УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ

Полезная модель относится к области электроэнергетических систем и систем тягового электроснабжения переменного тока, в частности к оборудованию противоаварийной защиты и автоматики и предназначено для использования на параллельных линиях электропередач одинаковой или разной загруженности с одним или двумя источниками питания с поперечным секционированием.
Известно устройство для защиты параллельных линий электропередач, которое установлено на линиях с одинаковой загруженностью односторонним или двухсторонним питанием, поперечным секционированием, предназначено для линий небольшой длины, порядка 10-15 километров (Н.В.Чернобровов «Релейная защита энергетических систем», М.: Энергоатомиздат, 1998 г., С.318). Устройство содержит два идентичных блока датчика тока (блока срабатывания), связанные между собой электрической связью. Каждый блок срабатывания содержит параллельно соединенные между собой два трансформатора тока и токовое реле, соединенное параллельно вторичным обмоткам трансформаторов. Первый трансформатор тока каждого блока срабатывания первичной обмоткой подключен в начале линии со стороны одного источника питания, а второй трансформатор тока первичной обмоткой подключен в конце линии со стороны второго источника питания. Таким образом, трансформаторы тока каждого блока срабатывания подключены по концам защищаемой линии электропередачи одинаковой загруженности, при этом перемычка соединена с параллельными линиями электропередач в точке между первичными обмотками трансформаторов тока. Первичная обмотка первого трансформатора каждого блока срабатывания является входом устройства для защиты, а первичная обмотка второго трансформатора каждого блока
срабатывания - выходом устройства для защиты. Трансформаторы тока имеют одинаковые коэффициенты трансформации.
Таким образом, в каждом блоке срабатывания образовано два контура. Первый контур содержит вторичную обмотку первого трансформатора тока и обмотку токового реле, а второй контур - вторичную обмотку второго трансформатора тока и обмотку того же токового реле.
Принцип действия известного устройства для защиты основан на сравнении значений токов в начале и конце защищаемой линии.
Известное устройство для защиты параллельных линий электропередач одинаковой загруженности работает следующим образом.
В нормальном режиме работы при отключенном выключателе в перемычке по линиям электропередач протекает номинальный рабочий ток от одного источника питания к нагрузке. Второй источник питает нагрузку напрямую. При этом ток в каждом блоке срабатывания протекает по первичным обмоткам первого и второго трансформаторов и попадает в их вторичные обмотки. В первом контуре каждого блока срабатывания ток протекает по вторичной обмотке первого трансформатора тока и обмотке токового реле, во втором контуре - по вторичной обмотке второго трансформатора тока и обмотке токового реле. Вследствие параллельного подключения контуров токи в реле тока направлены встречно друг другу. При этом суммарный ток в нем равен нулю. Реле каждого блока срабатывания продолжает работать с разомкнутыми контактами. Защита не срабатывает и оставляет линии электропередач в работе.
В аварийном режиме при разных схемах включения нагрузки устройство для защиты работает по-разному.
При расположении нагрузки на одной из линий в случае аварийного режима с отключенным выключателем в перемычке ток к нагрузке по линиям электропередач протекает через первичные обмотки трансформаторов тока каждого блока срабатывания. Кроме того, ток замыкания протекает через первичную обмотку второго трансформатора каждого блока срабатывания и
поэтому через нее протекает ток больший, чем через первичную обмотку первого трансформатора на величину тока замыкания. Вследствие этого в первом и втором контурах каждого блока срабатывания протекают токи разные по величине и направленные встречно друг другу. Суммарный ток в токовом реле каждого блока срабатывания отличается от нуля. Реле срабатывает и подает сигнал на отключение защищаемых линий электропередач.
