of blocks 34, 35, 36, 37, 38, 39. Current sensors 18 can be made, for example, in the form of transformers in accordance with [9]
The industrial frequency filter 19 extracts a component of 50 Hz from the signal arriving at it. screening out various interferences.
Компаратор 20 формирует прямоугольные единичные сигналы в том случае, когда поступающий на него сигнал (3 I
Угол поворота сигнала в фазоповоротном блоке 2 (фиг.1) выбирается таким, чтобы импульсы на выходе компаратора 20 совпадали по фазе с опорным напряжением Uоп, поступающим с логического элемента И-4 в том случае, когда ток 3 Io опережает напряжение 3 Uo примерно на 45o электрических. Сигналы с выхода элемента И-4 и компаратора 20 (фиг.1) поступают на входы логического элемента И-21 и в описываемом случае вызывают появление на выходе элемента И-21 максимальных по длительности прямоугольных импульсов, продолжительность каждого из которых не превышает половины периода промышленной частоты.The angle of rotation of the signal in the phase-shifting unit 2 (Fig. 1) is chosen so that the pulses at the output of the
Если угол между 3 Io и 3 Uo отклоняется от -45o, то длительность прямоугольных импульсов, сформированных на выходе логического элемента И-21, уменьшается (U21 на фиг.9).If the angle between 3 I o and 3 U o deviates from -45 o , then the duration of the rectangular pulses generated at the output of the I-21 logic element decreases (U 21 in Fig. 9).
В преобразователе прямоугольных импульсов в пилообразное напряжение 22 прямоугольные импульсы U21, поступающие с выхода элемента И -21 (фиг.1), преобразуются в пилообразное напряжение (U22 на фиг.9).In the converter of rectangular pulses into a sawtooth voltage 22, the rectangular pulses U 21 coming from the output of the And-21 element (FIG. 1) are converted into a sawtooth voltage (U 22 in FIG. 9).
На фиг.5 приведен пример схемы преобразователя 22. Входным сигналом здесь является выходной сигнал элемента И -21. Когда этот сигнал равен нулю, диод 92 (фиг. 5) открыт и резистор 91 шунтирует конденсатор 94. Поскольку сопротивление резистора 91 во много раз меньше сопротивления резистора 93, напряжение на конденсаторе 94 близко к нулю. Когда напряжение на выходе элемента И -21 становится равным единице, диод 92 закрывается и конденсатор 94 начинает заряжаться через резистор 93. После окончания прямоугольного импульса U21 конденсатор 94 опять быстро разряжается через резистор 91 на выход элемента И -21. В результате напряжение на конденсаторе 94 (а, следовательно, и на выходе преобразователя 22) имеет вид U22, изображенный на фиг. 9.Figure 5 shows an example of a converter 22 circuit. The input signal here is the output signal of the And-21 element. When this signal is zero, the diode 92 (Fig. 5) is open and the
В компараторе 23 (фиг.1) напряжение U22 сравнивается с пороговым значением U
Расширитель импульсов 24 (фиг.1) увеличивает ширину сигнальных импульсов, снимаемых с компаратора 23. Пример схемы расширителя импульсов 24 приведен на фиг.6. The pulse expander 24 (Fig. 1) increases the width of the signal pulses taken from the
Входной импульс U23 выделяется на резисторе 95 (фиг.6) и открывает транзистор 96. Через резистор 97, ограничивающий максимальное значение тока, и через диод 98 заряжается конденсатор 100. Поскольку допустимый ток транзистора существенно выше, например, выходного тока микросхемы, заряд конденсатора 100 происходит достаточно быстро, так как величина сопротивления 97 может быть принята низкой. Резистор 99 необходим исходя из обеспечения нулевого значения входного сигнала элемента И-25 в нормальном режиме, но величина сопротивления резистора 99 может быть принята примерно на один-два порядка выше, чем сопротивление резистора 97. Поэтому разряд конденсатора 100 происходит на порядок-два медленнее, чем его заряд. В результате форма кривой сигнала на конденсаторе 100 U24 имеет вид, изображенный на фиг.9.The input pulse U 23 is allocated on the resistor 95 (Fig.6) and opens the
Cигнал U24 поступает на нижний вход элемента И-25 (фиг.1, 6). Поскольку нулевой потенциал с катода диода 27 в рассматриваемом режиме снят (то есть снят блокирующий сигнал с блока защиты линии 61), то на второй вход логического элемента И-25 через резистор 26 (фиг.1) также поступает единичный логический сигнал и на выходе элемента И-25 тоже появится единичный сигнал. Сигнальный элемент 32 сигнализирует, что условия срабатывания блока 34 защиты линии 61 обеспечиваются.The signal U 24 is fed to the lower input of the I-25 element (Figs. 1, 6). Since the zero potential from the cathode of the
Сигнал с выхода элемента И-25 поступает также на преобразователь прямоугольных импульсов в пилообразное напряжение 28, выполненный аналогично 22. Сигнал U28 на выходе преобразователя 28 имеет вид, изображенный на фиг.9. Когда его величина достигает порога срабатывания компаратора 29, компаратор 29 срабатывает и на его выходе появляется единичный сигнал (сигнал U29 на фиг.9). Преобразователь 28 и компаратор 29 реализуют выдержку времени защиты линии от замыкания на землю. Регулировка этой выдержки времени обеспечивается изменением порога срабатывания компаратора 29 (фиг.1).The signal from the output of the I-25 element also arrives at the converter of rectangular pulses in a
