Устройство для выделения аварийной составляющей электрической величины при повреждении в сети переменного тока

 

- @ юбжъна„

ПИ А

О С НИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Соеетскнк

Соцналнстнчеаснк

Республнк

771788

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 231277 (21) 2559515/24-07 (51)hh Kh

3 с присоединением заявки 1 (о (23) Приоритет

Н 02 Н 3/00

Государствеииый комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 15.1080. Бюллетень М 38

Дата опубликования описания 15.10.80

f>3) УА) Ь 21. 318. .925(088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. А. Барабанов и Л. Б. Кимельман (71) Заявитель

Московский ордена Ленина энергетический институт (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ АВАРИЧНОЧ

СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ

ПРИ ПОВРЕЖДЕНИИ В СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА

2 ва защиты с большим временем срабатывания.

Наиболее близким к изобретению является устройство для Фильтрации

5 аварийной составляющей j41, содержащее последовательно соединенные сумматор, блок расчета поправок по фазе и амплитуде, отслеживающие интеграторы и генератор синусоидальных коле10 баний с блоком коррекции частоты. При изменении нагрузочного режима блок расчета поправок рассчитывает поправки по фазе и амплитуде по выражениям, выведенным из условия симметрии

15 фазных электрических величин в нагруэочном режиме, по которым корректируется сигнал на выходе генератора.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в устройствах релейной защиты и противоаварийной автоматики.

Известно, что режим короткого замыкания в системе может быть представлен наложением на режим предшествующего короткому замыканию нагрузочного режима дополнительного режима (11, обусловливающего появление аварийных составляющих тока и напряжения. Использование аварийных составляющих электрических величин в измерительных органах защиты позволяет более качественно отстроить их от нагрузочных режимов и тем самым повысить чувствительность защиты.

Известны фильтры аварийных составляющих, входящие в состав пус- 20 ковых устройств защиты: (2jи 3), содержащие запоминающий элемент, выполненный на блоке задержки . колебательном контуре. (2j или блоке памяти (3), и выходной сумматор. 25

Недостатком указанных устройств является ограниченный интервал времени, 10 мс), на котором выделяется аварийная составляющая, что не позволяет использовать их для устройст- 30

Интервал выделения аварийной составляющей принципиально неограничен.

Однако при наличии несимметрии в системе поправки по фазе и амплитуде рассчитываются неточно, что приводит к появлению небаланса на выходе фильтра. Кроме того, при коротком замыкании, сопровождающемся качаниями, величина на выходе генератора синусоидальных колебаний уже не будет соответствова-.ь нагрузочному режиму при отсутствии повреждения, что

771788

4 также приводит к значительному сиг- . налу небаланса на выходе фильтра.

Цель изобретения — повышение точности фильтрации при несимметричных режимах и качаниях.

Это достигается тем, что в устройство для выделения аварийной составляющей, содержащее входной трехфазный сумматор, подключенный входом к датчику контролируемого сигнала, блок расчета поправок, два выхода которого подключены через интеграторы к двум входам трехфазного генератора синусоидальных колебаний, выход которого подключен к инвертированному входу указанного сумматора и первому дополнительному входу блока расче- 1S та поправок, блок коррекции частоты, включенный между выходом одного иэ интеграторов и третьим входом генератора синусоидальных колебаний, причем выход другого интегратора лодключен 2О ко второму дополнительному входу блока расчета поправок, дополнительно введены фильтр прямой последовательности и трехфаэная модель мгновенных значений аварийной составляющей, включенная между выходом упомянутого сумматора и его дополнительным инвертированным входом, причем фильтр прямой последовательности подключен между выходом сумматора и основным входом указанного блока расчета поправок, а выход пускового органа подключен также ко второму входу модели мгновенных значений ава-. рийной составляющей.

