Способ защиты с приемной стороны двух параллельных линий с односторонним питанием
METHOD OF PROTECTING FROM RECEIVING SIDE TWO PARALLEL LINES WITH ONE-SIDED SUPPLY

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к технике релейной защиты, и может быть использовано для защиты двух параллельных линий от коротких замыканий.
Известен способ защиты с приемной стороны двух параллельных линий с односторонним питанием [Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - С. 346-359], при котором измеряют разность токов одноименных фаз линий и сравнивают ее с заданной величиной, измеряют напряжение на шинах, от которых питаются линии, затем измеряют угол между результирующим током и напряжением на шинах и сравнивают его с заданной величиной, и, если он превышает заданную величину и разность токов больше заданной величины, то отключают первую линию, если угол между результирующим током и напряжением на шинах меньше заданной величины и разность токов больше заданной величины, отключают вторую линию.
Недостатком этого способа является низкая надежность устройств для его реализации, так как он включает измерение напряжения, что влечет за собой существенную погрешность.
1
2
1
эт
1
эт
1
1
1
эт
1
эт1
эт2
1
эт1
эт2
1
эт1
1
эт2
1
2
2
эт
2
эт
2
эт1
эт2
2
эт1
эт2
2
эт1
2
эт2
Наиболее близким к предлагаемому является способ защиты с приемной стороны двух параллельных линий с односторонним питанием [RU 2640353, МПК Н02Н 7/22, опубл. 28.12.2017], при котором измеряют мгновенные значения токов i на первой и i на второй линии в положительную и отрицательную полуволны тока при нарастании тока, сравнивают i в положительную или отрицательную полуволну с заданной величиной тока i, и при достижении током i заданной величины тока i, продолжая измерять мгновенное значение тока i, начинают отсчитывать время t до того момента, когда в следующую положительную или отрицательную полуволну тока при нарастании тока i достигает заданного значения i, сравнивают измеренное время t с первой и второй заданными величинам времени t и t, и если значение t больше заданной величины времени t i но меньше заданной величины времени t, то повторяют отсчет времени до тех пор, пока не станет значение времени t больше или равно заданной величины времени t или значение времени t станет меньше или равно заданной величины времени t, затем, если одно из этих неравенств выполняется, то отключают первую линию, выводят ее в ремонт и после ремонта включают в работу, точно также одновременно с отсчетом времени t отсчитывают время t при достижении током i во второй линии с заданной величиной тока i до того момента, когда в следующую положительную или отрицательную полуволну при нарастании тока, значение тока i достигает i, сравнивают измеренное время t с первой и второй заданными величинам времени t и t, и если и если значение t больше заданной величины времени t но меньше заданной величины времени t, то повторяют отсчет времени до тех пор, пока не станет значение времени t больше или равно заданной величины времени t или значение времени t станет меньше или равно заданной величины времени t затем, если одно из этих неравенств выполняется, то отключают вторую линию, выводят ее в ремонт и после ремонта включают в работу.
В качестве недостатка этого способа можно отметить узкие функциональные возможности, так как при его реализации не выявляется короткое замыкание, если оно происходит при включении линии после ремонта при работающей другой линии; в результате это короткое замыкание отключается резервной защитой с большой выдержкой времени.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании способа защиты с приемной стороны двух параллельных линий с односторонним питанием с расширенными функциональными возможностями путем выявления и уменьшения времени отключения поврежденной линии при включении после ремонта одной из линий на короткое замыкание, когда другая линия работает.
