SU1728914A1 - Устройство дл резервной токовой защиты тупиковой линии с ответвлени ми от междуфазного короткого замыкани - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : введение в измерительный орган фазы преобразовател  линейного напр жени  двух других фаз, второго сдвигового регистра, второго вычи- тател , выполнение блока уставок в виде посто нного запоминающего устройства, введение в устройство формировател  тактовых импульсов и элемента И-НЕ позвол ет повысить чувствительность устройства.2 ил.

Description

Изобретение относитс  к электроэнергетике , а именно к технике релейной защиты , и может найти применение дл  защиты линии с ответвлени ми от удаленных междуфазных КЗ, возникших как на самой линии, так и за трансформаторами ответвлений , дл  защиты шинопроводов с ответвлени ми , т говых сетей метрополитена и железных дорог.

Известно устройство дл  токовой защиты от междуфазного КЗ трехфазной электроустановки , содержащее измерительные и пусковые органы, логические элементы И, ИЛИ, НЕ, ВРЕМЯ, блокирующий и исполнительный органы.

Уставка тока срабатывани  устройства зависит от текущей нагрузки линии. Однако чувствительность его недостаточна, так как фиксируетс  изменение модул  тока в линии .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  устройство, которое содержит измерительные органы по числу фаз, каждый из которых выполнен в виде блока уставок, преобразовател . переменного тока фазы в выпр мленное напр жение, преобразовател  напр жени  фазы, выходы последних подключены соответственно к первому и второму входам аналого-цифрового преобразовател , первый выход которого подключен к первому входу и через первый регистр сдвига к второму входу первого вычитател , последовательно соединенные элемент ВРЕМЯ и исполнительный орган, вход первого элемента ВРЕМЯ подключен к первому входу первого элемента И, к второму входу которого подключен выход второго элемента ВРЕМЯ, вход которого предназначен дл  подключени  к выводу контакта Включить ключа управлени  выключател , выход первого элемента И подключен к первому входу элемента ИЛИ-НЕ, к второму входу которого подключены последовательно соединенные третий элемент ВРЕМЯ и второй элемент И, второй

(Л

С

j ю

00 Ю

вход которого и вход третьего элемента ВРЕМЯ объединены и предназначены дл  подключени  к выходу указательного реле срабатывани  АПВ, к первому входу и выходу элемента ПАМЯТЬ подключены соответственно выход и вход четвертого элемента ВРЕМЯ, второй вход элемента ПАМЯТЬ предназначен дл  подключени  к реле положени  Отключить, выход элемента ПАМЯТЬ подключен к третьему входу элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, второй вход которого подключен к третьему входу аналого-цифрового преобразовател , входы третьего элемента И подключены к измерительным органам других фаз.

Цель изобретени  - повышение чувствительности .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  резервной токовой защиты тупиковой линии с ответвлени ми от междуфазного короткого замыкани , содержащем измерительные органы по числу фаз, каждый из которых выполнен в виде блока уставок , преобразовател  переменного тока фазы в выпр мленное напр жение, преобразовател  напр жени  фазы, выходы последних подключены соответственно к первому и второму входам аналого-цифрового преобразовател , первый выход которого подключен к первому входу и через первый регистр сдвига к второму входу первого вычитател , последовательно соединенные элементы ВРЕМЯ и исполнительный орган, вход первого элемента ВРЕМЯ подключен к первому входу первого элемента И, к второму входу которого подключен выход второго элемента ВРЕМЯ, вход которого предназначен дл  подключени  к выводу контакта Включить ключа управлени  выключател , выход первого элемента И подключен к первому входу элемента ИЛИ-НЕ, к второму входу которого подключены последовательно соединенные третий элемент ВРЕМЯ и второй элемент И, второй вход которого и вход третьего элемента ВРЕМЯ объединены и предназначены дл  подключени  к выходу указательного реле срабатывани  АПВ, к первому входу и выходу элемента ПАМЯТЬ подключены, соответственно выход и вход четвертого элемента ВРЕМЯ, второй вход элемента ПАМЯТЬ предназначен дл  подключени  к реле положени  Отключить, выход элемента ПАМЯТЬ подключен к третьему входу элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, второй вход которого подключен к третьему входу аналого-цифрового преобразовател , входы третьего элемента

