RU2457593C1

RU2457593C1 - Способ построения дистанционной защиты двухконцевой линии и обнаружения места короткого замыкания на ней

Info

Publication number: RU2457593C1
Application number: RU2011121633/07A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Васильевич Шмойлов (RU); Анатолий Васильевич Шмойлов; Хоанг Куанг Минь Чан (RU); Хоанг Куанг Минь Чан; Алексей Фёдорович Прутик (RU); Алексей Фёдорович Прутик
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-07-27

Abstract

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности защиты при упрощении способа. Согласно способу на каждом конце линии измеряют токи и фазные напряжения, формируют ток и напряжение прямой последовательности, которые используют для определения сопротивлений прямой последовательности от каждого конца до места короткого замыкания (КЗ) на линии по выражениям:

от одного конца

,

от противоположного конца

,

где z_1B и z_1H - определяемые сопротивления прямой последовательности от одного и противоположного концов, u_1B и u_1H сформированные напряжения прямой последовательности на одном и противоположном концах, i_1B и i_1H -сформированные токи прямой последовательности на одном и противоположном концах, z_1л - сопротивление прямой последовательности защищаемой линии. Полученные значения сопротивлений сравнивают с заданной уставкой сопротивления, превышающего сопротивление прямой последовательности линии. При значениях сопротивлений, меньших уставки, идентифицируют КЗ на линии, а по величинам этих сопротивлений определяют его место. При превышении уставки идентифицируют отсутствие КЗ на линии. 3 ил.

Description

Изобретение относится к дистанционной релейной защите и может быть использовано для построения релейной защиты линий электрических сетей.

Известен способ построения дистанционной релейной защиты линии, выбранный в качестве прототипа, например, линий 110-220 кВ [Шкаф дистанционной и токовой защит линии типа ШЭ2607 021021, ШЭ2607 021]: Руководство по эксплуатации // Фирма ЭКРА 656453.023РЭ, 2000. - 88 л.].

Известный способ состоит в том, что измеряют ток и напряжение на каждом конце линии. С помощью линейных преобразований одноименных разностей токов и напряжений разных фаз формируют два или более промежуточных напряжения, которые сравнивают по величине, фазе, времени несовпадения с заданным или времен несовпадения и совпадения и др. В результате получают граничные линии в комплексной плоскости сопротивлений Z, разделяющие квадранты плоскости на замкнутую область векторов сопротивлений действия (ОД) и открытую область недействия (ОНД) во всех режимах работы линии, включая короткие замыкания (КЗ). Попадание векторов сопротивлений при КЗ в ОД фиксируют в зависимости от настройки граничных линий как КЗ на части защищаемой линии (первая ступень без выдержки времени), также на линии и на некотором пространстве внешних относительно линии элементах сети (другие ступени с выдержками времени). Выход векторов сопротивлений при КЗ за пределы ОД, т.е. в ОНД, рассматривают как внешние КЗ, которые не подлежат учету. В связи с неоднозначностью фиксируемых сопротивлений при разных видах КЗ построение дистанционных защит осуществляют раздельно от многофазных КЗ и от однофазных КЗ на землю. В обоих случаях преобразуют измеренные ток и напряжение в наиболее стабильное и однозначное сопротивление прямой последовательности. В случае фиксации многофазных КЗ отношение разностей напряжений и токов разных одноименных фаз линии всегда обеспечивает сопротивления прямой последовательности. В случае однофазных КЗ отношение фазного напряжения к току в фазе линии, компенсированному током нулевой последовательности, также обеспечивает сопротивление прямой последовательности. Однако последнее в наибольшей степени справедливо для одиночной достаточно транспонированной линии, когда коэффициент компенсации тока нулевой последовательности является практически однозначным. В случае цепей параллельной линии на разных опорах при определении коэффициента компенсации необходимо учитывать кроме конструкторской симметрии также сближение и расхождение трасс цепей, а взаимовлияние цепей будет не только за счет собственного тока нулевой последовательности каждой цепи, но также тока нулевой последовательности соседней цепи. Решить данную задачу с помощью одного коэффициента компенсации уже невозможно. Необходимо определять как собственный коэффициент компенсации у каждой цепи, так и коэффициент компенсации или взаимодействия с соседней цепью. Компенсация по току нулевой последовательности при этом должна производиться как от собственного тока нулевой последовательности у каждой цепи, так и тока нулевой последовательности соседней цепи. В случае взаимодействия многих цепей должны быть заблаговременно найдены коэффициенты компенсации у каждой цепи, чтобы скомпенсировать ток нулевой последовательности своей цепи. Также необходимо рассчитать коэффициенты компенсации (взаимодействия) каждой цепи со всеми другими цепями для компенсации влияния токов нулевой последовательности этих других цепей на сопротивление прямой последовательности интересующей (защищаемой) цепи.

При КЗ через переходные сопротивления электрические величины рабочих режимов на комплектах ДЗ в направлении действия защиты имеет место снижение сопротивление замера, что при внешних КЗ может привести к излишним действиям.