1
2
1
эт
1
эт
1
1
1
эт
1
эт1
эт2
1
эт1
эт2
1
эт1
1
эт2
1
2
2
эт
2
эт
2
эт1
эт2
2
эт1
эт2
2
эт1
2
эт2
Решение настоящей технической проблемы достигается тем, что в способе защиты с приемной стороны двух параллельных линий с односторонним питанием, также как и в прототипе, измеряют мгновенные значения токов i на первой и i на второй линии в положительную и отрицательную полуволны тока при нарастании тока, сравнивают i в положительную или отрицательную полуволну с заданной величиной тока i, и при достижении током i заданной величины тока i, продолжая измерять мгновенное значение тока i, начинают отсчитывать время t до того момента, когда в следующую положительную или отрицательную полуволну тока при нарастании тока i достигает заданного значения i, сравнивают измеренное время t с первой и второй заданными величинам времени t и t, и если значение t больше заданной величины времени t, но меньше заданной величины времени t, то повторяют отсчет времени до тех пор, пока не станет значение времени t больше или равно заданной величины времени t или значение времени t станет меньше или равно заданной величины времени t, затем, если одно из этих неравенств выполняется, то отключают первую линию, выводят ее в ремонт и после ремонта включают в работу, точно также одновременно с отсчетом времени t отсчитывают время t при достижении током i во второй линии с заданной величиной тока i до того момента, когда в следующую положительную или отрицательную полуволну при нарастании тока, значение тока i достигает i, сравнивают измеренное время t с первой и второй заданными величинам времени t и t, и если и если значение t больше заданной величины времени t но меньше заданной величины времени t, то повторяют отсчет времени до тех пор, пока не станет значение времени t больше или равно заданной величины времени t или значение времени t станет меньше или равно заданной величины времени t, затем, если одно из этих неравенств выполняется, то отключают вторую линию, выводят ее в ремонт и после ремонта включают в работу.
1
2
эт
1
эт
3
эт3
3
эт3
4
5
Согласно изобретению одновременно с включением отключившейся второй или первой линии в работу, когда первая или вторая линия находится во включенном положении, начинают отсчитывать время t3 с момента, когда ток i или i достигнет заданного значения тока i в положительную или отрицательную полуволну тока до момента, когда ток i2 или i станет равным значению заданного тока i, сравнивают t с третьей заданной величиной времени t, и если время t больше или равно значения заданного времени t, то отключают обе линии, затем через время t включают первую или вторую линию, далее через заданное время t после включения фиксируют ее положение, и, если она находится во включенном положении, то выводят вторую или первую линию в ремонт, если она находится в отключенном положении, то включают вторую или первую линию, а первую или вторую линию выводят в ремонт.
3
1
2
эт
2
1
эт
В заявляемом способе, в отличие от прототипа выполняется операция измерения времени t при включении отключившейся при коротком замыкании линии с момента, когда ток i или i равен i в положительную или отрицательную полуволну тока до момента, когда i или i равен i, что позволяет выявить наличие короткого замыкания при включении линий. Осуществляются операции включения и отключения линий через заданные величины времени, что позволяет выявить поврежденную линию. Совокупность этих операций позволяет расширить функциональные возможности способа путем выявления и уменьшения времени отключения поврежденной линии при включении после ремонта одной из линий на короткое замыкание, когда другая работает, причем выявление и отключение осуществляется быстрее, чем это делает резервная защита линий.
На приведенном чертеже представлено устройство, реализующее способ защиты двух параллельных линий с односторонним питанием с приемной стороны.
