Система резервной защиты трансформаторов ответвительных подстанций с определением поврежденного объекта и вида повреждения
Система резервной защиты трансформаторов ответвительных подстанций с определением поврежденного объекта и вида повреждения относится к электротехнике и может быть использовано для релейной защиты радиальных воздушных линий и кабельных линий имеющих ответвления с трансформаторными подстанциями. Технический результат заявленной полезной модели заключается в определении подстанции, на которой произошло повреждение, определении вида повреждения, селективном запрете автоматического повторного включения, достижении распознавания системой коротких замыканий за трансформатором ответвительной подстанции при аварийных режимах даже при нечувствительности устройств защиты дальнего резервирования и отсутствии замыкания короткозамыкателя. Это достигается тем, что система резервной защиты трансформаторов ответвительных подстанций с определением поврежденного объекта и вида повреждения содержит устройство защиты дальнего резервирования, установленное на питающей подстанции, блоки ответвительных подстанций и связь между устройством защиты дальнего резервирования и блоками ответвительных подстанций. В случае недостаточной чувствительности защиты дальнего резервирования к КЗ за маломощным трансформатором отключение данного повреждения осуществляется системой резервирования за счет передачи блоками ответвительных подстанций кодированных сигналов на питающую подстанцию о зоне и виде повреждения. Блоки питающих подстанций обмениваются сигналами о срабатываниях измерительных органов, что позволяет срабатывать только при повреждениях в зоне срабатывания устройства и. не срабатывать при КЗ «за спиной». Кроме того, блок ответвительной подстанции передает сигналы о состоянии выключателя, короткозамыкателя и отделителя ответвительной подстанции, а также срабатывании промежуточного реле в цепи отключения линии для того, чтобы обеспечить возможность селективно разрешать или запрещать автоматическое повторное включение линии, тем самым снижая время отключенного состояния линии и не разрешая включения линии с коротким замыканием на ответвлении.
Заявляемое устройство относится к электротехнике и может быть использовано для релейной защиты радиальных и транзитных воздушных линий и кабельных линий имеющих ответвления с трансформаторными подстанциями.
Известен шкаф дистанционной и токовой защит линии типа ШЭ 2607 021 [Руководство по эксплуатации ЭКРА. 656453.049 РЭ], состоящий из терминала защиты линии, который может выполнять функции дальнего резервирования, приемопередатчиков сигналов высокочастотного телеотключения, выходных элементов, действующих на отключение и сигнализацию, в составе системы релейной защиты сети шкаф может использовать проводной канал связи с высокочастотной обработкой. Недостатками данного устройства являются: 1) ограничение применения сигналов воздушными линиями с высокочастотной обработкой, что предполагает установку дорогостоящего оборудования высокочастотной связи; 2) невозможность определить на какой ответвительной подстанции произошло повреждение, если ответвительных подстанций несколько; 3) устройства данного типа, как правило, нечувствительны к коротким замыканиям за трансформаторами малой мощности и при отсутствии на данных подстанциях связи их применение неэффективно.
Известен способ дифференциально-фазной защиты линии электропередачи [Патент РФ 23 0743 7], где описывается техническое решение, состоящее из двух полукомплектов, каждый из которых состоит из первого приемника, синтезатора импульсов, формирователя кодов, передатчика, блока задания кодов, второго приемника, дешифратора, первого и второго блоков памяти, цифроаналоговых преобразователей и усилителей с передатчиком. В качестве устройства производящего вычисления и формирование управляющих команд, используется микроЭВМ, связанная со вторым приемником через блок аналого-цифрового преобразователя. Между полукомплектами проложен канал связи.
Недостатком описываемого технического решения является применение ограниченного числа полукомплектов, установленных на питающих подстанциях, что при наличии существенного перетока мощности по линии электропередачи (ЛЭП) делает выявление короткого замыкания (КЗ) за трансформатором ответвительной подстанции практически невозможным.
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 последовательностей, 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, 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.
Недостатками описываемого технического решения являются невозможность определения места короткого замыкания при нескольких ответвительных подстанциях на ЛЭП, на которых установлены трансформаторы сопоставимой мощности, сложность отстройки от нагрузочных режимов при КЗ за силовыми трансформаторами малой мощности, например для электрической сети 110 кВ за трансформаторами мощностью 2,5-4,0 МВА.
