СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ РЕЛЕЙНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНОЙ ЗАЩИТЫ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
METHOD OF GENERATING HIGH-FREQUENCY SIGNALS FOR RELAY PHASE DIFFERENTIAL PROTECTION OF OVERHEAD POWER TRANSMISSION LINES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к технике проводной электрической связи и может быть использовано при организации ведомственных каналов диспетчерского и технологического управления в энергосистемах для передачи сигналов релейной защиты по высокочастотному каналу связи, образованному проводами воздушных линий электропередачи с напряжением от 35 до 1150 кВ.
Уровень техники
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ формирования высокочастотных сигналов релейной дифференциально-фазной защиты воздушных линий электропередачи, включающий сравнение фаз токов промышленной частоты на концах защищаемой линии, формирование одночастотного сигнала с амплитудной манипуляцией, его передачу и прием по высокочастотному каналу связи, образованному проводами воздушных линий электропередачи, а также обработку сигнала на приеме (см. Микуцкий Г.В. Каналы высокочастотной связи для релейной защиты и автоматики. М.: «Энергия», 1977, с.9-13).
Типовая структурная схема приемопередатчика сигналов релейной защиты, построенного по существующему способу, приведена на фиг.1, где 1 - блок управления передатчиком сигнала релейной защиты; 2 - передатчик сигнала релейной защиты; 3 - усилитель мощности; 4 - блок сопряжения с каналом связи; 5 - формирователь выходного сигнала к панели защит; 6 - приемник сигналов релейной защиты; 7 - управляемый аттенюатор.
прд
рз прд
имп
паузы
Сигналы управления от панели защит (Манипуляция, Пуск, Останов) поступают на блок управления передатчиком сигналов релейной защиты (1). Блок управления передатчиком сигналов релейной защиты (1) вырабатывает сигнал управления передатчиком сигналов релейной защиты (РЗ), который поступает на передатчик сигналов релейной защиты (2) и на управляемый аттенюатор (7). Перекрытие импульсов сигнала релейной защиты формируется на стороне передачи (см. фиг.2, где F - высокочастотный сигнал релейной защиты на выходе передатчика (Т>Т)).
В известном способе существует зависимость длительности высокочастотных импульсов на выходе передатчика от напряжения манипуляции. Эта зависимость определяется характеристикой манипуляции. Импульсный высокочастотный сигнал с выхода передатчика сигнала релейной защиты (2) поступает на усилитель мощности (3) и далее, через блок сопряжения с каналом связи (4), поступает в канал связи. Высокочастотные сигналы своего и удаленного передатчиков с блока сопряжения с каналом связи (3) поступают на управляемый аттенюатор (7). При этом уровень сигнала своего передатчика на выходе управляемого аттенюатора (7) значительно превышает уровень сигнала от удаленного передатчика (для исключения биений при одновременном приеме сигналов своего и удаленного передатчиков). С выхода управляемого аттенюатора высокочастотный сигнал поступает на приемник сигналов релейной защиты (6), на выходе которого формируется сигнал, равный сумме сигналов своего и удаленного передатчиков. С выхода приемника сигналов релейной защиты (6) результирующий сигнал через формирователь выходного сигнала к панели защит (5) поступает на панель защит. При этом за счет того, что уровень сигнала своего передатчика значительно превышает уровень сигнала от удаленного передатчика, происходит задержка формирования заднего фронта импульсов приема сигнала своего передатчика, что соответствует их удлинению и приводит к смещению и увеличению ширины зоны блокировки панели защит.
Таким образом, аппаратура вносит существенные искажения в фазную характеристику панели защит, что снижает достоверность системы передачи сигналов релейной защиты.
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении достоверности системы передачи сигналов релейной защиты.
Технический результат заключается в исключении искажений, вносимых аппаратурой в фазную характеристику панели защит.
Технический результат обеспечивается следующей совокупностью признаков:
- способ формирования высокочастотных сигналов релейной дифференциально-фазной защиты воздушных линий электропередачи, включающий сравнение фаз токов промышленной частоты на концах защищаемой линии, формирование одночастотного сигнала с амплитудной манипуляцией, его передачу и прием по высокочастотному каналу связи, образованному проводами воздушных линий электропередачи, а также обработку сигнала на приеме, отличающийся тем, что исключают зависимость длительности высокочастотных импульсов сигнала релейной защиты от величины входного напряжения манипуляции, формируют симметричное перекрытие импульсов сигнала релейной защиты на стороне приема с помощью сигнала управления своим передатчиком и корректируют сигнал своего передатчика на приеме.