Способ защиты с приемной стороны двух параллельных линий с односторонним питанием может быть реализован с помощью устройства, которое содержит датчики тока 1 (ДТ1), 2 (ДТ2), установленные вблизи токопроводов одноименных фаз первой и второй линий. К датчику тока 1 (ДТ1) последовательно подключены блок 3 (ПП1) выделения положительной полуволны тока, блок 4 (СТ1) сравнения мгновенных значений тока, блок 5 (ИВ1) измерения времени, блок 6 (СВ1) сравнения измеренного времени, элемент ИЛИ 7 (ИЛИ1) и исполнительный орган 8 (ИО1), выход которого подключен к катушке отключения выключателя первой линии. К выходу блока 5 (ИВ1) измерения времени подключен блок 9 (СВ2) сравнения времени, выход которого подключен к элементу ИЛИ 7 (ИЛИ1). К датчику тока 1 (ДТ1) последовательно подключены блок 10 (ОТ1) выделения отрицательной полуволны тока, блок 11 (СТ2) сравнения мгновенных значений тока, блок 12 (ИВ2) измерения времени, блок 13 (СВ3) сравнения времени. К выходу блока 12 (ИВ2) измерения времени подключен блок 14 (СВ4) сравнения времени. Выходы блоков 13 (СВ3) и 14 (СВ4) сравнения времени подключены к элементу ИЛИ 7 (ИЛИ1). К датчику тока 2 (ДТ2) последовательно подключены блок 15 (ПП2) выделения положительной полуволны тока, блок 16 (СТ3) сравнения мгновенных значений тока, блок 17 (ИВ3) измерения времени, блок 18 (СВ5) сравнения времени, элемент ИЛИ 19 (ИЛИ2) и исполнительный орган 20 (ИО2), выход которого подключен к катушке отключения выключателя второй линии. К выходу блока измерения времени 17 (ИВ3) подключен блок 21 (СВ6) сравнения времени, выход которого подключен к элементу ИЛИ 19 (ИЛИ2). К датчику тока 2 (ДТ2) последовательно подключены блок 22 (ОТ2) выделения отрицательной полуволны тока, блок 23 (СТ4) сравнения мгновенных значений тока, блок 24 (ИВ4) измерения времени, блок 25 (СВ7) сравнения времени. К выходу блока 24 (ИВ4) измерения времени подключен блок 26 (СВ8) сравнения времени. Выходы блоков 25 (СВ7) и 26 (СВ8) сравнения времени подключены к элементу ИЛИ 19 (ИЛИ2). Блоки 27 (ИВ5) и 28 (ИВ6) измерения времени подключены к блокам 4 (СТ1), 16 (СТ3) и 11 (СТ2), 23 (СТ4) сравнения мгновенных значений тока, соответственно. Блоки 29 (СВ9) и 30 (СВ10) сравнения времени подключены к блокам 27 (ИВ5) и 28 (ИВ6) измерения времени. Блок 31 (БЛ) логики входами подключен к блокам 29 (СВ9) и 30 (СВ10) сравнения времени, а одним из выходов к исполнительным органам 8 (ИО1) и 20 (ИО2). Блоки 32 (БВЛ1) и 33 (БВЛ2) фиксации включенного состояния линий подключены к блок-контактам выключателей первой и второй линии. Блоки 34 (БОЛ1) и 35 (БОЛ2) фиксации отключенного состояния линий подключены к блок-контактам выключателей первой и второй линии. Блок 31 (БЛ) логики входами подключен к блокам фиксации включенного 32 (БВЛ1), 33 (БВЛ2) и отключенного 34 (БОЛ1), 35 (БОЛ2) состояний линий и исполнительным органам 8 (ИО1) и 20 (ИО2), а выходами к реле времени 36 (РВ1), 37 (РВ2), 38 (РВ3), 39 (РВ4). Выходы реле времени 36 (РВ1), 37 (РВ2) подключены в цепи сигнализации и к блоку 31 (БЛ) логики. Выходы реле времени 38 (РВ3), 39 (РВ4) подключены в цепи включения выключателей первой и второй линий, соответственно. Задатчик 40 (ЗВ) заданных величин времени одним выходом подключен к входам блоков 6 (СВ1), 13 (СВ3), 18 (СВ5), 25 (СВ7) сравнения времени, следующим выходом к входам блоков 9 (СВ2), 14 (СВ4), 21 (СВ6), 26 (СВ8) сравнения времени, другим выходом к входам блоков 29 (СВ9), 30 (СВ10) сравнения времени.
В качестве датчиков тока 1 (ДТ1) и 2 (ДТ2) могут быть использованы герконы типа КЭМ-2. Блоки 3 (ПП1), 15 (ПП2) выделения положительной полуволны тока, блоки 4 (СТ1), 11 (СТ2), 16 (СТ3), 23 (СТ4) сравнения мгновенных значений тока, блоки 5 (ИВ1), 12 (ИВ2), 17 (ИВ3), 24 (ИВ4),27 (ИВ5) и 28 (ИВ6) измерения времени, блоки 6 (СВ1), 9 (СВ2), 13 (СВ3), 14 (СВ4), 18 (СВ5), 21 (СВ6), 25 (СВ7), 26 (СВ8), 29 (СВ9), 30 (СВ10) сравнения времени, блок 31 (БЛ) логики, блоки 10 (ОТ1), 22 (ОТ2) выделения отрицательной полуволны тока, и элементы ИЛИ7 (ИЛИ1), 19 (ИЛИ2), блоки фиксации включенного 32 (БВЛ1), 33 (БВЛ2) и отключенного 34 (БОЛ1), 35 (БОЛ2) состояний линий, реле времени 36 (РВ1), 37 (РВ2), 38 (РВ3), 39 (РВ4), задатчик заданных величин времени 40 (ЗВ) могут быть реализованы на микроконтроллере серии 51 производителя atmel AT89S53. В качестве исполнительных органов 8 (ИО1), 20 (ИО2) могут быть использованы реле типа РП 16-1.