При расположении нагрузки вне линий в случае аварийного режима при отключенном выключателе в перемычке ток к нагрузке протекает по линиям электропередач через первичные обмотки трансформаторов тока каждого блока. При этом к нагрузке поступает ток замыкания, половина которого протекает через первичную обмотку второго трансформатора первого блока срабатывания, а другая половина - через первичную обмотку второго трансформатора второго блока срабатывания. Таким образом, через первичную обмотку второго трансформатора каждого блока срабатывания протекает суммарный ток, состоящий из половины тока замыкания и тока линии электропередач численно равный току, который протекает через обмотку первого трансформатора каждого блока срабатывания. В первом контуре каждого блока срабатывания ток протекает по вторичной обмотке первого трансформатора тока и обмотке токового реле и втором контуре - по вторичной обмотке второго трансформатора тока и обмотке токового реле. Вследствие параллельного подключения контуров токи в реле тока направлены встречно друг другу. При этом суммарный ток в нем каждого блока срабатывания равен нулю. Реле продолжает работать с разомкнутыми контактами, защита не срабатывает и оставляет линии электропередач в работе.
В вынужденном режиме работы, когда линии электропередач преднамеренно соединены перемычкой для подпитки возрастающей нагрузки устройство для защиты работает так же как в случае аварийного режима. Это обусловлено тем, что и замыкание и преднамеренное
соединение параллельно работающих линий электропередач, представляют собой перемычку с одинаковым сопротивлением. Вследствие этого при любом расположении нагрузки, устройство для защиты не распознает преднамеренное соединение между линиями или замыкание и работает, так же как и в аварийном режиме отключая линии электропередач.
Достоинством известного устройства является его селективная работа для линий электропередач с одностороннем и двустороннем питанием в нормальном и аварийном режимах при расположении нагрузки на защищаемом участке линии.
Однако недостатком известного устройства для защиты является ограничение возможности его применения для линий электропередач с односторонним и двусторонним питанием и с любым расположением нагрузки. Это обусловлено тем, что для линий электропередач с односторонним и двусторонним питанием с расположением нагрузки вне линии устройство для защиты не срабатывает. Это вызвано тем, что величина результирующего тока в реле каждого блока срабатывания равна нулю, в силу того, что токи трансформаторов каждого блока срабатывания в первичных обмотках имеют одинаковые значения, а во вторичных - противоположные направления. Защита не отключает линии в аварийном режиме.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты параллельных линии электропередач одинаковой или разной загруженности с односторонним или двухсторонним питанием и поперечным секционированием (Патент на полезную модель 69337 РФ, U1 МПК Н02Н 3/38 «Устройство для защиты параллельных линий электропередач» / Б.Е.Дынькин (РФ), А.С.Барбачков (РФ). Опубл. 10.12.2007. Бюл. - №34). Устройство для защиты параллельных линий электропередач содержит два блока срабатывания связанные между собой электромагнитной связью. Первый блок срабатывания установлен в начале первой параллельной линии А, а второй блок срабатывания установлен в конце второй параллельной
линии В, которая содержит нагрузку. Первый блок срабатывания содержит трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками, токовое реле с обмоткой, контактами и определенной уставкой, а так же генератор тока высокой частоты. Второй блок срабатывания содержит трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками, приемник токов высокой частоты, токовое реле с обмоткой, контактами и определенной уставкой.
Трансформатор тока первого блока срабатывания первичной обмоткой соединен с линией А, а вторичной - последовательно с обмоткой токового реле. Контакты токового реле последовательно соединены с генератором тока высокой частоты, который последовательно соединен с защищаемой линией А. Во втором блоке срабатывания трансформатор тока первичной обмоткой соединен с защищаемой линией В, а вторичной - последовательно с приемником тока высокой частоты, который последовательно соединен с обмоткой токового реле. Контакты токового реле последовательно соединены с выключателем.
Устройство для защиты параллельных линий электропередач, установленное либо в линиях с одинаковой загруженностью либо в линиях с разной загруженностью работает следующим образом.