И подключены к измерительным органам других фаз, в измерительные органы каждой фазы введены преобразователь линейного напр жени  двух других фаз, второй сдвиговый регистр, второй вычитатель блок уставок выполнен в виде посто нного запоминающего устройства, в устройство дополнительно введены формирователь тактовых импульсов, элемент И-НЕ, а при

0 этом выход преобразовател  - линейного напр жени  двух других фаз подключен к четвертому входу аналого-цифрового преобразовател , между вторым и третьим вхо5 дами которого подключен формирователь тактовых импульсов, второй выход аналого- цифрового преобразовател  подключен к первому входу и через второй регистр сдвига к второму входу второго выключател ,

0 выходы первого и второго вычитателей подключены к входам посто нного запоминающего устройства, выход которого  вл етс  выходом измерительного органа фазы и подключен к первому входу элемента И-НЕ,

5 другие входы которого подключены к измерительным органам других фаз, а выход подключен к входу первого элемента ВРЕМЯ, при этом аналого-цифровой преобразователь выполнен в виде трех компараторов,

0 последовательно соединенных двухполупе- риодного выпр мител  и преобразовател  напр жени  в частоту, элемента задержки, двух элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, двух элементов НЕ, четырех элементов И,

5 двух реверсивных счетчиков импульсов и двух регистров пам ти, при этом входы первого , второго и третьего компараторов  вл ютс  соответственно вторым, первым и четвертым входами аналого-цифрового

0 преобразовател , к входу второго компаратора подключен вход двухполупериодного выпр мител , выход первого и третьего компараторов подключены к первым входам первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮ5 ЩЕЕ ИЛИ соответственно, выход второго компаратора подключен к вторым входам первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к первому

0 входу четвертого элемента И и через первый элемент НЕ - к первому входу п того элемента И, выход второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к первому входу седьмого элемента И и через второй эле5 мент НЕ - к первому входу шестого элемента И, вторые входы четвертого, п того, шестого и седьмого элементов И объединены и подключены к выходу преобразовател  напр жени  в частоту, выходы четвертого и п того элементов И подключены к первому пр мому и второму реверсивному входам

первого реверсивного счетчика импульсов соответственно, выходы шестого и седьмого элементов И подключены к первому ре- версивному и второму пр мому входам второго реверсивного счетчика импульсов соответственно, третьи установочные входы реверсивных счетчиков импульсов объединены и подключены к выходу элемента задержки, вход которого  вл етс  третьим входом аналого-цифрового преобразовател  и подключен к первым входам регистров пам ти, выходы первого и второго реверсивных счетчиков импульсов подключены к вторым входам соответственно первого и второго регистров пам ти, выходы которых  вл ютс  соответственно первым и вторым выходами аналого-цифрового преобразовател .

На фиг. 1 представлена структурна  схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы напр жений на выходах элементов .

На схеме обозначены измерительный преобразователь 1 тока фазы А, измерительные преобразователи 2 и 3 напр жени  фазного А и линейного ВС, соответственно, аналого-цифровой преобразователь 4 (АЦП), цифровые вычитатели 5 и 6, сдвиго- вые регистры 7 и 8, посто нное запоминающее устройство 9 (ПЗУ), логический элемент И-НЕ 10, первый 11, второй 12 и третий 13 элементы И, логический элемент ИЛИ-НЁ 14, первый 15, второй 16,третий 17ичетвер- тый 18 элементы ВРЕМЯ, исполнительный орган 19, элемент ПАМЯТЬ 20, формирователь 21 тактовых импульсов и выключатель 22 защищаемой линии.

АЦП 4 содержит компараторы 23-25, двухполупериодный выпр митель 26, преобразователь 27 напр жени  в частоту, пер- вую и вторую функциональные логические схемы 28 и 29, первый и второй счетчики 30 и 31, а также первый и второй регистры 32 и 33 пам ти и элемент 34 задержки. Кажда  функциональна  логическа  схема (ФЛС) состоит из элемента И СКЛ ЮЧ АЮЩЕ Е И Л И 35, инвертора НЕ 36 и двух элементов И 37 и 38.

