Устройство для защиты параллельных линий электропередач
Устройство для защиты параллельных линий электропередач относиться к оборудованию противоаварийной защиты и автоматики и предназначено для использования на параллельных линиях электропередач одинаковой или разной загруженности с одним или двумя источниками питания с поперечным секционированием. Технический результат заключается в исключении действия тока высокой частоты в устройстве для защиты, что приводит к селективному отключению защищаемых параллельных линий электропередач с разными схемами подключения нагрузки, как с одинаковой загруженностью, так и с разной загруженностью при одностороннем и двухстороннем питании с поперечным секционированием. Устройство для защиты содержит два блока срабатывания, связанные между собой электромагнитной связью, при этом первый блок срабатывания, представляющий собой трансформатор тока, вторичная обмотка которого последовательно соединена с токовым реле, подключенным к генератору тока высокой частоты, и связанный с началом одной параллельной линии первичной обмоткой трансформатора тока и генератором тока высокой частоты, а второй блок срабатывания, представляющий собой трансформатор тока, вторичная обмотка которого последовательно соединена с приемником тока высокой частоты, подключенным к токовому реле, и связанный с концом другой параллельной линии первичной обмоткой трансформатора тока, а токовым реле - с выключателем этой линии. Для достижения технического результата во второй блок срабатывания дополнительно введен высокочастотный заградитель, вход которого последовательно соединен с линией, а выход с первичной обмоткой трансформатора тока второго блока 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 с поперечным секционированием.
Известно устройство для защиты параллельных линий электропередач, которое установлено на линиях с одинаковой загруженностью односторонним или двухсторонним питанием, поперечным секционированием, предназначено для линий небольшой длины, порядка 10-15 километров (Н.В.Чернобровов «Релейная защита энергетических систем», М.: Энергоатомиздат, 1998 г., С.318). Устройство содержит два идентичных блока датчика тока (блока срабатывания), связанные между собой электрической связью. Каждый блок срабатывания содержит параллельно соединенные между собой два трансформатора тока и токовое реле, соединенное параллельно вторичным обмоткам трансформаторов. Первый трансформатор тока каждого блока срабатывания 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 каждого блока срабатывания подключены по концам защищаемой линии электропередачи одинаковой загруженности, при этом перемычка соединена с параллельными линиями электропередач в точке между первичными обмотками трансформаторов тока. Первичная обмотка первого трансформатора каждого блока срабатывания является входом устройства для защиты, а первичная обмотка второго трансформатора каждого блока
срабатывания - выходом устройства для защиты. Трансформаторы тока имеют одинаковые коэффициенты трансформации.
Таким образом, в каждом блоке срабатывания образовано два контура. Первый контур содержит вторичную обмотку первого трансформатора тока и обмотку токового реле, а второй контур - вторичную обмотку второго трансформатора тока и обмотку того же токового реле.
Принцип действия известного устройства для защиты 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 при отключенном выключателе в перемычке по линиям электропередач протекает номинальный рабочий ток от одного источника питания к нагрузке. Второй источник питает нагрузку напрямую. При этом ток в каждом блоке срабатывания протекает по первичным обмоткам первого и второго трансформаторов и попадает в их вторичные обмотки. В первом контуре каждого блока срабатывания ток протекает по вторичной обмотке первого трансформатора тока и обмотке токового реле, во втором контуре - по вторичной обмотке второго трансформатора тока и обмотке токового реле. Вследствие параллельного подключения контуров токи в реле тока направлены встречно друг другу. При этом суммарный ток в нем равен нулю. Реле каждого блока срабатывания продолжает работать с разомкнутыми контактами. Защита не срабатывает и оставляет линии электропередач в работе.
В аварийном режиме при разных схемах включения нагрузки устройство для защиты работает по-разному.
При расположении нагрузки на одной из линий в случае аварийного режима с отключенным выключателем в перемычке ток к нагрузке по линиям электропередач протекает через первичные обмотки трансформаторов тока каждого блока срабатывания. Кроме того, ток замыкания протекает через первичную обмотку второго трансформатора каждого блока срабатывания и
поэтому через нее протекает ток больший, чем через первичную обмотку первого трансформатора на величину тока замыкания. Вследствие этого в первом и втором контурах каждого блока срабатывания протекают токи разные по величине и направленные встречно друг другу. Суммарный ток в токовом реле каждого блока срабатывания отличается от нуля. Реле срабатывает и подает сигнал на отключение защищаемых линий электропередач.