Недостатком существующего способа построения дистанционной защиты является существенная зависимость замеряемого сопротивления короткозамкнутой цепи от переходного сопротивления, что вынуждает формировать граничные линии ОД для расширения последней вдоль оси активных сопротивлений исходя из активного характера переходного сопротивления. Это обусловливает соответственно изменение (увеличение) граничного вектора сопротивления действия защиты, что в свою очередь приводит также к снижению отстройки от нагрузочных сопротивлений в рабочих режимах работы линии либо вынужденным деформациям и смещению ОД, ухудшающим свойства обнаружения КЗ на линии. Вообще сложная граничная линия в комплексной плоскости Z определяет разные векторы сопротивления порога, различающие ОД и ОНД, что обусловливает разную чувствительность обнаружения КЗ по параметру реагирования, т.е. сопротивлению.

Другим недостатком является сложность организации полноценной компенсации по токам нулевой последовательности при КЗ на землю и взаимодействии защищаемой линии с множеством других линий по указанным токам, т.к. коэффициенты компенсации (взаимодействия) токов нулевой последовательности, взаимодействующих с защищаемой линией, изменяются в зависимости от места КЗ на защищаемой линии. Это изменение обусловлено множеством случайных факторов: сезонными колебаниями проводимости земли, ремонтными и климатически-природными изменениями сближений и расхождений трасс линий, изменением конструктивных параметров опор и др. По этой причине в настоящее время в ДЗ от КЗ на землю предусматривают компенсацию по токам нулевой последовательности, как правило, только защищаемой линии, иногда также параллельной линии, что обусловливает неконтролируемую погрешность при взаимодействии защищаемой линии с другими сближенными на определенных участках линиями.

Несмотря на использование в существующем способе различных вариантов формирования сопротивления прямой последовательности фиксация КЗ на линии не может быть достаточно точно и гарантированно осуществлена из-за переходного сопротивления, а в случае однофазных КЗ дополнительно из-за практической сложности учета влияния токов нулевой последовательности, взаимодействующих с защищаемой линий. Неточность обнаружения места КЗ усугубляется тем, что при наличии обходных связей у предыдущих линий область действия защиты автоматизируемой линии может быть неоднозначной и зависеть от места КЗ. Компенсация токов нулевой последовательности в этом случае у защищаемой линии, взаимодействующей с другими линиями, должна изменяться в зависимости от того, в каком месте произошло КЗ на предыдущей линии. Это учесть практически невозможно, разве скрупулезными расчетами КЗ по всему пространству предыдущей линии. Удельный вес КЗ на землю в высоковольтных сетях составляет от 0,7 до 0,95 от всех видов КЗ.

Задачей предлагаемого изобретения является однозначное обнаружение всех видов КЗ на линии, точное определение места короткого замыкания на линии при всех видах КЗ независимо от переходного сопротивления и компенсации токов нулевой последовательности взаимодействующих линий.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе построения дистанционной защиты двухконцевой линии и обнаружения места короткого замыкания измеряют ток и напряжение на каждом конце линии.

Согласно изобретению на обоих концах формируют ток и напряжение прямой последовательности, по которым определяют сопротивления прямой последовательности от каждого конца до места короткого замыкания на линии по выражениям:

от одного конца

,

от противоположного конца

,

где z_1B и z_1H - определяемые сопротивления прямой последовательности от одного и противоположного концов,

u_1B и u_1H - сформированные напряжения прямой последовательности на одном и противоположном концах,

i_1B и i_1H - сформированные токи прямой последовательности на одном и противоположном концах,

z_1л - сопротивление прямой последовательности защищаемой линии,

полученные значения сопротивлений сравнивают с заданной уставкой сопротивления, превышающего сопротивление прямой последовательности линии, при значениях сопротивлений, меньших заданной уставки, идентифицируют короткое замыкание на линии и по величинам этих сопротивлений определяют место короткого замыкания на линии, а при превышении полученными значениями сопротивлений величины уставки идентифицируют отсутствие короткого замыкания на линии.

Заявленный способ обеспечивает выделение однозначных и стабильных сопротивлений прямой последовательности от концов линии до места КЗ при всех видах КЗ на линии. По величине этих непрерывно формируемых сопротивлений прямой последовательности относительно заданной уставки, величина которой должна быть больше сопротивления прямой последовательности линии, однозначно определяют КЗ на линии или вне ее. При КЗ на линии сумма названных формируемых сопротивлений прямой последовательности не превышает сопротивления прямой последовательности линии, а при внешних КЗ данная сумма всегда существенно превосходит установленный порог. Эту возможность используют для построения дистанционной релейной защиты линии от всех видов КЗ. Однако предложенный способ позволяет не только обнаружить КЗ на линии, но также точно определять сопротивление прямой последовательности от концов линии до места КЗ, которое однозначно связано с длиной линии до места КЗ независимо от весьма случайных переходного сопротивления в месте КЗ и вида КЗ, и тем самым обеспечивать точное определение места нахождения КЗ на линии. Названные преимущества предлагаемого способа для технической реализации требуют каналы связи для взаимного обмена между концами линии аналоговой информацией о величинах и углах напряжений и токов прямой последовательности и логической информацией о направлении мощности прямой последовательности на концах линии. Техническая реализация предлагаемого способа в современных условиях внедрения оптоволоконных линий связи в электроэнергетике вполне оправдана. Контроль при этом каналов связи может производиться по наличию, например, сигналов, принимаемых по каналам с противоположного конца линии.

