СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ И НАСТРОЙКИ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИИ
METHOD OF ARRANGEMENT AND ADJUSTMENT OF HIGH FREQUENCY DIRECTIONAL RELAY LINE PROTECTION

Изобретение относится к релейной защите и может быть использовано для построения релейной защиты линий электрических сетей.
Известен способ построения и настройки дифференциально-фазной релейной защиты линии, выбранный в качестве прототипа, например линий 110-330 кВ [1. Шкаф дифференциально-фазной защиты линий типа ШЭ2607 081: Руководство по эксплуатации // Фирма ЭКРА 656453.029 РЭ, 2008. - 102 л.].
Известный способ состоит в том, что сравнивают направления вторичных токов по концам линии относительно шин подстанций на этих концах путем фиксации существенно несовпадающих по углу практически противоположных положительных полупериодов промышленного тока при внешних коротких замыканиях (КЗ), для чего модулируют высокочастотный (ВЧ) сигнал генераторов несущей частоты на концах линии указанными положительными полупериодами промышленного тока и передают по силовым проводам линии на все ее противоположные концы, благодаря чему обеспечивают наличие высокой несущей частоты в течение как положительных, так и отрицательных полупериодов токов на всех концах линии, а при КЗ на линии вследствие совпадения положительных полупериодов промышленного тока противоположных концов с положительным полупериодом каждого конца линии или отсутствия токов КЗ от противоположных концов появляются паузы высокочастотного сигнала, которые являются признаками внутреннего КЗ на линии.
Недостатком существующего способа является необходимость сравнения вторичных токов, содержащих погрешности трансформаторов тока, которые являются нерегулярными и могут быть большими в переходных процессах. Другим недостатком этого способа является использование дорогостоящего высоковольтного оборудования измерительных трансформаторов, чтобы обеспечить работу контролирующей аппаратуры на безопасном потенциале, близком к потенциалу земли, а также силового и высоковольтного оборудования заградителей, конденсаторов связи и фильтров присоединения, специализированных панелей с источниками сигналов высокой несущей частоты.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение операций масштабирования, измерения и преобразования сигналов о силовых токах линии, также формирования и передачи высокочастотных сигналов информационного обмена между комплектами на концах защищаемой линии путем выполнения данных операций непосредственно на высоковольтном потенциале каждого защищаемого провода фазы линии.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемом способе, так же как и в прототипе, передают высокочастотную несущую по проводам линии и используют для определения места КЗ на линии или вне ее дифференциально-фазный принцип модуляции указанной несущей положительными относительно схемы подключения аппаратуры на концах линии полупериодами силовых токов промышленной частоты.
Согласно изобретению на каждом конце защищаемой линии одновременно измеряют падение напряжения от протекания тока на промежутке силового высоковольтного провода фазы линии от каждого ее конца вглубь линии, и запускают генераторы заданной для защищаемой линии высокой несущей частоты для работы в течение каждого положительного полупериода промышленного тока относительно концов линии, и передают на противоположные концы поврежденного силового высоковольтного провода фазы линии, подключают параллельно этому проводу на каждом конце линии первичную обмотку трансформатора блока питания, а его вторичные обмотки используют для формирования электрически развязанных выходов постоянного тока, на каждом конце линии измеряют ток силового высоковольтного провода фазы с помощью или шунта, или байпаса, на потенциале высоковольтного провода фазы каждого конца линии контролируют превышение величиной этого тока заданной уставки, из полученного таким путем тока выделяют высокочастотный сигнал, отфильтровывают высокочастотную несущую, получая прямоугольные импульсы в течение полупериодов промышленной частоты, развязывают полученные импульсы и логический сигнал превышения величиной тока линии заданной уставки от высокого потенциала силового провода путем электронно-оптического преобразования, передачи оптического сигнала по оптоволоконной линии и обратного оптоэлектронного преобразования, полученные при этом прямоугольные импульсы в течение полупериодов промышленной частоты и логический сигнал на безопасном потенциале у земли используют в виде паузы между прямоугольными импульсами, не меньшей заданной величины периода промышленной частоты, для определения повреждения линии, логический сигнал паузы, превышающей заданную величину, логически умножают на сигнал превышения величиной тока линии заданной уставки, а результат используют для отключения выключателей линии данного конца.