Принцип действи  АЦП 4 основан на вычислении активной и реактивной составл ющей тока фазы относительно фазного напр жени . Например, если осуществл етс  замер ортогональных составл ющих тока фазы А, то подаютс  ток фазы А и междуфазное напр жение ВС. Поскольку требуютс  ортогональные составл ющие тока, то осуществл етс  умножение на значение напр жени , которое преобразовано в пр моугольное , т.е. реализуетс  не вное умножение.

С выходов измерительных преобразователей 1-3 напр жени  Ui, U2, Ua соответственно подаютс  Hd входы компараторов 23-25. Компараторы производ т преобразование синусоидального сигнала в пр моугольный . Кроме того, напр жение Ui, пропорциональное току линии, подвергаетс  выпр млению в двухполупериодном вы- пр мителе 26, с выхода которого напр жение подаетс  на вход преобразовател  27 напр жени  в частоту. Преобразователь 27 напр жени  в частоту осуществл ет преобразование мгновенного значени  напр жени  на входе в частоту импульсов на выходе. Импульсы с выхода преобразовател  27 напр жени  в частоту с помощью двух ФЛС 28 и 29 подаютс  соответственно на входы счетчиков 30 и 31, ФЛС 28 составл етс  таким образом, чтобы при совпадении знаков мгновенных значений напр жений Ui и Уз импульсы попадали на пр мой вход первого счетчика 30, а в случае их несовпадени  - на реверсивный. Аналогично составл етс  втора  ФЛС 29, котора  позвол ет попадать на пр мой вход счетчика 31 импульсам с выхода блока 27 в случае совпадени  знаков мгновенных значений напр жений Ui и IJ2, а на реверсивный - в случае несовпадени  знаков напр жений Ui, U2. Подсчет импульсов осуществл етс  в течение промежутка времени между импульсами на выходе элемента 34 задержки. Таким образом, содержимое счетчиков 30 к моменту по влени  импульса от элемента 34 задержки пропорционально среднему значению произведени  напр жений Us и Ui, а счетчика 31 - среднему значению произведени  напр жени  IJ2 на напр жение UL Коды с выходов счетчиков 30 и 31 одновременно переписываютс  в регистры 32 и 33 пам ти синхронизирующими импульсами , поступающими в АЦП от формировател  тактовых импульсов. Элемент 34 задержки предназначен дл  сброса счетчиков 30 и 31 после того, как их содержимое будет переписано в регистры 32 и 33 пам ти .

ФЛС 28 и 29 работают следующим образом . Пр моугольные импульсы с выходов компараторов 23 и 25 поступают на вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 35. На выходе элемента 35 уровень логической единицы соответствует наличию одновременно на входах логических нул  и единицы, но если на входах одновременно два логических нул  или две логические единицы, то на выходе элемента 35 -логический нуль. Выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ св зан с входом элемента И 37 и через элемент Н Е 36 - с вторым элементом И 38, На вторые входы элементов И 37 и 38 подаютс  импульсы с выхода преобразовател  27 напр жени  в частоту. Таким образом, на первом выходе ФЛС по вл ютс  счетные импульсы , если знаки Ui и Кз или U2 и Us не совпадают , а на втором выходе -, если совпадают.

Устройство работает следующим образом .

