УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ТРЕХ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
DEVICE FOR PROTECTION OF THREE PARALLEL LINES

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты, и может быть использовано для защиты трех параллельных линий от коротких замыканий.
Известно устройство для защиты трех параллельных линий, содержащее индукционные реле, обмотки которых подключены к трансформаторам тока этих линий, и блок логики, выходы которого подключены в цепи отключения соответствующих линий [Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения - М.: Высш. Шк., 2008. - 639 с.: ил.].
Недостатками данного устройства являются низкая чувствительность и неселективная работа при обрыве провода с коротким замыканием на землю с противоположной стороны.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, содержащее первый, второй и третий максиселекторы, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый элементы сравнения [Фигурнов Е.П. Релейная защита. Учебник для студентов электротехнических и электромеханических специальностей транспортных и других вузов - К.: Транспорт Украины, 2004. - с.: ил.].
Недостатком данного устройства является неселективная работа при обрыве провода с коротким замыканием на землю с противоположной стороны, а также при отключении двух из трех линии с противоположной стороны.
Технический результат - повышение селективности работы устройства.
Технический результат достигается тем, что в устройство для защиты трех параллельных линий, содержащее первый, второй и третий максиселекторы, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый элементы сравнения, дополнительно введены первое, второе, третье, четвертое, пятое, шестое, седьмое, восьмое и девятое реле тока, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый трансреакотры, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый десятый, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый, четырнадцатый, пятнадцатый, шестнадцатый, семнадцатый, восемнадцатый, девятнадцатый, двадцатый, двадцать первый, двадцать второй, двадцать третий, двадцать четвертый, двадцать пятый, двадцать шестой и двадцать седьмой элементы И, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой элементы ИЛИ, первый, второй и третий элементы ИЛИ-НЕ с тремя входами, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый двухвходовые элементы ИЛИ-НЕ, причем первое, второе, третье реле тока и первичные обмотки первого, второго, третьего трансреакторов подключены, соответственно, к трансформаторам тока фаз A, B, C первой линии, четвертое, пятое, шестое реле тока и первичные обмотки четвертого, пятого, шестого трансреакторов подключены, соответственно, к трансформаторам тока фаз A, B, C второй линии, седьмое, восьмое, девятое реле тока и первичные обмотки седьмого, восьмого, девятого трансреакторов подключены, соответственно, к трансформаторам тока фаз A, B, C третьей линии, выход первого реле тока подключен к первому входу первого элемента И и второму входу седьмого элемента И, выход второго реле тока - к первому входу второго элемента И и второму входу восьмого элемента И, выход третьего реле тока - к первому входу третьего элемента И и второму входу девятого элемента И, выход четвертого реле тока - к первому входу четвертого элемента И и второму входу первого элемента И, выход пятого реле тока - к первому входу пятого элемента И и второму входу второго элемента И, выход шестого реле тока - к первому входу шестого элемента И и второму входу третьего элемента И, выход седьмого реле тока - к первому входу седьмого элемента И и второму входу четвертого элемента И, выход восьмого реле тока -к первому входу восьмого элемента И и второму входу пятого элемента И, выход девятого реле тока - к первому входу девятого элемента И и второму входу шестого элемента И, выходы первого, четвертого и седьмого элементов И подключены к входам первого элемента ИЛИ, выходы второго, пятого и восьмого элементов И - к входам второго элемента ИЛИ, выходы третьего, шестого и девятого элементов И - к входам третьего элемента ИЛИ, первый, второй, третий входы первого максиселектора, соответственно, подключены к вторичным обмоткам первого, четвертого, седьмого трансреакторов и первым входам первого, четвертого, седьмого элементов сравнения, первый, второй, третий входы второго максиселектора, соответственно, подключены к вторичным обмоткам второго, пятого, восьмого трансреакторов и первым входам второго, пятого, восьмого элементов сравнения, первый, второй, третий входы третьего максиселектора - к вторичным обмоткам третьего, шестого, девятого трансреакторов и первым входам третьего, шестого, девятого элементов сравнения, выход первого максиселектора подключен ко вторым входам