Предлагаемый способ позволяет беспрепятственно использовать как наиболее отстроенный от помех дифференциально-фазный принцип (нереагирование на режимы качаний и неполнофазные режимы). Благодаря организации обмена информацией между комплектами защиты на концах линии по полному току провода каждой фазы устраняются аппаратурно-фильтровые погрешности, свойственные существующим высокочастотным фильтровым дифференциально-фазным защитам. Вследствие того что отработку операций предложенного способа осуществляют на потенциале высоковольтного силового провода фазы, фактически с первичными электрическими величинами, не требуется трансформация последних во вторичные величины и, следовательно, исключаются трансформаторы тока, а значит и их погрешности. Реализация генерации несущей частоты на потенциале высоковольтного силового провода фазы позволяет изменить и упростить традиционный способ передачи высокочастотного несущего сигнала по высоковольтным проводам. Вместо использования панелей с управляемыми источниками и приемниками сигналов высокой несущей частоты и другими приборами на потенциале земли, организации канала передачи с помощью высоковольтного оборудования (заградителей, емкостных делителей напряжения), фильтров присоединения на каждом конце линии, обеспечено непосредственно глухое соединение выводов генераторов высокой несущей частоты, находящихся на высоковольтном потенциале провода фазы на концах линии. Высокочастотный несущий сигнал заданной частоты благодаря этому свободно распространяется по проводу фазы всей сети, в том числе по проводу этой же фазы защищаемой линии, и величина его на каждом противоположном конце будет определяться параметрами линии до этого конца и сети, примыкающей к данному концу. Выявление тока этого сигнала осуществляется на высоковольтном проводе фазы каждого конца линии с помощью шунта или байпаса и частотно-фильтровой обработки на высоковольтном потенциале провода относительно заданной высокой несущей частоты. Изоляционная развязка обработанного сигнала от потенциала высоковольтного провода реализуется с помощью электронно-оптического преобразования, оптоволоконного канала (жилы или линии) и оптоэлектронного преобразования. Причем не каждого значения измеряемых токов, а после их обработки на высоковольтном потенциале без погрешностей трансформаторов тока и аппаратно-фильтровой погрешности и получения логического сигнала, который практически не восприимчив к погрешностям.
На фиг.1 представлена схема комплекта релейной защиты фазы линии на одном из ее концов по заявленному способу. На фиг.2 приведены кривые измеряемых и преобразуемых сигналов: а) при внешних КЗ относительно концов защищаемой двухконцевой линии и б) при внутреннем КЗ на этой линии.
На проводе фазы концевого участка 1 линии, соединяющего сборные шины 2 и выключатель 3, размещен комплект аппаратуры релейной защиты. Комплект содержит орган генерации несущей частоты и ее манипуляции 4 (ОГМ) положительным полупериодом промышленной частоты, байпас 5, датчика тока 6 (ДТ) несущей и промышленной частоты на высоковольтном потенциале, блок преобразователей 7 (НП) на потенциале земли, блок питания 8 (БП) на высоковольтном потенциале, аккумуляторную батарею 9 (АБ)), оптоволоконные линии 10 и 11. Орган генерации несущей частоты и ее манипуляции 4 (ОГМ) содержит двуханодный стабилитрон 12, операционный усилитель-компаратор 13 и генератор несущей частоты 14 (ГНЧ). Датчик тока 6 (ДТ) содержит непрерывный измерительный орган высокочастотного модулированного тока 15 (ИОВМ), релейный измерительный орган промышленного тока 16 (ИОПТ), фильтр выделения высокой несущей частоты 17 (ФВВЧ) из импульсов положительного полупериода промышленной частоты, фильтр режекции высокой несущей частоты 18 (ФРВЧ) и электронно-оптические преобразователи 19 (ЭОП1) и 20 (ЭОП2). Блок преобразователей 7 (НП) содержит оптоэлектронные преобразователи 21 (ОЭП1) и 22 (ОЭП2), блок сравнения времени совпадения с заданным 23 (СВСЗ), элемент заданного времени 24 (ЭЗВ), релейный элемент 25 (РЭ), двухвходовую комбинационную схемы 26 (И). Блок питания 8 (БП) включает первичную обмотку 27, сердечник 28, вторичные обмотки 29 и 30 трансформатора соответственно с включенными на их выходы электронные схемы выпрямления, сглаживания и стабилизации постоянного напряжения 31 (БПВ1) и 32 (БПВ2), в состав которых входят также аккумуляторы и реле обратного тока.