На фиг.1 представлена схема трехфазной сети с двухконцевой защищаемой линией и одинаковых комплектов релейной защиты линии на обоих ее концах.

На фиг.2 приведена комплексная схема замещения прямой последовательности данной сети при КЗ на линии, а на фиг.3 представлены электрические величины, графики напряжений прямой последовательности от места КЗ на линии до ее концов, где производится измерение токов и напряжений прямой последовательности.

Трехфазная сеть с фазами 1, 2 и 3 на фиг.1 содержит трехфазные источники 4 и 5, сборные шины 6 (ШВ) и 7 (ШН), между которыми размещена двухконцевая защищаемая линия, содержащая трехфазные выключатели 8 (В1) на одном конце линии и 9 (В2) на другом ее конце, датчики тока 10 (ДТ11), 11 (ДТ12), 12 (ДТ13) на. одном конце линии и 13 (ДТ21), 14 (ДТ22), 15 (ДТ23) на другом ее конце, датчики напряжения 16 (ДНИ), 17 (ДН12), 18 (ДН13) на одном конце линии и 19 (ДН21), 20 (ДН22), 21 (ДН23) на другом ее конце.

Комплекты релейной защиты на концах линии (фиг.1) содержит фильтры тока 22 (ФТПШ) и 23 (ФТПП2) и напряжения 24 (ФНПП1) и 25 (ФНПП2) прямой последовательности, блоки вычисления сопротивлений прямой последовательности 26 (БВС1) и 27 (БВС2) до места КЗ, блоки индикации 28 (БИ1), 29 (БИ2), 30 (БИ3), 31 (БИ4) этих сопротивлений, реле фиксации заданного порога сопротивлений прямой последовательности 32 (Р1), 33 (Р2), 34 (P3), 35 (Р4), двухвходовые схемы И 36 (И1) и 37 (И2), четырехвходовые схемы И 38 (ИЗ) и 39 (И4), модули дистанционного управления выключателями 40 (ДИСТ1) и 41 (ДИСТ2), элементы контроля исправного состояния канала передачи значения тока прямой последовательности с противоположного конца линии 42 (КТПП2) и 43 (КТПП1), элементы контроля исправного состояния канала передачи значения напряжения прямой последовательности с противоположной стороны линии 44 (КНПП2) и 45 (КНПП1), сигнализация исправного состояния каналов передачи сигналов тока и напряжения прямой последовательности с противоположного конца линии 46 (СИГН2) и 47 (СИГН1), нуль-индикаторы сравнения величин токов на одном 48 (НИ1) и другом 49 (НИ2) концах линии, многожильный кабель связи 50.

Схема замещения прямой последовательности сети (фиг.2) содержит сопротивления источников 51 и 52, сопротивления двухконцевой линии до места КЗ от одного 53 и другого 54 ее концов, суммарные сопротивление обратной 55 и нулевой 56 последовательности сети, в состав которых входит и переходное сопротивление в месте КЗ.

Фаза 1 соединяет источник 4 со сборными шинами 6 (ШВ), которые через датчик тока 10 (ДТ1А) соединены с одним из силовых входов выключателя 8 (В1). Также фаза 1 соединяет источник 5 со сборными шинами 7 (ШН), которые через датчик тока 13 (ДТ2А) соединены с одним входом выключателя 9 (В2). Силовые выходы выключателей 8 (В1) и 9 (В2) соединены фазой 1.

Фаза 2 соединяет источник 4 со сборными шинами 6 (ШВ), которые через датчик тока 11 (ДТ1В) соединены с другим силовым входом выключателя 8 (В1). Также фаза 2 соединяет источник 5 со сборными шинами 7 (ШН), которые через датчик тока 14 (ДТ2В) соединены с другим входом выключателя 9 (В2). Другие силовые выходы выключателей 8 (В1) и 9 (В2) соединены фазой 2.

Фаза 3 соединяет источник 4 со сборными шинами 6 (ШВ), которые через датчик тока 12 (ДТ1С) соединены с третьим силовым входом выключателя 8 (В1). Также фаза 3 соединяет источник 5 со сборными шинами 7 (ШН), которые через датчик тока 15 (ДТ2С) соединены с третьим входом выключателя 9 (В2). Третьи силовые выходы выключателей 8 (В1) и 9 (В2) соединены фазой 3.