1
эт
2
эт
1
2
эт
1
2
1
2
эт
1
2
1
2
эт
1
2
1
2
эт
1
2
1
эт1
эт2
1
эт1
эт2
2
эт1
эт2
2
эт1
эт2
1
2
эт1
1
2
эт2
3
1
2
эт
2
1
эт
3
1
2
эт
2
1
эт
эт
3
2
эт
3
3
эт3
В режиме нагрузки от датчика тока 1 (ДТ1) на входы блоков 3 (ПП1) и 10 (ОТ1) выделения положительной и отрицательной полуволны тока поступает сигнал, пропорциональный току в фазах первой линии. От датчика тока 2 (ДТ2) на входы блоков 15 (ПП2) и 22 (ОТ2) выделения положительной и отрицательной полуволны тока поступает сигнал, пропорциональный току в фазах второй линии. Блоки 3 (ПП1) и 10 (ОТ1) выделения положительной и отрицательной полуволны тока выделяют положительную и отрицательную полуволны тока i и подают их на входы, соответственно, блоков 4 (СТ1) и 11 (СТ2) сравнения мгновенных значений тока, где мгновенные значения тока ii при нарастании, соответственно, в положительную и отрицательную полуволны тока сравнивают с заданной величиной тока i. Блоки 15 (ПП2) и 22 (ОТ2) выделения положительной и отрицательной полуволны тока выделяют положительную и отрицательную полуволны тока 12 и подают их на входы, соответственно, блоков 16 (СТ3) и 23 (СТ4) сравнения мгновенных значений тока, где мгновенные значения тока i при нарастании соответственно в положительную и отрицательную полуволны тока сравнивают с заданной величиной тока i. При первом достижении токами i, i значения заданной величины тока i в положительную полуволну блоки 4 (СТ1) и 16 (СТ3) сравнения мгновенных значений тока выдают сигналы на входы блоков 5 (ИВ1) и 17 (ИВ3) измерения времени, запуская отсчет времени t и t в положительную полуволну переменного тока. При втором достижении токами i, i в положительную полуволну значения заданной величины тока i прекращают первый отсчет времени t и t, и блоки 5 (ИВ1) и 17 (ИВ3) измерения времени выдают сигналы, соответственно, на входы блоков 6 (СВ1), 9 (СВ2) и 18 (СВ5), 21 (СВ6) сравнения времени, и запускают следующий отсчет времени. При первом достижении токами i, i в отрицательную полуволну значения заданной величины тока i блоки 11 (СТ2) и 23 (СТ4) сравнения мгновенных значений тока выдают сигналы на входы, соответственно, блоков 12 (ИВ2) и 24 (ИВ4) измерения времени, запуская отсчет времени t и t в отрицательную полуволну переменного тока. При втором достижении токами i, i в отрицательную полуволну значения заданной величины тока i прекращают первый отсчет времени t и t, и блоки 12 (ИВ2) и 24 (ИВ4) измерения времени выдают сигналы, соответственно, на входы блоков 13 (СВ3), 14 (СВ4) и 25 (СВ7), 26 (СВ8) сравнения времени, и запускают следующий отсчет времени. Блоки 6 (СВ1) и 9 (СВ2) сравнения времени сравнивают измеренное в блоке 5 (ИВ1) измерения времени в положительную полуволну переменного тока время t с первой t (например, 0,015 с) и второй t (например, 0,025 с) заданными величинами времени, которые подаются в блоки 6 (СВ1) и 9 (СВ2) сравнения времени от задатчика 40 (ЗВ) заданных величин времени. Блоки 13 (СВ3) и 14 (СВ4) сравнения времени сравнивают измеренное