Дополнительно к этому:
- при пуске дифференциально-фазной защиты на выходе аппаратуры формируют частотно-манипулированный сигнал релейной защиты с частотой манипуляции 50 Гц;
- включение-выключение передатчика сигнала релейной защиты производится по переходу через ноль входного напряжения аналоговой манипуляции или по любому фронту входного сигнала дискретной манипуляции;
- огибающую высокочастотного сигнала на выходе аппаратуры формируют в форме меандр;
- выходной сигнал к панели защит формируют в виде суммы сигналов с выхода приемника сигнала релейной защиты, построенного по традиционной схеме, и с выхода формирователя сигнала своего передатчика;
- высокочастотные сигналы своего и удаленного передатчиков поступают на приемник сигнала релейной защиты, на выходе которого формируется сигнал, равный сумме сигналов своего и удаленного передатчиков;
доп
- в приемнике сигнала релейной защиты вводят дополнительную задержку сигнала на величину Т;
зад
ф
доп
ф
доп
зад
зад
- суммарная величина задержки сигнала на выходе приемника сигнала релейной защиты составляет Т=Т+Т, где Т - задержка сигнала во входных фильтрах приемника; Т - дополнительная задержка сигнала; Т - суммарная задержка сигнала на приеме; при этом время Т не превышает времени реакции панели защит на отсутствие сигнала высокочастотной блокировки;
- в качестве входного сигнала формирователя сигнала своего передатчика используется сигнал включения своего передатчика;
- включение и выключение (фронт и спад) выходного сигнала формирователя сигнала своего передатчика формируется с задержкой относительно включения и выключения (фронта и спада) сигнала включения своего передатчика;
зад.ф
зад
линии
перекр
зад
перекр
линии
- задержка фронта сигнала своего передатчика составляет Т=Т+Т-Т, где Т - суммарная задержка сигнала на приеме; Т - перекрытие импульсов своего и удаленного передатчиков; Т - задержка распространения сигнала от удаленного передатчика по высокочастотному каналу каналу;
зад.сп
зад
линии
перекр
- задержка спада сигнала своего передатчика составляет Т=Т+Т+Т;
перекр
- устанавливают зону нечувствительности к сдвигу фаз путем расширения импульса на приеме на время Т=2×Т;
перекр
- полностью перекрывают сигнал своего передатчика, сформированный на выходе приемника сигнала релейной защиты, и устраняют перекос фазной характеристики, при этом минимальная величина Т равняется «удлинению» импульса своего передатчика на выходе приемника сигнала релейной защиты;
линии
- задержка Т компенсирует задержку распространения сигнала от удаленного передатчика по высокочастотному каналу.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, и технический результат взаимосвязаны следующим образом.
Исключение зависимости длительности высокочастотных импульсов сигнала релейной защиты от величины входного напряжения манипуляции, формирование симметричного перекрытия импульсов сигнала релейной защиты на стороне приема с помощью сигнала управления своим передатчиком и корректировка сигнала своего передатчика на приеме устраняют искажения, вносимые аппаратурой в фазную характеристику панели защит.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 изображена типовая структурная схема приемника сигналов релейной защиты, построенного по существующему способу (для упрощения блок мониторинга и управления на схеме не показан); на фиг.2 - диаграмма формирования сигнала релейной защиты на передачу по способу, используемому в настоящее время; на фиг.3 - функциональная схема реализации способа формирования сигналов релейной защиты; на фиг.4 - диаграмма формирования сигнала релейной защиты на передачу, на фиг.5 - диаграмма, поясняющая принцип работы формирователя сигнала своего передатчика, на фиг.6 - диаграмма работы схемы в режиме внешнего короткого замыкания.
Осуществление изобретения
Изобретение может быть осуществлено следующим образом.
В способе формирования высокочастотных сигналов релейной дифференциально-фазной защиты воздушных линий электропередачи, включающем сравнение фаз токов промышленной частоты на концах защищаемой линии, формирование одночастотного сигнала с амплитудной манипуляцией, его передачу и прием по высокочастотному каналу связи, образованному проводами воздушных линий электропередачи, а также обработку сигнала на приеме, исключают зависимость длительности высокочастотных импульсов сигнала релейной защиты от величины входного напряжения манипуляции, формируют симметричное перекрытие импульсов сигнала релейной защиты на стороне приема с помощью сигнала управления своим передатчиком и корректируют сигнал своего передатчика на приеме.