Вход датчика напряжения 16 (ДН1А) присоединен к фазе 1 сборных шин 6 (ШВ), вход датчика напряжения-17 (ДН1В) присоединен к фазе 2 сборных шин 6 (ШВ), вход датчика напряжения 18 (ДН1С) присоединен к фазе 3 сборных шин 6 (ШВ). Вход датчика напряжения 19 (ДН2А) присоединен к фазе 1 сборных шин 7 (ШН), вход датчика напряжения 20 (ДН2В) присоединен к фазе 2 сборных шин 7 (ШН), вход датчика напряжения 21 (ДН1С) присоединен к фазе 3 сборных шин 7 (ШН). Выходы датчиков напряжения 16 (ДН1А), 17 (ДН1В), 18 (ДН1С) соединены с входами фильтра напряжения 24 (ФНПП1) прямой последовательности, а выходы датчиков напряжения 19 (ДН2А), 20 (ДН2В), 18 (ДН2С) - с входами фильтра напряжения 25 (ФНПП1) прямой последовательности. Выходы датчиков тока 10 (ДТ1А), 11(ДТ1В), 12 (ДТ1С) соединены с входами фильтра тока 22 (ФТПП1) прямой последовательности, а выходы датчиков тока 13 (ДТ2А), 14 (ДТ2В), 15 (ДТ1С) соединены с входами фильтра тока 23 (ФТПП2) прямой последовательности. Выход фильтра тока 22 (ФТПП1) прямой последовательности соединен с одним из входов блока вычисления сопротивления прямой последовательности 26 (БВС1) и с одним из входов нуль-индикатора 48 (НИ1), а через многожильный кабель связи 50 и элемент контроля исправного состояния канала передачи значения тока 43 (КТПП1) с одним из входов блока вычисления сопротивления прямой последовательности 27 (БВС2) и с одним из входов нуль-индикатора 49 (НИ2). Выход фильтра тока 23 (ФТПП2) прямой последовательности соединен с другим входом блока вычисления сопротивления прямой последовательности 27 (БВС2) и с другим входом нуль-индикатора 49 (НИ2), а через многожильный кабель связи 50 и элемент контроля исправного состояния канала передачи значения тока 42 (КТПП2) соединен с другим входом блока вычисления сопротивления прямой последовательности 26 (БВС1) и другим входом нуль-индикатора 48 (НИ1). Выход фильтра напряжения 24 (ФНПП1) прямой последовательности соединен с третьим входом блока вычисления сопротивления прямой последовательности 26 (БВС1), а через многожильный кабель связи 50 и элемент контроля исправного состояния канала передачи значения напряжения 45 (КНПП1) соединен с третьим входом блока вычисления сопротивления прямой последовательности 27 (БВС2). Выход фильтра напряжения 25 (ФНПП2) прямой последовательности соединен с четвертым входом блока вычисления сопротивления прямой последовательности 27 (БВС2), а через многожильный кабель связи 50 и элемент контроля исправного состояния канала передачи значения напряжения 44 (КНПП2) соединен с четвертым входом блока вычисления сопротивления прямой последовательности 26 (БВС1).

Первый выход блока вычисления сопротивления прямой последовательности 26 (БВС1) подключен к блоку индикации 28 (БИ1) сопротивления прямой последовательности до места КЗ на линии от одного конца линии, а также через реле фиксации заданного порога сопротивлений прямой последовательности 32 (Р1) к одному из входов двухвходовой схемы И 36 (И1). Второй выход блока вычисления сопротивления прямой последовательности 26 (БВС1) подключен к блоку индикации 30 (БИ3) сопротивления прямой последовательности до места КЗ на линии от другого конца линии, а также через реле фиксации заданного порога сопротивлений прямой последовательности 34 (Р3) к другому входу двухвходовой схемы И 36 (И1).

Первый выход блока вычисления сопротивления прямой последовательности 27 (БВС2) подключен к блоку индикации 29 (БИ2) сопротивления прямой последовательности до места КЗ на линии от другого конца линии, а также через реле фиксации заданного порога сопротивлений прямой последовательности 33 (Р2) к одному из входов двухвходовой схемы И 37 (И2). Второй выход блока вычисления сопротивления прямой последовательности 27 (БВС2) подключен к блоку индикации 31 (БИ4) сопротивления прямой последовательности до места КЗ на линии от противоположного конца линии, а также через реле фиксации заданного порога сопротивлений прямой последовательности 35 (Р4) к другому входу двухвходовой схемы И 37 (И2).

Выход двухвходовой схемы И 36 (И1) присоединен к одному из входов четырехвходовой схемы И 38 (И3), к двум другим входам этой схемы подсоединены выходы элементов контроля исправного состояния канала передачи тока 42 (КТПП1) и напряжения 44 (КНПП1) прямой последовательности комплекта релейной защиты с противоположной стороны линии, а к четвертому входу подсоединен выход нуль-индикатора 48 (НИ1). Выход четырехвходовой схемы И 38 (ИЗ) через модуль дистанционного управления выключателем 40 (ДИСТ1) соединен с управляющим входом выключателя 8 (В1).

Выход двухвходовой схемы И 37 (И2) присоединен к одному из входов четырехвходовой схемы 39 (И4), к двум другим входам этой схемы подсоединены выходы элементов контроля исправного состояния канала передачи тока 43 (КТПП1) и напряжения 45 (КНПП1) прямой последовательности комплекта релейной защиты с противоположной стороны линии, а к четвертому входу подсоединен выход нуль-индикатора 49 (НИ2). Выход четырехвходовой схемы И 49 (И4) через модуль дистанционного управления выключателем 41 (ДИСТ2) соединен с управляющим входом выключателя 9 (В2).

Источник 4 (фиг.2) соединен с шинами 6 (В) через сопротивление 51, а источник 5 соединен с шинами 7 (ШН) через сопротивление 52. Один конец линии, подключенный к сборным шинам 6 (ШВ), соединен с местом КЗ через сопротивление 53, а другой конец, подключенный к сборным шинам 7 (ШН), соединен с местом КЗ через сопротивление 54. Место КЗ в схеме замещения линии отнесено за последовательно соединенные объединенное сопротивление обратной и нулевой последовательности 55 и переходное сопротивление 56, которые подключены к месту КЗ на линии между сопротивлениями 53 и 54.