первого, четвертого, седьмого элементов сравнения, выход второго максиселектора - ко вторым входам второго, пятого, восьмого элементов сравнения, выход третьего максиселектора - ко вторым входам третьего, шестого, девятого элементов сравнения, выход первого элемента сравнения подключен к первому входу десятого элемента И, второму входу двенадцатого элемента И и второму входу первого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, выход второго элемента сравнения - к первому входу тринадцатого элемента И, второму входу пятнадцатого элемента И и второму входу второго двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, выход третьего элемента сравнения - к первому входу шестнадцатого элемента И, второму входу восемнадцатого элемента И и второму входу третьего двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, выход четвертого элемента сравнения - к первому входу одиннадцатого элемента И, второму входу десятого элемента И и второму входу четвертого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, выход пятого элемента сравнения - к первому входу четырнадцатого элемента И, второму входу тринадцатого элемента И и второму входу пятого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, выход шестого элемента сравнения - к первому входу семнадцатого элемента И, второму входу шестнадцатого элемента И и второму входу шестого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, выход седьмого элемента сравнения - к первому входу двенадцатого элемента И, второму входу одиннадцатого элемента И и второму входу седьмого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, выход восьмого элемента сравнения - к первому входу пятнадцатого элемента И, второму входу четырнадцатого элемента И и второму входу восьмого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, выход девятого элемента сравнения - к первому входу восемнадцатого элемента И, второму входу семнадцатого элемента И и второму входу девятого двухвходового элемента ИЛИ-НЕ, выходы десятого, одиннадцатого, двенадцатого элементов И подключены к входам первого трехвходового элемента ИЛИ-НЕ, выходы тринадцатого, четырнадцатого и пятнадцатого элементов И - к входам второго трехвходовго элемента ИЛИ-НЕ, выходы шестнадцатого, семнадцатого и восемнадцатого элементов И - к входам третьего трехвходового элемента ИЛИ-НЕ, выход первого трехвходового элемента ИЛИ-НЕ подключен к первым входам первого, четвертого и седьмого двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ, выход второго трехвходового элемента ИЛИ-НЕ - к первым входам второго, пятого и восьмого двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ, выход третьего трехвходового элемента ИЛИ-НЕ - к первым входам третьего, шестого и девятого двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ, выходы первого, четвертого и седьмого двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ подключены соответственно ко вторым входам девятнадцатого, двадцать второго и двадцать пятого элементов И, первые входы которых подключены к выходу первого элемента ИЛИ, выходы второго, пятого и восьмого двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ - ко вторым входам двадцатого, двадцать третьего и двадцать шестого элементов И, первые входы которых подключены к выходу второго элемента ИЛИ, выходы третьего, шестого и девятого двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ - ко вторым входам двадцать первого, двадцать четвертого и двадцать седьмого элементов И, первые входы которых подключены к выходу третьего элемента ИЛИ, выходы девятнадцатого, двадцать второго и двадцать пятого элементов И подключены к входам четвертого элемента ИЛИ, выход которого подключен в цепь отключения выключателя первой линии, выходы двадцатого, двадцать третьего и двадцать шестого элементов И подключены к входам пятого элемента ИЛИ, выход которого подключен в цепь отключения выключателя второй линии, выходы двадцать первого, двадцать четвертого и двадцать седьмого элементов И подключены к входам шестого элемента ИЛИ, выход которого подключен в цепь отключения выключателя третьей линии.
Предлагаемое устройство представлено на фигуре 1. На фигурах 2, 3, 4, 5, 6 представлены три параллельные линии с повреждениями разного вида.
Устройство содержит реле 1-9 тока, трансреакторы 10-18, максиселекторы 19, 20, 21, элементы 22 - 30 сравнения, элементы И 31-48, элементы ИЛИ 49, 51, 53, элементы ИЛИ-НЕ 50, 52, 54-63, элементы И 64-72, элементы ИЛИ 73, 74, 75.
A1
B1
C1
A2
B2
C2
A3
B3
C3
На чертежах обозначены трансформаторы 76-84 тока, выключатели 85-90, точки коротких замыканий 91-103, токи I, I, I, I, I, I и I. I, I фаз А, В и С первой, второй и третьей линий 104, 105 и 106 соответственно, поступающие от трансформаторов 76, 77, 78, 79, 80, 81, и 82, 83, 84 тока.