Задача полезной модели - повышение чувствительности и селективности защиты дальнего резервирования путем расширения информационной базы, упрощение определения поврежденного объекта при наличии на высоковольтной линии нескольких ответвительных подстанций с трансформаторами сравнимой мощности, снижение выдержки времени действия системы дальнего резервирования путем за счет отказа от согласования временных уставок с защитами смежных элементов электрической сети, так как блоки питающей подстанции в системе обмениваются сигналами о срабатывании измерительных органов, определяют в какой зоне находится повреждение.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в том, что система резервной защиты трансформаторов ответвительных подстанций с определением поврежденного объекта и вида повреждения, состоящая из блоков питающих подстанций, включающих устройства защиты дальнего резервирования, использующие информацию о токах и напряжениях линии или только о токах, первый выход которого подключен к входу первого выходного элемента блока питающей подстанции, действующему на отключение линии электропередачи, второй выход устройства защиты дальнего резервирования подключен к входу второго выходного элемента блока питающей подстанции, сигнализирующего о виде и зоне повреждения, третий выход устройства защиты дальнего резервирования действует на запрет автоматического повторного включения линии электропередачи, введены первые приемопередатчики блоков питающих подстанций, вторые приемопередатчики блоков ответвительной подстанции, датчики коммутационного оборудования, канал связи, обеспечивающий соединение первых и вторых приемопередатчиков, четвертый вход/выход устройства защиты дальнего резервирования подключен ко входу первого приемопередатчика, к первому входу второго приемопередатчика подключен первый вход/выход устройства защиты ближнего резервирования блока ответвительной подстанции, которое использует информацию о токах и напряжениях присоединения ответвительной подстанции, с вторым входом второго приемопередатчика соединен выход промежуточного реле блока ответвительной подстанции, действующего в схеме отключения ответвительной подстанции, с третьим входом второго приемопередатчика соединен выход датчика коммутационного оборудования блока ответвительной подстанции, выход третьего выходного элемента блока ответвительной подстанции соединен со вторым выходом устройства защиты ближнего резервирования, а его выход обеспечивает воздействие на коммутационные аппараты ответвительной подстанции. Блоков ответвительных подстанций может быть больше одного, в зависимости от количества ответвительных подстанций. Блоков питающей подстанции может быть больше одного.
На фиг.1 приведено размещение блоков системы по объектам электрической сети. На приведенной схеме показан участок электрической сети из одной линии электропередачи (Л1), соединяющей четыре подстанции (ПС 1-ПС 4), где подстанции ПС 3 и ПС 4 являются ответвительными подстанциями с трансформаторами малой мощности (Т1-Т2). В качестве коммутационного оборудования на ПС 3 используются отделитель (О1) и короткозамыкатель (К1), на ПС 4 полноценный выключатель (В3). В качестве коммутационного оборудования на ответвительных подстанциях могут использоваться как отделители и короткозамыкатели, так и выключатели нагрузки, полноценные выключатели. На ответвительных подстанциях устанавливаются блоки ответвительных подстанций (БОПС 1-БОПС2) по числу ответвлений. На приведенной схеме к подстанциям ПС 1 и ПС 2 подключены внешние источники электрической мощности в виде эквивалентированных систем С1 и С2, поэтому на данных подстанциях устанавливаются блоки питающих подстанций (БППС1-БППС2). Кроме того, на данных подстанциях установлены полноценные выключатели B1, В2, действующие на отключение линии.
На фиг.2. приведена структурная схема предлагаемого устройства. Система резервной защиты трансформаторов содержит блоки питающих подстанций (БППС 1-БППС2) 1, каждый из которых состоит из устройства защиты дальнего резервирования (УЗДР) 2, первого и второго выходных элементов (ВЭ1, ВЭ2) 3, 4 и первого приемопередатчика (ПП1) 5, блоки ответвительных подстанций (БОПС 1-БОПСn) 6, каждый из которых состоит из устройства защиты ближнего резервирования (УЗБР) 7, выходного элемента (ВЭ 3) 8, второго приемопередатчика (ПП2) 9, реле промежуточного (РП) 10, датчика коммутационного оборудования (ДКО) 11, канала связи (КС) 12.
Блок питающей подстанции (БППС) 1 выполняет функции совокупности входящих в него структурных элементов: выявляет повреждение на удаленной подстанции, определяет зону повреждения на основании собственных замеров и полученной от блоков ответвительной подстанции информации, может формировать сигнал запрета автоматического повторного включения линии электропередачи после отключения. Устройство защиты дальнего резервирования (УЗДР) 2 осуществляет выявление короткого замыкания на ответвительной подстанции и после чего действует на отключение выключателя линии электропередачи, формирует сигнал о зоне повреждения, может формировать сигнал запрета автоматического повторного включения линии электропередачи после отключения. Выходные элементы (BЭ 1-ВЭ2) 3-4 осуществляют преобразование выходных сигналов устройства дальнего резервирования релейной защиты в соответствующие выходные сигналы системы релейной защиты: формируют цепи отключения выключателя и сигнализации о виде и зоне повреждения.