В нормальном режиме работы при отключенном выключателе в перемычке ток линии А протекает по первичной обмотке трансформатора тока первого блока срабатывания и попадает в его вторичную обмотку и обмотку токового реле. Значение этого тока всегда больше уставки реле, поэтому оно срабатывает и замыкает свои контакты. Далее ток попадает на генератор тока высокой частоты, который вырабатывает ток высокой частоты и передает его в защищаемую линию А. Ток высокой частоты, протекая по линии А, индуцирует ток высокой частоты в линии В. Этот ток протекает по обмоткам трансформатора тока через приемник токов высокой частоты на обмотку токового реле второго блока срабатывания. Индуцированный ток высокой частоты сохраняет контакты токового реле в разомкнутом состоянии из-за
своего малого значения по сравнению с уставкой токового реле. В результате защита не срабатывает и оставляет линии электропередач в работе.
В аварийном режиме при разных схемах включения нагрузки устройство для защиты работает одинаково.
При расположении нагрузки например на одной из линий В в случае аварийного режима с отключенным выключателем в перемычке, ток высокой частоты от генератора тока первого блока срабатывания протекает по линии А через место замыкания на линию В и попадает на обмотки трансформатора тока второго блока срабатывания. Затем ток поступает на приемник тока высокой частоты и протекает по обмотке токового реле. Кроме того, во втором блоке срабатывания по трансформатору тока приемнику тока высокой частоты и по обмотке токового реле протекает индуцированный ток. Результирующие значение тока в реле равно сумме этих токов и всегда больше уставки реле. Токовое реле срабатывает и замыкает свои контакты. Ток протекает на выключатель. Защита срабатывает и отключает только обе защищаемые линии. При этом наличие активно - индуктивной нагрузки в линиях на работу устройства для защиты параллельных линий электропередач влияния не оказывает.
В вынужденном режиме работы, когда линии электропередач преднамеренно соединены перемычкой для подпитки возрастающей нагрузки устройство для защиты работает так же как в случае аварийного режима. Это обусловлено тем, что и замыкание и преднамеренное соединение параллельно работающих линий электропередач, представляют собой перемычку с одинаковым сопротивлением. Вследствие этого при любом расположении нагрузки, устройство для защиты не распознает преднамеренное соединение между линиями или замыкание и работает, так же как и в аварийном режиме отключая линии электропередач.
Достоинством известного устройства является его селективная работа аварийном режиме при одностороннем и двухстороннем питании с разными схемами подключения нагрузки, как с одинаковой загруженностью, так и с
разной загруженностью. Это обусловлено тем, что при замыкании между линиями, ток высокой частоты протекает от генератора тока высокой частоты первого блока срабатывания по высокочастотному каналу к приемнику токов высокой частоты второго блока срабатывания и поступает в обмотку токового реле. Токовое реле срабатывает, вызывая отключение защищаемых линий. При этом наличие активно - индуктивной нагрузки в линиях на работу устройства для защиты параллельных линий электропередач влияния не оказывает.
Однако недостатком известного устройства для защиты является ограничение возможности его применения для линий электропередач с односторонним и двусторонним питанием и поперечным секционированием. Это обусловлено протеканием токов высокой частоты от генератора тока первого блока срабатывания по включенной перемычке к приемнику токов высокой частоты второго блока срабатывания и попаданием тока в обмотку токового реле с последующим отключением нормально работающих линий. Устройство для защиты в вынужденном режиме работает так же, как и в аварийном режиме, что не позволяет отделить вынужденный режим от аварийного.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в разработке устройства для защиты параллельных линий электропередач, позволяющее распознавать вынужденные и аварийные режимы работы линий и осуществлять селективное отключение защищаемых параллельных линий с разными схемами подключения нагрузки, как с одинаковой загруженностью, так и с разной загруженностью при одностороннем и двухстороннем питании с поперечным секционированием за счет исключения действия токов высокой частоты в устройстве для защиты.