Реле 1, 2 и 3 и первичные обмотки трансреакторов 10, 11 и 12 подключены соответственно к вторичным обмоткам трансформаторов 76, 77 и 78 тока фаз A, B, C первой линии, реле 4, 5 и 6 и первичные обмотки трансреакторов 13, 14 и 15 подключены соответственно к вторичным обмоткам трансформаторов 79, 80 и 81 тока фаз A, B, C второй линии, реле 7, 8 и 9 и первичные обмотки трансреакторов 16, 17 и 18 подключены соответственно к вторичным обмоткам трансформаторов 82, 83 и 84 тока фаз A, B, C третьей линии, входы максиселектора 19 и первые входы элементов 22, 23 и 24 сравнения подключены к вторичным обмоткам трансреакторов 10, 13 и 16, а вторые входы элементов 22, 23 и 24 сравнения - к выходу максиселектора 19, входы максиселектора 20 и первые входы элементов 25, 26 и 27 сравнения подключены к вторичным обмоткам трансреакторов 11, 14 и 17, а вторые входы элементов 25, 26 и 27 сравнения - к выходу максиселектора 20, входы максиселектора 21 и первые входы элементов 28, 29 и 30 сравнения подключены к вторичным обмоткам трансреакторов 12, 15 и 18, а вторые входы элементов 28, 29 и 30 сравнения - к выходу максиселектора 21, выходы элементов 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 сравнения подключены к первым входам, соответственно, элементов 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 и вторым входам, соответственно, элементов 42, 40, 41, 45, 43, 44, 48, 46, 47 и 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, входы элементов 50 и 52, и 54 подключены к выходам элементов 40, 41, 42 и 43, 44, 45, и 46, 47, 48 соответственно, а их выходы - к первым входам элементов 55, 56, 57 и 58, 59, 60, и 61, 62, 63, выходы реле 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 тока - к первым входам элементов 31, 34, 37, 32, 35, 38, 33, 36, 39 и вторым входам элементов 33, 36, 39, 31, 34, 37, 32, 35, 38, входы элемента 49 подключены к выходам элементов 31, 32 и 33, а выход подключен к первым входам элементов 64, 65 и 66, ко вторым входам которых подключены выходы элементов 55, 56 и 57, соответственно, входы элемента 51 подключены к выходам элементов 34, 35 и 36, а выход подключен к первым входам элементов 67, 68 и 69, ко вторым входам которых подключены выходы элементов 58, 59 и 60, соответственно, входы элемента 53 подключены к выходам элементов 37, 38 и 39, а выход подключен к первым входам элементов 70, 71 и 72, ко вторым входам которых подключены выходы элементов 61, 62 и 63, соответственно, входы элемента 73 подключены к выходам элементов 64, 67 и 70, входы элемента 74 подключены к выходам элементов 65, 68 и 71, входы элемента 75 подключены к выходам элементов 66, 69 и 72, а выходы элементов 73, 74 и 75 - в цепи отключения выключателей 85, 86 и 87 первой, второй и третьей линий.
нб
отс
Ток срабатывания реле 1 - 9 отстраивается от тока холостого хода соответствующей линии. Эти реле блокируют работу устройства на отключение неповрежденной линии при отключенном состоянии любых двух из трех линий, как с приемной стороны, так и с питающей, а также при каскадном отключении коротких замыканий, и при обрыве провода с коротким замыканием на землю с противоположной стороны. Их использование позволяет отстраивать токи срабатывания элементов 22 - 30 сравнения не от максимального рабочего тока линии и токов неповрежденных фаз, а только от токов небаланса, обусловленных погрешностями трансформаторов тока, элементов устройства и не идентичностью параметров линий, при трехфазном коротком замыкании на шинах противоположной подстанции. Сигналы на выходах элементов 22 -30 сравнения появляются, если выполняются соответствующие неравенства
,
,
,
,
,
,
,
,
(где
,
,
- токи на выходах максиселекторов 19, 20, 21 соответственно; I - ток небаланса при трехфазном коротком замыкании (на чертежах не указано) на шинах противоположной подстанции; k - коэффициент отстройки).
Устройство работает следующим образом.