Дополнительно к этому:
- при пуске дифференциально-фазной защиты на выходе аппаратуры формируют частотно-манипулированный сигнал релейной защиты с частотой манипуляции 50 Гц;
- включение-выключение передатчика сигнала релейной защиты производится по переходу через ноль входного напряжения аналоговой манипуляции или по любому фронту входного сигнала дискретной манипуляции;
- огибающую высокочастотного сигнала на выходе аппаратуры формируют в форме меандр;
- выходной сигнал к панели защит формируют в виде суммы сигналов с выхода приемника сигнала релейной защиты, построенного по традиционной схеме, и с выхода формирователя сигнала своего передатчика;
- высокочастотные сигналы своего и удаленного передатчиков поступают на приемник сигнала релейной защиты, на выходе которого формируется сигнал, равный сумме сигналов своего и удаленного передатчиков;
доп
- в приемнике сигнала релейной защиты вводят дополнительную задержку сигнала на величину Т;
зад
ф
доп
ф
доп
зад
зад
- суммарная величина задержки сигнала на выходе приемника сигнала релейной защиты составляет Т=Т+Т, где Т - задержка сигнала во входных фильтрах приемника; Т - дополнительная задержка сигнала; Т - суммарная задержка сигнала на приеме; при этом время Т не превышает времени реакции панели защит на отсутствие сигнала высокочастотной блокировки;
- в качестве входного сигнала формирователя сигнала своего передатчика используется сигнал включения своего передатчика;
- включение и выключение (фронт и спад) выходного сигнала формирователя сигнала своего передатчика формируется с задержкой относительно включения и выключения (фронта и спада) сигнала включения своего передатчика;
зад.ф
зад
линии
перекр
зад
перекр
линии
- задержка фронта сигнала своего передатчика составляет Т=Т+Т-Т, где Т - суммарная задержка сигнала на приеме; Т - перекрытие импульсов своего и удаленного передатчиков; Т - задержка распространения сигнала от удаленного передатчика по высокочастотному каналу;
зад.сп
зад
линии
перекр
- задержка спада сигнала своего передатчика составляет Т=Т+Т+Т;
перекр
- устанавливают зону нечувствительности к сдвигу фаз путем расширения импульса на приеме на время Т=2×Т;
перекр
- полностью перекрывают сигнал своего передатчика, сформированный на выходе приемника сигнала релейной защиты, и устраняют перекос фазной характеристики, при этом минимальная величина Т равняется «удлинению» импульса своего передатчика на выходе приемника сигнала релейной защиты;
линии
- задержка Т компенсирует задержку распространения сигнала от удаленного передатчика по высокочастотному каналу.
Таким образом, назначение изобретения - применение его в качестве способа формирования высокочастотных сигналов релейной дифференциально-фазной защиты воздушных линий электропередачи - реализуется.
Сведения, подтверждающие возможность получения при осуществлении изобретения технического результата (причинно-следственная связь существенных признаков с указанным техническим результатом), состоят в следующем.
Исключение зависимости длительности высокочастотных импульсов сигнала релейной защиты от величины входного напряжения манипуляции, формирование симметричного перекрытия импульсов сигнала релейной защиты на стороне приема с помощью сигнала управления своим передатчиком и корректировка сигнала своего передатчика на приеме обеспечивают исключение искажений, вносимых аппаратурой в фазную характеристику панели защит.
Следовательно, совокупность существенных признаков достаточна для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата.
Описание конструкции устройства, реализующего предложенный способ.
На фиг.3 изображена функциональная схема реализации способа формирования сигналов релейной защиты, где 1 - блок управления передатчиком сигнала релейной защиты; 2 - передатчик сигнала релейной защиты; 3 - блок сопряжения с каналом связи; 4 - формирователь сигнала своего передатчика; 5 - блок мониторинга и управления; 6 - формирователь выходного сигнала к панели защит; 7 - сумматор; 8 - приемник сигналов релейной защиты.
Схема работает следующим образом.
1. Сигналы управления от панели защит (Манипуляция, Пуск, Останов) поступают на блок управления передатчиком сигналов релейной защиты РЗ (1).
