Реле тока нулевой последовательности

 

Сущность изобретения: устройство содержит формирователь рабочего напряжения, три формирователя фазных напряжений и двухвходовыq релейный элемент, первый вход которого подключен к выходу формирователя рабочего напряжения. Введение блока выбора среднего значения из трех величин, входы которого подключены к выходам формирователей фазных напряжений, а выход соединен с вторым входом релейного элемента, повышает чувствительность реле к однофазным удаленным коротким замыканиям, что позволяет расширить область применения однофазного автоматического повторного включения и, таким образом, повысить надежность работы высоковольтных линий электропередачи и энергосистемы в целом. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите и системной автоматике и предназначено для использования преимущественно в устройствах однофазного автоматического повторного включения высоковольтных линий электропередач.

Основными требованиями, предъявляемыми к реле тока нулевой последовательности, являются надежное срабатывание при однофазных коротких замыканиях (КЗ) и надежное несрабатывание при междуфазных КЗ без участия земли. Для выполнения первого требования необходима высокая чувствительность реле к току нулевой последовательности линии, а для удовлетворения второго требования высокая степень отстройки от токов небаланса в нулевом проводе токовых измерительных цепей при близких междуфазных КЗ. Расчетными случаями являются удаленное однофазное КЗ вблизи мощной тупиковой подстанции и близкое двухфазное КЗ.

Известно реле тока, содержащее формирователь рабочего напряжения и пороговый блок [1] Однако, такое реле из-за отсутствия торможения не обеспечивает выполнения указанных требований, так как токи небаланса в нулевом проводе могут превосходить величины токов нулевой последовательности в расчетных режимах. Поэтому в таких случаях применяют реле, имеющие различные виды торможения.

Известно реле тока нулевой последовательности, характеризующееся наличием торможения от напряжения прямой последовательности [2] Однако, при близких КЗ и питания от мощных источников это реле может сработать при междуфазных КЗ без земли.

Известно реле тока нулевой последовательности, характеризующееся наличием торможения от фазных токов [3] Это реле выбрано в качестве прототипа и содержит на входе формирователь рабочего напряжения и три формирователя фазных напряжений, а на выходе релейный элемент. Недостатком этого реле является малая чувствительность при удаленных однофазных КЗ.

Задачей данного изобретения является создание реле, характеризующегося повышенной чувствительностью при удаленных однофазных КЗ.

Предметом изобретения является реле тока нулевой последовательности, содержащее формирователь рабочего напряжения, три формирователя фазных напряжений и двухвходовый релейный элемент, выход которого является выходом реле, а первый вход подключен к выходу формирователя рабочего напряжения, при этом вход формирователя рабочего напряжения и входы формирователей фазных напряжений предназначены для включения в рассечки нулевого провода токовых измерительных цепей и фазных проводов токовых измерительных цепей соответственно, отличающееся тем, что введен блок выбора среднего значения из трех величин, входы которого подключены к выходам формирователей фазных напряжений, а выход соединен с вторым входом релейного элемента.

Введение блока выбора среднего значения из трех величин повышает чувствительность реле к однофазным удаленным КЗ, что позволяет расширить область применения ОАПВ и, таким образом, надежность работы высоковольтных ВЛ и энергосистемы в целом.

Реле тока нулевой последовательности имеет развитие, характеризующееся тем, что блок выбора среднего значения из трех величин выполнен в виде выходного сумматора и трех каналов, каждый из которых содержит схему сравнения, логический элемент И, ключ, управляющий вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход схемы сравнения каждого канала является соответствующим входом блока среднего значения из трех величин и соединен с основным входом ключа своего канала и с вторым входом сравнения канала опережающего фазного напряжения, а выход схемы сравнения с первым входом логического элемента И своего канала и с вторым входом элемента И канала отстающего фазного напряжения, при этом выход ключа каждого канала соединен с соответствующим входом выходного сумматора.

Такое выполнение блока выбора среднего значения из трех величин является наиболее предпочтительным при использовании микропроцессорной элементной базы.

Еще одним развитием реле тока нулевой последовательности является выполнение блока выбора среднего значения из трех величин в виде селектора максимального сигнала, селектора минимального синнала, первого сумматора на входе и второго сумматора на выходе, причем каждый из трех входов селекторов максимального и минимального сигналов соединен с одним из входов первого сумматора, выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора, второй и третий инверсные входы которого подключены к выходам селекторов максимального и минимального сигналов соответственно.