В нормальном режиме работы реле 1-9 находятся в сработанном состоянии и подают сигналы. Поэтому на выходах элементов 31-39 и, соответственно, на выходах элементов 49, 51 и 53 сигналы есть. На входы максиселекторов 19-21 и первые входы элементов 22-30 поступают токи через трансформаторы 76, 79, 82, 77, 80, 83, 78, 81, 84 тока и трансреакторы 10, 13, 16, 11, 14, 17, 12, 15, 18. На выходах максиселекторов 19-21 появляются токи (из-за не идентичности трансформаторов 76-84 и трансреакторов 10-18) и поступают на вторые входы элементов 22-30, на выходах которых сигналов нет потому, что вышеуказанные неравенства не выполняются. Так как на выходах элементов 22-30 сигналов нет, то нет их и на выходах элементов 40-48, а на выходах элементов 50 и 52, и 54 они есть. С выходов последних они поступают на первые входы элементов 55, 56, 57 и 58, 59, 60 и 61, 62, 63, соответственно, на вторые входы которых сигналы с выходов элементов 22-30 не поступают. Поэтому на выходах элементов 55-63 сигналов нет. С выхода элемента 49 сигнал поступает на первые входы элементов 64, 65, 66, но на их выходах сигналов нет, так как на вторые входы сигналы с выходов элементов 55, 56 и 57 не поступают. С выхода элемента 51 сигнал поступает на первые входы элементов 67, 68 и 69, но на их вторые входы сигналы с выходов элементов 58, 59 и 60 не поступают, поэтому на выходах элементов 67-69 сигналов нет. С выхода элемента 53 сигнал поступает на первые входы элементов 70, 71 и 72, но на их выходах сигналов также нет, поскольку на вторые входы сигналы с выходов элементов 61, 62 и 63 не поступают. Так как на входы элементов 73-75 сигналы не поступают, то на их выходах сигналы также отсутствуют, поэтому защита не срабатывает.
При трехфазном коротком (К3) замыкании на линии 104 (на чертеже не указано) реле 1-9 остаются сработанными. Поэтому на выходах элементов 31-39, 49, 51 и 53 есть сигналы. На выходах элементов 23, 24, 26, 27, 29 и 30 сигналы есть, так как выполняются,
,
,
,
,
,
, а на выходах элементов 22, 25 и 28 их нет. Поэтому элементы 40, 42, 43, 45, 46, 48 не выдают сигналов, а элементы 41, 44, 47 - выдают. Элементы 50, 52 и 54 сигналов не выдают, так как на каждый из них поступил сигнал. На оба входа элементов 55, 58 и 61 сигналы не поступили, следовательно, они запускают элементы 64, 67 и 70, соответственно, на первые входы которых поступили сигналы от элементов 49, 51 и 53, соответственно. Элемент 73 выдает сигнал, и выключатель 85 отключает линию 104. При двухфазном К3 на линии 104, между фазами А и В точка 91, при наличии тока в неповрежденной фазе реле 1-9 остаются сработанными, при отсутствии - сработанными остаются реле 1, 2, 4, 5, 7, 8, а реле 3, 6 и 9 возвращаются в исходные положения. Поэтому элементы 31-36, 49 и 51 выдают сигналы, а элементы 37, 38, 39, 53 - нет. В обоих случаях элементы 22, 25, 28, 29, 30, 40, 42, 43, 45-48, 50, 52, 56, 57, 59-63, 65, 66, 68-72, 74, 75 сигналов не выдают, а элементы 23, 24, 26, 27, 41, 44, 54, 55, 58, 64, 67 и 73 - выдают. Выключатель 85 отключается. При двухфазном К3 в зоне каскадного действия на линии 104, между фазами А и В точка 92, реле 1, 2, 4-9 остаются сработанными, а реле 3 - нет. Элементы 23, 24, 26, 27, 31-36, 41, 44, 49, 51, 55, 58, 64, 67 выдают сигнал, и через элемент 73 выключатель 85 отключается. При однофазном К3 на линии 104 в фазе А точка 93, при наличии токов в неповрежденных фазах, реле 1-9 остаются сработанными, при отсутствии - сработанными остаются реле 1, 4 и 7, а реле 2, 3, 5, 6, 8, 9 возвращаются в исходные положения, поэтому элементы 34-39, 51 и 53 сигналов не выдают, а элементы 31, 32, 33, 49 - выдают. Элементы 23, 24 и 41 выдают сигналы, а элементы 22, 25-30, 40, 42-48 - нет, поэтому элементы 52, 54 и 55 сигналы выдают, а элементы 50, 56-63 - нет. Также не выдают сигналы и элементы 65-72, 74, и 75, а элементы 64 и 73 - выдают. Защита срабатывает, и выключатель 85 отключается. При однофазном К3 на линии 104 в фазе А точка 94 в зоне каскадного действия защиты сработанными остаются реле 1, 4-9, а реле 2 и 3 возвращаются в исходные положения. Элементы 23, 24, 41, 49, 55, 64, 73 выдают сигналы, и выключатель 85 отключается.