во втором блоке 12 (ИВ2) измерения времени в отрицательную полуволну переменного тока время t с первой t и второй t заданными величинами времени, которые подаются в блоки 13 (СВ3) и 14 (СВ4) сравнения времени от задатчика 40 (ЗВ) заданных величин времени. Блоки 18 (СВ5) и 21 (СВ6) сравнения времени сравнивают измеренное в блоке 17 (ИВ3) измерения времени в положительную полуволну переменного тока время t с первой t и второй t заданными величинами времени, которые подаются в блоки 18 (СВ5) и 21 (СВ6) сравнения времени от задатчика 40 (ЗВ) заданных величин времени. Блоки 25 (СВ7) и 26 (СВ8) сравнения времени сравнивают измеренное в блоке 24 (ИВ4) измерения времени в отрицательную полуволну переменного тока время t с первой t и второй t заданными величинами времени, которые подаются в блоки 25 (СВ7) и 26 (СВ8) сравнения времени от задатчика 40 (ЗВ) заданных величин времени. При этом блоки 6 (СВ1), 13 (СВ3), 18 (СВ5) и 25 (СВ7) сравнения времени сигналов не выдают, так как t и t больше t. Блоки 9 (СВ2), 14 (СВ4), 21 (СВ6) и 26 (СВ8) сравнения времени не срабатывают, так как t и t меньше t. Поэтому на выходах элементов ИЛИ 7 (ИЛИ1) и 19 (ИЛИ2) сигналов нет. Одновременно с выдачей сигналов на входы блоков 5 (ИВ1), 17 (ИВ3) и 12 (ИВ2), 24 (ИВ4) измерения времени блоки 4 (СТ1), 16 (СТ3), 11 (СТ2), 23 (СТ4) сравнения мгновенных значений тока выдают сигналы на входы блоков 27 (ИВ5) и 28 (ИВ6) измерения времени, причем блоки 4 (СТ1) и 16 (СТ3) сравнения мгновенных значений тока - на входы блока 27 (ИВ5) измерения времени, блоки 11 (СТ2) и 23 (СТ4) сравнения мгновенных значений тока - на входы блока 28 (ИВ6) измерения времени. Блок 27 (ИВ5) измерения времени измеряет время t с момента, когда i или i равен i, до момента, когда i или i равен i в положительную полуволны тока. Блок 28 (ИВ6) измерения времени измеряет время t с момента, когда i или i равен i, до момента, когда i или i равен i, в отрицательную полуволну тока. Пусть в положительную и отрицательную полуволны тока первым достиг значения i ток в фазе первой линии, тогда блоки 27 (ИВ5) и 28 (ИВ6) измерения времени начинают измерять время t. При достижении током i значения i блоки 27 (ИВ5) и 28 (ИВ6) отсчета времени прекращают измерение времени t и выдают сигнал на входы блоков 29 (СВ9) и 30 (СВ10) сравнения времени. Так как в режиме нагрузки токи в фазах линий совпадают по фазе и равны по величине, то t не превышает заданную величину времени t, которая подается в блоки 29 (СВ9) и 30 (СВ10) сравнения времени от задатчика 40 (ЗВ). Поэтому блоки 29 (СВ9) и 30 (СВ10) сравнения времени сигналов на входы блока 31 (БЛ) логики не выдают. При этом на другие входы блока 31 (БЛ) логики поступают сигналы от блоков 32 (БВЛ1) и 33 (БВЛ2) фиксации включенного состояния линий и не поступают от блоков 34 (БОЛ1) и 35 (БОЛ2) фиксации отключенного состояния линий. Поэтому блок 31 (БЛ) логики не выдает сигнала. Исполнительные органы 8 (ИО1) и 20 (ИО2) не выдают сигналов, защита не срабатывает.