Входы органа генерации несущей частоты и ее манипуляции 4 (ОГМ), являющиеся одновременно неинвертирующим и инвертирующим входами операционного усилителя-компаратора 13, подключены через шунтирующий эти входы двуханодный стабилитрон 12 к концевому промежутку концевого участка 1 высоковольтного провода фазы линии между шиной 2 и точкой высоковольтного провода на заданную величину промежутка вглубь линии. Выход операционного усилителя-компаратора 13 через генератор несущей частоты 14 (ГНЧ) соединен непосредственно с шиной 2, от которой отходит концевой участок 1 высоковольтного провода фазы линии.
Параллельно другому концевому промежутку концевого участка 1 высоковольтного провода фазы линии между шиной 2 и точкой высоковольтного провода на другую заданную величину промежутка вглубь линии подключен байпас 5. В рассечку последнего включены непрерывный измерительный орган высокочастотного модулированного тока 15 (ИОВМ) и релейный измерительный орган промышленного тока 16 (ИОПТ), выходы которых соответственно через фильтр выделения высокой несущей частоты 17 (ФВВЧ), фильтр режекции высокой несущей частоты 18 (ФРВЧ), электронно-оптический преобразователь 19 (ЭОП1), оптоволоконную линию 10 и через электронно-оптический преобразователь 20 (ЭОП2), оптоволоконную линию 11, соединены с входами оптоэлектронных преобразователей 21 (ОЭП1) и 22 (ОЭП2). Выход оптоэлектронного преобразователя 21 (ОЭП1) соединен с одним из входов блока сравнения времени совпадения с заданным 23 (СВСЗ), другой вход которого соединен с выходом элемента заданного времени 24 (ЭЗВ), а выход через релейный элемент 25 (РЭ) - с одним из входов двухвходовой комбинационной схемы 26 (И), другой вход которой соединен с выходом оптоэлектронного преобразователя 22 (ОЭП2). Выход двухвходовой комбинационной схемы 26 (И) соединен с выключателем 3.
Параллельно третьему концевому промежутку концевого участка 1 высоковольтного провода фазы линии между шиной 2 и точкой высоковольтного провода на третью заданную величину промежутка вглубь линии подключена первичная обмотка 27 блока питания 8 (БП). Выходы электронных схем выпрямления, сглаживания и стабилизации постоянного напряжения 31 (БПВ1) и 32 (БПВ2) блока питания 8 (БП) подключены для электропитания приборов соответственно датчика тока 6 (ДТ) и органа генерации несущей частоты и ее манипуляции 4 (ОГМ). Выход аккумуляторной батареи 9 (АБ) подключен для электропитания приборов блока преобразователей 7 (НП).
Приборы органа генерации несущей частоты и ее манипуляции 4 (ОГМ), датчика тока 6 (ДТ) и блока питания 8 (БП) находятся под высоковольтным потенциалом защищаемого провода концевого участка 1 фазы линии. Электрические цепи компонентов этих блоков имеют незначительную изоляцию относительно высоковольтного провода. Приборы блока преобразователей 7 (НП), выключатель 3 и аккумуляторная батарея 9 (АБ) функционируют на низковольтном потенциале у земли.
