УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ ВОЗДУШНЫХ И КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СЕТЕЙ 6-35 КВ
DEVICE OF PROTECTION AERIAL AND CABLES LINES OF DISTRIBUTED NETWORK 6-35 KV FROM SINGLE LINE-TO-EARTH FAULT

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для релейной защиты линий электропередачи распределительных сетей напряжением 6-35 кВ.
Известно устройство защиты распределительных сетей от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ), использующее информацию токов и напряжений нулевых каналов измерительных трансформаторов, содержащее импульсный орган направления мощности (OHM), реагирующий на начальный знак мгновенной мощности переходного процесса, пусковой орган (ПО), реагирующий на напряжение нулевой последовательности промышленной частоты, частотные фильтры, подавляющие промышленную частоту, элемент И, служащий для фиксации совместного срабатывания указанных органов, а также реле времени и выходные реле (Релейная защита, основанная на контроле переходных процессов / Попов И.Н., Лачугин В.Ф., Соколова Г.В. - М., Энергоатомиздат, 1986 г.).
Недостатком этого устройства является воздействие токов и напряжений высокой частоты на работу органа направления мощности, ограничивающее помехоустойчивость и ухудшающее селективность защиты.
Известно устройство защиты от однофазных замыканий на землю воздушных и кабельных линий распределительных сетей 6-35 кВ, содержащее 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 вторичными цепями 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 вторичными цепями 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 отказ в функционировании органа направления мощности при нарушении исправности цепей напряжения нулевой последовательности, осуществляющих передачу рабочего сигнала к органу направления и пусковому органу, а также - при отсутствии этих цепей в распределительном пункте или на трансформаторной подстанции.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, является повышение надежности работы устройства при неисправности цепей напряжения нулевой последовательности или при отсутствии в распределительном пункте или на трансформаторной подстанции трансформаторов напряжения, с помощью которых возможна организация цепей напряжения нулевой последовательности.
Технический результат достигается тем, что в устройстве защиты от однофазных замыканий на землю воздушных и кабельных линий распределительных сетей 6-35 кВ, содержащем 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 содержащем элемент И, элемент времени, два выходных реле, при этом вход согласующего преобразователя тока трансформаторного типа соединен с вторичными цепями 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 вторичными цепями 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 введены элемент запрета, фильтр выделения промышленной частоты, два пороговых органа, два элемента времени и два выходных реле, вход первого дополнительного выходного реле через первый дополнительный элемент времени соединен с выходом первого дополнительного порогового органа, рабочий вход которого через дополнительный фильтр выделения промышленной частоты соединен с выходом согласующего преобразователя тока трансформаторного типа, а блокирующий вход соединен с выходом дополнительного элемента запрета, вход которого соединен с выходом второго одновибратора, вход второго дополнительного выходного реле через второй дополнительный элемент времени соединен с выходом второго дополнительного порогового органа, рабочий вход которого соединен с выходом первого фильтра низких частот, а блокирующий вход соединен с выходом дополнительного элемента запрета.
Введенное в устройство подсоединение согласующего преобразователя тока трансформаторного типа к последовательно соединенным дополнительному фильтру выделения промышленной частоты, первому дополнительному пороговому органу, первому дополнительному элементу времени и первому дополнительному выходному реле позволяет выполнять функции защиты линии 6-35 кВ от однофазных замыканий на землю в режиме работы сети с изолированной нейтралью в отсутствие или при неисправности цепей напряжения устройства защиты. Порог срабатывания первого дополнительного порогового органа выбирается больше, чем собственный емкостной ток защищаемой линии, но для предотвращения вероятности неселективного срабатывания устройства в режиме работы с действующими цепями напряжения защиты используется запрет на срабатывание порогового органа, поступающий от второго одновибратора устройства.
Введенное в устройство подсоединение второго фильтра низких частот - к последовательно соединенным второму дополнительному пороговому органу, второму дополнительному элементу времени и второму дополнительному выходному реле - позволяет выполнять функции защиты линии 6-35 кВ от однофазных замыканий на землю в режиме работы сети с компенсированной нейтралью в отсутствие или при неисправности цепей напряжения устройства защиты. Порог срабатывания второго дополнительного порогового органа выбирается по обеспечению устойчивой чувствительности к уровням тока высших гармонических составляющих защищаемой линии при однофазных замыканиях на ней. Для предотвращения вероятности неселективного срабатывания устройства в режиме работы с действующими цепями напряжения защиты используется запрет на срабатывание порогового органа, поступающий от второго одновибратора устройства.
Сущность предложенного изобретения поясняется чертежом, где изображена схема устройства 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 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, выход которого соединен с вторым входом элемента 12 И, входом элемента 13 запрета, а второй выход схемы 4 сравнения знаков тока и напряжения соединен с разрешающим входом одновибратора 14, выход которого соединен с входом выходного реле 15 и с входом элемента 16 запрета, выход которого соединен с входом запрета одновибратора 11, выход элемента 13 запрета соединен с входом запрета одновибратора 14, а выход элемента 12 И соединен с вторым входом элемента 12 И и через элемент 17 времени - с входом выходного реле 18, вход выходного реле 19 через элемент 20 времени соединен с выходом порогового органа 21, рабочий вход которого через фильтр 22 выделения промышленной частоты соединен с выходом согласующего преобразователя 1 тока трансформаторного типа, а блокирующий вход - соединен с выходом элемента 23 запрета, вход которого соединен с выходом одновибратора 14, вход второго выходного реле 24 через элемент 25 времени соединен с выходом порогового органа 26, рабочий вход которого соединен с выходом фильтра 3 низких частот, а блокирующий вход - соединен с выходом элемента запрета 23.