В нормальном режиме ток поступает на вход измерительного преобразовател  1 тока в напр жение переменного тока, а напр жение фазы А и линейное ВС .подключены к измерительным преобразовател м 2 и 3 напр жени  в напр жение переменного тока . С выходов измерительных преобразователей 1-3 сигналы поступают на входы АЦП 4. С первого выхода АЦП 4 сигнал, представл емый в цифровом виде, в параллельном коде (т разр дов), отображающий величину реактивной составл ющей тока линии lm Отек), поступает на входы Уменьшаемое вычитател  5 и на входы сдвиговых регистров , выходы которых подключены к входам Вычитаемое вычитател  5. С второго выхода АЦП 4 сигнал, представл емый в цифровом виде, в параллельном коде (т разр дов), отображающий величину активной составл ющей тока линии Re (тек), поступает на входы Уменьшаемое вычитател  6 и на входы сдвиговых регистров 8, выходы которых подключены к входам Вычитаемое вычитател  6. Многоразр дные сдвиговые регистры 7 и 8 по тактовым импульсам осуществл ют запись выборки на входе и сдвиг ранее записанных. На выходе регистров 7 и 8 в каждый момент временипо вл ютс выборки , соответствующие предшествующему току пред в линии п тактов назад

R| (A I) R (1тек) Я|(1пред) .

AtIT Тфти

1гл (А I) lm Отек) тупред)

AtП Тфти

Причем Тфти ti - t(i-i), где Тфти - врем ,

равное периоду импульсов формировател 

тактовых импульсов (так как формирователь

тактовых импульсов синхронизируетс  от

напр жени  системы,

то Тфти j 5

0,02 с), а п Тфти - врем , в течение которого сдвиговые регистры полностью обновл ют свою информацию. Величины приращений токов линии Im(Al) и Rl( Al) в каждый момент времени tj поступают в виде адреса в ПЗУ 9, таким образом устройство вычисл ет вектор приращени  тока линии. В рассматриваемом нормальном режиме вектор приращени  мал по величине и не попадает в область срабатывани , котора  была предварительно вычислена и записана в ПЗУ 9 до установки устройства в работу. На выходе ПЗУ 9 присутствует единичный логический сигнал, как и на измерительных органах других фаз, поэтому на выходе И-НЕ 10 сигнал отсутствует и устройство не срабатывает.

При КЗ за трансформатором ответвлени  линии или за реактором ответвлени  шинопровода вектор возникшего приращени  попадает в расчетную область срабатывани  устройства, т.е. величины lm( Al) и Ri(A I) состав т тот адрес в ПЗУ 9, в котором записан нулевой логический сигнал. На выходе ПЗУ 9 по вл етс  нулевой сигнал, который поступает на логический элемент

И-НЕ 10, инвертируетс  в единичный и поступает на элементы ВРЕМЯ 15 и на второй вход И 11, на первом входе которого сигнал присутствует от элемента ВРЕМЯ 16. Сигнал от первого элемента И 11 поступает на

второй вход элемента И Л И-НЕ 14, который инвертируетс  и запрещает подачу тактовых импульсов от формировател  21 тактовых импульсов третьим элементом И 13 на синхронизирующие входы сдвиговых регистрое 7 и 8. На выходе сдвиговых регистров 7 и 8 останетс  сигнал, который присутствовал в момент tic, предшествующий возникно- вению вектора приращени  тока, попавшего в ПЗУ 9 в область срабатывани .

Если это приращение возникло в результате самозапуска нагрузки линии, а от этого вектора приращени  не всегда возможно отстроитьс , т.е. он иногда совпадает с вектором КЗ и по величине, и по фазе, то от

такого режима приходитс  отстраиватьс , как и в прототипе, по времени, что уменьшит быстродействие устройства. В таком неблагопри тном случае ток уменьшитс , за врем  taan самозапуска вектор приращени 

между текущим током и током, который был в момент tk, вернетс  в область несрабатывани  до того, как сработает элемент ВРЕМЯ 15, а на втором входе третьего элемента И 13 по витс  единичный сигнал. На выходе

сдвиговых регистров через п импульсов тактового генератора 21 по витс  сигнал, пропорциональный новому текущему значению тока. Устройство не сработает, так как врем  ti работы первого элемента ВРЕМЯ 15

равно ti в т.зап + п -Тфти + Аи или

ti Грез + 11,

где Ati - врем  запаса;

tpea - врем  работы последней ступени защиты линии.

Если приращение тока возникло от КЗ за трансформатором ответвлени , то вектор приращени  тока попадет в область срабатывани  в ПЗУ 9. Поэтому сдвиговые регистры 7 и 8 запомн т ток доаварийного режима . Через врем  ti элемент ВРЕМЯ 15 подаст сигнал исполнительному органу 19 на отключение выключател  22.