Реализация электронной части органа генерации несущей частоты и ее манипуляции 4 (ОГМ), датчика тока 6 (ДТ), блока преобразователей 7 (НП) и их составляющих: двуханодного стабилитрона 12, усилителя-компаратора 13, генератора несущей частоты 14 (ГНЧ), непрерывного измерительного органа высокочастотного модулированного тока 15 (ИОВМ), релейного измерительного органа промышленного тока 16 (ИОПТ), фильтра выделения высокой несущей частоты 17 (ФВВЧ), фильтра режекции высокой несущей частоты 18 (ФРВЧ), электронно-оптических преобразователей 19 (ЭОП1) и 20 (ЭОП2), оптоэлектронных преобразователей 21 (ОЭП1) и 22 (ОЭП2), блока сравнения времени совпадения с заданным 23 (СВСЗ), элемента заданного времени 24 (ЭЗВ), релейный элемента 25 (РЭ), двухвходовой комбинационной схемы 26 (И), электронных схем выпрямления, сглаживания и стабилизации постоянного напряжения 31 (БПВ1) и 32 (БПВ2) может быть осуществлена, например, на основе аналоговых компонентов Analog Device и на базе логических электронных элементов серии КР-1554 или ATMEL. Для построения электронно-оптического и обратного оптоэлектронного преобразований могут быть использованы электрические цепи соответственно со светодиодами и фотодиодами. Передача оптического сигнала от светодиодов к фотодиодам осуществляется по защищенным от оптических помех оптоволоконным жилам.
1
2
17
18
На фиг.2 скомпонованы на одной оси времени мгновенные падения напряжения на концевых промежутках концевых участков 1 защищаемого высоковольтного провода фазы двухконцевой линии 220 кВ от протекания токов по обоим концевым участкам 1 защищаемого высоковольтного провода фазы линии: сплошные синусоиды u на одном конце и пунктирные синусоиды u на другом конце при однополярном подключении и измерении относительно шин (концов) защищаемой линии: а) при внешнем и б) при внутреннем КЗ. Также представлен освобожденный от промышленной частоты сигнал u (фиг.2) высокой несущей частоты на выходе фильтра выделения высокой несущей частоты из импульсов положительного полупериода промышленной частоты 17 (ФВВЧ) на одном из концевых участков 1 защищаемого высоковольтного провода фазы линии (фиг.1). В составе этого сигнала сплошные синусоиды большой амплитуды являются высокочастотными колебаниями генератора несущей частоты на одном конце линии, а синусоиды из точек меньшей амплитуды колебаниями генератора несущей частоты - на противоположном конце линии, ослабленной затуханием при передаче по защищаемому проводу. Наконец, показан сигнал u огибающей высокочастотной несущей на выходе фильтра режекции высокой частоты 18 (ФРВЧ) (большая величина сигнала соответствует синусоидам несущей с большой амплитудой, т.е. генерируемой в комплекте на одном конце, а меньшая - генерируемой в комплекте на противоположном конце и переданной с затуханием на первый конец).
17
18
Сигналы u и u, (фиг.2), представленные соответственно а) для внешнего КЗ и б) внутреннего КЗ защищаемой линии, существуют в течение положительного полупериода своего (сплошные линии) и противоположного (линии из точек) концов, определяемого направлением тока относительно каждого конца. При внутреннем КЗ на всех концах линии положительные полупериоды существуют в одно и то же время, т.е. совпадают, а при внешних КЗ они сдвинуты приблизительно на 180°. Неточности совпадения обусловлены передачей высокочастотного сигнала в течение положительного периода с противоположной стороны и погрешностями, возникающими при этом. Также передача высокочастотного сигнала противоположной стороны при внутреннем КЗ осуществляется через место КЗ, обусловливающее более существенное затухание.