Сигнал с выхода компаратора 29 поступает на вход исполнительного органа 30, в состав которого входит усилитель мощности (например, транзисторный ключ) и выходное реле с достаточно мощными контактами, способными коммутировать цепи отключения линии. Накладка оперативная 31 в рассматриваемом режиме замкнут и сигнал с выхода исполнительного органа 30 действует на отключение выключателя 67 (фиг.2) поврежденной линии 61. The signal from the output of the comparator 29 is fed to the input of the executive body 30, which includes a power amplifier (for example, a transistor switch) and an output relay with sufficiently powerful contacts that can switch line disconnection circuits. Cover operative 31 in the considered mode is closed and the signal from the output of the executive body 30 acts to trip the switch 67 (figure 2) of the damaged
Поскольку выдержка времени защиты линий выбрана с запасом меньше, чем выдержка времени элемента 42 (фиг.1), после отключения поврежденной линии пороговый орган 41 возвращается в исходное состояние и вместе с ним возвращается в исходное состояние элемент выдержки времени 42, так и не успев подействовать на отключение. Since the protection time delay of the lines is selected with a margin less than the time delay of the element 42 (Fig. 1), after the damaged line is turned off, the threshold organ 41 returns to its original state and with it the
В рассматриваемом режиме опорное напряжение выдано не только на блок 34 (фиг.1) защиты линии 61, но и на аналогичные блоки 35, 36. Однако, как отмечалось выше, токи 3 Io в линиях 62, 63, на которых установлены блоки 35, 36, отстают от напряжения 3 Uo в рассматриваемом режиме примерно, на 90o и выходят за пределы зоны срабатывания защиты. В результате импульсы на выходах элементов 21 (фиг.1) в блоках 35, 36 оказываются недостаточно длинными и эти блоки не срабатывают.In this mode, the reference voltage is issued not only to the block 34 (Fig. 1) of the
В режиме замыкания на землю на линии 61 через значительное переходное сопротивление токи через резисторы 55, 56 (фиг.2) оказываются меньше, чем в предыдущем случае. Если их величина недостаточна для срабатывания пороговых органов 41, 44 (фиг.1), то есть эти токи не опасны с точки зрения термической стойкости резисторов 55, 56, то пороговые органы 41, 44 не срабатывают и не снимают блокирующий сигнал (сигнал нулевого потенциала) с катодов диодов 27 (фиг. 1). При этом логический элемент И-25, принадлежащий блоку 34, не пропускает поступающий на него сигнал с расширителя импульсов 24, и блок защиты 34 не отключает поврежденную линию. В этом режиме предлагаемое устройство работает как селективный сигнальный орган. При этом срабатывают от напряжения 3 Uo пороговые органы 5 и 14 и выдают сигнал обслуживающему персоналу о том, что в сети произошло замыкание на землю. По этому сигналу бригада обслуживающего персонала отправляется к месту установки защиты и по показаниям имеющихся на подстанции вольтметров, измеряющих 3 Uo, или по свечению элементов сигнализации 16, 17 определяют, на какой группе линий произошло повреждение (на соответствующей секции величина напряжения 3 Uo окажется выше). После этого, если принято решение сразу же отключить поврежденную линию, следует разомкнуть накладку 43 или 46 (фиг.1), соответствующую "поврежденной" секции. При этом с блоков защиты линий будет снят блокирующий сигнал и сработает тот блок, который соответствует поврежденной линии, после чего линия будет отключена в соответствии с описанием предыдущего режима. После отключения линии накладки 43 и 46 следует снова замкнуть.In the mode of earth fault on
Если же перед отключением линии желательно уведомить потребителя о предстоящем отключении, то следует в описанном режиме сначала разомкнуть выходные накладки 31 (фиг.1) в цепях защит линий, а уж затем размыкать накладки 43, 46. При этом соответствующий поврежденной линии блок защиты 34 (или 35, 36, 37, 38, 39) сработает, но на отключение линии не подействует. На сработавшем же блоке будут светиться сигнальные светодиоды в элементах сигнализации 32, 33. По свечению этих светодиодов выявляется поврежденная линия, которую затем, после уведомления потребителя, можно отключить обычным путем. Все накладки после отключения следует вернуть в исходное положение. If, before disconnecting the line, it is desirable to notify the consumer of the impending disconnection, then in the described mode, first open the output plates 31 (Fig. 1) in the line protection circuits, and then open the plates 43, 46. In this case, the protection block 34 ( or 35, 36, 37, 38, 39) will work, but will not work on disconnecting the line. On the triggered block, the signal LEDs in the alarm elements 32, 33 will light. By the glow of these LEDs, a damaged line is detected, which then, after notifying the consumer, can be turned off in the usual way. All covers after disconnecting should be returned to their original position.