При обнаружении КЗ кратковременный сигнал об отключении линии от защиты (основной или резервной) поступает на информационный вход элемента ПАМЯТЬ 20, который за счет элемента ВРЕМЯ 17 устанавливаетс  в единичное состо ние на врем 

t3 Т.АПВ + tBKfl + Atl,

где ГАПВ - врем  работы цикла АПВ;

1вкл врем  включени  выключател  линии , поэтому ток доаварийного режима запоминаетс  на врем  t3.

При включении линии от АПВ сигнал о действии АПВ поступает от указательного реле срабатывани  АПВ на элемент ВРЕМЯ 18 и элемент И 12, действи  которых обеспечивают запоминание доаварийного тока еще на врем 

t4 t1+At1.

Если после АПВ КЗ отсутствует, то разность на выходах вычитателей 5 и б изменитс  в меньшую сторону, вектор приращени  выйдет из области срабатывани , так как самозапуск закончитс  раньше окончани  работы элемента ВРЕМЯ 15. Устройство не срабатывает.

Если после АПВ КЗ не устранилось, то разности на выходах вычитателей 5 и 6 будут велики и вектор приращени  тока останетс  в области срабатывани  и через врем  ti исполнительный орган 19 подаст сигнал на отключение выключател  22 линии.

При включении линии, находившейс  например, в ремонте, вектор приращени  может попасть в область срабатывани  за счет того, что будет подключена вс  нагрузка или больша  ее часть (хот  обычно лини  вводитс  с холостого хода). Чтобы устройство не сработало, сигнал о включении линии от ключа задержитс  на элементе ВРЕМЯ 16 на врем 

ta п- Тфти + ti.

С выхода элемента И 11 не будет поступать сигнал на запоминание тока, соответствующего отключенному состо нию линии, т.е. Ip 0 и через п -Тоти на выходе вычита- тел  будет приращение, меньшее уставки, в результате, на второй вход элемента И 11 поступает нулевой сигнал, а еще через врем  ti на порвый вход поступит единичный сигнал и разрешит фиксировать вектор приращени , попадающий в область срабатывани .

Минимальный ток КЗ, на которое реаги рует устройство, равен

к.мин - Коте К4 ,макс

и не зависит от максимального рабочего тока линии 1р,макс. Расчеты показывают, что годограф вектора приращени  самозапуска

нагрузки линии и годограф вектора приращени  КЗ в большинстве случаев не совпадают по величине линии и фазе. Вследствие этого не только увеличиваетс  чувствительность устройства , так как не следует отстраиватьс  от

0 величины приращени  тока нагрузки трансформатора ответвлени , но и уменьшаетс  врем  работы устройства, потому что отпадает необходимость отстраиватьс  по времени самозапуска tsan.

5 Таким образом, предлагаемое устройство реагирует на токи КЗ, значительно меньшие тока максимальной нагрузки линии, и правильно работают в циклах АПВ. Чувствительность и быстродействие их выше, чем у

0 прототипа. Реализаци  устройства на элементах современной микросхемотехники позволит сделать его универсальным: без изменени  схемы как дл  обычных линий, так и дл  реактированных шинопроводов.

5 Задание уставки сводитс  к программированию ПЗУ, которое осуществл етс  заранее . Микросхемы ПЗУ имеют, как правило, несколько выходов, по вл етс  возможность выбирать уставку, использу  отдель0 ные выходы ПЗУ. При этом задаетс  сразу область срабатывани , что предпочтительно дл  чувствительной токовой защиты в сравнении с изменением порога срабатывани  в известных технических решени х.

5 Устройство может быть легко реализовано с помощью широко распространенных микропроцессорных БИС.

