Способ токовой направленной защиты двух параллельных линий трехфазной электрической установки и устройство для его реализации

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите, и может быть использовано для защиты двух параллельных линий трехфазной электрической установки при превышениях токов в отдельных фазах и линиях номинальных значений, вызванных, например, повреждениями в электроустановке и на одной из защищаемых линий, сопровождаемыми короткими замыканиями. Технический результат - упрощение, снижение потребляемой мощности и повышение чувствительности и быстродействия защиты. Это достигается за счет того, что на первичные обмотки насыщающихся трансформаторов тока, входящих в состав электромагнитных токовых реле, подают результирующую трехфазную последовательность токов из фазовых токов соответствующих линий. При этом обеспечивается возможность выбора и фиксации всех видов повреждений на поврежденной линии с помощью только двух электромагнитных токовых реле по одному параметру (сумме фазовых токов линии). Это позволяет значительно снизить потребляемую мощность по цепям переменного тока защиты за счет исключения реле направления мощности и, как следствие, цепей напряжения от трансформаторов шин подстанции (станции) и, следовательно, мертвой зоны по напряжению, что значительно уменьшает зону ее каскадного действия, а также повышает чувствительность защиты, ее надежность и быстродействие. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники, к релейной защите, в частности к токовой направленной дифференциальной защите, и может быть использовано для защиты параллельных линий трехфазной электрической установки при превышениях токов в отдельных фазах и линиях номинальных значений, вызванных, например, повреждениями в электроустановке в одной из защищаемых линий, сопровождаемыми короткими замыканиями.

Известен способ токовой направленной защиты параллельных линий трехфазной электрической установки, в соответствии с которым контролируют разность токов одноименных фаз параллельных линий и при превышении разностного тока порогового значения отключают поврежденную линию [1].

Недостатком известного способа является сложность его реализации, заключающаяся в необходимости устанавливать в каждую фазу токовое реле и реле направления мощности, и, как следствие, значительная потребляемая мощность по цепям переменного тока защиты. Кроме того из-за наличия реле направления мощности необходимо подводить напряжение от трансформаторов напряжения шин подстанции и включать их по типовым, специальным схемам, учитывая при этом наличие мертвой зоны по напряжению, зону каскадного действия защиты, что снижает, в общем случае, чувствительность, надежность и быстродействие защиты при ее работе.

Известно устройство для токовой направленной защиты параллельных линий трехфазной электрической установки, содержащее трансформаторы тока, подключенные в каждую фазу каждой линии в рассечку фаз силовой цепи и токовое реле по одному на каждую фазу [11.

Недостатком известного устройства является сложность из-за наличия в каждой фазе токового реле и реле направления мощности, и, как следствие, значительная потребляемая мощность по цепям переменного тока защиты. Кроме того из-за наличия реле направления мощности необходимо подводить напряжение от трансформаторов напряжения шин подстанции и включать их по типовым, специальным схемам, учитывая при этом наличие мертвой зоны по напряжению, зону каскадного действия защиты, что снижает, в общем случае, чувствительность, надежность и быстродействие защиты при ее работе.

Техническим результатом предложенных технических решений является устранение, указанных выше недостатков, то есть упрощение, снижение потребляемой мощности и повышение чувствительности и быстродействия защиты.

Технический результат достигается за счет того, что при реализации способа токовой направленной защиты двух параллельных линий трехфазной электрической установки, в соответствии с которым в трансформаторах тока преобразуют токи каждой из фаз каждой из параллельных линий, осуществляют геометрическое суммирование токов, полученных в результате преобразований токов фаз каждой из параллельных линий, подавая на первичные обмотки соответствующего насыщающегося трансформатора тока электромагнитного токового реле токи, полученные в результате преобразования токов фаз соответствующих линий, при этом на вторичной обмотке каждого из насыщающихся трансформаторов тока формируют напряжение, величина которого соответствует величине результирующего магнитного потока, созданного токами его первичных обмоток, из каждого сформированного напряжения формируют соответствующие однонаправленные токи, величины которых соответствуют величинам упомянутых напряжений, и при превышении разности однонаправленных токов заданного порогового уровня отключают линию, с которой связан насыщающийся трансформатор тока, на вторичной обмотке которого сформировано напряжение большей величины.