1
2
17
18
1
2
1
17
18
18
В режимах сквозного тока рабочих состояний или при внешних КЗ (кривые а) фиг.2) первичные токи промышленной частоты одного и того физического направления проходят через однородные по материалу и одинаковые по длине промежутки обоих концов поврежденного провода и поэтому дают практически одинаковые падения напряжения u, u. Некоторые отличия падений напряжений на концевых промежутках обусловлены поперечными параметрами силового высоковольтного провода линии и конечной скоростью передачи электромагнитных сигналов по проводам. Поэтому видно отличие от 180° сдвига положительных синусоид промышленной частоты, высокочастотного сигнала u и огибающей u в положительные полупериоды разных концов. Данную картину обеспечивают органы генерации несущей частоты и ее модуляции 4 (ОГМ) на концевых промежутках поврежденного провода фазы каждого конца линии (фиг.1). В органах генерации несущей частоты и ее манипуляции 4 (ОГМ) каждого конца линии на входы операционного усилителя 13, работающего в режиме компаратора, подаются падения напряжения с концевых промежутков провода. Благодаря показанному подключению неинвертирующего и инвертирущего входов усилителя-компаратора 13 относительно сборных шин на всех концах защищаемого высоковольтного провода однозначно выделяются положительные полупериоды падений напряжений при направлении токов в проводах фаз от шин вглубь линии. Положительные и отрицательные полупериоды синусоидальных падений напряжений промышленной частоты на концевых промежутках поврежденного провода фазы противоположных концов линии при сквозном токе наглядно представлены кривыми а) фиг.2. Они подаются на входы операционных усилителей 13 через двуханодные стабилитроны 12 на каждом конце линии, которые обеспечивают ограничение их амплитуд. Усилитель-компаратор 13 на каждом конце линии настроен так, что в положительные полупериоды падения напряжения на одном конце u (сплошные синусоиды) и на противоположном конце u (пунктир) на выходе усилителей-компараторов 13 возникают логический сигнал единицы, а в отрицательный - нулевой логический сигнал. Таким образом, сигналы логической единицы в свой положительный полупериод силового тока по защищаемому проводу на каждом конце линии активизируют работу генераторов несущей частоты 14 (ГНЧ), а в отрицательный полупериод последние не работают. Такой режим работы генераторов несущей частоты 14 (ГНЧ) в отрицательные и положительный полупериоды тока промышленной частоты можно рассматривать как режим модуляции, а модулятором при этом является усилитель-компаратор 13. Благодаря включению в положительный полупериод генераторов несущей частоты 14 (ГНЧ) эти генераторы выдают сигналы высокочастотной несущей на защищаемый высоковольтный провод, которые распространяются по сети, в том числе по байпасу 5 на каждом конце линии. Поэтому в байпасе защищаемого провода фазы каждого конца линии кроме тока своего генератора протекает также ток от генератора противоположного конца, переданный по высоковольтному проводу в течение своего положительного полупериода. На каждом конце положительный полупериод зависит от направления тока. При рассматриваемом внешнем КЗ направление тока промышленной частоты на противоположном конце провода является противоположным. Поэтому положительный полупериод этой частоты будет сдвинут почти на 180°. Таким образом, ток, например, в промежутке одного конца и пропорциональный ему в байпасе 5 этого конца кроме синусоидальной составляющей промышленной частоты, которая обеспечивает падение напряжения u (сплошные кривые), содержит также высокочастотную составляющую генератора несущей частоты 14 (ГНЧ) своего конца (сплошная большая высокочастотная синусоида) и высокочастотную составляющую противоположного конца (меньшая высокочастотная синусоида (кривая из точек), обусловленная затуханием при передаче с противоположного конца). Смесь этих токов в байпасе 5 проходит через непрерывный измерительный орган высокочастотного модулированного тока 15 (ИОВМ) и релейный измерительный орган промышленного тока 16 (ИОПТ), включенные в рассечку байпаса 5. Данные измерительные органы преобразуют названную смесь токов в напряжение. Подавляющей составляющей при этом являются синусоиды промышленной частоты, на значения которых наложены высокочастотные составляющие несущей своего и противоположного концов. Выход непрерывного измерительного органа высокочастотного модулированного тока 15 (ИОВМ) благодаря фильтру выделения высокой несущей частоты 17 (ФВВЧ) освобождается от промышленной частоты, и на выходе последнего имеет место высокочастотный сигнал u. Данный сигнал проходит через фильтр режекции несущей частоты 18 (ФРВЧ), на выходе которого формируется огибающая высокочастотного сигнала u (в виде сигналов постоянного тока) в течение положительных полупериодов промышленной частоты со своего конца линии (большая сплошная величина) и противоположного конца (меньшая величина из точек). В полученном сигнале постоянного тока возникает небольшая пауза, обусловленная погрешностями при передаче высокочастотной несущей с противоположного конца. При отсутствии погрешностей паузы не должно быть. Электронный сигнал u с выхода фильтра режекции несущей частоты 18 (ФРВЧ) поступает на электронно-оптический преобразователем 19 (ЭОП1), на выходе которого преобразуется в излучение. Через оптоволоконную линию 10 излучение с высоковольтного потенциала передается на оптоэлектронный преобразователь 21 (ОЭП1), находящийся на потенциале земли. На выходе преобразователя 21 (ОЭП1) лучистый сигнал преобразуется снова в электронный сигнал. Время паузы последнего сравнивается с заданным временем 3-4 мс, составляющим несколько меньшее четверти периода промышленного тока и вырабатываемым элементом заданного времени 24 (ЭЗВ). Время 3-4 мс вполне перекрывает возможные фазовременные погрешности при передаче модулированного положительными полупериодами промышленной частоты высокочастотного сигнала с противоположного конца линии при внешнем КЗ. Поэтому при заданном времени 3-4 мс сигнал на выходе блока сравнения времени совпадения с заданным 23 (СВНЗ) не позволит сработать релейному элементу 25 (РЭ) и на его выходе будет сигнал логического нуля.
