Устройство для защиты параллельных линий электропередач

Устройство для защиты параллельных линий электропередач относится к области электроэнергетических систем и систем тягового электроснабжения переменного тока и предназначено для использования на параллельных линиях электропередач одинаковой или разной загруженности с одним или двумя источниками питания. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства. Устройство для защиты параллельных линий электропередач содержит первый блок датчика тока с параллельно соединенными трансформаторами тока и токовое реле, которое последовательно соединено с генератором тока высокой частоты, и второй блок датчика тока с параллельно соединенными трансформаторами тока токовым реле, которое последовательно соединено с приемником тока высокой частоты. Первый и второй блоки датчиков тока установлены в разных параллельных линиях защищаемого участка и связаны между собой электромагнитной связью 1 п.ф. 1 ил.

Полезная модель относится к области электроэнергетических систем и систем тягового электроснабжения переменного тока, в частности к оборудованию противоаварийной защиты и автоматики и предназначено для использования на параллельных линиях электропередач одинаковой или разной загруженности с одним или двумя источниками питания.

Известно устройство для защиты параллельных линий электропередач одинаковой загруженности с односторонним питанием [1].

Устройство для защиты параллельных линий электропередач содержит трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками, токовое реле с определенной уставкой, обмоткой и контактами, реле времени с обмоткой и контактами, промежуточное реле с обмоткой и контактами.

Первичная обмотка трансформатора тока является входом устройства для защиты, а выход промежуточного реле является выходом устройства. Первичная обмотка трансформатора тока подключена к защищаемой линии, а вторичная параллельно соединена с обмоткой токового реле. Контакты токового реле последовательно соединены с обмоткой реле времени, контакты которого последовательно соединены с обмоткой промежуточного реле. Промежуточное реле последовательно связано с выключателем.

Устройство для защиты параллельных линий электропередач подключается в начале каждой защищаемой линии электропередачи со стороны источника питания.

Устройство для защиты параллельных линий электропередач работает следующим образом.

При нормальном режиме работы и при внешних коротких замыканиях ток протекает по первичной обмотке трансформатора тока, как в защищаемой, так и в смежной линии. Во вторичной обмотке трансформатора и обмотке токового реле протекает ток меньше первичного на коэффициент трансформации. Величина

этого тока мала, по сравнению с уставкой токового реле и поэтому контакты токового реле находятся в разомкнутом состоянии. Устройство защиты и линия электропередачи продолжает работать в нормальном режиме без отключения.

При аварийном режиме работы, например при возникновении повреждения, на защищаемой линии, ток короткого замыкания протекает по первичной обмотке трансформатора тока и с заданным коэффициентом трансформации попадает во вторичную обмотку. По вторичной обмотке трансформатора и по обмотке токового реле протекает ток, значительно превосходящий величину уставки, токовое реле срабатывает и замыкает свои контакты. Ток протекает через контакты токового реле на обмотку реле времени, которое включается в работу. Реле времени замыкает контакты и ток протекает на обмотку промежуточного реле, которое срабатывает и подает сигнал на соленоид отключения выключателя. Защита срабатывает и отключает защищаемое присоединение. При этом смежные линии продолжают работать в нормальном режиме.

Достоинством известного устройства является его универсальность, что позволяет использовать его для защиты параллельных линий электропередач одинаковой загруженности с односторонним питанием.

Недостатком известного устройства является ограничение его функциональных возможностей для линий с двухсторонним питанием одинаковой загруженности. Это обусловлено тем, что в случае повреждения на смежном участке линии при двух и более источников питания, ток короткого замыкания протекает от каждого источника питания через неповрежденные смежные линии к месту повреждения. При этом сработает как защита поврежденного участка, так и защиты смежных неповрежденных участков линии. Таким образом, нарушается селективная работа защиты для линий с двухсторонним питанием одинаковой загруженности. Отключение смежных неповрежденных участков линии приводит к нарушению нормальной работы потребителей электрической энергии системы в целом.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты параллельных линий электропередач одинаковой загруженности с односторонним

или двухсторонним питанием. Устройство содержит два блока датчика тока связанные между собой электрической связью. Оба блока являются идентичными и содержат соединенные параллельно трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками и токовое реле с обмоткой и контактами [2]. Входом устройства для защиты является первичная обмотка одного трансформатора тока, а выходом устройства для защиты является первичная обмотка второго трансформатора тока. Трансформаторы тока имеют одинаковые коэффициенты трансформации.

Вторичные обмотки обоих трансформаторов тока параллельно соединены двухпроводной линией. К этой линии параллельно подключено токовое реле, так что в устройстве образовано два контура. Первый контур содержит вторичную обмотку первого трансформатора тока и обмотку токового реле, а второй контур содержит вторичную обмотку второго трансформатора тока и обмотку того же токового реле.