Способ можно реализовать с помощью устройства для токовой направленной защиты двух параллельных линий трехфазной электрической установки, содержащего трансформаторы тока по три на каждую линию, первичные обмотки которых подключены в каждой линии в рассечки соответствующих фаз силовой цепи, а вторичные обмотки трансформаторов тока каждой линии соединены по схеме звезда или треугольник, кроме того первое и второе токовые реле по одному на каждую линию, при этом каждое токовое реле выполнено в виде электромагнитного токового реле с исполнительным органом и насыщающимся трансформатором тока, на среднем стержне магнитопровода которого расположены три первичные обмотки, объединенные одноименными выводами, выводы каждой из которых соединены с соответствующими выводами вторичных обмоток трансформатора тока соответствующей линии, каждая с выводами обмотки одной фазы, вторичная обмотка насыщающегося трансформатора тока каждого электромагнитного токового реле, расположенная на одном из крайних стержней магнитопровода, подключена ко входу исполнительного органа соответствующего электромагнитного токового реле, при этом каждый исполнительный орган содержит однофазный выпрямительный мост, конденсатор и пороговое устройство в виде поляризованного реле с рабочей и тормозной обмотками и контактами, обеспечивающими отключение соответствующей линии, при этом выводы переменного тока однофазного выпрямительного моста являются входом соответствующего исполнительного органа, параллельно выходу выпрямительного моста подключены конденсатор и цепь из последовательно соединенных рабочей обмотки поляризованного реле, входящего в состав соответствующего исполнительного органа, и тормозной обмотки поляризованного реле другого исполнительного органа.

Предложенная группа изобретений обеспечивает возможность выбора и фиксации всех видов повреждений на параллельных линиях электроустановки с помощью только двух электромагнитных токовых реле, с насыщающимися трансформаторами тока, используя лишь токовые параметры, защищаемых линий.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема примера выполнения устройства, реализующего предложенный способ токовой направленной защиты двух параллельных линий трехфазной электрической установки; на фиг. 2 представлена схема подключения обмоток насыщающегося трансформатора тока электромагнитного токового реле.

На фиг. 1 изображены первая и вторая параллельные линии 1, 2 трехфазной электрической установки. В рассечку фаз A, B, C первой линии 1 включены первичные обмотки трансформаторов тока 3, 4, 5. В рассечку фаз A', B', C' силовой цепи второй линии 2 включены первичные обмотки трансформаторов тока 6, 7, 8 соответственно. Направление включения первичных обмоток трансформаторов тока 3, 4, 5 в первой линии 1 совпадает с направлением включения первичных обмоток трансформаторов тока 6, 7, 8 во второй линии 2. Вторичные обмотки трансформаторов тока в каждой линии могут быть соединены как по схеме звезда, так и по схеме треугольник. В рассматриваемом примере выполнения вторичные обмотки трансформаторов тока 3, 4, 5 и 6, 7, 8 соединены по схеме звезда. Вывод 20 точки соединения концов вторичных обмоток трансформаторов тока 3, 4, 5 соединен с объединенными концами первичных обмоток 11, 12, 13 насыщающегося трансформатора тока 9, входящего в состав первого электромагнитного токового реле. Начала обмоток 11, 12, 13 соединены с началами вторичных обмоток соответствующих трансформаторов тока 3, 4, 5 через выводы 14, 15, 16 соответственно. Вторичная обмотка 17 насыщающегося трансформатора тока первого электромагнитного токового реле подключена ко входу исполнительного органа 10 первого электромагнитного токового реле.

В состав исполнительного органа 10 входят: однофазный выпрямительный мост 21, подключенный параллельно его выходу конденсатор 22, первое поляризованное реле с рабочей обмоткой 23, тормозной обмоткой 24 и замыкающими контактами 25, включенными в цепь отключения выключателя первой линии 1 и предназначенными для отключения первой линии 1. Выводы 18, 19 обмотки 17 соединены со входом (выводами переменного тока) моста 21, который является входом исполнительного органа 10.

Вывод 20' точки соединения концов вторичных обмоток трансформаторов тока 6, 7, 8 соединен с объединенными концами первичных обмоток 11', 12', 13' насыщающегося трансформатора тока 9', входящего в состав второго электромагнитного токового реле. Начала обмоток 11', 12', 13' соединены с началами вторичных обмоток соответствующих трансформаторов тока 6, 7, 8 через выводы 14', 15', 16, соответственно. Вторичная обмотка 17' насыщающегося трансформатора тока второго электромагнитного токового реле подключена ко входу исполнительного органа 10' второго электромагнитного токового реле.