Релейный измерительный орган промышленного тока 16 (ИОПТ) срабатывает и вырабатывает логический сигнал единицы при превышении током байпаса заданной величины, которая в свою очередь больше максимального значения параметра реагирования рабочих режимов в 2,5 раза, как это предписывается руководящими указаниями релейной защиты для отключающих или пусковых релейных измерительных органов промышленных российских релейных комплексов с высокочастотным обменом информацией между комплектами аппаратуры на концах линии.
Логический сигнал с выхода релейного измерительного органа промышленного тока 16 (ИОПТ) на высоковольтном потенциале поступает на электронно-оптический преобразователь 20 (ЭОП2), в котором преобразуется в излучение, передаваемое по оптоволоконной линии 11 на оптоэлектронный преобразователь 22 (ОЭП2), который функционирует на потенциале у земли. На выходе оптоэлектронного преобразователя 22 (ОЭШ) формируется логический сигнал нуль или единица, повторяющая логический сигнал на выходе релейного измерительного органа промышленного тока 16 (ИОПТ).
Таким образом, при рассматриваемом сквозном токе: в рабочих режимах линии непрерывные измерительные органы высокочастотного модулированного тока 15 (ИОВМ) по цепи 17 (ФВВЧ), 18 (ФРВЧ), 19 (ЭОП1), 21 (ОЭП1), 23 (СВНЗ), 25 (РЭ), а релейные измерительные органы промышленного тока 16 (ИОПЧ) по цепи 20 (ЭОП2), 22 (ОЭП2) выдают на входы логического элемента И или комбинационной схемы 26 (И) нулевые логические сигналы и на выходе этой схемы имеет место также нулевой логический сигнал. При внешнем КЗ первая цепь по-прежнему выдает на вход комбинационной схемы 26 (И) нулевой сигнал, а вторая, как правило, выдает логическую единицу, т.к. при КЗ релейный измерительный орган промышленного тока 16 (ИОПТ) срабатывает. Однако на выходе комбинационной схемы 26 (И) будет по-прежнему нулевой сигнал, т.к. на один из входов этой схемы по цепи 15 (ИОВМ) 17 (ФВВЧ), 18 (ФРВЧ), 19 (ЭОП1), 21 (ОЭП1), 23 (СВНЗ), 25 (РЭ) приходит нулевой логический сигнал. Поэтому не будет никакого воздействия на выключатель 3.