Claims (1)

1. Формула изобрете ни   Устройство дл  резервной токовой за0 щиты тупиковой линии с ответвлени ми от междуфазного короткого замыкани , содержащее измерительные органы по числу фаз, каждый из которых выполнен в виде блока уставок, преобразовател  переменного то5 ка фазы в посто нное напр жение, преобра- зовател  напр жени  фазы, выходы последних подключены соответственно к первому и второму входам аналого-цифрового преобразовател , первый выход кото0 рого подключен к первому входу и через первый регистр сдвига - к второму входу первого вычитател , последовательно соединенные элемент ВРЕМЯ и исполнительный орган, вход первого элемента ВРЕМЯ

   5 подключен к первому входу первого элемента И, к второму входу которого подключен выход второго элемента ВРЕМЯ, вход которого предназначен дл  подключени  к выводу контакта Включение ключа управлени  выключател , выход первого элемента И

   подключен к первому входу элемента ИЛИ- НЕ, к второму входу которого подключены последовательно соединенные третий элемент ВРЕМЯ и второй элемент И, второй вход которого и вход третьего элемента ВРЕМЯ объединены и предназначены дл  подключени  к выходу указательного реле срабатывани  АПВ, к первому входу и выходу элемента ПАМЯТЬ подключены соответственно выход и вход четвертого элемента ВРЕМЯ, второй вход элемента ПАМЯТЬ предназначен дл  подключени  к реле положени  Отключено, выход элемента ПАМЯТЬ подключен к третьему входу элемента ИЛИ-НЕ, выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, второй вход которого подключен к третьему входу аналого-цифрового преобразовател , входы третьего элемента И подключены к измерительным органам других фаз, отличающеес  тем, что, с целью повышени  чувствительности, в измерительные органы каждой фазы дополнительно введены преобразователь линейного напр жени  двух других фаз, второй сдвиговый регистр, второй вычитатель, блок уставок выполнен в виде посто нного запоминающего устройства , в устройство дополнительно введены формирователь тактовых импульсов, элемент И-НЕ, при этом выход преобразовател  линейного напр жени  двух других фаз подключен к четвертому входу аналого-цифрового преобразовател , между вторым и третьим входами которого подключен формирователь тактовых импульсов, второй выход аналого-цифрового преобразовател  подключен к первому входу и через второй регистр сдвига - к второму входу второго вычитател , выходы первого и второго вы- читателей подключены к входам посто нного запоминающего устройства, выход которого  вл етс  выходом измерительного органа фазы и подключен к первому входу элемента И-НЕ, другие входы которого подключены к измерительным органам других фаз, а выход подключен к входу первого элемента ВРЕМЯ, при этом аналого-цифровой преобразователь выполнен в виде трех .компараторов, последовательно соединенных двухполупериодного выпр мител  и преобразовател  напр жени  в частоту, элемента задержки, двух элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, двух элементов НЕ, четырех элементов И, двух счетчиков импульсов и двух регистров пам ти, при этом входы первого, второго и третьего компараторов  вл ютс  соответственно вторым , первым и четвертым входами

   аналого-цифрового преобразовател , к входу второго компаратора подключен вход двухполупериодного выпр мител , выход первого и третьего компараторов подключены к первым входам первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соответственно, выход второго компаратора подключен к вторым входам первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

   ИЛИ подключен к первому входу четвертого элемента И и через первый элемент НЕ - к первому входу п того элемента И, выход второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к первому входу седьмого элемента И и через второй элемент НЕ - к первому входу шестого элемента И, вторые входы четвертого, п того, шестого и седьмого элементов И объединены и подключены к выходу преобразовател  напр жени  в частоту , выходы четвертого и п того элементов И подключены к первому пр мому и второму реверсивному входам первого счетчика импульсов соответственно, выходы шестого и седьмого элементов И подключены к первому реверсивному и второму пр мому входам второго счетчика импульсов соответственно , третьи установочные входы счетчиков импульсов объединены и подключены к выходу элемента задержки, вход которого  вл етс  третьим входом аналого-цифрового преобразовател  и подключен к первым входам регистров пам ти, выходы первого и второго счетчиков импульсов подключены к вторым входам соответственно первого и

   второго регистров пам ти, выходы которых  вл ютс  соответственно, первым и вторым выходами аналого-цифрового преобразовател .