При этом блок коррекции частоты содержит последовательно соединенные входное пропорциональное звено и выходной сумматор, второй вход которого подключен к источнику постоянного сигнала. 40

Блок расчета поправок содержит четыре входных множителя, образующих две пары, причем первые входы множителей каждой пары объединены и подключены к основному входу блока расчета 4 поправок, вторые входы двух множителей разных пар подключены непосредственно, а двух других через фаэовращатель †:к первому дополнительному входу блока расчета поправок, а выходы двух множителей разных пар попарно подключены к выходным сумматорам, причем на выходе одного из указанных сумматоров включен блок деления, второй вход которого подключен ко второму дополнительному входу блока расчета поправок, при этом на выходе блока деления и сумматора включены ключи, управляющие входы которых подключены к третьему дополнительному входу блока расчета поправок. 49

Кроме того, трехфаэная модель мгновенных значений аварийной составляющей содержит в каждой фазе два основных. множителя, первые входы которых подключены к входному сумматору, второй вход одного множителя непосредственно, а другого через фазовращатель подключен к выходу генератора периодических колебаний промышленной частоты, а выходы множителей через фильтры нижних частот — к интеграторам, два дополнительных множителя, один вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего интегратора, другой — ко второму входу соответствующего основного множителя, а выходы — к двум входам дополнительного сумматора, выход которого подключен к инвертированному входу упомянутого входного сумматора и выходу модели мгновенных значений аварийной составляющей, причем иа входе входного сумматора включен ключ, управляющий вход которого подключен ко второму входу модели мгновенных значений аварийной составляющей.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 — блок коррекции частоты; на фиг. 3 — блок расчета поправок, на фиг. 4 — модель мгновенных значений аварийной составляющей.

Устройство содержит (см. фиг.1.) входной трехфазный сумматор 1, подключенный чере» фильтр 2 прямой последовательности (ФПП) к блоку 3 расчета поправок, два выхода которого через интеграторы 4 и 5 связаны с трехфазным генератором 6 синусоидальных колебаний (ГСК), образуя контур коррекции нагруэочного режима. Вход грнератора 6 подключен также к выходу блока 7 коррекции частоты. Выход генератора 6 подключен к инвертированному входу сумматора 1 и блока 3 расчета поправок. Модель 8 мгновенных значений аварийной составляющей включена между выходом сумматора 1 и его инвертированным входом. Выходы пускового органа 9 (ПО) релейной защиты подключены к модели 8 мгновенных значений ава рийной составляющей и блоку 3 расчета. поправок.

Блок 7 коррекции частоты (см.фиг.2) содержит пропорциональное звено 10, сумматор 11 и источник 12 постоянного сигнала.

Блок 3 расчета поправок (см.фиг.3) содержит четыре множителя 13 — 16 и блок деления 17, два фазовращателя

18 и 19 и два сумматора 20 и 21.

На выходе блока 3 расчета поправок включены ключи 22 и 23, управляемые пусковым органом 9. В нагруэочном режиме ключи 22 и 23 закрыты.

Модель 8 мгновенных значений аварийной составляющей (см. фиг. 4) содержит четыре множителя 24 — 27, два сумматора 28 и 29, два фильтра

30 и 31 нижних частот, два интегратора 32 и 33, генератор 34 синусоидаль771788 ных колебаний, фазовращатель 35 на

90 и ключ 36. В модели 8 аварийного режима может использоваться как автономный генератор 34 (в этом случае он может генерировать и несинусоидальные сигналы), так и генератор б, установленный на выходе интеграторов, который может быть выполнен однофазным и дополнен Аазовращателем на + 120 и на -120 для получения трехфазного сигнала на выходе.

Ключ 36 кратковременно (на время, определяемое переходным процессом в модели 8) замыкается при возникновении повреждения.

Устройство работает следующим образом. t5

В неизмененном.нагрузочном режиме (амплитуда и фаза входного сигнала тока или напряжения, неизменна) мгновенные значения входной величины для любого момента времени равны сост- 20 ветствующим величинам на выходе генератора б синусоидальных колебаний, а сигнал на выходе модели 8 равен нулю. Величины на выходе сумматора 1 равны нулю. Поправки на выходе блока

3 расчета поправок также равны нулю.

Сигналы на выходе интеграторов 4 и 5 неизменны. Устройство находится в статическом состоянии. При измене ниях нагруэочного режима, например, в результате качаний или асинхронного Зр хода, имеют место изменение во времени амплитуды и фазы входного сигнала.

Возможная несимметрия в фаэных величинах устраняется фильтром 2 прямой последовательности, включенном на вхо-З5 де блока 3 расчета поправок.

С постоянной интегрирования, задаваемой интеграторами 4 и 5, значения поправок отслеживаются до обнуления сигнала, после чего генератор 4р б моделирует величину, соответствующую новому нагруэочному режиму.