При расположении нагрузки вне линий в случае аварийного режима при отключенном выключателе в перемычке ток к нагрузке протекает по линиям электропередач через первичные обмотки трансформаторов тока каждого блока. При этом к нагрузке поступает ток замыкания, половина которого протекает через первичную обмотку второго трансформатора первого блока срабатывания, а другая половина - через первичную обмотку второго трансформатора второго блока срабатывания. Таким образом, через первичную обмотку второго трансформатора каждого блока срабатывания протекает суммарный ток, состоящий из половины тока замыкания и тока линии электропередач численно равный току, который протекает через обмотку первого трансформатора каждого блока срабатывания. В первом контуре каждого блока срабатывания ток протекает по вторичной обмотке первого трансформатора тока и обмотке токового реле и втором контуре - по вторичной обмотке второго трансформатора тока и обмотке токового реле. Вследствие параллельного подключения контуров токи в реле тока направлены встречно друг другу. При этом суммарный ток в нем каждого блока срабатывания равен нулю. Реле продолжает работать с разомкнутыми контактами, защита не срабатывает и оставляет линии электропередач в работе.
В вынужденном режиме работы, когда линии электропередач преднамеренно соединены перемычкой для подпитки возрастающей нагрузки устройство для защиты работает так же как в случае аварийного режима. Это обусловлено тем, что и замыкание и преднамеренное
соединение параллельно работающих линий электропередач, представляют собой перемычку с одинаковым сопротивлением. Вследствие этого при любом расположении нагрузки, устройство для защиты не распознает преднамеренное соединение между линиями или замыкание и работает, так же как и в аварийном режиме отключая линии электропередач.
Достоинством известного устройства является его селективная работа для линий электропередач с одностороннем и двустороннем питанием в нормальном и аварийном режимах при расположении нагрузки на защищаемом участке линии.
Однако недостатком известного устройства для защиты является ограничение возможности его применения для линий электропередач с односторонним и двусторонним питанием и с любым расположением нагрузки. Это обусловлено тем, что для линий электропередач с односторонним и двусторонним питанием с расположением нагрузки вне линии устройство для защиты не срабатывает. Это вызвано тем, что величина результирующего тока в реле каждого блока срабатывания равна нулю, в силу того, что токи трансформаторов каждого блока срабатывания в первичных обмотках имеют одинаковые значения, а во вторичных - противоположные направления. Защита не отключает линии в аварийном режиме.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для защиты параллельных линии электропередач одинаковой или разной загруженности с односторонним или двухсторонним питанием и поперечным секционированием (Патент на полезную модель 69337 РФ, U1 МПК Н02Н 3/38 «Устройство для защиты параллельных линий электропередач» / Б.Е.Дынькин (РФ), А.С.Барбачков (РФ). Опубл. 10.12.2007. Бюл. - №34). Устройство для защиты параллельных линий электропередач содержит два блока срабатывания связанные между собой электромагнитной связью. Первый блок срабатывания установлен в начале первой параллельной линии А, а второй блок срабатывания установлен в конце второй параллельной
линии В, которая содержит нагрузку. Первый блок срабатывания содержит трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками, токовое реле с обмоткой, контактами и определенной уставкой, а так же генератор тока высокой частоты. Второй блок срабатывания содержит трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками, приемник токов высокой частоты, токовое реле с обмоткой, контактами и определенной уставкой.
Трансформатор тока первого блока срабатывания первичной обмоткой соединен с линией А, а вторичной - последовательно с обмоткой токового реле. Контакты токового реле последовательно соединены с генератором тока высокой частоты, который последовательно соединен с защищаемой линией А. Во втором блоке срабатывания трансформатор тока первичной обмоткой соединен с защищаемой линией В, а вторичной - последовательно с приемником тока высокой частоты, который последовательно соединен с обмоткой токового реле. Контакты токового реле последовательно соединены с выключателем.
