УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ 6-35 кВ
DEVICE OF PULSE PROTECTION AGAINST SINGLE PHASE-TO-GROUND FAULT OF AIR AND CABLE LINES OF DISTRIBUTION NETWORKS 6-35 kV

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для релейной защиты линий электропередачи распределительных сетей напряжением 6-35 кВ.
Известно устройство импульсной защиты распределительных сетей от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) с использованием переходных процессов, содержащее импульсный орган направления мощности (OHM), реагирующий на начальный знак мгновенной мощности переходного процесса, пусковой орган (ПО), реагирующий на напряжение нулевой последовательности промышленной частоты, режекторные частотные фильтры, подавляющие промышленную частоту, элемент И, служащий для фиксации совместного срабатывания указанных органов, а также реле времени и выходные реле защиты (Релейная защита, основанная на контроле переходных процессов / Попов И.Н., Лачугин В.Ф., Соколова Г.В. - М., Энергоатомиздат, 1986 г.).
Недостатком этого устройства является отрицательное воздействие токов и напряжений частотой свыше одного килогерца на работу органа направления мощности, что ограничивает помехоустойчивость и ухудшает селективность защиты.
Известно устройство импульсной защиты от однофазных замыканий на землю воздушных и кабельных линий распределительных сетей 6-35 кВ, содержащее импульсный орган направления мощности, состоящий из согласующих преобразователей тока и напряжения трансформаторного типа, двух частотных фильтров, двух фильтров аварийных составляющих, схемы сравнения знаков тока и напряжения, двух одновибраторов, двух элементов запрета и пусковой орган, состоящий из фильтра промышленной частоты, элемента запрета, реле напряжения, а также элемент И, элемент времени, два выходных реле, два одновибратора, при этом вход согласующего преобразователя тока трансформаторного типа соединен с фильтром тока нулевой последовательности защищаемой линии, а выход через последовательно соединенные первый фильтр аварийных составляющих и первый фильтр низких частот соединен с первым входом схемы сравнения знаков тока и напряжения, вход согласующего преобразователя напряжения трансформаторного типа соединен с фильтром напряжения нулевой последовательности секции (системы) сборных шин, к которой подключена защищаемая линия, а первый выход через последовательно соединенные второй фильтр аварийных составляющих и второй фильтр низких частот соединен с вторым входом схемы сравнения знаков тока и напряжения, второй выход согласующего преобразователя напряжения трансформаторного типа через фильтр выделения промышленной частоты соединен с входом реле напряжения, выход которого соединен с первым входом элемента И и через первый элемент запрета соединен с входом запрета первого одновибратора, первый выход схемы сравнения знаков тока и напряжения соединен с разрешающим входом первого одновибратора, выход которого соединен с вторым входом элемента И и входом второго элемента запрета, а второй выход схемы сравнения знаков тока и напряжения - с разрешающим входом второго одновибратора, выход которого соединен с входом третьего элемента запрета и входом первого выходного реле, выход третьего элемента запрета соединен с входом запрета первого одновибратора, выход второго элемента запрета соединен с входом запрета второго одновибратора, выход элемента И соединен с вторым входом элемента И и через элемент времени - с входом второго выходного реле (Лачугин В.Ф. Экспериментальные исследования импульсной защиты от замыканий на землю воздушных и кабельных сетей с компенсированной нейтралью, Электрические станции, 2005, №8).
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности автоматизированной проверки правильности ориентирования устройства в защищаемом направлении без применения специальных отладочных средств и опытов замыкания на землю или переключений на линии, что усложняет эксплуатацию устройства и способно вызвать нарушение его селективности с последующим ухудшением надежности работы электрической сети.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является повышение надежности работы электрической сети и расширение функциональных возможностей защиты, осуществляемые путем обеспечения автоматизированного контроля правильности включения входных цепей тока и напряжения в соответствии с требуемым ориентированием устройства в защищаемом направлении.