В качестве датчиков тока 10 (ДТ1А), 11 (ДТ1 В), 12 (ДТ1С), 13 (ДТ2А), 14 (ДТ2В), 15 (ДТ2С) и датчиков напряжений 16 (ДН1А), 17 (ДН1В), 18 (ДН1С), 19 (ДН2А), 20 (ДН2В) 21 (ДН2С) могут использоваться соответственно трансформаторы тока и трансформаторы напряжения с ферромагнитными сердечниками. Модули дистанционного управления выключателем 40 (ДИСТ1), 41 (ДИСТ2), фильтры тока прямой последовательности 22 (ФТПП1) и 23 (ФТПП2), фильтры напряжения прямой последовательности 24 (ФТПП1) и 25 (ФТПП2) выпускаются в настоящее время на разной элементной базе и в разных модификациях. Блоки вычисления сопротивления прямой последовательности 26 (БВС1), 27 (БВС2), двухвходовые схемы И 36 (И1), 37 (И2), четырехвходовые схемы И 38 (И3), 39 (И2) реле фиксации заданного порога сопротивлений прямой последовательности 32 (Р1), 33 (Р2), 38 (И3), 39 (И4), блоки индикации 28 (БИ1), 29 (БИ2), 30 (БИ3), 31 (БИ4) сопротивления прямой последовательности, элементы контроля исправного состояния каналов передачи значения тока 42 (КТПП2), 43 (КТПП1) и напряжения 44 (КНПП2), 45 (КНПП1) прямой последовательности, нуль-индикаторы 48 (НИ1), 49 (НИ2) могут быть реализованы на основе компонентов Analog Device, на базе логических электронных элементов серии КР-1554 или ATMEL. Многожильный кабель связи 50 вдоль всей трассы линии может быть построен для каждой жилы из последовательно соединенных многокомпонентных оптоволоконных элементов с электронно-оптическими преобразователями на одном конце и оптоэлектронными преобразователями на другом конце каждого элемента и усилением сигнала на каждом элементе. Подобные кабели применяются в телекоммуникационных системах.

Для реализации операций способа построения дистанционной защиты двухконцевой линии и обнаружения места короткого замыкания на ней замеряют токи в фазах датчиками тока 10 (ДТ1А), 11 (ДТ1В), 12 (ДТ1С) на одном конце защищаемой линии у верхней подстанции и датчиками тока 13 (ДТ2А), 14 (ДТ2В), 15 (ДТ2С) на другом конце защищаемой линии у нижней подстанции и замеряют фазные напряжения датчиками напряжения 16 (ДН1А), 17 (ДН1В), 18 (ДН1С) на шинах верхней подстанции и датчиками напряжения 19 (ДН2А), 20 (ДН2В) 21 (ДН2С) на шинах нижней подстанции. С помощью фильтра тока прямой последовательности 22 (ФТПП1) выходные сигналы датчиков тока 10 (ДТ1А), 11 (ДТ1В), 12 (ДТ1С) на одном конце защищаемой линии преобразуют в сигнал i_1B, пропорциональный току прямой последовательности, или ток прямой последовательности верхнего конца, а с помощью фильтра тока прямой последовательности 23 (ФТПП2) выходные сигналы датчиков тока 13 (ДТ2А), 14 (ДТ2В), 15 (ДТ2С) на другом конце защищаемой линии преобразуют в сигнал i_1H, пропорциональный току прямой последовательности, или ток прямой последовательности нижнего конца. С помощью фильтра напряжения прямой последовательности 24 (ФНПП1) выходные сигналы датчиков тока 16 (ДН1А), 17 (ДН1В), 18 (ДН1С) на шинах верхней подстанции преобразуют в сигнал u_1B (фиг.3), пропорциональный напряжению прямой последовательности, или напряжение прямой последовательности верхней подстанции, а с помощью фильтра напряжения прямой последовательности 25 (ФНПП2) выходные сигналы датчиков напряжения 19 (ДН2А), 20 (ДН2В) 21 (ДН2С) преобразуют в сигнал u_1H, пропорциональный напряжению прямой последовательности, или напряжение прямой последовательности нижнего конца. Сигналы с выходов фильтров прямой последовательности тока 22 (ФТПП1) i_1B (фиг.3) и напряжения 24 (ФНПП1) u_1B поступают на два входа блока вычисления сопротивления прямой последовательности 26 (БВС1) на конце линии у верхней подстанции, а также через два канала многожильного кабеля связи 50 и элементы контроля исправного состояния каналов передачи передаваемых значения тока i_1B 43 (КТПП1) и значения напряжения u_1B 45 (КНПП1) на два входа блока вычисления сопротивления прямой последовательности 27 (БВС2) у нижней подстанции. Сигналы с выходов фильтров прямой последовательности тока 23 (ФТПП2) i_1H (фиг.3) и напряжения 25 (ФНПП1) u_1H поступают на другие два входа блока вычисления сопротивления прямой последовательности 27 (БВС1), а также через другие два канала многожильного кабеля связи 50 и элементы контроля исправного состояния каналов передачи передаваемых значения тока i_1H 42 (КТПП2) и значения напряжения u_1B 44 (КНПШ) на два других входа блока вычисления сопротивления прямой последовательности 26 (БВС1). На двух выходах блоков вычисления сопротивления прямой последовательности 26 (БВС1) и 27 (БВС2) каждого конца линии непрерывно в соответствии с выражениями:

