RU2119706C1

RU2119706C1 - Method for protecting high-voltage lines

Info

Publication number: RU2119706C1
Application number: RU97112241A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Деведжиев
Original assignee: Владимир Александрович Деведжиев
Priority date: 1997-07-17
Filing date: 1997-07-17
Publication date: 1998-09-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: method involves voltage measurements, its analog-to-digital conversion, detection of emergency situation by comparing measured and converted variables with desired values; in addition, it includes current measurement and its analog-to-digital conversion with emergency situation detected by comparing results of measurement of voltage, current, and angle between them made in two steps; during first step, measured and converted phase values of variables are compared with each other and with rated values by magnitude and angle, and deviations of measurement results from rated values are determined; during second step, kind of emergency situation is determined by amount of shift between voltage and current vectors, and line is disconnected with time delay complying with emergency conditions considering conditions of supply mains. EFFECT: facilitated detection of overvoltage or short-circuit of any kind in line; improved conditions for matching protective gear. 11 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и касается защиты линий электропередач высокого напряжения. The invention relates to electrical engineering and for the protection of high voltage power lines.

В настоящее время к защитам линий электропередач высокого напряжения предъявляются все более высокие требования в части их надежности, способности реагировать на все виды коротких замыканий, аварийных режимов, в том числе и на недопустимое повышение напряжения, требования безаварийности и возможности применения их как дублирующих защит на другом принципе с уже существующими. At present, the protection of high voltage power lines is facing ever-increasing demands in terms of their reliability, ability to respond to all types of short circuits, emergency conditions, including unacceptable voltage increases, trouble-free requirements and the possibility of using them as backup protection on another principle with existing ones.

Известен способ, применяемый в дифференциально-фазных защитах линий высокого напряжения, заключающийся в том, что измеряют в аналоговой форме напряжения и токи, с помощью фильтров определяют гармонические составляющие тока и напряжения, возникающие при коротких замыканиях на линии и при совпадении их фаз по концам линии отключают линию без выдержки времени [1]. The known method used in the differential-phase protection of high voltage lines, which consists in measuring the voltage and currents in an analog form, using the filters to determine the harmonic components of the current and voltage that occur during short circuits on the line and when their phases coincide at the ends of the line disconnect the line without delay [1].

Известен способ, применяемый в защитах от замыканий на землю, при котором при направлении энергии в линию и наличии нулевой гармонической составляющей тока, выделенной при помощи фильтра нулевой последовательности, в зависимости от ее величины отключают линию либо без выдержки, либо с выдержкой времени [2]. The known method used in the protection against earth faults, in which when the energy is directed to the line and there is a zero harmonic component of the current extracted with the zero sequence filter, depending on its magnitude, the line is disconnected either without exposure or with time delay [2] .

Недостатками указанных способов с использованием гармонических составляющих является наличие довольно громоздких фильтров, наличие отдельных панелей для каждой защиты. The disadvantages of these methods using harmonic components is the presence of rather bulky filters, the presence of separate panels for each protection.

Известен способ защиты линий на дистанционном принципе, где также в аналоговой форме измеряют напряжения и токи в месте установки защиты, определяют сопротивление от места установки защиты до места короткого замыкания [3] . Дистанционные защиты при этом имеют либо круговые характеристики зон своей работы, либо в виде четырехугольников. С такими характеристиками часто возникают трудности при отстройке от максимальных режимов работы линии. There is a method of protecting lines on a remote principle, where voltage and currents are also measured in an analog form at the place of installation of protection, the resistance is determined from the place of installation of protection to the place of short circuit [3]. Remote protection in this case have either the circular characteristics of the zones of their work, or in the form of quadrangles. With such characteristics, difficulties often arise when detuning from the maximum operating modes of the line.

