УСТРОЙСТВО АДАПТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ ОТВЕТВИТЕЛЬНЫХ ПОДСТАНЦИЙ

Заявляемое устройство относится к электротехнике и может быть использовано для релейной защиты радиальных воздушных линий и кабельных линий имеющих ответвления с трансформаторными подстанциями.
Известно устройство дальнего резервирования УДР АХ - 94.2 [Тез. докл. научно-технической конференции “Релейная защита и автоматика энергосистем - 96”. - Москва, 1996 г], состоящее из измерительных органов тока и направления мощности, включенные на токи и напряжения фаз, схем сравнения модулей, схем сравнения фаз, орган выдержки времени, выходной орган, указательное реле, орган контроля и внешней сигнализации. Орган тока и направления мощности каждой фазы объединены; логическим элементом И, а элементы И подключены ко входам логического элемента ИЛИ, выход которого подключен ко входу органа выдержки времени.
Недостатком описываемого технического решения является снижение чувствительности при наличии мощной двигательной нагрузки на ответвлениях линии, сложность распознавания коротких замыканий за маломощными трансформаторами ответвительных подстанций при наличии нагрузочного режима.
4
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство резервной защиты линии с трансформаторами на ответвлениях [Патент РФ №,2162269], состоящее из датчиков токов всех трех фаз линии, выходы которых соединены со входами фильтров тока обратной и прямой последовательности, датчики напряжения, включенные на междуфазные напряжения, выходы которых соединены со входами фильтра напряжения прямой последовательности, а его выход соединен со вторым входом первой схемы сравнения фаз (четвертая ССФ (ССФ)), выход которой соединен с седьмым входом блока логики, шестой вход которого соединен с выходом пятой схемы сравнения модулей, вход которой соединен с выходом фильтра тока нулевой последовательности, входы которого соединены с выходами датчиков токов, выходы одного из датчиков и фильтра обратной последовательности подключены к входам второй и четвертой схем сравнения модулей токов, а их выходы соединены со вторым и четвертым входами блока логики, выход которого соединен с входом выходного органа, первой и третьей схемы сравнения модулей, входы которых подсоединены к датчикам тока одной из фаз и фильтра тока обратной последовательности, а их выходы к первому и третьему входам блока логики, вторая схема сравнения фаз, входы которой соединены с выходами фильтров тока обратной и прямой последовательности, а выход с пятым входом блока логики, блок формирования уставки, выходы которого соединены с выходами фильтров токов обратной и прямой последовательности и выходом второй схемы сравнения фаз, а его выход соединен с дополнительным входом первой схемы сравнения фаз измерительных органов тока и напряжения, включенных на токи фаз и междуфазные напряжения соответственно, схем сравнения модулей, схем сравнения фаз, схему формирования уставки, блок логики и выдержки времени и выходной орган.
Недостатком описываемого технического решения является использование тока только одной фазы при реализации алгоритма выходных воздействий, что ограничивает распознавание устройством неполнофазных режимов.
Задача полезной модели - повышение чувствительности и селективности защиты дальнего резервирования.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в достижении распознавания устройством неполнофазных режимов, что повысит селективность устройства при аварийных режимах. Это достигается тем, что устройство адаптивной резервной защиты трансформаторов ответвительных подстанций, содержащее датчики токов всех трех фаз линии, выходы которых соединены с входами фильтров тока обратной, прямой и нулевой последовательностей, датчики напряжения, включенные на фазные напряжения всех трех фаз А, В, С, выходы которых соединены со входами фильтров напряжения прямой и обратной последовательностей, выход фильтра тока прямой последовательности соединен с первым входом четвертой схемы, сравнения фаз, выход фильтра напряжения прямой последовательности соединен со вторым входом четвертой схемы сравнения фаз, выход органа выдержки времени соединен с входом выходного органа, входы пятой, схемы сравнения фаз соединены; с выходом фильтра напряжения обратной последовательности и выходом фильтра тока обратной последовательности, выход пятой схемы сравнения фаз соединен с пятым входом блока анализа режимов, выход четвертой схемы сравнения фаз соединен с вторым входом блока анализа режимов, выход блока анализа режимов соединен с входом органа выдержки времени, выходы первого, второго, третьего датчиков, тока соединены.с, первыми входами первой, второй, третьей схем сравнения фаз соответственно, выходы первого, второго, третьего датчиков напряжения соединены со вторыми входами первой, второй, третьей схем сравнения фаз, выходы первой, второй, третьей схем сравнения фаз соединены с первым, третьим и седьмым входами блока анализа режимов соответственно, выход фильтра тока нулевой последовательности соединен с восьмым входом блока анализа режимов, выход фильтра тока прямой последовательности соединен с четвертым входом блока анализа режимов, выход фильтра тока обратной последовательности соединен с шестым входом блока анализа режимов.