Данное выполнение блока выбора среднего значения из трех величин является наиболее предпочтительным при использовании микроэлектронной элементной базы.

На фиг. 1 приведена структурная схема реле тока нулевой последовательности; на фиг. 2 и 3 приведены варианты внутреннего выполнения блока выбора среднего значения из трех величин в соответствии с развитием по п.п. 2 и 3 формулы изобретения.

Структурная схема реле (фиг. 1) содержит формирователь 1 рабочего напряжения, три формирователя 2 4 фазных напряжений, двухвходовый релейный элемент 5 и блок 6 выбора среднего значения из трех величин U_A, U_B и U_C. Выход элемента 5 является выходом реле, а первый вход подключен к выходу формирователя 1, при этом вход формирователя 1 и входы формирователей 2 4 предназначены для включения в рассечки нулевого провода токовых измерительных цепей и фазных проводов токовых измерительных цепей соответственно. Входы блока 6 подключены к выходам формирователей 2 4, а выход соединен с вторым входом элемента 5.

Блок 6 выбора среднего значения из трех величин может быть выполнен (фиг. 2) в виде выходного сумматора 7 и трех каналов 8 10, каждый из которых содержит схему 11 (12, 13) сравнения, логический элемент 14(15, 16) И, ключ 17(18, 19), управляющий вход которого соединен с выходом элемента 14(15, 16). Первый вход схемы 11(12, 13) является соответствующим входом блока 6 (см. входные напряжения U_A, (U_B, U_C) на фиг. 2) и соединен с основным входом ключа 17(18, 19) своего канала 8(9, 10) и с вторым входом схемы 13(11, 12) канала 10(8, 9) опережающего фазного напряжения U_C (U_A, U_B), а выход схемы 11 (12, 13) соединен с первым входом логического элемента 14(15, 16) своего канала 8(9, 10) и с вторым входом элемента 15(16, 14) канала 9(10, 8) отстающего фазного напряжения U_B, (U_C, U_A), при этом выход ключа 17(18, 19) канала 8(9, 10) соединен с соответствующим входом сумматора 7.

На фиг. 3 показано иное внутреннее выполнение блока 6 в виде селектора 20 максимального сигнала, селектора 21 минимального сигнала, первого сумматора 22 на входе и второго сумматора 23 на выходе. Каждый из трех входов селекторов 20 и 21 соединен с одним из входов сумматора 22, выход сумматора 22 соединен с первым входом сумматора 23, второй и третий инверсные входы которого подключены к выходам селекторов 20 и 21.

Реле работает следующим образом.

Формирователь 1 формирует, зависящее от тока 3I₀ в нулевом проводе, рабочее напряжение, которое поступает на первый вход релейного элемента 5. При отсутствии напряжения на втором входе элемента 5 устройство работает как обычное реле без торможения.

К входам формирователей 2 4 подводятся соответствующие фазные токи I_A, I_B, I_C, и на выходах этих формирователей появляются напряжения U_A, U_B, U_C, отличные от нуля, если соответствующие фазные токи больше тока начала торможения.

Выбор среднего значения из трех величин U_A, U_B, U_C при выполнении блока 6 по фиг. 2 осуществляется путем попарного сравнения входных величин U_A, U_B, U_C на двухвходовых схемах 11 - 13.

Сигналы (логические единицы) появляются на выходах тех двух из трех схем 11 13, например схем 11 и 12, на первых входам которых в данный момент действуют величины U_A и U_B, большие, чем U_B и U_C на их вторых входах. Происходит срабатывание одного из элементов 14 16 И, (в данном случае элемента 15), на оба входа которого поступают логические единицы. Выходной сигнал сработавшего элемента 15 открывает связанный с ним управляемый ключ 18, в результате чего выбранная средняя величина U_B из трех входных величин U_A, U_B, U_C поступает на один из входов сумматора 7. Поскольку два других ключа 17 и 19 закрыты, и на другие входы сумматора 7 сигнал не поступает, то на выходе сумматора 7 будет присутствовать упомянутая средняя величина U_B.