Отклонение частоты нагрузочного режима от частоты генерируемого сигнала приводит к разности фаэ за- 45 меряемого и моделируемого сигналов и к поправке по фазе, отличной от нуля.

Фаза генерируемого сигнала изменяется, что в свою очередь приводит к изменению сигнала, пропорционального частоте моделируемого сигнала на вхо- 5р де блока 7 коррекции частоты(см.фиг.2), до равенства частот моделируемого и измеряемого сигналов. Таким образом, плавные во времени, а также скачкообразные, не превышающие определенной 55 величийы, изменения нагрузочного режима, обусловленные качаниями и коммутацией нагрузки, отслеживаются интеграторами 4 и 5, а генератор б подстраивается под новый нагруэочный ре- р жим. Небаланс на выходе фильтра аварийной составляющей незначителен и появляется кратковременно.

Возникновение повреждения в защищаемоей сети характеризуется резким и существенным изменением входной величины, что приводит к появлению отличного от нуля сигнала рассогласоЭйиия, который подается на вход модели 8.

Входной сигнал модели 8, содержащйй синусоидальную составляющую промьхМленной частоты, умножается в множителях 24 и 25 на синусоидальный сигнал той же частоты. В результате, на входе фильтров 30 и 31 (см. фиг. 4) появляются сигналы, содержащие постоянную составляющую, пропорциональные проекциям амплитуды составляющей промышленной частоты входного сигнала модели 8. Гармонические

Составляющие помехи фильтруются фильтрами 30 и 31. Причем, если входной сигнал содержит только составлякщую промышленной частоты, то на выходе множителей 24 и 25 составляющие помехи двойной частоты. Отфильтрованные постоянные сигналы поступают на интеграторы 32 и 33, выполняющие роль запоминающих элементов, и с них на множители 26 — 27 в цепи отрицательной обратной связи. После сумматора

28 на выходе модели 8 имеем синусоидальный сигнал, соответствующий аварийной составляющей входного сигнала. Аварийная составляющая вычитается (см. фиг. 1) иэ полного входного сигнала. В установившемся режиме сигналы на входе модели 8 и генератора 6 уравновешивают полный входной сигнал, а сигнал рассогласования равен нулю. В модели 8 имеются как мгновенные значения аварийной составляющей, так и постоянные сигналы, пропорциональные проекциям амплитуды аварийной составляющей в ортогональной системе координат.

Последние, как правило, более целесообразно испольэовать в дальнейшем в измерительном органе защиты для определения вида и места повреждения.

Если режим повреждения в защищаемой системе сопровождается качаниями, то фаза и амплитуда синусоидального сигнала на входе плавно изменяется со скоростью, определяемой периодом качаний.

Эти изменения отслеживаются с помощью блока 3 расчета поправок и генератора 6 синусоидальных колебаний, аналогично тому, как это делается при качаниях в нагрузочном режиме.

Быстродействие модели 8 существенно больше, чем быстродействие контура коррекции нагруэочного режима, определяемого постоянными времени интеграторов 4 и 5 в цепи генератора 6. В связи с этим изменения, связанные с возникновением повреждения, будут отслежены и зафиксированы в модели 8.

Однако изменения, связанные с изменением нагрузочного режима, также

771788,могут быть отслежены раньше в моде.ли 8, чем в контуре коррекции нагрузочного режима. В связи с этим работа модели 8 должна быть заблокирована в нагрузочном режиме работы защищаемой сети и деблокиро- 5 вана при возникновении, повреждения на период появления установившихся значений на выходе модели 8. Эта операция выполняется пусковым ор- ганом 9 релейной защиты, входящим в состав системы релейной защиты.

Своими выходными цепями пусковой орган 9 разрывает цепь на входе модели 8 в нагрузочном режиме и замыкает ее на время, определяемое появлением установившегося режима на выходе модели 8. В случае необходимости он может также разрывать на этот период цепь коррекции нагрузочного режима. При необходимости пусковой орган 9 может также возвращать в на- 20 чальное состояние модель .8 (обнулять выход ее интеграторов) и контур коррекции нагрузочного режима (задавать начальные значения амплитуды и фазы, на входе генератора 6) после отклю- 2 чения повреждения или через заданное время после запуска модели 8.