Первый трансформатор тока первичной обмоткой подключен в начале линии со стороны одного источника питания, а второй трансформатор тока первичной обмоткой подключен в конце линии со стороны второго источника питания. Таким образом, трансформаторы тока подключены по концам защищаемой линии электропередачи одинаковой загруженности. Известное устройство используется для линий небольшой длины, порядка 10-15 километров.

Принцип действия известного устройства основан на сравнении значений токов в начале и конце защищаемой линии.

Известное устройство для защиты параллельных линий электропередач одинаковой загруженности работает следующим образом.

В нормальном режиме работы по линии протекает номинальный рабочий ток от одного источника питания к другому в одном направлении. При этом ток протекает по первичным обмоткам первого и второго трансформаторов и попадает в их вторичные обмотки. В первом контуре ток протекает по вторичной обмотке первого трансформатора тока и обмотке токового реле. Во втором контуре ток протекает по вторичной обмотке второго трансформатора тока и обмотке токового

реле. Вследствие параллельного подключения контуров токи в них направлены встречно друг другу. При этом суммарный ток в токовом реле равен нулю. Реле продолжает работать с разомкнутыми контактами. Сигнал на отключение выключателя отсутствует.

В аварийном режиме работы, например при коротком замыкании, токи протекают встречно друг другу от источников питания по линии к месту повреждения, образуя замкнутый контур с землей имеющий наименьшее сопротивление. В первом контуре направление тока остается прежним, а во втором контуре направление тока изменилось на противоположное. Суммарный ток в обмотке токового реле равен сумме токов протекающих по первому и второму контурам и резко отличается от нуля. Реле срабатывает и подает сигнал только на отключение защищаемого присоединения. Смежные неповрежденные линии продолжают работать.

Достоинством известного устройства является его селективная работа при двухстороннем питании. Это обусловлено тем, что при коротком замыкании на защищаемой линии токи, протекающие в реле, складываются, превышая уставку, вызывая отключение защищаемой линии. А при коротком замыкании на смежной линии токи, протекающие в реле защищаемой линии, компенсируются, их величина меньше уставки, сохраняя защищаемую линию в работе. То есть устройство обладает абсолютной селективностью, реагируя на внутренние и не реагируя на внешние короткие замыкания.

Недостатком известного устройства является ограничение его функциональных возможностей для параллельных линий электропередач с разной загруженностью. Это обусловлено сложением токов во вторичных обмотках трансформаторов тока, направленных в токовом реле в одном направлении при расположении нагрузки между трансформаторами тока. Вследствие чего величина результирующего тока превосходит уставку в токовом реле, и происходит ложное отключение защищаемой линии.

Задача, решаемая полезной моделью, заключается в разработке устройства для защиты параллельных линий электропередач, позволяющее осуществлять селективное отключение защищаемых параллельных линий с разными схемами подключения

нагрузки, как с одинаковой загруженностью, так и с разной загруженностью при одностороннем и двухстороннем питании.

Для решения поставленной задачи в устройство для защиты параллельных линий электропередач, содержащее два блока датчика тока с параллельно соединенными трансформатором тока и токовым реле, в котором первичная обмотка трансформатора тока первого блока датчика тока подключена в начале защищаемой линии, а первичная обмотка трансформатора тока второго блока датчика тока - в конце защищаемой линии, в первый блок датчика тока дополнительно введен генератор тока высокой частоты, последовательно соединенный с токовым реле первого блока, а во второй блок датчика тока - приемник тока высокой частоты, последовательно соединенный с токовым реле второго блока, при этом первый и второй блоки датчиков тока установлены в разных параллельных линиях защищаемого участка и связаны между собой электромагнитной связью.

Благодаря введению в блоки датчиков тока генератора и приемника токов высокой частоты соответственно и новым взаимосвязям элементов устройство осуществляет селективное отключение защищаемых параллельных линий с разными схемами подключения нагрузки, как с одинаковой загруженностью, так и с разной загруженностью при одностороннем и двухстороннем питании. Это обусловлено образованием канала токов высокой частоты на порядок, превышающих токи промышленной частоты нагрузки. И поэтому токи промышленной частоты не оказывают влияния на токи высокой частоты и на работу устройства для защиты параллельных линий электропередач, которое реагирует только на ток замыкания между параллельными линиями.

Наличие существенных отличительных признаков, приводящих к расширению функциональных возможностей устройства защиты и позволяющих использовать его как в параллельных линиях с одинаковой загруженностью, так и параллельных линиях с разной загруженностью при одностороннем и двухстороннем питании, свидетельствует о соответствии заявляемого решения критериям патентоспособности полезной модели «новизна» и «полезность».