Приемопередатчик (ПП1) 5 обеспечивает кодирование сигналов устройства защиты дальнего резервирования и декодирование сигналов блоков ответвительных подстанций, посылает и принимает кодированные сигналы. Блоки ответвительной подстанции (БОПС) 6 выполняют функции совокупности входящих в него структурных элементов: выявляют повреждение на собственной подстанции, собирают информацию о повреждении и состоянии коммутационного оборудования на подстанции. Устройство защиты ближнего резервирования (УЗБР) 7 осуществляет выявление коротких замыканий, неполнофазных режимов, сетевых замыканий на собственной ответвительной подстанции, действует на ее коммутационные аппараты, в кодированном сигнале выдает информацию о своем состоянии, а также о состоянии коммутационных аппаратов. Выходной элемент (ВЭ3) 8 осуществляет преобразование выходных сигналов устройства защиты ближнего резервирования в соответствующий выходной сигнал блока ответвительной подстанции. Приемопередатчик (ПП2) 9 обеспечивает кодирование сигналов блока ответвительной подстанции и декодирование сигналов устройства защиты дальнего резервирования, посылает и принимает кодированные сигналы. Реле промежуточное (РП) 10 обеспечивает формирование цепей управления коммутационными аппаратами высшего напряжения ответвительной подстанции. Датчик коммутационного оборудования (ДКО) 11 изменяет состояние своих контактов при изменении состояния коммутационного оборудования - включено\отключено. Канал связи (КС) 12 является средой распространения кодированных сигналов от одного приемопередатчика к другому, например, радиоканал, оптоволокно, фазные провода и др.
В нормальном режиме работы сети описанное устройство находится в следующем состоянии: устройство защиты дальнего резервирования и устройство защиты ближнего резервирования находятся в несработанном состоянии, на выходе всех выходных элементов присутствует логический 0, реле промежуточное находится в несработанном состоянии, сигнал на выходе датчика коммутационного оборудования соответствует включенному состоянию для отделителей и включателей и отключенному состоянию для короткозамыкателя. Приемопередатчики обмениваются тестовыми сигналами, определяющими наличие связи между устройствами защиты.
При коротком замыкании за одним из трансформаторов, подключенном на ответвлении ВЛ, система работает следующим образом: срабатывает защита ближнего резервирования той подстанции, где произошло КЗ и происходит соответственно срабатывание промежуточного реле. Устройство защиты дальнего резервирования в том случае, если оно оказывается чувствительным к КЗ, действует на отключение выключателя линии. Устройство защиты ближнего резервирования посылает в приемопередатчик информацию о срабатывании своих измерительных органов. После срабатывания хотя бы одного из устройств защиты, изменения состояния промежуточного реле, датчика коммутационного оборудования приемопередатчики ответвительной подстанции и головной обмениваются информацией о срабатываниях устройств защиты, о состоянии промежуточного реле и датчиков коммутационного оборудования. При этом устройство защиты дальнего резервирования получает информацию о виде повреждения и зоне, в которой возникло КЗ и действует на цепи отключения выключателя линии и сигнализации о виде и зоне повреждения.
При КЗ «за спиной» блоки питающих подстанций посылают сигнал смежным блокам питающих подстанций о том, что повреждение находится не в зоне, что исключает неселективное действие защит дальнего резервирования и позволяет не отстраивать их временные уставки срабатывания от защит смежных линий и участков.
Таким образом, применение предлагаемого устройства позволяет повысить чувствительность к КЗ за трансформаторами ответвительных подстанций, так как при недостаточной чувствительности защиты дальнего резервирования запуск ее происходит при получении сигнала о возникновении КЗ от блока ответвительной подстанции. Кроме того, на питающей подстанции при появлении повреждения на одной из ответвительных подстанций фиксируется зона повреждения и его вид, а также формируется информационный сигнал о срабатывании коммутационных аппаратов на ответвительной подстанции, что может использоваться как в целях ускорения защиты дальнего резервирования при отсутствии отключения отделителя, так и для реализации адаптивного АПВ и др.
Система резервной защиты трансформаторов ответвительных подстанций с определением поврежденного объекта и вида повреждения, состоящая из устройств защиты дальнего резервирования, использующих информацию о токах и напряжениях линии или только о токах, отличающаяся тем, что введены блоки питающей подстанции, включающие устройства дальнего резервирования, первый и второй выходные элементы, первые приемопередатчики блоков питающих подстанций, вторые приемопередатчики блоков ответвительной подстанции, датчики коммутационного оборудования, канал связи, обеспечивающий соединение первых и вторых приемопередатчиков, первый выход устройства дальнего резервирования подключен к входу первого выходного элемента блока питающей подстанции, действующему на отключение линии электропередачи, второй выход устройства защиты дальнего резервирования подключен к входу второго выходного элемента блока питающей подстанции, сигнализирующего о виде и зоне повреждения, третий выход устройства защиты дальнего резервирования действует на запрет автоматического повторного включения линии электропередачи, четвертый вход/выход устройства защиты дальнего резервирования подключен ко входу первого приемопередатчика, к первому входу второго приемопередатчика подключен первый вход/выход устройства защиты ближнего резервирования блока ответвительной подстанции, которое использует информацию о токах и напряжениях присоединения ответвительной подстанции, с вторым входом второго приемопередатчика соединен выход промежуточного реле блока ответвительной подстанции, действующего в схеме отключения ответвительной подстанции, с третьим входом второго приемопередатчика соединен выход датчика коммутационного оборудования блока ответвительной подстанции, выход третьего выходного элемента блока ответвительной подстанции соединен со вторым выходом устройства защиты ближнего резервирования, а его выход обеспечивает воздействие на коммутационные аппараты ответвительной подстанции, при этом количество блоков питающей подстанции определяется количеством питающих подстанций, а количество блоков ответвительной подстанций определяется количеством ответвительных подстанций.