Кроме прямого назначения — фильтрации аварийной составляющей, устройство позволяет контролировать параметры нагрузочного режима (амплитуда, фаза и частота), а также позво ляет отстроиться от гармонических помех, например электромагнитного переходного процесса, и выдает информацию об аварийной составляющей в виде постоянных сигналов, что существенно упрощает последующий анализ повреждения в измерительных органах защиты.

Таким образом, предложенное уст- 40 ройство, являясь многоцелевым, обладает способностью подстройки под качания как при отсутствии повреждений в контролируемой сети, так и при их наличии, что повышает точность фильтрации в указанных режимах. Кроме того, в несимметричных режимах точность повышается за счет создания системы симметричных величин на входе блока 3 расчета поправок фильтром 5О

2 прямой последовательности.

Использование описываемого устройства как элемента системы релейной защиты позволяет применять более чувствительные к возникновению повреждения измерительные органы защиты и, как следствие, повысить надежность отключения поврежденного элемента энергосистемы.

Для использования в защите одного присоединения необходима установка Щ двух комплектов устройства для тока и напряжения.

Формула изобретения

1. Устройство для выделения аварийной составлякщей электрической величины при повреждении в сети переменного тока, содержащее входной трехфазный сумматор, подключенный входом к датчику контролируемого снгна.а, блок расчета поправок, два выхода которого подключены через интеграторы к двум входам трехфазного генератора синусоидальных колебаний, выход которого подключен к инвертированному входу указанного сумматора и первому дополнительному входу блока расчета поправок, блок коррекции частоты, включенный между выходом одноro из интеграторов и третьим входом генератора синусоидальных колебаний, причем выход другого интегратора подключен ко второму дополнительному входу блока расчета поправок, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности при несимметричных режимах и качаниях, дополнительно введены фильтр прямой последовательности и трехфазная модель мгновенных значений аварийной составляющей, включенная между выходом упомянутого сумматора и его дополнительным инвертированным входом, причем фильтр прямой последовательности подключен между выходом сумматора и основным входом указанного блока расчета поправок, а выход пускового органа подключен также ко второму входу модели мгновенных значений аварийной составлякщей.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок коррекции частоты содержит последовательно соединенные входное пропорциональное звено и выходной сумматор, второй вход которого подключен к источнику постоянного сигнала.

3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок расчета поправок содержит четыре входных множителя, образующих две пары, причем первые входы множителей каждой пары объединены и подключены к основному входу блока расчета поправок, вторые входы двух множителей разных пар подключены непосредственно, а двух других через фазовращатель — к первому дополнительному входу блока расчета поправок, а выходы двух множителей разных пар попарно подключены к выходным сумматорам, причем на выходе одного из указанных сумматоров подключен блок деления, второй вход которого подключен ко второму дополнительному входу блока расчета поправок, при этом на выходе блока деления и сумматора включены ключи, управляющие входы которых подключены к третьему дополнительному входу блока расчета поправок.

4. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что трехфазная модель мгновенных значений аварийной составлякщей содержит в каждой фазе два основных множителя, первые входы

771778

71 которых подключены к входному сумматору, второй вход одного множителя непосредственно, а другого через фазовращатель подключен к выходу генератора периодических колебаний промышленной частоты, а выходы множителей через фильтры нижних частот — к интеграторам, два дополнительных множителя, один вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего интегратора, другой — ко второму входу соответствующего основного множителя, а выходы — к двум входам дополнительного сумматора, выход которого подключен к инвертированному входу упомянутого входного сумматора и выходу модели мгновенных значений аварийной составляющей, причем на входе входного сумматора включен ключ, управляющий вход которого подключен ко второму входу модели мгновенных значенйй аварийной составляющей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лосев С. Б. и Чернин A. Б. Расчет электромагнитных переходных процессов для релейной защиты на линиях большой протяженности. M.,"Энергия", 1972.

2 ° Авторское свидетельство СССР

9 187872, кл. H 02 Н 3/00, 1966.

3. Гельфанд Я. С. и Зисман Л. С.

Обнаружение повреждений в электрических сетях по мгновенным значениям, аварийных составляющих .--"Средства и системы управления в энергетике"

1975, М l ..

4. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2056858/07, кл. Н 02 Н 3/00, 1974.

771788 ви П0

Риг.З

Составитель Л. Корнеева

Техред А,Ач

КорректорС. Шекмар

Редактор Е. Яковчик

Заказ 6712/67 Тираж 783

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4