и

формируются сигналы z_1B и z_1H в виде напряжений или кодов. Эти сигналы на одном конце линии поступают с одного выхода (например, сигнал z_1B) блока вычисления сопротивления прямой последовательности 26 (БВС1) на входы блока индикации 28 (БИ1) и реле фиксации заданного порога сопротивлений прямой последовательности 32 (P1), а с другого выхода (сигнал z_1H) блока вычисления сопротивления прямой последовательности 26 (БВС1) на входы блока индикации 30 (БИ3) и реле фиксации заданного порога сопротивлений прямой последовательности 34 (Р3). Аналогично сигналы z_1B и z_1H на другом конце линии поступают с одного выхода (сигнал z_1H) блока вычисления сопротивления прямой последовательности 27 (БВС2) на входы блока индикации 29 (БИ2) и реле фиксации заданного порога сопротивлений прямой последовательности 33 (Р2), а с другого выхода (сигнал z_1B) блока вычисления сопротивления прямой последовательности 27 (БВС2) на входы блока индикации 31 (БИ4) и реле фиксации заданного порога сопротивлений прямой последовательности 35 (Р4). При КЗ на линии эти сигналы равны по величине сопротивлениям прямой последовательности от места КЗ до концов линии или верхней и нижней подстанций, в сумме равные сопротивлению прямой последовательности защищаемой линии z_1л и каждое из них, не превышающее сопротивление прямой последовательности защищаемой линии z_1л.

Действительно, при КЗ на защищаемой линии (фиг.2, 3) фазное напряжение прямой последовательности в месте КЗ u_1КЗ относительно земли от протекания суммарного тока прямой последовательности i₁ определяется падением напряжения на объединенном сопротивлении обратной и нулевой последовательности энергосистемы 55 относительно места КЗ и последовательно соединенным с ним переходном сопротивлении 56. При разных видах КЗ объединенное сопротивление 55 формируется в разных модификациях: при трехфазных КЗ оно равно нулю, при однофазном КЗ на землю равно сумме сопротивлений обратной и нулевой последовательностей, при двухфазном КЗ на землю оно находится как сопротивление при параллельном соединении указанных сопротивлений, при двухфазном КЗ без земли оно состоит только из объединенного сопротивления обратной последовательности энергосистемы относительно места КЗ Переходное сопротивление КЗ является продолжением параметрической несимметрии, образуемой объединенным сопротивлением обратной и нулевой последовательности 55, поэтому его следует рассматривать последовательно включенным с последним в схеме замещения прямой последовательности, удаляя место КЗ от физического места КЗ на переходное сопротивление. Напряжение прямой последовательности в разных точках линии относительно места КЗ складывается из напряжения в месте КЗ и падения напряжения от протекания тока прямой последовательности на сопротивлении прямой последовательности короткозамкнутой части линии от места КЗ до интересующей точки на линии, в том числе и до шин верхней u_1B=u_1КЗ+δu_1B=u_1КЗ+i_1Bz₅₁ и нижней u_1H=u_1КЗ+δu_1H=u_1K3+i_1Hz₅₂ подстанций на концах линии. Видно, что зависимости как падений напряжения от протекания токов прямой последовательности по сопротивлениям линии прямой последовательности от места КЗ до интересующих точек линии при неизменных токах, так и напряжений прямой последовательности в разных точках линии относительно места КЗ являются нарастающими. В случае однородной линии (одинаковом удельном электрическом сопротивлении от места КЗ до концов линии) нарастающие зависимости являются линейными, что и отображено на графиках фиг.3. Из графика названных напряжения и падения напряжения прямой последовательности следует способ определения места КЗ на линии.

Из равенства напряжения прямой последовательности в месте КЗ, полученных через разности напряжений прямой последовательности на концах защищаемой линии или на шинах верхней u_1B и нижней u_1H подстанций и падений напряжений прямой последовательности δu_1B=i_1Bz₅₁, δu_1H=i_1Hz₅₂ от протекания токов прямой последовательности на концах линии у верхней i_1B и нижней i_1H подстанций по сопротивлениям от места КЗ до шин верхней z_1B и нижней z_1H подстанций, т.е.

u_1B-i_1Bz_1B=u_1H-i_1Hz_1H,

и равенства сопротивления линии прямой последовательности линии z_л сумме сопротивлений от места КЗ до шин верхней z_1B и нижней z_1H подстанций, т.е.

z_1л=z_1B+z_1H,

независимо от вида КЗ, объединенного сопротивления обратной и нулевой последовательностей, переходного сопротивления в месте КЗ можно точно найти сопротивления прямой последовательности от места КЗ на линии до шин верхней z_1B и нижней z_1H подстанций на концах линии через замеряемые на концах линии токи i_1B,, i_1H, напряжения u_1B, u_1H и сопротивление линии z_л прямой последовательности.