Технический результат достигается тем, что в устройстве импульсной защиты от однофазных замыканий на землю воздушных и кабельных линий распределительных сетей 6-35 кВ, содержащем импульсный орган направления мощности, состоящий из согласующих преобразователей тока и напряжения трансформаторного типа, двух частотных фильтров, двух фильтров аварийных составляющих, схемы сравнения знаков тока и напряжения, двух одновибраторов, двух элементов запрета и пусковой орган, состоящий из фильтра промышленной частоты, одного элемента запрета, реле напряжения, а также элемент И, элемент времени, два выходных реле, при этом вход согласующего преобразователя тока трансформаторного типа соединен с фильтром тока нулевой последовательности защищаемой линии, а выход через последовательно соединенные первый фильтр аварийных составляющих и первый фильтр низких частот соединен с первым входом схемы сравнения знаков тока и напряжения, вход согласующего преобразователя напряжения трансформаторного типа соединен с фильтром напряжения нулевой последовательности секции (системы) сборных шин, к которой подключена защищаемая линия, а первый выход через последовательно соединенные второй фильтр аварийных составляющих и второй фильтр низких частот соединен с вторым входом схемы сравнения знаков тока и напряжения, второй выход согласующего преобразователя напряжения трансформаторного типа через фильтр выделения промышленной частоты соединен с входом реле напряжения, выход которого соединен с первым входом элемента И и через первый элемент запрета соединен с входом запрета первого одновибратора, первый выход схемы сравнения знаков тока и напряжения соединен с разрешающим входом первого одновибратора, выход которого соединен с вторым входом элемента И и входом второго элемента запрета, а второй выход схемы сравнения знаков тока и напряжения - с разрешающим входом второго одновибратора, выход которого соединен с входом третьего элемента запрета и входом первого выходного реле, выход третьего элемента запрета соединен с входом запрета первого одновибратора, выход второго элемента запрета соединен с входом запрета второго одновибратора, выход элемента И соединен с вторым входом элемента И и через элемент времени - с входом второго выходного реле, дополнительно включены два управляемых одновибратора, кнопка «Пуск» и два световых индикатора, вход первого управляемого одновибратора соединен с выходом кнопки «Пуск», вход которой соединен с источником питания, выход кнопки «Пуск» соединен также с входом управления второго управляемого одновибратора, выход первого управляемого одновибратора соединен с первым световым индикатором, а выход второго управляемого одновибратора соединен со вторым световым индикатором, рабочий вход первого управляемого одновибратора соединен с первым выходом схемы сравнения знаков тока и напряжения, а вход запрета первого управляемого одновибратора соединен с выходом второго одновибратора, рабочий вход второго управляемого одновибратора соединен со вторым выходом схемы сравнения знаков тока и напряжения, а вход запрета второго управляемого одновибратора соединен с выходом первого одновибратора.
Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом, где изображена схема устройства импульсной защиты от однофазных замыканий на землю воздушных и кабельных линий распределительных сетей 6-35 кВ.
Устройство содержит согласующий преобразователь 1 тока трансформаторного типа, выход которого через последовательно соединенные фильтр 2 аварийных составляющих и фильтр 3 низких частот соединен с первым входом схемы 4 сравнения, согласующий преобразователь 5 напряжения трансформаторного типа, первый выход которого через последовательно соединенные второй фильтр 6 аварийных составляющих и второй фильтр 7 низких частот соединен с вторым входом схемы 4 сравнения знаков тока и напряжения, а второй выход согласующего преобразователя 5 напряжения трансформаторного типа через фильтр 8 выделения промышленной частоты соединен с входом реле 9 напряжения, выход которого через элемент 10 запрета соединен с входом запрета одновибратора 11, а также с первым входом элемента 12 И, первый выход схемы 4 сравнения знаков тока и напряжения соединен с разрешающим входом одновибратора 11 и рабочим входом первого управляемого одновибратора 13, выход одновибратора 11 соединен с вторым входом элемента 12 И, входом элемента 14 запрета и с входом запрета второго управляемого одновибратора 15, а второй выход схемы 4 сравнения знаков тока и напряжения соединен с разрешающим входом одновибратора 16 и рабочим входом второго управляемого одновибратора 15, выход одновибратора 16 соединен с входом первого выходного реле 17 и с входом запрета первого управляемого одновибратора 13 и с входом элемента 18 запрета, выход которого соединен с входом запрета одновибратора 11, выход элемента 14 запрета соединен с входом запрета одновибратора 16, а выход элемента 12 И соединен с вторым входом элемента 12 И и через элемент 19 времени - с входом второго выходного реле 20, вход управления управляемого одновибратора 13 соединен с выходом кнопки 21 «Пуск», вход которой соединен с источником питания, выход кнопки 21 «Пуск» соединен также с входом управления управляемого одновибратора 15, выход управляемого одновибратора 13 соединен со световым индикатором 22, а выход управляемого одновибратора 15 соединен со световым индикатором 23.