В состав исполнительного органа 10' входят: однофазный выпрямительный мост 21', подключенный параллельно его выходу конденсатор 22', второе поляризованное реле с рабочей обмоткой 23', тормозной обмоткой 24' и замыкающими контактами 25', включенными в цепь отключения выключателей второй линии 2 и предназначенными для отключения второй линии 2. Выводы 18', 19' обмотки 17' соединены со входом (выводами переменного тока) моста 21', который является входом исполнительного органа 10'.

Полярный вывод рабочей обмотки 23 первого поляризованного реле соединен с полярным выводом тормозной обмотки 24' второго поляризованного реле. Неполярный вывод рабочей обмотки 23 соединен с отрицательным выводом выхода моста 21, неполярный вывод обмотки 24' соединен с положительным выводом выхода моста 21. Полярный вывод рабочей обмотки 23' второго поляризованного реле соединен с полярным выводом тормозной обмотки 24 первого поляризованного реле. Неполярный вывод обмотки 24 соединен с положительным выводом выхода однофазного выпрямительного моста 21'. Неполярный вывод обмотки 23' соединен с отрицательным выводом выхода моста 21'.

В качестве насыщающегося трансформатора тока может быть применен трансформатор, конструкция которого описана в [2]. Схема соединения его обмоток и их расположение на сердечнике магнитопровода в соответствии с настоящим изобретением представлены на фиг. 2. Насыщающийся трансформатор тока содержит трех стержневой сердечник 29, на среднем стержне которого расположены первичные обмотки 11-13 (11'-13'), на одном из его крайних стержней расположена вторичная обмотка 17 (17'), на его среднем и другом крайнем стержнях расположены две секции короткозамкнутой обмотки 26, 27, в цепь которой включено переменное сопротивление 28. Первичные обмотки насыщающихся трансформаторов тока могут быть выполнены как с разными, так и с одинаковыми числами витков.

В качестве поляризованного реле можно использовать поляризованные реле, конструкция которых описана в [3].

Токовая направленная защита двух параллельных линий трехфазной электрической установки реализуется следующим образом. При включении в сеть электроустановки в проводах фаз A, B, C и A', B', C' ее параллельных линий 1, 2 и в первичных обмотках трансформаторов тока 3 - 8 протекают первичные фазные токи I'a, I'b, I'c первой линии 1 и I''a, I''b, I''c - второй линии 2, которые преобразуются в трансформаторах тока 3-8 во вторичные фазные токи i'a, i'b, i'c первой и ii''a, i''b, i''c второй линий соответственно.

Токи i'a, i'b, i'c, протекая по обмоткам 11, 12, 13, создают в сердечнике магнитопровода насыщающегося трансформатора тока 29 результирующий магнитный поток, величина и направление которого и определяется величиной и направлением геометрической суммы токов i'a, i'b, i'c, которая, в свою очередь, связана однозначной зависимостью с геометрической суммой токов I'a, I'b, I'c.

На вторичной обмотке 17 формируется напряжение, величина которого определяется величиной результирующего магнитного потока сердечника трансформатора 9. Аналогичным образом формируется напряжение на обмотке 17' трансформатора 9'.

Напряжение с обмотки 17 (17') поступает на вход моста 21 (21') в выходной цепи которого формируется однонаправленный ток, величина которого определяется величиной напряжения на обмотке 17 (17').

Однонаправленный ток выходной цепи моста 21 замыкается через последовательно включенные в тормозную обмотку 24' второго поляризованного реле и рабочую обмотку 23 первого поляризованного реле. Однонаправленный ток выходной цепи моста 21' замыкается через последовательно соединенные рабочую обмотку 23' второго поляризованного реле и тормозную обмотку 24 первого поляризованного реле.

При превышении разности токов, протекающих через рабочую 23 и тормозную 24 обмотки первого поляризованного реле, заданного порогового уровня (уставки реле) замыкаются замыкающие контакты 25, при этом подается напряжение на цепь отключения выключателя первой линии 1, которая отключается.

При превышении разности токов, протекающих через рабочую 23' и тормозную 24' обмотки второго поляризованного реле, заданного порогового уровня (уставки реле) замыкаются замыкающие контакты 25', при этом подается напряжение на цепь отключения выключателя второй линии 2, которая отключается.