Известен способ защиты электрической сети переменного тока от короткого замыкания, при котором, наряду с непрерывным измерением величины тока, для отстройки от пусковых токов двигателей измеряют приращение угла сдвига фаз между током и напряжением в защищаемой линии, формируют параметр, сравнивают измеренную величину и сформированный параметр по приращению угла сдвига фаз между током и напряжением в защищаемой линии в текущий период и предшествующий момент времени и в случае отклонения обеих контролируемых величин от заданных формируют сигнал на отключение (отключают линию) [4]. There is a method of protecting an electrical AC network from short circuit, in which, along with continuous measurement of current, to tune from starting currents of the motors, the increment of the phase angle between the current and voltage in the protected line is measured, a parameter is formed, the measured value and the generated parameter are compared increment of the phase angle between the current and voltage in the protected line in the current period and the preceding moment of time and in the case of deviation of both controlled values from the given form dissolved trip signal (disable line) [4].

Однако способ по [4] характеризуется относительно низкими функциональными возможностями защиты линии. However, the method according to [4] is characterized by relatively low line protection functionality.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ защиты от повышения напряжения трехфазной линии электропередачи, при котором осуществляют измерение напряжения, задают интервалы повышения фазного напряжения выше заданного при повышении измеряемого напряжения, определяемого при помощи измерения модулей мгновенных значений фазного напряжения и вычисления путем различных математических преобразований максимально допустимого значения напряжения на каждой фазе, и при достижении измеряемой величины напряжения значения выше заданной величины для соответствующего интервала повышения напряжения отключают линию с выдержкой времени, заданной для соответствующего интервала повышения напряжения [5]. The closest technical solution to the invention is a method of protecting against an increase in voltage of a three-phase power line, in which the voltage is measured, the intervals for increasing the phase voltage are higher than the specified voltage when the voltage is increased, determined by measuring the modules of the instantaneous values of the phase voltage and calculating as much as possible by various mathematical transformations permissible voltage value at each phase, and when the measured voltage value is reached, eniya above a predetermined value for the respective voltage boosting interval disconnect the line with a time delay, to respective predetermined voltage boosting interval [5].

Недостатком способа защиты линий по [5] также являются низкие функциональные возможности, довольно сложное конструктивное выполнение. The disadvantage of the line protection method according to [5] is also low functionality, a rather complicated design.

Изобретением решается задача расширения функциональных возможностей защиты линий высокого напряжения, позволяющая определить не только недопустимое повышение напряжения на линии, но и любой вид коротких замыканий, происходящих на линиях электропередач, улучшения условий согласования защит, а также дублирования существующих защит на другом принципе. The invention solves the problem of expanding the functionality of protection of high voltage lines, which allows to determine not only an unacceptable increase in voltage on the lines, but also any type of short circuit occurring on power lines, improve the conditions for coordination of protections, as well as duplicate existing protections on another principle.

Для решения поставленной задачи в способе защиты линий высокого напряжения, при котором осуществляют измерение напряжения, выполняют его аналого-цифровое преобразование, выявляют аварийную ситуацию путем сравнения измеренного и преобразованного параметра с заданными величинами, затем отключают линию, предложено согласно настоящему изобретению дополнительно осуществлять измерение тока, его аналого-цифровое преобразование, при этом выявление аварийной ситуации осуществляют путем сравнения измеренных значений напряжения, тока и угла между ними, которые выполняют в два этапа: на первом этапе измеренные и преобразованные фазные значения параметров сравнивают между собой и с номинальными значениями по величине и углу и определяют отклонение измеренных величин от номинальных значений, на втором этапе определяют характер аварийной ситуации по величине смещения между векторами напряжения и тока и с учетом состояния сети отключают линию с выдержкой времени, соответствующей условиям аварийной ситуации. To solve the problem in the method of protecting high-voltage lines, in which voltage is measured, its analog-to-digital conversion is performed, an emergency situation is detected by comparing the measured and converted parameter with the specified values, then the line is turned off, it is proposed according to the present invention to additionally measure current, its analog-to-digital conversion, while the emergency situation is detected by comparing the measured values of voltage, current and angle and between them, which are performed in two stages: at the first stage, the measured and converted phase values of the parameters are compared with each other and with nominal values in magnitude and angle, and the deviation of the measured values from the nominal values is determined, at the second stage, the nature of the emergency is determined by the amount of displacement between with voltage and current vectors, and taking into account the state of the network, they disconnect the line with a time delay corresponding to emergency conditions.