1
3
1
3
1
3
4
5
На фиг.1. приведена структурная схема устройства адаптивной резервной защиты трансформаторов ответвительных подстанций. Устройство содержит датчики напряжения (ДН-ДН) 1, 2, 3, установленные во всех трех фазах А, В, С и датчики тока (ДТ-ДТ) 4, 5, 6, также установленные в трех фазах А, В, С соответственно, схемы сравнения фаз (ССФ-ССФ) 7-9, фильтр напряжения прямой последовательности (ФНПП) 10, фильтр напряжения обратной последовательности (ФНОП) 11, фильтр тока прямой последовательности (ФТПП) 12, фильтр тока обратной последовательности (ФТОП) 13 и фильтр тока нулевой последовательности (ФТНП) 14, схемы сравнения фаз (ССФ, ССФ) 15, 16, блок анализа режимов (БАР) 17, орган выдержки времени (ОВВ) 18, выходной орган (ВО) 19.
1
3
1
3
4
4
5
5
4
1
3
1
3
1
3
1
3
1
3
Выходы датчиков токов (ДТ-ДТ) 4, 5, 6 всех трех фаз линии соединены с входами фильтра тока обратной последовательности (ФТОП) 13, входами фильтра тока прямой последовательности (ФТПП) 12 и входами фильтра тока нулевой последовательности (ФТНП) 14, датчики напряжения (ДН-ДН) 1, 2, 3, включенные на фазные напряжения всех трех фаз А, В, С, выходы которых соединены со входами фильтра напряжения прямой последовательности (ФНПП) 10; и входами фильтра напряжения обратной последовательности (ФНОП) 11, выход фильтра тока прямой последовательности (ФТПП) 12 соединен с первым входом четвертой схемы сравнения фаз (ССФ) 15, выход фильтра напряжения прямой последовательности (ФНПП) 10 соединен со вторым входом четвертой схемы сравнения фаз (ССФ) 15, выход органа выдержки времени (ОВВ) 18 соединен с входом выходного органа (ВО) 19, входы пятой схемы сравнения фаз (ССФ) 16 соединены с выходом фильтра напряжения обратной последовательности (ФНОП) 11 и выходом фильтра тока обратной последовательности (ФТОП) 13, выход пятой схемы сравнения фаз (ССФ) 16 соединен с пятым входом блока анализа режимов (БАР) 17, выход четвертой схемы сравнения фаз (ССФ) 15 соединен с вторым входом блока анализа режимов (БАР) 17, выход; блока анализа режимов (БАР) 17 соединен с входом органа выдержки времени (ОВВ) 18, выходы первого, второго, третьего датчиков тока (ДТ-ДТ) 4, 5, 6 соединены с.первыми входами первой, второй, третьей схем сравнения фаз (ССФ-ССФ) 7-9 соответственно, выходы первого, второго, третьего датчиков напряжения (ДН-ДН) 1, 2, 3 соединены со вторыми входами первой, второй, третьей схем сравнения фаз (ССФ-ССФ) 7-9, выходы первой, второй, третьей схем сравнения фаз (ССФ-ССФ) 7-9 соединены с первым, третьим и седьмым входами блока анализа режимов (БАР) 17 соответственно, выход фильтра тока нулевой последовательности (ФТНП) 14 соединен с восьмым входом блока анализа режимов, выход фильтра тока прямой последовательности (ФТПП) 12 соединен с четвертым входом блока анализа режимов (БАР) 17, выход фильтра тока обратной последовательности (ФТОП) 13 соединен с шестым входом блока анализа режимов (БАР) 17.