Полученные сопротивления пропорциональны длине линии от концов линии (верхней и нижней подстанции) до места КЗ на линии. Таким образом, становится точно известным место КЗ на линии при всех видах КЗ и при любых переходных сопротивлениях. Величины этих сопротивлений при этом не превышают сопротивления прямой последовательности защищаемой линии z_1л.

При внешних КЗ в рабочих, асинхронных и неполнофазных режимах направление одного из токов i_1B или i_1H меняется на противоположное. По величине эти токи практически равны. Поэтому знаменатели выражений z_1B и z_1H будут близки к нулю, числители же, как показывает анализ, являются конечными величинами во всех названных режимах, тогда величины вычисляемых сопротивлений z_1B и z_1H будут огромны. Следовательно, контроль внешнего и внутреннего КЗ на линии весьма прост по величине замеряемых сопротивлений z_1B и z_1H, а именно величина этих сопротивлений должна быть больше сопротивления линии z_1л, например в виде уставок

Реле минимального действия 32 (Р1), 34 (P3), имеющие на своих входах сигналы сопротивлений z_1B и z_1H, не превышающие уставок

, надежно срабатывают и выдают на своих выходах логические единицы. Последние с выходов 32 (P1) и 34 (P3) поданы на входы двухвходовой схемы И 36 (И1). Логическая единица с выхода этой схемы подается на один из входов четырехвходовой схемы И 38 (И3), на два других входа поданы логические единицы с выходов элемента 42 (КТПП2) контроля исправности канала передачи значения тока i_1H и элемента 44 (КНПП2) контроля исправности канала передачи значения напряжения u_1H, а на четвертый вход подан сигнал логической единицы нуль-индикатора 48 (НИ1). Четырехвходовая схема И 38 (И3) формирует на своем выходе логическую единицу, которая через схему дистанционного управления 40 (ДИСТ1) обеспечивает отключение выключателя 8 (В1).

Реле минимального действия 33 (Р2), 35 (Р4), также имеющие на своих входах сигналы сопротивлений z_1B и z_1H, не превышающие уставок

, надежно срабатывают и выдают на своих выходах логические единицы. Последние с выходов 33 (Р2) и 35 (Р4) поданы на входы двухвходовой схемы И 37 (И2). Логическая единица с выхода этой схемы подается на один из входов четырехвходовой схемы И 39 (И4), на два других входа поданы логические единицы с выходов элемента 43 (КТПП1) контроля исправности канала передачи значения тока i_1B и элемента 45 (КНПП1 контроля исправности канала передачи значения напряжения u_1B, а на четвертый вход подан сигнал логической единицы нуль-индикатора 49 (НИ2). Четырехвходовая комбинационная схема логического умножения 39 (И4) формирует на своем выходе логическую единицу, которая через схему дистанционного управления 41 (ДИСТ2) обеспечивает отключение выключателя 9 (В2).

Логические единицы с выходов нуль-индикаторов 48 (НИ1) и 49 (НИ2), подаваемые соответственно на четырехвходовые комбинационные схемы логического умножения 38 (И3) и 39 (И4) необходимы, чтобы предотвратить ложное действие дистанционной защиты при качаниях и асинхронном ходе при нахождении центра качаний на защищаемой линии. Признаком несинхронного режима в данном случае однозначно является сквозной ток по линии и его параметры по концам линии: практически одинаковая величина и противоположные направления. Как первый, так и второй параметры являются однозначными признаками качаний (асинхронного режима) как при расположении центра качаний на линии, так и вне ее, и при этом никак не противоречат параметрам сквозного тока рабочих режимов и внешнего КЗ. Нуль-индикаторы 48 (НИ1) и 49 (НИ2) контролируют практически одинаковые величины сквозного тока по концам линии, вырабатывая нулевые логические сигналы во всех режимах сквозных токов и подают их как блокирующие на четырехвходовые схемы И 38 (И3) и 39 (И4), тем самым блокируя отключение выключателей линии 8 (В1) и 9 (В2). При внутреннем КЗ на линии на выходах нуль-индикаторов 48 (НИ1) и 49 (НИ2) вырабатываются логические сигналы единицы, которые подаются на четвертые входы комбинационных схем логического умножения 38 (И3) и 39 (И4), которые вместе с логическими единицами на других входах этих схем обеспечивают отключение выключателей линии 8 (В1) и 9 (В2).

При сквозных токах рабочих режимов, асинхронного хода, неполнофазных режимов, внешних КЗ токи i_1B и i_1H в выражениях z_1B и z_1H практически равны по величине и противоположны по направлению, поэтому знаменатели этих выражений близки к нулю, а вычисляемые значения существенно превышают уставки реле

и

, при которых реле минимального действия 32 (Р1), 34 (P3), 33 (Р2), 35 (Р4) на своих выходах обеспечивают нулевые логические сигналы, которые поданы на входы двухвходовых схем И 36 (И1) и 37 (И2), что в свою очередь формирует нулевые логические сигналы на выходах последних и, следовательно, на одном из входов четырехвходовых схем И 38 (И3) и 39 (И4), а значит и на их выходах. Поэтому через схемы дистанционного управления 40 (ДИСТ1) и 41 (ДИСТ2) на выключатели линии 8 (В1) и 9 (В2) подаются нулевые логические сигналы и выключатели остаются включенными.