При внутреннем КЗ на защищаемом проводе фазы линии первичные токи промышленной частоты на каждом конце линии (защищаемого провода фазы линии) проходят в одном и том же направлении к месту КЗ на линии относительно сборных шин каждого конца. Благодаря этому положительные полупериоды промышленных токов и падений напряжений на промежутках всех концов одного и того высоковольтного провода практически совпадают в токах и падениях напряжения. Отличие обусловлено разными расстояниями от концов линии до места КЗ, также отличиями сопротивлений от концов линии до источников промышленной частоты, посылающих токи КЗ через данные концы. Данные различия невелики, поэтому совпадения положительных полупериодов токов и падений напряжений на разных концах будут близкими. Кривые б) фиг.2 показывают, что бестоковая пауза увеличивается и при отсутствии погрешностей могла бы достигнуть полупериода промышленной частоты. Следовательно, пауза по цепи 15 (ИОВМ), 17 (ФВВЧ), 18 (ФРВЧ), 19 (ЭОП1), 10, 21 (ОЭШ), 23 (СВНЗ) увеличится и превысит заданное время на выходе 24 (ЭЗВ). На выходе блока сравнения времени совпадения с заданным 23 (СВНЗ) возникнет положительный сигнал, который при воздействии на релейный элемент 25 (РЭ) обеспечит логический сигнал, подаваемый на один из входов комбинационной схемы 26 (И). При внутреннем КЗ на линии благодаря большому току промышленной частоты по байпасу 5 на каждом конце линии произойдет срабатывание релейного измерительного органа промышленного тока 16 (ИОПТ) и логический сигнал единицы по цепи 16 (ИОПТ), 20 (ЭОП2), 11, 22 (ОЭП2) будет подан на другой вход комбинационной схемы 26 (И). Благодаря совместной подаче логических сигналов единицы на оба входа комбинационной схемы 26 (И) на выходе этой схемы возникнет также сигнал логической единицы, который, воздействуя на привод выключателя 3, обеспечит его отключение.
Электропитание активных элементов органа генерации несущей частоты и ее манипуляции 4 (ОГМ) и датчика тока 6 (ДТ), находящихся на высоковольтном потенциале защищаемого высоковольтного провода, осуществлено от блока питания 8 (БП), функционирующего также на высоковольтном потенциале, т.е. потенциалы взаимодействующих компонентов устройства, реализующего заявленный способ, согласованы, что обеспечивает правильность и безопасность работы. Активные компоненты обобщенного блока преобразователей 7 (НП), находящиеся на потенциале земли, питаются от аккумуляторной батареи 9 (АБ), работающей на этом же потенциале.
Падения напряжения на концевых промежутках концевых участков 1 высоковольтного защищаемого провода фазы линии определяются сопротивлениями этих промежутков и силовыми токами, протекающими по ним. Сопротивления проводов зависят от видов КЗ и увеличиваются при КЗ на землю. Расщепление проводов в фазе также повышает сопротивление каждого провода. Увеличение падений напряжений на концевых промежутках проводов благодаря стабилитрону 12 никаких помех в работе датчиков тока 6 (ДТ) на разных концах линии не вызывает. Поэтому при настройке целесообразно ориентироваться на наименьшее сопротивление прямой последовательности при симметричных и других свободных от нулевой последовательности видах КЗ. При этом длину концевых промежутков для падений напряжений на концах участка 1 высоковольтного защищаемого провода фазы линии следует принимать в пределах конструкторской целесообразности, например одного метра.
Затухание передачи сигнала несущей частоты при внешних КЗ следует учитывать при исправном состоянии высоковольтного защищаемого провода, т.к. передача высокочастотной несущей, модулированной положительными полупериодами падений напряжений промышленной частоты на противоположные концы линии, осуществляется через концы неповрежденного провода фазы линию. При внутреннем КЗ на линии передача несущей частоты с противоположных концов осуществляется через место КЗ. Поэтому затухание существенно увеличивается. Однако с точки зрения правильной работы защиты это обстоятельство является благоприятным, т.к. уменьшение амплитуды высокочастотного сигнала несущей частоты на противоположных концах линии вследствие затухания при передаче через КЗ снижает временную погрешность бестоковой паузы, приближая паузу к максимальному значению полупериода промышленной частоты при внутреннем КЗ.