На фигуре представлена схема устройства для защиты параллельных линий электропередач разной загруженности с двухсторонним питанием.

Устройство для защиты параллельных линий электропередач содержит два блока датчика тока 1, 2 связанные между собой электромагнитной связью. Блок датчика тока 1 установлен в начале первой параллельной линии А, а блок датчика тока 2 установлен в конце второй параллельной линии В, которая содержит нагрузку 3. Блок датчика тока 1 содержит трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками 4, токовое реле 5 с обмоткой 6, контактами 7 и определенной уставкой, а так же генератор тока высокой частоты 8. Блок датчика тока 2 содержит трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками 9, приемник токов высокой частоты 10, токовое реле 11 с обмоткой 12, контактами 13 и определенной уставкой.

Трансформатор тока 4 блока датчика тока 1 первичной обмоткой соединен с защищаемой линией А, а вторичной - параллельно с обмоткой токового реле 6. Контакты 7 токового реле 5 последовательно соединены с генератором тока высокой частоты 8, который последовательно соединен с защищаемой линией А. В блоке датчика тока 2 трансформатор тока 9 первичной обмоткой соединен с защищаемой линией В, а вторичной - параллельно с приемником тока высокой частоты 10, который последовательно соединен с обмоткой 12 токового реле 11. Контакты токового реле 13 последовательно соединены с выключателем 14.

Устройство для защиты параллельных линий электропередач, установленное либо в линиях с одинаковой загруженностью либо в линиях с разной загруженностью работает следующим образом.

В нормальном режиме работы замыкание между линиями отсутствует. Ток линии А протекает по первичной обмотке трансформатора тока 4 блока датчика тока 1 и попадает в его вторичную обмотку и обмотку 6 токового реле 5. Значение этого тока всегда больше уставки реле, поэтому оно срабатывает и замыкает свои контакты 7. Далее ток попадает на генератор тока высокой частоты 8, который вырабатывает ток высокой частоты и передает его в защищаемую линию А. Ток высокой частоты, протекая по линии А, индуцирует ток высокой частоты в линии

В. Этот ток протекает по обмоткам трансформатора тока 9 через приемник токов высокой частоты 10 на обмотку 12 токового реле 11 блока датчика тока 2. Индуцированный ток высокой частоты сохраняет контакты 13 токового реле 11 в разомкнутом состоянии из-за своего малого значения по сравнению с уставкой токового реле 11. В результате обе линии электропередач продолжают работать в нормальном режиме без отключения.

В аварийном режиме работы, например при замыкании между защищаемыми линиями А и В, ток высокой частоты от генератора тока 8 блока датчика тока 1 протекает по линии А через место замыкания на линию В и попадает на обмотки трансформатора тока 9 блока датчика тока 2. Затем ток поступает на приемник тока высокой частоты 10 и протекает по обмотке 12 токового реле 11. Кроме того, в блоке датчика тока 2 по трансформатору тока 9 приемнику тока высокой частоты 10 и по обмотке 12 токового реле 11 протекает индуцированный ток. Результирующие значение тока в реле 11 равно сумме этих токов и всегда больше уставки реле 11. Токовое реле 11 срабатывает и замыкает свои контакты 13. Ток протекает на выключатель 14. Защита срабатывает и отключает только обе защищаемые линии, а смежные линии электропередач продолжают работать. При этом наличие активно - индуктивной нагрузки 3 в линиях на работу устройства для защиты параллельных линий электропередач влияния не оказывает.

Лабораторные испытания заявляемого устройства показали, что оно селективно работает на параллельных линиях электропередач с напряжением и током во вторичной цепи сто вольт и пять ампер соответственно при активно - индуктивной нагрузке в защищаемой линии.

Источники информации принятые во внимание:

1. Чернобровов Н.В. Релейная защита энергетических систем: Учеб. пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с.

2. Фигурнов Е.П. Релейная защита. Учебник для вузов ж.-д. трансп. - М.: Желдориздат, 2002. 720 с.

Устройство для защиты параллельных линий электропередач, содержащее два блока датчика тока с параллельно соединенными трансформатором тока и токовым реле, при этом первичная обмотка трансформатора тока первого блока датчика тока подключена в начале защищаемой линии, а первичная обмотка трансформатора тока второго блока датчика тока - в конце защищаемой линии, отличающееся тем, что в первый блок датчика тока дополнительно введен генератор тока высокой частоты, последовательно соединенный с токовым реле первого блока, а во второй блок датчика тока - приемник тока высокой частоты, последовательно соединенный с токовым реле второго блока, при этом первый и второй блоки датчиков тока установлены в разных параллельных линиях защищаемого участка и связаны между собой электромагнитной связью.