При исправном состоянии каналов передачи значений токов i_1B, i_1Н и напряжений u_1B, и u_1H прямой последовательности с противоположных концов линии элементы контроля исправности каналов передачи тока i_1B 43 (КТПП1), тока i_1H 42 (КТПП2) и напряжения u_1B 45 (КНПП1), напряжения u_1H 44 (КНПП2) выдают на своих выходах логические единицы, поступающие на входы сигнализации 47 (СИГН1) и 46 (СИГН2), индицирующие исправное состояние соответственно каналов, передающих сигналы i_1B, u_1B прямой последовательности с конца линии у подстанции Верхняя на подстанцию Нижняя и каналов i_1H, u_1H, передающих сигналы прямой последовательности с конца линии у подстанции Нижняя на подстанцию Верхняя. Логические единицы поступают также на входы четырехвходовых схем И 38 (И3) и 39 (И4), обеспечивающие возможность отключения выключателей линии 8 (В1) и 9 (В2) через схемы дистанционного управления 40 (ДИСТ1) и 41 (ДИСТ2).

При неисправности канала передачи значения тока i_1B с противоположного конца линии (подстанция Верхняя) в многожильном кабеле связи 50 элемент контроля исправности 43 (КТПП1) на конце линии у подстанции Нижняя выдает на своем выходе нулевой логический сигнал. Также при неисправности канала передачи значения напряжения u_1B с противоположного конца линии (подстанция Верхняя) в многожильном кабеле связи 50 элемент контроля исправности 45 (КНПП1) на конце линии у подстанции Нижняя выдает на своем выходе нулевой логический сигнал. Названные нулевые логические сигналы поступают на входы сигнализации 47 (СИГН1) исправного состояния каналов передачи сигналов тока z_1B и напряжения u_1B прямой последовательности на конце линии у подстанции Нижняя как на схему логического умножения, которая при хотя бы одном нулевом логическом сигнале индицирует неисправность каналов передачи тока i_1B и напряжения u_1B. Нулевые логические сигналы поступают также на входы четырехвходовой схемы И 39 (И4), обеспечивая блокирование отключения выключателя линии 9 (В2) у подстанции Нижняя через схему дистанционного управления 41 (ДИСТ2).

При неисправности канала передачи значения тока i_1H с противоположного конца линии (подстанция Нижняя) в многожильном кабеле связи 50 элемент контроля исправности 42 (КТПП2) на конце линии у подстанции Верхняя выдает на своем выходе нулевой логический сигнал. Также при неисправности канала передачи значения напряжения u_1H с противоположного конца линии (подстанция Нижняя) в многожильном кабеле связи 50 элемент контроля исправности 44 (КНПП2) на конце линии у подстанции Верхняя выдает на своем выходе нулевой логический сигнал. Названные нулевые логические сигналы поступают на сигнализацию 46 (СИГН2) исправного состояния каналов передачи сигналов тока i_1H и напряжения u_1H прямой последовательности на конце линии у подстанции Верхняя как на схему логического умножения, которая при хотя бы одном нулевом логическом сигнале индицирует неисправность каналов передачи тока i_1B и напряжения u_1H. Нулевые логические сигналы поступают также на входы четырехвходовой схемы И 38 (И3), обеспечивая блокирование отключения выключателя линии 8 (В1) у подстанции Верхняя через схему дистанционного управления 40 (ДИСТ1).

Предложенный способ построения дистанционной защиты двухконцевой линии и обнаружения места короткого замыкания на ней позволяет однозначно обнаруживать КЗ на линии и практически точно определять место КЗ на линии независимо от вида КЗ и переходного сопротивления. Защиты, построенные на предложенном способе, не восприимчивы к качаниям, неполнофазным режимам, асинхронным ходам благодаря возможности использования свойств сквозных токов. Применение современных адаптивных цифровых фильтров для построения дистанционной защиты по предложенному способу позволяет практически полностью исключить влияние свободных составляющих переходных процессов на работу дистанционной защиты, а осуществление блокирования при качаниях и асинхронных режимов путем контроля параметров сквозного тока линии на ее концах увеличивает быстродействие защиты.

Claims

Способ построения дистанционной защиты двухконцевой линии и обнаружения места короткого замыкания на ней, заключающийся в том, что измеряют ток и напряжение на каждом ее конце, отличающийся тем, что на обоих концах формируют ток и напряжение прямой последовательности, по которым определяют сопротивления прямой последовательности от каждого конца до места короткого замыкания на линии по выражениям:
от одного конца
,
от противоположного конца
,
где z_1B и z_1H - определяемые сопротивления прямой последовательности от одного и противоположного концов,
u_1B и u_1H - сформированные напряжения прямой последовательности на одном и противоположном концах,
i_1B и i_1H - сформированные токи прямой последовательности на одном и противоположном концах,
z_1л - сопротивление прямой последовательности защищаемой линии,
полученные значения сопротивлений сравнивают с заданной уставкой сопротивления, превышающего сопротивление прямой последовательности линии, при значениях сопротивлений, меньших заданной уставки, идентифицируют короткое замыкание на линии и по величинам этих сопротивлений определяют место короткого замыкания на линии, а при превышении полученными значениями сопротивлений величины уставки идентифицируют отсутствие короткого замыкания на линии.