Изобретение поясняется чертежами на фиг. 1, 2 и 3. The invention is illustrated by the drawings in FIG. 1, 2 and 3.

На фиг. 1 показаны векторные диаграммы напряжений и токов при различных видах коротких замыканий на линии или аварийных режимов. На фиг. 2 показаны зоны действия защиты при трехфазных замыканиях. На фиг. 3 показана блок-схема устройства, реализующего заявленный способ. In FIG. 1 shows vector diagrams of voltages and currents for various types of short circuits on the line or emergency conditions. In FIG. 2 shows the protection zones for three-phase faults. In FIG. 3 shows a block diagram of a device that implements the claimed method.

В основу изобретения положено то обстоятельство, и это пояснено чертежами, что каждому виду аварийной ситуации, будь то недопустимое повышение напряжения, обрыв провода, короткое замыкание на линии, соответствует своя векторная диаграмма напряжений и токов. Более того, если векторные диаграммы токов коротких замыканий в направлении защищаемой линии ориентированы, учитывая индуктивный характер сопротивления линии, строго определенным образом относительно напряжения, то векторные диаграммы токов внешних коротких замыканий, например на шинах подстанции, от которой отходит линия, повернуты на 180 градусов. Чем ближе точка короткого замыкания к месту установки защиты, тем в большей степени увеличиваются токи короткого замыкания и уменьшаются напряжения. При перемещении точки короткого замыкания вдоль линии за шины следующей подстанции изменяется зона защиты и, соответственно, изменяется в сторону увеличения время отключения замыкания. The invention is based on the circumstance, and this is explained by the drawings, that each type of emergency, whether it is an unacceptable voltage increase, wire breakage, short circuit on the line, has its own vector diagram of voltages and currents. Moreover, if the vector diagrams of short-circuit currents in the direction of the protected line are oriented, taking into account the inductive nature of the line resistance, in a strictly defined way relative to the voltage, then the vector diagrams of external short-circuit currents, for example, on the buses of the substation from which the line departs, are rotated 180 degrees. The closer the short circuit point to the installation location of the protection, the more the short circuit currents increase and the voltage decreases. When moving the short circuit point along the line behind the bus of the next substation, the protection zone changes and, accordingly, the time for switching off the circuit changes in the direction of increase.

Векторные диаграммы напряжений и токов в месте установки защиты в нормальном, номинальном и в аварийных режимах выглядят так, как показано на фиг. 1. На фиг. 1б, в, г, д, е, ж изображены диаграммы при различных видах аварийных ситуаций, где I_H и U_H - номинальные значения тока и напряжения, I_a, I_b, I_c - фазные токи, U_ab, U_bc, U_ca - линейные напряжения, U_a, U_b, U_c - фазные напряжения.Vector diagrams of voltages and currents at the place of installation of the protection in normal, nominal and emergency conditions look as shown in FIG. 1. In FIG. 1b, c, d, e, e, f, diagrams are shown for various types of emergency situations, where I _H and U _H are the nominal current and voltage values, I _a , I _b , I _c are phase currents, U _ab , U _bc , U _ca - line voltage, U _a , U _b , U _c - phase voltage.

На фиг. 1а представлена диаграмма номинальных значений токов и напряжений; на фиг. 1б - диаграмма напряжений и токов однофазного короткого замыкания на линии в сети с глухозаземленными нейтралями трансформаторов; на фиг. 1в - двухфазного замыкания; на фиг. 1г - двухфазного замыкания с землей; на фиг. 1д - трехфазного замыкания; на фиг. 1е - режим аварийного повышения напряжения на линии, отключенной с противоположного конца (холостой линии); на фиг. 1ж - при обрыве провода одной фазы; на фиг. 1з - при включении только одной фазы на короткое замыкание. In FIG. 1a is a diagram of the rated values of currents and voltages; in FIG. 1b is a diagram of the voltages and currents of a single-phase short circuit on a line in a network with transformer neutral grounded neutrals; in FIG. 1c - two-phase circuit; in FIG. 1g - two-phase circuit with earth; in FIG. 1d - three-phase circuit; in FIG. 1e - emergency voltage increase mode on the line disconnected from the opposite end (idle line); in FIG. 1zh - when a wire breaks in one phase; in FIG. 1h - when only one phase is turned on for a short circuit.