1
3
1
3
1
2
3
1
3
1
3
4
5
Устройство работает следующим образом: датчики напряжения (ДН-ДН) 1, 2, 3 обеспечивают преобразование напряжения в напряжение, датчики тока (ДТ-ДТ) 4, 5, 6 выполняют преобразование тока в напряжение. Схемы сравнения фаз (ССФ, ССФ, ССФ) 7-9, подключенные к выходам датчиков «тока (ДТ-ДТ) 4, 5, 6 и датчиков напряжения (ДН-ДН) 1, 2, 3 всех фаз, обеспечивают выделение сигналов пропорциональных аргументам фазных токов., Фильтр напряжения прямой последовательности (ФНПП) 10 и фильтр напряжения обратной последовательности (ФНОП) 11 выделяют на выходе сигнал пропорциональный напряжениям прямой и обратной последовательностей соответственно, а фильтр тока прямой последовательности (ФТПП) 12, фильтр тока обратной последовательности (ФТОП) 13, фильтр тока нулевой последовательности.(ФТНП) 14 обеспечивают выделение сигналов пропорциональных токам прямой, обратной и нулевой последовательностей соответственно. Схема сравнения фаз (ССФ) 15 подключенная к выходам фильтра тока прямой последовательности (ФТПП) 12 и фильтра напряжения прямой последовательности (ФНПП) 10, обеспечивает выделение сигнала пропорционального аргументу тока прямой последовательности. Схема сравнения фаз (ССФ) 16, подключенная к выходам фильтра тока обратной последовательности (ФТОП) 13 и фильтра напряжения обратной последовательности (ФНОП) 11, обеспечивает выделение сигнала, пропорционального аргументу тока обратной последовательности.
4
5
Блок анализа режимов (БАР) 17, подключенный к выходам схем сравнения фаз (ССФ-ССФ) 15, 16, обеспечивает комплексный анализ режима работы сети и при выявлении аварийного режима работы передает сигнал на, отключение. При этом учитываются величины токов прямой, обратной и нулевой последовательности, величины аргументов токов всех трех фаз, прямой и обратной последовательностей, величины приращения аргументов фазных токов, величины приращения аргументов токов прямой и обратной последовательности. Блок анализа режимов (БАР) 17 обеспечивает обработку параметров подводимых сигналов, а также производит расчет собственных параметров:
,
А.БАР
где φ - угол между токами прямой и обратной последовательности фазы А;
- ток прямой последовательности фазы А;
- ток обратной последовательности фазы А;
В.БАР
φ - угол между токами прямой и обратной последовательности фазы В;
- ток прямой последовательности фазы В;
- ток обратной последовательности фазы В;
С.БАР
φ - угол между токами прямой и обратной последовательности фазы С;
- ток прямой последовательности фазы С;
- ток обратной последовательности фазы С;
и оценка выполнения соотношений:
1
з.
нг,max.отп.
I≥kI,
1
где I - ток прямой последовательности;
з
k - коэффициент запаса;
нг.max.oтп.
I - максимально возможный ток нагрузки ответвительной подстанции,
2
з.
погр.ТТ
I≥kI,
2
где I - ток обратной последовательности;
з
k - коэффициент запаса;
погр.ТТ
I - максимальный ток погрешности трансформаторов тока, к которым подключено устройство защиты.
Орган выдержки времени (ОВВ) 18 обеспечивает набор выдержки времени для отстройки от действия основных защит или резервных ступенчатых защит.
1
3
1
3
1
3
4
5
В нормальном режиме работы сети заявленное устройство находится в следующем состоянии. Выходные напряжения датчиков напряжения (ДН-ДН) 1-3 близки к номинальным значениям и соответственно близко к номинальному значению напряжение на выходе фильтра напряжения прямой последовательности (ФНПП) 10. Выходные сигналы датчиков тока (ДТ-ДТ) 4-6 определяются величиной нагрузочных токов линии. Выходной сигнал фильтра тока прямой последовательности (ФТПП) 12 также определяется величиной токов нагрузки. Выходные сигналы фильтра тока обратной последовательности (ФТОП) 13, фильтра напряжения обратной последовательности (ФНОП) 11 и фильтра тока нулевой последовательности (ФТНП) 14 близки к нулю и определяются только токами и напряжением небаланса. Выходные сигналы схем сравнения фаз (ССФ-ССФ) 7-9, а также схемы сравнения фаз (ССФ) 15 определяются величиной нагрузочных аргументов тока. На выходе схемы сравнения фаз (ССФ) 16 сигнал отсутствует, так как величины тока и напряжения обратной последовательности недостаточны для работы пятой схемы сравнения фаз. Блок анализа режимов (БАР 17) определяет область нахождения нагрузочного режима и на его выходе присутствует логический ноль. На выходе органа выдержки времени (ОВВ) 18 и выходного органа (ВО) 19 присутствуют логические сигналы 0.