Для решения поставленной задачи в устройстве для защиты параллельных линий электропередач, содержащем два блока срабатывания, связанные между собой электромагнитной связью, при этом первый блок срабатывания, представляющий собой трансформатор тока, вторичная
обмотка которого последовательно соединена с токовым реле, подключенным к генератору тока высокой частоты, и связанный с началом одной параллельной линии первичной обмоткой трансформатора тока и генератором токов высокой частоты, а второй блок срабатывания, представляющий собой трансформатор тока, вторичная обмотка которого последовательно соединена с приемником тока высокой частоты, подключенным к токовому реле, и связанный с концом другой параллельной линии первичной обмоткой трансформатора тока, а токовым реле - с выключателем этой линии, в устройстве второй блок срабатывания дополнительно снабжен высокочастотным заградителем, вход которого последовательно соединен с линией электропередач, а выход - с первичной обмоткой трансформатора тока второго блока.
Заявляемое решение характеризуется новой совокупностью существенных признаков благодаря введению во второй блок срабатывания высокочастотного заградителя, что свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «новизна». Благодаря введению во второй блок срабатывания высокочастотного заградителя в устройстве для защиты параллельных линий электропередач исключается действие тока высокой частоты в случае преднамеренного соединения параллельно работающих линий, что позволяет параллельным линиям электропередач с поперечным секционированием в случае возрастания нагрузки работать без отключения.
На фигуре представлена схема устройства для защиты параллельных линий электропередач разной загруженности с двухсторонним питанием с поперечным секционированием.
Устройство для защиты параллельных линий электропередач содержит два блока срабатывания 1, 2 связанные между собой электромагнитной связью. Блок срабатывания 1 установлен в начале первой параллельной линии А, а блок срабатывания 2 установлен в конце второй параллельной линии В, которая содержит нагрузку 3. Блок срабатывания 1 содержит
трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками 4, токовое реле 5 с обмоткой 6, контактами 7 и определенной уставкой, а так же генератор тока высокой частоты 8. Блок срабатывания 2 содержит трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками 9, приемник токов высокой частоты 10, токовое реле 11 с обмоткой 12, контактами 13, высокочастотный заградитель 14. Реле 11 имеет определенную уставку, высокочастотный заградитель 14 представляет собой резонансный контур, настроенный на одну частоту с током высокой частоты, и параллельно соединенные индуктивность 15 и емкость 16. Сторона заградителя 14, в которую втекает ток высокой частоты, является его входом, а с которой вытекает - его выходом.
Трансформатор тока 4 блока срабатывания 1 первичной обмоткой соединен с линией А, а вторичной - последовательно с обмоткой токового реле 6. Контакты 7 токового реле 5 последовательно соединены с генератором тока высокой частоты 8, который последовательно соединен с линией А. Трансформатор тока 9 блока срабатывания 2 первичной обмоткой соединен с линией В и последовательно с высокочастотным заградителем 14. Вторичная обмотка трансформатора последовательно соединена с приемником тока высокой частоты 10, который последовательно соединен с обмоткой 12 токового реле 11. Контакты токового реле 13 последовательно соединены с выключателем 18.
Устройство для защиты параллельных линий электропередач, установленное либо в линиях с одинаковой загруженностью либо в линиях с разной загруженностью с поперечным секционированием работает следующим образом.