При этом согласующие преобразователи 1 и 5 трансформаторного типа, фильтры 2 и 6 аварийных составляющих, частотные фильтры 3 и 7 низких частот схема 4 сравнения знаков тока и напряжения, одновибраторы 11 и 14, элементы 13 и 16 запрета составляют орган направления мощности, а фильтр 8 выделения промышленной частоты, элемент 10 запрета и реле 9 напряжения составляют пусковой орган.
Устройство работает следующим образом.
0
0
0
При однофазном замыкании на землю (ОЗЗ) на линии электропередачи (ЛЭП) 6-35 кВ в защищаемом направлении и наличии и исправности цепей напряжения нулевой последовательности 3U сигналы тока нулевой последовательности 3I ЛЭП через согласующий преобразователь 1 тока трансформаторного типа, фильтр 2 аварийных составляющих и фильтр 3 низких частот нулевого канала, а сигналы напряжения нулевой последовательности 3U через согласующий преобразователь 5 напряжения трансформаторного типа, фильтр 6 аварийных составляющих и фильтр 7 низких частот воздействуют на схему 4 сравнения знаков тока и напряжения.
При этом 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 400-600 мс, соответствующее длительности затухания переходного процесса, и блокирующего одновибратор 14 через элемент 13 запрета.
0
Напряжение 3U с второго выхода преобразователя напряжения 5 трансформаторного типа через фильтр 8 выделения промышленной частоты подается на вход реле 9 напряжения, которое срабатывает через 20-25 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 фиксацией состояния срабатывания от одновибратора 11 и запуск элемента 19 времени. Если замыкание на землю превышает 1,5-2 с - время 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.
При этом, поскольку при ОЗЗ на защищаемой линии действие одновибратора 14 блокируется от одновибратора 11 через элемент запрета 13 при исправном состоянии цепей напряжения, то блокирования действия пороговых органов 21 и 26 через элемент 23 запрета не происходит.
0
0
При неисправности цепей напряжения нулевой последовательности, а также при их полном отсутствии схема 4 сравнения знаков тока и напряжения и реле 9 напряжения не срабатывают. Поэтому сигналы на входах элемента 12 И не формируются и срабатывание выходного реле 20 не происходит. Однако сигнал тока 3I от согласующего преобразователя 1 тока трансформаторного типа, поступая через фильтр 22 выделения промышленной частоты, приводит, независимо от состояния цепей напряжения устройства, к срабатыванию порогового органа 21 и через элемент 20 времени - к срабатыванию выходного реле 19 в режиме работы сети с изолированной нейтралью, фиксирующего установившееся ОЗЗ. Также сигнал тока 3I от согласующего преобразователя 1 тока трансформаторного типа, поступая через фильтр 3 низких частот, приводит, независимо от состояния цепей напряжения устройства, к срабатыванию порогового органа 26 и через элемент 25 времени - к срабатыванию выходного реле 24, фиксирующего установившееся ОЗЗ.
Следовательно, устройство, независимо от состояния его цепей напряжения, способно надежно фиксировать ОЗЗ на защищаемой линии.
0
0
0
При ОЗЗ вне зоны защиты и наличии и исправности цепей напряжения 3U нулевой последовательности сигналы каналов напряжения 3U и 3I соответственно через согласующий преобразователь 5 напряжения трансформаторного типа, фильтр 6 аварийных составляющих фильтр 7 низких частот и преобразователь 1 тока трансформаторного типа, фильтр 2 аварийных составляющих, 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 14, фиксирующего ОЗЗ вне зоны защиты, переводя его в неустойчивое состояние на 400-600 мс, соответствующее длительности затухания переходного процесса, вызывая срабатывание выходного реле 15. Одновибратор 14 блокирует одновибратор 11 на это время через элемент 16 запрета. Элемент 10 запрета осуществляет непрерывное блокирование одновибратора 11 с момента появления внешнего ОЗЗ до его устранения.
При этом, поскольку при ОЗЗ вне зоны защиты действие одновибратора 14 не блокируется от одновибратора 11, то после срабатывания одновибратора 11 через элемент запрета 13 при исправном состоянии цепей напряжения поступает сигнал блокирования действия пороговых органов 21 и 26 через элемент 23 запрета. Тем самым предотвращается любая возможность неселективного срабатывания устройства.
При неисправности цепей напряжения нулевой последовательности, а также при их полном отсутствии схема 4 сравнения знаков тока и напряжения и одновибратор 14 не срабатывают и не блокируется действие пороговых органов 21 и 26 через элемент 23 запрета. Однако в связи с выбором порогов срабатывания пороговых органов 21 и 26 из условия отстройки от внешних ОЗЗ, срабатывания этих органов, а следовательно, и выходных реле 19 и 24, в подавляющем большинстве случаев внешних ОЗЗ не происходит.