Благодаря представленному техническому решению по выявлению ВЧ сигнала через преобразование тока байпаса на высоковольтном потенциале каждого провода линии исключаются заградители, конденсаторы связи и фильтры присоединения традиционной организации ВЧ канала по проводам линии. Логика действия и недействия защиты по предлагаемому способу после существенного превышения силовым током промышленной частоты максимального рабочего тока линии становится более четкой и однозначной. Это обусловлено тем, что углы синусоидальных составляющих первичных токов и падений напряжений на концевых промежутках высоковольтного защищаемого провода фазы линии как при внешних, так и внутренних КЗ относительно вызывающих их ЭДС оказываются более выровненными и поэтому угловые погрешности указанных падений напряжений становятся меньшими. Действительно, при внешних КЗ сквозной ток определяется одной ЭДС и одним и тем же сопротивлением линии. Угловая погрешность при этом у токов и падений напряжений на концах линии вызвана только поперечными параметрами защищаемой линии, которые незначительны по сравнению с продольными параметрами короткозамкнутой цепи, и синусоиды падений напряжений на концевых промежутках высоковольтного защищаемого провода по концам линии будут расходиться практически на 180°. А при внутреннем КЗ токи и падения напряжения на концах линии будут определяться разными ЭДС и сопротивлениями примыкающих сетей к концам линии и разными сопротивлениями самой линии от шин к месту КЗ на линии. Однако удельные сопротивления примыкающих сетей и защищаемой линии как компоненты одной и той же высоковольтной сети будут практически одинаковыми. Поэтому практически с одинаковыми углами окажутся и сопротивления короткозамкнутых цепей для всех ЭДС за сопротивлениями примыкающих сетей и, следовательно, сами ЭДС и углы токов. Поэтому углы токов на концах линии и падений напряжений на концевых промежутках защищаемого силового провода также будут практически одинаковыми, т.е. практически совпадать. Показанные на фиг.2 возможные отклонения углов падений напряжений, пропорциональных токам на концах линии, при внешних КЗ - отклонение кривых а) от 180° и при внутренних КЗ - отклонение кривых б) от 0°, в реальных сетях и длин линий в большинстве случаев будут существенно меньше.
17
Отбираемый ВЧ сигнал в байпасе 5 является частью модулированных сигналов генераторов несущей частоты 14 (ГНЧ) своего и противоположных концов, т.к. ВЧ сигналы (токи) при выдаче их на линию распространяются по всей сети. Полезный ВЧ токовый сигнал на всех концах высоковольтного защищаемого провода фазы линии при внутреннем КЗ определяется распределением тока генераторов несущей частоты 14 (ГНЧ) между короткозамкнутой линией от каждого конца до места КЗ и соответствующими внешними примыкающими к концам сетями; при внешних КЗ - аналогично распределением тока генераторов несущей частоты 14 (ГНЧ) между короткозамкнутой цепью соответственно от удаленного и ближнего к месту КЗ конца линии до места КЗ. Распределение тока можно осуществлять приближенно по сосредоточенным параметрам. Распределенный таким образом ВЧ ток должен быть разделен на коэффициент затухания всей или части линии (при внутреннем КЗ) и умножен на коэффициент байпаса. Вследствие волнового распределения тока по пространству линии, случайного изменения параметров примыкающих сетей и мест КЗ на защищаемой линии и внешних элементах величина тока в байпасе будет существенно меняться. Поэтому целесообразно предусмотреть резонансное выполнение фильтра выделения высокой частоты 17 (ФВВЧ), что обеспечит наибольшую амплитуду ВЧ сигнала u, однако время паузы останется неизменным.
Традиционный случай построения ВЧ защиты благодаря заградителю на каждом конце линии существенно снижает рандомизацию распределительных параметров примыкающих сетей и остаточной мощности ВЧ сигнала после его затухания в линии, и последняя в достаточно регулярном виде поступает через конденсатор связи в фильтр присоединения - измерительный орган приемника. Поэтому величина ВЧ напряжения в этом случае может обеспечить большую величину отношения сигнал - помехи по сравнению с аналогичным отношением ВЧ тока в байпасе, протекающего под действием ВЧ напряжения генератора несущей частоты 14 (ГНЧ) через указанный байпас. Однако данное превосходство не может быть радикальным, т.к. ВЧ токи на концах линии зависят не только от параметров примыкающих сетей, но также и окружающего эти сети эфира, что не может быть устранено заградителями.
Отличительной особенностью защит, построенных по заявленному способу, основанному на дифференциально-фазном принципе, является абсолютная отстроенность от неполнофазных, асинхронных режимов, качаний, передача высокочастотных сигналов для блокирования при внешних КЗ осуществляется только по неповрежденным проводам линии, а при внутреннем КЗ затухание ВЧ сигналов через место КЗ способствует лучшему обнаружению повреждения на линии.