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 при отключенном выключателе в перемычке ток линии А протекает по первичной обмотке трансформатора тока первого блока срабатывания и попадает в его вторичную обмотку и обмотку токового реле. Значение этого тока всегда больше уставки реле, поэтому оно срабатывает и замыкает свои контакты. Далее ток попадает на генератор тока высокой частоты, 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 через приемник токов высокой частоты на обмотку токового реле второго блока срабатывания. Индуцированный ток высокой частоты сохраняет контакты токового реле в разомкнутом состоянии из-за
своего малого значения по сравнению с уставкой токового реле. В результате защита не срабатывает и оставляет линии электропередач в работе.
В аварийном режиме при разных схемах включения нагрузки устройство для защиты работает одинаково.
При расположении нагрузки например на одной из линий В в случае аварийного режима с отключенным выключателем в перемычке, ток высокой частоты от генератора тока первого блока срабатывания протекает по линии А через место замыкания на линию В и попадает на обмотки трансформатора тока второго блока срабатывания. Затем ток поступает на приемник тока высокой частоты и протекает по обмотке токового реле. Кроме того, во втором блоке срабатывания по трансформатору тока приемнику тока высокой частоты и по обмотке токового реле протекает индуцированный ток. Результирующие значение тока в реле равно сумме этих токов и всегда больше уставки реле. Токовое реле срабатывает и замыкает свои контакты. Ток протекает на выключатель. Защита срабатывает и отключает только обе защищаемые линии. При этом наличие активно - индуктивной нагрузки в линиях на работу устройства для защиты параллельных линий электропередач влияния не оказывает.
В вынужденном режиме работы, когда линии электропередач преднамеренно соединены перемычкой для подпитки возрастающей нагрузки устройство для защиты работает так же как в случае аварийного режима. Это обусловлено тем, что и замыкание и преднамеренное соединение параллельно работающих линий электропередач, представляют собой перемычку с одинаковым сопротивлением. Вследствие этого при любом расположении нагрузки, устройство для защиты не распознает преднамеренное соединение между линиями или замыкание и работает, так же как и в аварийном режиме отключая линии электропередач.
Достоинством известного устройства является его селективная работа аварийном режиме при одностороннем и двухстороннем питании с разными схемами подключения нагрузки, как с одинаковой загруженностью, так и с
разной загруженностью. Это обусловлено тем, что при замыкании между линиями, ток высокой частоты протекает от генератора тока высокой частоты первого блока срабатывания по высокочастотному каналу к приемнику токов высокой частоты второго блока срабатывания и поступает в обмотку токового реле. Токовое реле срабатывает, вызывая отключение защищаемых линий. При этом наличие активно - индуктивной нагрузки в линиях на работу устройства для защиты параллельных линий электропередач влияния не оказывает.
Однако недостатком известного устройства для защиты является ограничение возможности его применения для линий электропередач с односторонним и двусторонним питанием и поперечным секционированием. Это обусловлено протеканием токов высокой частоты от генератора тока первого блока срабатывания по включенной перемычке к приемнику токов высокой частоты второго блока срабатывания и попаданием тока в обмотку токового реле с последующим отключением нормально работающих линий. Устройство для защиты в вынужденном режиме работает так же, как и в аварийном режиме, что не позволяет отделить вынужденный режим от аварийного.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в разработке устройства для защиты параллельных линий электропередач, позволяющее распознавать вынужденные и аварийные режимы работы линий и 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 с поперечным секционированием за счет исключения действия токов высокой частоты в устройстве для защиты.
Для решения поставленной задачи в устройстве для защиты параллельных линий электропередач, содержащем два блока срабатывания, связанные между собой электромагнитной связью, при этом первый блок срабатывания, представляющий собой трансформатор тока, вторичная
обмотка которого последовательно соединена с токовым реле, подключенным к генератору тока высокой частоты, и связанный с началом одной параллельной линии первичной обмоткой трансформатора тока и генератором токов высокой частоты, а второй блок срабатывания, представляющий собой трансформатор тока, вторичная обмотка которого последовательно соединена с приемником тока высокой частоты, подключенным к токовому реле, и связанный с концом другой параллельной линии первичной обмоткой трансформатора тока, а токовым реле - с выключателем этой линии, в устройстве второй блок срабатывания дополнительно снабжен высокочастотным заградителем, вход которого последовательно соединен с линией электропередач, а выход - с первичной обмоткой трансформатора тока второго блока.