При двойных замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью, если одно замыкание произошло, например, в фазе А линии 104, а другое - в фазе С линии, отходящей от питаемой подстанции, точки 95, 96 (фиг.4), то реле 1-9 (фиг.1) остаются сработанными. Элементы 23, 24, 31, 32, 33, 41, 49, 55, 64, 73 выдают сигналы, и выключатель 85 отключается. Если одно замыкание произошло, например, в фазе А линии 104 в зоне каскадного действия защиты, а другое - в фазе С линии, отходящей от питаемой подстанции, точки 97, 96 (фиг.4), то сработанными остаются реле 1, 4-9. Элементы 23, 24, 31, 32, 33, 41, 49, 55, 64, 73 выдают сигналы, и выключатель 85 отключается.
При обрыве фазного провода, например, фазы А на линии 104 (фиг.5), и одностороннем его заземлении (с противоположной стороны), элементы 23-30 сигналов не выдают. Защита не срабатывает.
При отключенном состоянии одной из линий с противоположной стороны, например, линии 104, защита работает на две параллельные линии, и реле 1, 2 и 3 возвращаются в исходные положения. В этом случае, при трехфазном К3 на линии 105 (на чертеже не указано) реле 4-9 остаются сработанными. Элементы 22, 24, 25, 27, 28, 30, 32, 35, 38, 42, 45, 48, 49, 51, 53, 56, 59, 62, 65, 68, 71, 74 выдают сигналы. Поэтому выключатель 86 отключается. При двухфазном К3 на линии 105, между фазами А и В точка 98, при наличии тока в неповрежденных фазах реле 4-9 остаются сработанными, при отсутствии - сработанными остаются реле 4, 5, 7, 8, а реле 6 и 9 возвращаются в исходные положения. В обоих случаях элементы 22, 24, 25, 27, 32, 35, 42, 45, 49, 51, 56, 59, 65, 68 выдают сигналы, и через элемент 74 выключатель 86 отключается. При двухфазном К3 на линии 105, между фазами А и В точка 99, в зоне каскадного действия защиты реле 4, 5, 7, 8, 9 остаются сработанными, а реле 6 возвращается в исходное положение. Элементы 22, 24, 25, 27, 32, 35, 42, 45, 49, 51, 56, 59, 65, 68, 74 выдают сигналы. Выключатель 86 отключается. При однофазном К3 на линии 105 в фазе А точка 100, при наличии токов в неповрежденных фазах, реле 4-9 остаются сработанными, при отсутствии - сработанными остаются реле 4 и 7, а реле 5, 6, 8, 9 возвращаются в исходные положения. В обоих случаях элементы 22, 24, 32, 42, 49, 56, 65, 74 выдают сигналы, и выключатель 86 отключается. При однофазном К3 на линии 105 в фазе А точка 101 в зоне каскадного действия защиты сработанными остаются реле 4, 7, 8 и 9, а реле 5 и 6 возвращаются в исходные положения. Элементы 22, 24, 32, 42, 49, 56, 65, 74 выдают сигналы, и выключатель 86 отключается. При двойных замыканиях на землю в сетях с изолированной нейтралью, если одно замыкание произошло, например, в фазе А линии 105, а другое - в фазе С линии, отходящей от питаемой подстанции, точки 102, 96 (фиг.4), то реле 4-9 (фиг.1) остаются сработанными, элементы 22, 24, 32, 42, 49, 56, 65, 74 выдают сигналы, и выключатель 86 отключается. Если одно замыкание произошло, например, в фазе А линии 105 в зоне каскадного действия защиты, а другое - в фазе С линии, отходящей от питаемой подстанции, точки 103, 96 (фиг.4), то сработанными остаются реле 4, 7, 8, 9. Элементы 22, 24, 32, 42, 49, 56, 65, 74 выдают сигналы, и выключатель 86 отключается.. При обрыве фазного провода, например, фазы А на линии 105 (фиг.6), и одностороннем его заземлении (с противоположной стороны), на выходе элемента 49 сигнала нет. Защита не срабатывает.
При отключенном состоянии двух линии с противоположной стороны, например, линий 104 и 105, реле 1-6 возвращаются в исходные положения, поэтому элементы 49, 51, 53 сигналов не выдают, и защита выводится из действия.
Экономический эффект - уменьшение затрат на ремонт линий электропередач за счет своевременного их отключения при коротких замыканиях.