Выбор среднего значения из трех входных величин при выполнении блока 6 по фиг. 3 происходит следующим образом. На первый вход сумматора 23 поступает сумма U_A + U_B + U_C. На два его инверсных входа поступает максимальное и минимальное из трех указанных напряжений U_A, U_B, U_C. Осуществляя алгебраическое суммирование, сумматор 23 обеспечивает на выходе среднее значение из величин U_A, U_B, U_C.

Напряжение с выхода блока 6 подается (фиг. 1) на второй вход релейного элемента 5, который реагирует на положительную разность между напряжениями на первом и втором его входах.

В нормальном режиме ток 3I₀ отсутствует, а фазные токи невелики. Поэтому на выходах формирователей 1 4 сигналы отсутствуют и реле не срабатывает.

При замыканиях на землю протекание токов 3I₀, I_A, I_B, I_C приводит к появлению напряжения на выходе формирователя 1 и сигналов U_A, U_B, U_C. На выходе блока 6 формируется напряжение торможения, однако оно меньше напряжения формирователя 1 и реле срабатывает.

При междуфазных КЗ без участия земли напряжение торможения от блока 6 превалирует над напряжением формирователя 1, обусловленным токами небаланса в нулевом проводе, и реле не срабатывает.

Основной технический результат проявляется при удаленных однофазных КЗ. Если принять, что параметры реле выбраны так, что торможение при двухфазных КЗ было таким же, как у реле-прототипа, то торможение при удаленных однофазных КЗ у предлагаемого реле начнется при существенно большем токе и будет нарастать в 2 раза медленнее, чем у реле-прототипа. Это объясняется тем, что при удаленном однофазном КЗ (например, фазы A на землю) токи в двух неповрежденных фазах B и C в два раза меньше, чем ток в поврежденной фазе A.

При двухфазном КЗ, без участия земли, торможение в предлагаемом реле и реле-прототипе примерно одинаково.

Построение реле тока нулевой последовательности по предлагаемой схеме дает возможность при однофазных удаленных КЗ получить чувствительность в 2 раза более высокую, чем у реле-прототипа, что позволяет осуществить ОАПВ на ВЛ 500 кВ и выше большой протяженности с мощными подстанциями на концах линии. Расширение области применения ОАПВ существенно повысит надежность работы энергосистемы в целом.

Проведенные в АО ВНИИЭ исследования показали, что предлагаемое решение может быть реализовано в широко применяемых устройствах АПВ типа ПДЭ-2004.01 и ПДЭ-2004.03 путем модернизации одного из модулей упомянутых устройств, причем для этого потребуются только известные серийно выпускаемые элементы.

Формула изобретения

1. Реле тока нулевой последовательности, содержащее формирователь рабочего напряжения, три формирователя фазовых напряжений и двухвходовый релейный элемент, выход которого является выходом реле, а первый вход подключен к выходу формирователя рабочего напряжения, при этом вход формирователя рабочего напряжения и входы формирователей фазных напряжений предназначены для включения в рассечки нулевого провода токовых измерительных цепей и фазных проводов токовых измерительных цепей соответственно, отличающееся тем, что введен блок выбора среднего значения из трех величин, входы которого подключены к выходам формирователей фазных напряжений, а выход соединен с вторым входом релейного элемента.

2. Реле по п.1, отличающееся тем, что блок выбора среднего значения из трех величин выполнен в виде выходного сумматора и трех каналов, каждый из которых содержит схему сравнения, логический элемент И, ключ, управляющий вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход схемы сравнения каждого канала является соответствующим входом блока выбора среднего значения из трех величин и соединен с основным входом ключа своего канала и с вторым входом схемы сравнения канала опережающего фазного напряжения, а выход схемы сравнения с первым входом логического элемента И своего канала и с вторым входом элемента И канала отстающего фазного напряжения, при этом выход ключа каждого канала соединен с соответствующим входом выходного сумматора.

3. Реле по п.1, отличающееся тем, что блок выбора среднего значения из трех величин выполнен в виде селектора максимального сигнала, селектора минимального сигнала, первого сумматора на входе и второго сумматора на выходе, причем каждый из трех входов селекторов максимального и минимального сигналов соединен с одним из входов первого сумматора, выход первого сумматора соединен с первым входом второго сумматора, второй и третий инверсные входы которого подключены к выходам селекторов максимального и минимального сигналов соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3