При нормальном симметричном режиме работы установки и отсутствии короткого замыкания в одной из линий первичные и, соответственно, вторичные фазные токи первой и второй линий являются симметричными трехфазными последовательностями. Поэтому при равенстве чисел витков первичных обмоток насыщающихся трансформаторов тока 9 и 9', результирующие магнитные потоки, созданные этими токами в сердечниках трансформаторов 9 и 9', равны нулю. Соответственно, равны нулю напряжения на их вторичных обмотках 17 и 17' и однонаправленные токи в выходных цепях однофазных выпрямительных мостов 21, 21'. Токи через рабочие обмотки первого и второго поляризованных реле равны нулю, отключение линий 1, 2 не происходит. При разном числе витков первичных обмоток в каждом из насыщающихся трансформаторов тока 9 и 9' результирующие магнитные потоки в их сердечниках отличны от нуля, однако их величина ограничена и действие однонаправленных токов, протекающих по рабочим обмоткам 23, 23' поляризованных реле компенсируется действием однонаправленных токов, протекающих по тормозным обмоткам 24, 24' этих же реле, в связи с чем и в этом случае не происходит срабатывания поляризованных реле и отключения первой и второй линий.

При возникновении короткого замыкания в одной из защищаемых параллельных линий баланс первичных и, соответственно, вторичных фазных токов в этой линии нарушится, что приведет к созданию в сердечнике насыщающегося трансформатора тока этой линии магнитного потока, при этом магнитный поток в сердечнике насыщающегося трансформатора тока другой линии либо отсутствует либо значительно ниже магнитного потока в сердечнике насыщающегося трансформатора тока поврежденной линии. В следствии чего разность однонаправленных токов, протекающих через рабочую и тормозную обмотки поляризованного реле, связанного с поврежденной линией превысит порог срабатывания, что приведет к отключению линии, в которой возник аварийный режим.

Источники информации 1. Чернобровов Н.В. Релейная защита. Москва, Энергия, 1971, с. 254-265.

2. Овчинников В.В. Реле РНТ в схемах дифференциальных защит. М.: Энергия, 1973, с. 27-39.

3. Справочник по наладке вторичных цепей электростанций и подстанций. М. : Энергия, 1979, с. 77 - 82.

Формула изобретения

1. Способ токовой направленной защиты двух параллельных линий трехфазной электрической установки, в соответствии с которым в трансформаторах тока преобразуют токи каждой из фаз каждой из параллельных линий, отличающийся тем, что осуществляют геометрическое суммирование токов, полученных в результате преобразований токов фаз каждой из параллельных линий, подавая на первичные обмотки соответствующего насыщающегося трансформатора тока электромагнитного токового реле токи, полученные в результате преобразования токов фаз соответствующих линий, при этом на вторичной обмотке каждого из насыщающихся трансформаторов тока формируют напряжение, величина которого соответствует величине результирующего магнитного потока, созданного токами его первичных обмоток, из каждого сформированного напряжения формируют соответствующие однонаправленные токи, величины которых соответствуют величинам упомянутых напряжений, и при превышении разностью однонаправленных токов заданного порогового уровня отключают линию, с которой связан насыщающийся трансформатор тока, на вторичной обмотке которого сформировано напряжение большей величины.

2. Устройство для токовой направленной защиты двух параллельных линий трехфазной электрической установки, содержащее трансформаторы тока по три на каждую линию, первичные обмотки которых подключены в каждой линии в рассечки соответствующих фаз силовой цепи, а вторичные обмотки трансформаторов тока каждой линии соединены по схеме звезда или треугольник, кроме того, первое и второе токовые реле по одному на каждую линию, отличающееся тем, что каждое токовое реле выполнено в виде электромагнитного токового реле с исполнительным органом и насыщающимся трансформатором тока, на среднем стержне магнитопровода которого расположены три первичные обмотки, объединенные одноименными выводами, выводы каждой из которых соединены с соответствующими выводами вторичных обмоток трансформатора тока соответствующей линии, каждая с выводами обмотки одной фазы, вторичная обмотка насыщающегося трансформатора тока каждого электромагнитного токового реле, расположенная на одном из крайних стержней магнитопровода, подключена к входу исполнительного органа соответствующего электромагнитного токового реле, при этом каждый исполнительный орган содержит однофазный выпрямительный мост, конденсатор и пороговое устройство в виде поляризованного реле с рабочей и тормозной обмотками и контактами, обеспечивающими отключение соответствующей линии, при этом выводы переменного тока однофазного выпрямительного моста являются входом соответствующего исполнительного органа, параллельно выходу выпрямительного моста подключены конденсатор и цепь из последовательно соединенных рабочей обмотки поляризованного реле, входящего в состав соответствующего исполнительного органа, и тормозной обмотки поляризованного реле другого исполнительного органа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2