0
0
Устройство работает следующим образом. При ОЗЗ на линии в защищаемом направлении сигналы соответственно нулевых каналов напряжения 3U и тока 3I через согласующий преобразователь 5 напряжения трансформаторного типа, второй фильтр 6 аварийных составляющих, второй фильтр 7 низких частот и согласующий преобразователь 1 тока трансформаторного типа, первый фильтр 2 аварийных составляющих, первый фильтр 3 низких частот воздействуют на схему 4 сравнения знаков тока и напряжения.
Первым формируется сигнал на первом (рабочем) выходе схемы 4 сравнения знаков тока и напряжения. С этого выхода сигнал поступает на вход одновибратора 11, фиксирующего срабатывание устройства в защищаемом направлении, переводя его в неустойчивое состояние на 500 мс. При этом одновибратор 11 блокирует одновибратор 16 через элемент 14 запрета.
0
Напряжение 3U через второй выход преобразователя напряжения 5 трансформаторного типа подается через фильтр 8 выделения промышленной частоты на вход реле 9 напряжения, которое срабатывает через 25 мс, что необходимо для отстройки от коммутаций в сети, не связанных с ОЗЗ.
При появлении на обоих входах элемента 12 И сигналов от одновибратора 11 и реле 9 напряжения происходит срабатывание элемента 12 И с самоудерживанием по входу от одновибратора 11 и запуск элемента 19 времени. Если время существования замыкания на землю больше 1,5-2 с, соответствующего времени срабатывания элемента 19 времени, то срабатывает выходное реле 20, фиксирующее установившееся ОЗЗ. Если же время существования замыкания на землю меньше 1,5-2 с, то в исходное состояние возвращаются реле 9 напряжения и элемент 12 И, вследствие чего исчезает сигнал на входе элемента 19 времени и выходное реле 20 не срабатывает.
0
0
При ОЗЗ вне зоны защиты сигналы нулевых каналов напряжения 3U и 3I соответственно через согласующий преобразователь 5 напряжения трансформаторного типа, второй фильтр 6 аварийных составляющих, второй фильтр 7 низких частот и преобразователь 1 тока трансформаторного типа, первый фильтр 2 аварийных составляющих, первый фильтр 3 низких частот поступают на входы схемы 4 сравнения знаков тока и напряжения. Первым формируется сигнал на втором (блокирующем) выходе схемы 4 сравнения знаков тока и напряжения. С этого выхода сигнал поступает на вход одновибратора 16, фиксирующего устройства ОЗЗ вне зоны защиты, переводя его в неустойчивое состояние на 600 мс, вызывая срабатывание выходного реле 17. Одновибратор 16 блокирует одновибратор 11 на это время через элемент 18 запрета. Элемент 10 запрета осуществляет непрерывное блокирование одновибратора 11 с момента появления внешнего перемежающегося ОЗЗ до его устранения.
Для автоматизированной проверки правильности ориентирования устройства защиты в защищаемом направлении при вводе устройства в работу перед включением выключателя линии осуществляется замыкание контакта кнопки 21 «Пуск». При этом питание подается на управляемые входы первого и второго управляемых одновибраторов 13 и 15. При включаении выключателя линии за счет кратковременной несимметрии замыкания его контактов срабатывает схема 4 сравнения знаков тока и напряжения. При правильности ориентирования устройства с первого выхода этой схемы сигнал поступает на рабочий вход первого управляемого одновибратора 13 и разрешающий вход одновибратора 11, приводя к срабатыванию управляемого одновибратора 13. В результате срабатывает световой индикатор 22, указывающий на правильность ориентирования устройства защиты, а также производится запрет действия второго управляемого одновибратора 15 и срабатывания светового индикатора 23. Цепь на срабатывание схемы 12 И не образуется, поскольку реле 9 напряжения по времени отстроено от указанной кратковременной несимметрии замыкания контактов выключателя.
Если же ориентирование устройства защиты в защищаемом направлении выполнено неправильно, то при включении выключателя защищаемой линии за счет кратковременной несимметрии замыкания его контактов срабатывает схема 4 сравнения знаков тока и напряжения и с ее второго выхода сигнал поступает на рабочий вход второго управляемого одновибратора 15 и разрешающий вход одновибратора 16. Срабатывает световой индикатор 23, указывающий на нарушение ориентирования, а также производится запрет действия первого управляемого одновибратора 13.