Заранее заданные зоны защиты являются геометрическим местом точек расположения векторных диаграмм при перемещении точки короткого замыкания вдоль линии и дальше в направлении линии. Predefined protection zones are the geometrical location of the vector diagram location points when moving the short circuit point along the line and further in the direction of the line.

Например, для 3-фазных коротких замыканий они представлены на фиг. 2. Более темным цветом показана 1-я зона защиты, более светлым 2-я и 3-я, незакрашенное поле - зона нормального режима. For example, for 3-phase short circuits, they are shown in FIG. 2. The 1st protection zone is shown in darker color, the 2nd and 3rd lighter, the open field is the normal mode zone.

Представленная на фиг. 3 блок-схема устройства, реализующего заявленный способ, содержит датчик 1 напряжения и датчик 2 тока, блоки 3, 4, 5, относящиеся к измеряемому напряжению, блоки 6, 7, 8, относящиеся к измеряемому току, в частности блоки 3 и 6 - аналого-цифровые преобразователи соответственно напряжения и тока, блоки 5 и 8 - блоки распознавания аварийной ситуации и вида короткого замыкания соответственно по напряжению и току. Кроме того, устройство содержит блок 9 определения взаимного смещения между одноименными фазами напряжения и тока, блок 10 заданных зон защиты и выдержек времени (установок), блок 11 изменения или блокирования заранее заданных зон защиты, блок 12 отключения выключателя 13 линии 14. Presented in FIG. 3 is a block diagram of a device that implements the claimed method, contains a voltage sensor 1 and a current sensor 2, blocks 3, 4, 5 related to the measured voltage, blocks 6, 7, 8 related to the measured current, in particular blocks 3 and 6 - analog-to-digital converters, respectively, voltage and current, blocks 5 and 8 - recognition units for emergency situations and types of short circuits, respectively, voltage and current. In addition, the device comprises a block 9 for determining the mutual displacement between the same phases of voltage and current, a block 10 of the specified protection zones and time delays (settings), a block 11 for changing or blocking the predetermined protection zones, a block 12 for disconnecting the circuit breaker 13 of the line 14.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Непрерывно напряжение и ток преобразуются в цифровые значения в блоках 3 и 6 аналого-цифровых преобразователей напряжения и тока, после чего в блоках 4 и 7 сравниваются текущие значения фаз соответственно напряжения и тока по величине и углу, затем в блоках 5 и 8, соответственно, величины измеренных значений сравниваются с номинальными значениями и, если имеются отклонения от номинальных значений, диаграммы напряжений и токов распознаются и фиксируются как аварийные. Их вид будет совпадать с одной из диаграмм, представленных на фиг. 1. Если диаграммы зафиксированы как аварийные, то их значения поступают в блок 9 определения взаимного смещения одноименных фаз напряжения и тока, где диаграммы ориентируются относительно фазы напряжения, например U_a, чем одновременно ориентируются относительно друг друга и остальные одноименные фазы тока и напряжения. Выход блока 9 соединен с входом блока 10 заданных зон защиты и выдержек времени. Если поступившие из блока 9 значения ориентированных диаграмм укладываются в значения заданных зон защиты блока 10, например для трехфазных коротких замыканий, представленных на фиг. 2, и отсутствует сигнал от блока 11, то через блок 12 отключения происходит отключение выключателя 13 линии 14. Отключение линии 14 может запретить блок 11, в котором напряжение, ток и угол между одноименными фазами дифференцируются, т. е. определяется скорость их изменения. Если скорость изменения не превысит какую-либо заданную величину, что означает медленное изменение тока, напряжения, угла между ними, свойственное качаниям, то отключение при симметричном режиме блокируется. Блок 11 выполняет еще функции изменения заданных зон защиты в блоке 10 либо при получении сигналов извне о состоянии сети и переходе ее в максимальный или минимальный режим, либо при получении с противоположной стороны линии сигнала о направлении тока в линию, что позволяет произвести ускоренное отключение, либо при получении сигнала об изменении заданных зон и выдержек времени с пульта управления.The voltage and current are continuously converted to digital values in blocks 3 and 6 of analog-to-digital voltage and current converters, after which in blocks 4 and 7 the current phase and voltage and current values are compared in magnitude and angle, then in blocks 5 and 8, respectively, the values of the measured values are compared with the nominal values and, if there are deviations from the nominal values, the voltage and current diagrams are recognized and recorded as emergency ones. Their appearance will coincide with one of the diagrams shown in FIG. 1. If the diagrams are recorded as emergency, then their values go to block 9 for determining the mutual displacement of the phases of the same voltage and current, where the diagrams are oriented relative to the phase of the voltage, for example U _a , which at the same time the other phases of the same name and current and voltage are oriented relative to each other. The output of block 9 is connected to the input of block 10 of the specified protection zones and time delays. If the values of oriented diagrams received from block 9 fit into the values of the specified protection zones of block 10, for example, for the three-phase short circuits shown in FIG. 2, and there is no signal from block 11, then the circuit breaker 13 of line 14 is turned off through the shutdown block 12. Disconnecting line 14 can inhibit block 11, in which the voltage, current and angle between the phases of the same name are differentiated, i.e., their rate of change is determined. If the rate of change does not exceed any given value, which means a slow change in current, voltage, and the angle between them, which is characteristic of swings, then shutdown is blocked in the symmetric mode. Block 11 also performs the function of changing the specified protection zones in block 10, either when receiving signals from outside about the state of the network and switching it to maximum or minimum mode, or when receiving a signal on the opposite side of the line indicating the direction of the current in the line, which allows for an accelerated shutdown, or upon receipt of a signal about the change of the set zones and time delays from the control panel.