прд
рз прд
имп
паузы
2. Блок управления передатчиком сигналов РЗ (1) вырабатывает сигнал управления передатчиком сигналов РЗ (РЗ), который поступает на передатчик сигналов РЗ (2), на формирователь сигнала своего передатчика (4) и на блок мониторинга и управления для контроля. При этом включение-выключение передатчика сигнала РЗ производится по переходу через ноль входного напряжения аналоговой манипуляции (см. фиг.4, где F - высокочастотный сигнал РЗ на выходе передатчика (Т=Т)), а огибающая высокочастотого сигнала на выходе аппаратуры имеет форму меандр и не зависит от входного напряжения аналоговой манипуляции.
3. Импульсный высокочастотный сигнал с выхода передатчика сигнала РЗ (2) через блок сопряжения с каналом связи (3) поступает в канал связи.
доп
зад
ф
доп
ф
доп
зад
зад
4. Высокочастотные сигналы своего и удаленного передатчиков с блока сопряжения с каналом связи (3) поступают на приемник сигналов РЗ (8), на выходе которого формируется сигнал, равный сумме сигналов своего и удаленного передатчиков. Кроме того, в приемнике сигнала РЗ осуществляется дополнительная задержка принятого сигнала на величину Т. Суммарная величина задержки сигнала на выходе приемника сигнала РЗ составляет Т=Т+Т, где Т - задержка сигнала во входных фильтрах приемника; Т - дополнительная задержка сигнала; Т - суммарная задержка сигнала на приеме. При этом время Т не превышает времени реакции панели защит на отсутствие сигнала высокочастотной блокировки при внешнем коротком замыкании.
5. С выхода приемника сигналов РЗ (8) сигнал поступает на сумматор (7) и на блок мониторинга и управления (5) для контроля.
6. С блока мониторинга и управления (5) на формирователь сигнала своего передатчика (4) поступает информация о величинах перекрытия импульсов и задержки, компенсирующей распространение сигнала по линии.
7. Сигнал РЗс с выхода формирователя сигнала своего передатчика (4) поступает на сумматор (7). Временная диаграмма, поясняющая принцип работы формирователя сигнала своего передатчика, показана на фиг.5.
Формирователь сигнала своего передатчика (РЗс) работает следующим образом.
прд
1) В качестве входного сигнала используется сигнал включения своего передатчика (РЗ).
2) Включение и выключение (фронт и спад) выходного сигнала формирователя (РЗс) формируется с задержкой, относительно включения и выключения (фронта и спада) сигнала РЗпрд.
3) Задержка фронта сигнала РЗс составляет
Тзад.ф=Тзад+Т линии - Тперекр
4) Задержка спада сигнала РЗс составляет
Тзад.сп=Тзад+Т линии + Тперекр
где
Тзад - суммарная задержка сигнала на приеме;
Тперекр - перекрытие импульсов своего и удаленного передатчиков;
Тлинии - задержка распространения сигнала от удаленного передатчика по ВЧ-каналу.
Таким образом, импульс на приеме раширяется на время Т=2×Тперекр, что устанавливает зону нечувствительности к сдвигу фаз.
5) Минимальная величина Тперекр равняется «удлинению» импульса своего передатчика на выходе Приемника сигнала РЗ, что позволяет полностью перекрыть сигнал своего передатчика, сформированный на выходе Приемника сигнала РЗ и устранить перекос фазной характеристики.
6) Задержка Тлинии компенсирует задержку распространения сигнала от удаленного передатчика по ВЧ-каналу.
8. На выходе сумматора (7) формируется результирующий сигнал, который, через формирователь выходного сигнала к панели защит (6), поступает на панель защит.
На фиг.6 приведена диаграмма, поясняющая работу схемы в режиме внешнего КЗ. Здесь ВЧ-сигналы своего и удаленного передатчиков - это сигналы в канале связи; сигналы приема от своего и удаленного передатчиков - это сигналы на выходе приемника сигналов РЗ (для наглядности эти сигналы показаны раздельно).
Как видно из чертежа, сигнал на выходе формирователя сигнала своего передатчика (4) полностью перекрывает сигнал своего передатчика, полученный с выхода приемника сигналов РЗ (8). А перекрытие импульсов своего и удаленного передатчиков (Тперекр) симметрично с обоих сторон импульсов.
В режиме внутреннего КЗ сигнал от удаленного передатчика на приеме либо отсутствует, либо сопадает по фазе с сигналом своего передатчика. Поэтому в качестве суммарного сигнала приема (РЗпрм) можно рассматривать сигнал с выхода формирователя сигнала своего передатчика (4).
Таким образом, у предлагаемого способа, в отличие от прототипа, повышается достоверность системы передачи сигналов релейной защиты.
Эффективность предлагаемого способа обусловливается его сбалансированностью.