При замыкании на землю на сборных шинах подстанции или при отказе защиты линии при замыкании на землю на линии блоки защиты линий не срабатывают и линии электропередачи отключаться не будут. Сработавший пороговый орган 41 (фиг.1) или 44 запустит элемент выдержки времени 42 (или 45), который вначале выдает сигнал на отключение секционного выключателя 79 (если он был включен), затем на отключение выключателя 51 (или 52) и, если токи в цепях заземляющих резисторов не уменьшатся (например, при замыкании на землю на ошиновке между выключателем 51 и трансформатором 47 фиг.2), на отключение выключателя 49 (или 50) на стороне 110 кВ питающего трансформатора. When a ground fault occurs on the substation's busbars or when the line protection fails during a ground fault on the line, the line protection units do not work and the power lines will not be disconnected. The triggered threshold body 41 (Fig. 1) or 44 will start the time delay element 42 (or 45), which first gives a signal to turn off the section switch 79 (if it was turned on), then to turn off the switch 51 (or 52) and, if currents in the chains of grounding resistors will not decrease (for example, when a ground fault occurs on a busbar between
Для проверки исправности предлагаемого устройства следует кратковременно нажать кнопку 101 (фиг.10) в блоке 40 проверки исправности. При этом через диоды 102 и резисторы 103 проверочные сигналы поступают на входы элементов 3, 11, 7, 20 (фиг.1), соответствующие элементы сработают и должны засветиться светодиоды в элементах сигнализации 32 блоков 34, 35, 36 защиты линий. Защита при этом на отключение не подействует за счет имеющейся выдержки времени на срабатывание (реализуемой в блоках 28, 29). To verify the health of the proposed device, briefly press the button 101 (figure 10) in block 40 health. In this case, through the
Затем следует кратковременно и одновременно нажать кнопки 101 и 105 в блоке 40 (фиг. 10, фиг. 1). Поскольку сопротивление резистора 106 выбирается примерно в два раза меньшим, чем у резистора 103, на этот раз напряжение на выходе сумматора 7 (фиг.1) будет отрицательным и должны засветиться светодиоды в элементах сигнализации 32 блоков 37, 38, 39 защиты линий. Then, briefly and simultaneously press
Если необходимо проверить исправность исполнительных органов 30, а также элементов 28, 29, следует предварительно разомкнуть накладки 31, а затем выполнить проверку так, как описано выше, но при длительном нажатии соответствующих кнопок. If it is necessary to check the serviceability of the executive bodies 30, as well as the
Из описанного видно, что в предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, используется информация не только от группы линий, подключенных к одной секции сборных шин подстанции, но также и от второй секции сборных шин. В результате оно не срабатывает неселективно от токов неповрежденных линий, возникших за счет большой межцепной емкости. Поскольку не требуется отстройка от этих токов, чувствительность предлагаемого устройства может быть более высокой, чем у прототипа. Как показал проведенный эксперимент, применительно к рассматриваемой подстанции (фиг.2), чувствительность предлагаемого устройства может быть принята в 2-2,5 раза выше, чем у прототипа. Это дает возможность предлагаемому устройству чувствовать замыкания на землю через такие переходные сопротивления (10-15 кОм), при которых прототип не подействовал бы. From the described it can be seen that in the proposed device, unlike the prototype, information is used not only from a group of lines connected to one section of the substation's busbars, but also from the second busbar section. As a result, it does not work non-selectively from the currents of undamaged lines that arose due to the large interchain capacitance. Since the detuning from these currents is not required, the sensitivity of the proposed device may be higher than that of the prototype. As the experiment showed, in relation to the substation under consideration (figure 2), the sensitivity of the proposed device can be taken 2-2.5 times higher than that of the prototype. This allows the proposed device to feel earth faults through such transition resistance (10-15 kOhm), in which the prototype would not work.