1
2
1
эт
1
2
1
эт1
Рассмотрим короткое замыкание (КЗ), например, на первой линии при переходе токов i, i из положительной в отрицательную полуволну до того как ток i равен i. До момента возникновения КЗ блоки 5 (ИВ1) и 12 (ИВ2), 17 (ИВ3) и 24 (ИВ4) начали отсчитывать, соответственно, время t, t. При возникновении КЗ из-за изменения фазы тока на 180° сигналы на входы блоков 5 (ИВ1) и 12 (ИВ2) поступают, соответственно, раньше чем через 0,015 с и позже чем через 0,025 с. Поэтому t в положительную полуволну становится меньше t, а в отрицательную - больше 0,025 с. Блоки 6 (СВ1) и 14 (СВ4) выдают сигналы на вход элемента ИЛИ 7 (ИЛИ1), который срабатывает и запускает исполнительный орган 8 (ИО1). Последний 8 (ИО1) выдает сигнал в цепь отключения первой линии. Защита срабатывает. Поэтому блок 32 (БВЛ1) фиксации включенного состояния лини сигнала на вход блока 31 (БЛ) логики не выдает, а блок 34 (БОЛ1) фиксации отключенного состояния линии выдает.Блок 31 (БЛ) логики фиксирует, что в работе только вторая линия.
1
2
3
1
эт
2
эт
эт3
4
5
5
4
5
После отключения выключателя первой линии, ее выводят в ремонт, а затем снова включают в работу. Рассмотрим режим, когда первая линия включается на короткое замыкание. Тогда токи i, i сдвинуты на 180°. При этом время t между моментами, когда i равен i и i равен i становится больше t. Поэтому блоки 29 (СВ9) и 30 (СВ10) сравнения времени выдают сигналы на входы блока 31 (БЛ) логики. Так как до включения первой линии на вход блока логики 31 (БЛ) выдавали сигналы блок 33 (БВЛ2) фиксации включенного состоянии линии и блок 34 (БОЛ1) фиксации отключенного состояния линии, то блок 31 (БЛ) логики запускает исполнительные органы 8 (ИО1) и 20 (ИО2). Исполнительные органы 8 (ИО1) и 20 (ИО2) выдают сигналы в цепи отключения выключателей первой и второй линий, а также на входы блока 31 (БЛ) логики. Обе линии отключаются. Поэтому блоки 32 (БВЛ1) и 33 (БВЛ2) фиксации включенного состояния линий не выдают сигналы, а блоки 34 (БОЛ1) и 35 (БОЛ2) фиксации отключенного состояния линий выдают. Так как на входы блока 31 (БЛ) логики поступают сигналы от обоих исполнительных органов 8 (ИО1) и 20 (ИО2), от блоков 34 (БОЛ1) и 35 (БОЛ2) фиксации отключенного состояния линий, а также ранее было зафиксировано, что в работе только вторая линия, то блок логики 31 (БЛ) выдает сигнал на входы реле времени 37 (РВ2) и 39 (РВ4). Реле времени 39 (РВ4) через выдержку времени t, например, 0,04 с подает сигнал в цепь включения второй линии (линия, которая находилась в работе до того как отключились обе). В результате блок 33 (БВЛ2) фиксации включенного состояния линий выдает сигнал на вход блока 31 (БЛ) логики, а блок 35 (БОЛ2) фиксации отключенного состояния линий не выдает. Если через время t, например, 1 с блок 33 (БВЛ2) фиксации включенного состояния линий продолжает выдавать сигнал, то реле времени 37 (РВ2) срабатывает, сигнализируя, что на второй линии короткого замыкания нет. Поэтому первая линия вновь выводится в ремонт. Если через время t блок 33 (БВЛ2) фиксации включенного состояния линий не выдает сигнал, то реле времени 37 (РВ2) возвращается в исходное состояние, а блок 31 (БЛ) логики выдает сигнал на входы реле времени 36 (РВ1) и 38 (РВ3). Реле времени 38 (РВ3) через время t выдает сигнал в цепь включения первой линии. Если через время t блок 32 (БВЛ1) фиксации включенного состояния линий продолжает выдавать сигнал, то реле времени 36 (РВ1) срабатывает, сигнализируя, что на первой линии короткого замыкания нет. Поэтому вторая линия выводится в ремонт.