Таким образом, предложенный способ характеризуется более широкими функциональными возможностями по сравнению с известными способами защиты линий высокого напряжения, исключает возможность ложных срабатываний защиты во время качаний и в то же время обеспечивает отключение линий при всех видах коротких замыканий. Кроме того, наличие блока 11 изменения или блокирования уставки позволяет выполнить защиту более чувствительной благодаря набору различных заданных зон под максимальный и минимальный режимы, а также в случае необходимости использовать определение скорости изменения входных параметров для автоматического прекращения асинхронного режима. Логика распознаваний аварийных ситуаций легко может дополнять защиту устройствами однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ) и трехфазного автоматического повторного включения (ТАПВ), что также способствует расширению функциональных возможностей всего устройства в целом. Thus, the proposed method is characterized by wider functional capabilities in comparison with the known methods for protecting high voltage lines, eliminates the possibility of false protection trips during swings and at the same time provides disconnection of lines for all types of short circuits. In addition, the presence of a block 11 for changing or blocking the setpoint allows protection to be more sensitive due to a set of different preset zones for maximum and minimum modes, and also, if necessary, use the determination of the rate of change of input parameters to automatically terminate the asynchronous mode. The logic of recognition of emergency situations can easily complement the protection with devices of single-phase automatic restart (OAPV) and three-phase automatic restart (TAPV), which also helps to expand the functionality of the entire device.

Claims

A method of protecting high-voltage lines, in which voltage is measured, its analog-to-digital conversion is performed, an emergency situation is detected by comparing the measured and converted parameter with the given values, then the line is turned off, characterized in that it additionally measures current, its analog-to-digital conversion while the emergency situation is detected by comparing the measured voltage, current and angle between them, which is performed in two stages: at the first stage measured and transformed phase values of the parameters are compared with each other and with nominal values in magnitude and angle and the deviation of the measured values from the nominal values is determined, at the second stage, the nature of the emergency is determined by the magnitude of the angle of displacement between the voltage and current vectors and, taking into account the state of the network, turn off line with time delay corresponding to emergency conditions.