4
5
При двухфазном коротком замыкании (КЗ) за одним, из трансформаторов на стороне соединенной в треугольник, подключенном на ответвлении ВЛ устройство работает следующим образом. При металлическом КЗ угол между векторами токов поврежденных фаз прямой и обратной последовательности составляет 60° в месте КЗ и для неповрежденной фазы 180°. Из-за различного сдвига составляющих токов прямой последовательности  и обратной последовательности , обусловленного группой соединения обмоток трансформатора “звезда-треугольник”, появляется дополнительный фазовый сдвиг между токами  и  всех фаз,, что, фиксируется, схемами, сравнения фаз (ССФ, ССФ) 15, 16 и блоком анализа режимов (БАР) 17. Контроль фазовых соотношений всех трех фаз позволяет получить требуемую чувствительность при любом несимметричном КЗ.
4
5
При двухфазном КЗ на стороне трансформатора: на ответвлении с соединением его обмоток в звезду формирование сигнала отключения обеспечивается за счет срабатывания схем сравнения (ССФ, ССФ) 15, 16 и определения блоком анализа режимов (БАР) 17 значений токов прямой и обратной последовательности, соответствующих аварийным.
4
При трехфазных КЗ за трансформаторами на ответвлениях при любой группе соединений трансформаторов определяются аварийные аргументы токов прямой последовательности схемой сравнения фаз (ССФ) 15, аварийные аргументы фазных токов и приращение аргумента тока прямой последовательности, характерного для режима симметричного короткого замыкания. Блок анализа режимов (БАР) 17 обеспечивает распознавание существующего режима КЗ и формирует логический сигнал 1.
При двухфазных или трехфазных КЗ на линии, когда ток КЗ превышает максимально-возможное значение токов КЗ за трансформатором максимальной мощности, блок анализа режимов (БАР) 17 определяет режим, как КЗ на линии и действует или на отключение с выдержкой времени задаваемой органом выдержки времени (ОВВ) 18, или блокируется, отдавая приоритет защитам линии.
При однофазном КЗ, что возможно только на воздушной линии из-за соединения обмоток трансформатора «звезда-треугольник» или «звезда-звезда» с незаземленной нейтралью на стороне среднего (низшего) напряжения, происходит выделение тока нулевой последовательности фильтром тока нулевой последовательности (ФТНП) 14, блок анализа режимов БАР 17 определяет режим как однофазное КЗ на линии и блокируется, чтобы дать возможность подействовать защитам линии.
4
При включении линии в цикле автоматического повторного включения и наличии двигательной нагрузки на трансформаторных подстанциях возможно определение схемой сравнения фаз (ССФ) 15 аргумента тока прямой последовательности близкого по величине к аварийным величинам, однако, в этом случае блок анализа режимов (БАР) 17 не определяет режим как аварийный, т.к. приращения вычисляется с.учетом предшествующего нагрузочного режима и динамики, изменения контролируемых параметров сигналов, что обеспечивает надежную отстройку от данного режима.
4
5
При возникновении обрыва провода одной из фаз ВЛ определяются модули и аргументы токов прямой и обратной последовательности фильтром тока прямой последовательности (ФТПП) 12, фильтром тока обратной последовательности (ФТОП) 13, фильтром тока нулевой последовательности (ФТНП) 14,,схемой, сравнения фаз (ССФ) 15 и схемой сравнения фаз (ССФ) 16, блок анализа режимов (БАР) 17 определяет угол между векторами токов прямой и обратной последовательности, для каждой; фазы, и выявляет поврежденную фазу и действует на отключение линии.
Таким образом, использование в заявляемом устройстве контроля модулей и аргументов трех фаз, многофазных схем сравнения фазовых соотношений токов прямой и обратной последовательностей и их аварийных составляющих (приращений), тока нулевой последовательности позволяет повысить степень распознаваемости: аварийных режимов на фоне нагрузочных режимов и как следствие - повысить чувствительность и селективность.