В нормальном режиме работы при отключенном выключателе в перемычке замыкание между линиями отсутствует. Ток линии А протекает по первичной обмотке трансформатора тока 4 блока срабатывания 1 и попадает в его вторичную обмотку и обмотку 6 токового реле 5. Значение этого тока всегда больше уставки реле, поэтому оно срабатывает и замыкает свои
контакты 7. Далее ток попадает на генератор тока высокой частоты 8, который вырабатывает ток высокой частоты и передает его в защищаемую линию А. Ток высокой частоты, протекая по линии А, индуцирует ток высокой частоты в линии В. Этот ток протекает по обмоткам трансформатора тока 9 через приемник тока высокой частоты 10 на обмотку 12 токового реле 11 блока срабатывания 2. Индуцированный ток высокой частоты сохраняет контакты 13 токового реле 11 в разомкнутом состоянии из-за своего малого значения по сравнению с уставкой токового реле 11. Индуцированный ток высокой частоты так же протекает по резонансному контуру высокочастотного заградителя 14, делиться на две равных составляющих, которые протекают по индуктивности 15 и емкости 16. Одна составляющая тока, протекающая по индуктивности 15 образует магнитное поле, а другая протекающая по емкости 16 - электрическое поле, при этом токи в этих полях имеют противоположные направления. Таким образом, суммарный ток, протекающий в резонансном контуре высокочастотного заградителя 14 равен нулю. После высокочастотного заградителя 14 ток высокой частоты в линии отсутствует и не оказывает влияние на другие устройства линий. В результате обе линии электропередач продолжают работать в нормальном режиме без отключения.
В аварийном режиме при разных схемах включения нагрузки устройство для защиты работает одинаково.
В аварийном режиме работы с отключенным выключателем в перемычке, например при замыкании между защищаемыми линиями А и В, ток высокой частоты от генератора тока 8 блока срабатывания 1 протекает по линии А через место замыкания на линию В и попадает в блок срабатывания 2.
В этом блоке ток высокой частоты из линии А протекает по обмотке трансформатора тока 9 и по резонансному контуру высокочастотного заградителя 14. Высокочастотный заградитель 14 работает в аварийном режиме так же, как и в нормальном, суммарный ток, протекающий по индуктивности 15 и емкости 16 равен нулю, и поэтому ток высокой частоты
в линии отсутствует, и не оказывает влияния на другие устройства линий. Ток высокой частоты протекает по обмоткам трансформатора тока 9 и поступает на приемник тока высокой частоты 10 и обмотку 12 токового реле 11. Кроме того, в блоке срабатывания 2 по трансформатору тока 9 приемнику тока высокой частоты 10 и по обмотке 12 токового реле 11 протекает индуцированный ток. Результирующие значение тока в реле 11 равно сумме этих токов и всегда больше уставки реле 11. Токовое реле 11 срабатывает и замыкает свои контакты 13. Ток протекает на выключатель 18. Защита срабатывает и отключает обе защищаемые линии. Таким образом, устройство для защиты селективно работает в аварийном режиме.
В вынужденном режиме работы линии электропередач преднамеренно соединены перемычкой для подпитки возрастающей нагрузки. Ток высокой частоты от блока срабатывания 1 протекает по линии А и через перемычку 17 протекает на линию В в блок срабатывания 2. Ток высокой частоты попадает в высокочастотный заградитель 14, и протекая по индуктивности 15 и емкости 16 резонансного контура делится на две равных составляющих. Одна составляющая тока, протекающая по индуктивности 15 образует магнитное поле, а другая протекающая по емкости 16 - электрическое поле, при этом токи в этих полях имеют противоположные направления. Таким образом, суммарный ток, протекающий в резонансном контуре высокочастотного заградителя 14 равен нулю. После высокочастотного заградителя 14 ток высокой частоты со стороны перемычки 17 в обмотках трансформатора тока 9 и токового реле 11 отсутствует, а значение индуцированного тока высокой частоты от линии А, протекающего по линии В в блок срабатывания 2, мало по сравнению с уставкой токового реле 11, поэтому защита не срабатывает, оставляя преднамеренно соединенные перемычкой линии в работе без отключения. Таким образом, устройство для защиты селективно работает в вынужденном режиме.
Лабораторные испытания заявляемого устройства для защиты, проходившие на высоковольтном стенде АИД-70 с испытательным
напряжением 27,5 кВ, показали, что оно селективно работает на параллельных линиях электропередач с поперечным секционированием (А-150) с напряжением и током во вторичной цепи 100 вольт и 5 ампер соответственно при активно - индуктивной нагрузке в защищаемой линии.