Кроме того, предлагаемое устройство способно обеспечить защиту заземляющих резисторов, а также селективную сигнализацию без отключения поврежденной линии при малых токах замыкания на землю (при значительных переходных сопротивлениях), а при больших токах, опасных для резисторов, действовать на автоматическое отключение поврежденной линии, на что прототип не способен. In addition, the proposed device is able to provide protection for grounding resistors, as well as selective signaling without disconnecting the damaged line at low earth fault currents (at significant transient resistances), and at high currents dangerous to resistors, act on the automatic disconnection of the damaged line, to which the prototype is not capable.
Все это повышает эффективность работы релейной защиты и энергосистемы в целом. All this increases the efficiency of relay protection and the power system as a whole.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94011967A RU2071624C1 (en) | 1994-04-05 | 1994-04-05 | Gear for centralized directional protection against fault to ground |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94011967A RU2071624C1 (en) | 1994-04-05 | 1994-04-05 | Gear for centralized directional protection against fault to ground |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94011967A RU94011967A (en) | 1996-05-20 |
RU2071624C1 true RU2071624C1 (en) | 1997-01-10 |
Family
ID=20154400
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94011967A RU2071624C1 (en) | 1994-04-05 | 1994-04-05 | Gear for centralized directional protection against fault to ground |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2071624C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2496201C2 (en) * | 2009-04-24 | 2013-10-20 | Абб Рисерч Лтд | Control method and device of protection function sensitivity |
RU2576017C2 (en) * | 2014-04-22 | 2016-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВПО Орел ГАУ) | Single phase earth fault current limitation method for overhead transmission lines in networks with insulated neutral |
RU2813507C1 (en) * | 2023-01-09 | 2024-02-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) | Method for increasing efficiency of operational electrical network with isolated neutral |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2453020C1 (en) * | 2011-04-05 | 2012-06-10 | Владимир Анатольевич Благинин | Neutral wire earthing method |
-
1994
- 1994-04-05 RU RU94011967A patent/RU2071624C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 1275622, кл. H 02 H 3/16, 1984. 2. Авторское свидетельство СССР N 1277283, кл. H 02 H 3/16, 1986. 3. Авторское свидетельство СССР N 1267525, кл. H 02 H 3/16, 1986. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2496201C2 (en) * | 2009-04-24 | 2013-10-20 | Абб Рисерч Лтд | Control method and device of protection function sensitivity |
RU2576017C2 (en) * | 2014-04-22 | 2016-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВПО Орел ГАУ) | Single phase earth fault current limitation method for overhead transmission lines in networks with insulated neutral |
RU2813507C1 (en) * | 2023-01-09 | 2024-02-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) | Method for increasing efficiency of operational electrical network with isolated neutral |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94011967A (en) | 1996-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2397591C2 (en) | Transmission system | |
JPS60255012A (en) | Protecting relay | |
RU2376694C1 (en) | Converting substation | |
EP2834897B1 (en) | Backup power system and grounding device for a backup power system | |
EP2235805A1 (en) | Control unit for safely re-enabling a ground fault interrupter | |
RU2071624C1 (en) | Gear for centralized directional protection against fault to ground | |
RU2157038C1 (en) | Ground fault detector for insulated-neutral supply mains | |
Kaiser et al. | Safety considerations for the operation of bipolar DC-grids | |
JP3480671B2 (en) | Bus protection system for spot network power receiving equipment | |
US3965394A (en) | Apparatus for protecting a multiphase power transmission line from intermembral faults | |
US20010003500A1 (en) | Electrical protection relay | |
US3348097A (en) | Capacitor bank having unbalance detecting protective means | |
SU1138874A1 (en) | Device for protecting against earth leakage in isolated neutral system | |
US5293110A (en) | Bridge capacitor bank installation | |
AT406208B (en) | Residual current device (fault-current protective circuit breaker, earth leakage circuit breaker) with overvoltage tripping | |
RU6474U1 (en) | ELECTRICAL SUBSTATION | |
EP4145655A1 (en) | Device, method, and power distribution system for preventing electric shock and fire in case of short circuit and ground fault | |
JP2806163B2 (en) | Static switch | |
West | Grounding for emergency and standby power systems | |
JP2000032670A (en) | Spot network receiving facility | |
JP2705198B2 (en) | Ground fault detector | |
JP2773808B2 (en) | Earthing transformer protection relay | |
JPH07236226A (en) | Ground protector | |
JPH07143666A (en) | Ground-fault protective circuit | |
SU1350733A1 (en) | Apparatus for grounding protection in mains with insulated neutral wire |