Заявляемое решение характеризуется новой совокупностью существенных признаков благодаря введению во второй блок срабатывания высокочастотного заградителя, что свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «новизна». Благодаря введению во второй блок срабатывания высокочастотного заградителя в устройстве для защиты параллельных линий электропередач исключается действие тока высокой частоты в случае преднамеренного соединения параллельно работающих линий, что позволяет параллельным линиям электропередач с поперечным секционированием в случае возрастания нагрузки работать без отключения.
На фигуре представлена схема устройства для защиты параллельных линий электропередач разной загруженности с двухсторонним питанием с поперечным секционированием.
Устройство для защиты параллельных линий электропередач содержит два блока срабатывания 1, 2 связанные между собой электромагнитной связью. Блок срабатывания 1 установлен в начале первой параллельной линии А, а блок срабатывания 2 установлен в конце второй параллельной линии В, которая содержит нагрузку 3. Блок срабатывания 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 срабатывания 2 содержит трансформатор тока с первичной и вторичной обмотками 9, приемник токов высокой частоты 10, токовое реле 11 с обмоткой 12, контактами 13, высокочастотный заградитель 14. Реле 11 имеет определенную уставку, высокочастотный заградитель 14 представляет собой резонансный контур, настроенный на одну частоту с током высокой частоты, и параллельно соединенные индуктивность 15 и емкость 16. Сторона заградителя 14, в которую втекает ток высокой частоты, является его входом, а с которой вытекает - его выходом.
Трансформатор тока 4 блока срабатывания 1 первичной обмоткой соединен с линией А, а вторичной - последовательно с обмоткой токового реле 6. Контакты 7 токового реле 5 последовательно соединены с генератором тока высокой частоты 8, который последовательно соединен с линией А. Трансформатор тока 9 блока срабатывания 2 первичной обмоткой соединен с линией В и последовательно с высокочастотным заградителем 14. Вторичная обмотка трансформатора последовательно соединена с приемником тока высокой частоты 10, который последовательно соединен с обмоткой 12 токового реле 11. Контакты токового реле 13 последовательно соединены с выключателем 18.
Устройство для защиты параллельных линий электропередач, установленное либо в линиях с одинаковой загруженностью либо в линиях с разной загруженностью с поперечным секционированием работает следующим образом.
В нормальном режиме работы при отключенном выключателе в перемычке замыкание между линиями отсутствует. Ток линии А протекает по первичной обмотке трансформатора тока 4 блока срабатывания 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 тока высокой частоты 10 на обмотку 12 токового реле 11 блока срабатывания 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. Индуцированный ток высокой частоты так же протекает по резонансному контуру высокочастотного заградителя 14, делиться на две равных составляющих, которые протекают по индуктивности 15 и емкости 16. Одна составляющая тока, протекающая по индуктивности 15 образует магнитное поле, а другая протекающая по емкости 16 - электрическое поле, при этом токи в этих полях имеют противоположные направления. Таким образом, суммарный ток, протекающий в резонансном контуре высокочастотного заградителя 14 равен нулю. После высокочастотного заградителя 14 ток высокой частоты в линии отсутствует и не оказывает влияние на другие устройства линий. В результате обе линии электропередач продолжают работать в нормальном режиме без отключения.
В аварийном режиме при разных схемах включения нагрузки устройство для защиты работает одинаково.
В аварийном режиме работы с отключенным выключателем в перемычке, например при замыкании между защищаемыми линиями А и В, ток высокой частоты от генератора тока 8 блока срабатывания 1 протекает по линии А через место замыкания на линию В и попадает в блок срабатывания 2.
В этом блоке ток высокой частоты из линии А протекает по обмотке трансформатора тока 9 и по резонансному контуру высокочастотного заградителя 14. Высокочастотный заградитель 14 работает в аварийном режиме так же, как и в нормальном, суммарный ток, протекающий по индуктивности 15 и емкости 16 равен нулю, и поэтому ток высокой частоты
в линии отсутствует, и не оказывает влияния на другие устройства линий. Ток высокой частоты протекает по обмоткам трансформатора тока 9 и поступает на приемник тока высокой частоты 10 и обмотку 12 токового реле 11. Кроме того, в блоке срабатывания 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 18. Защита срабатывает и отключает обе защищаемые линии. Таким образом, устройство для защиты селективно работает в аварийном режиме.
В вынужденном режиме работы линии электропередач преднамеренно соединены перемычкой для подпитки возрастающей нагрузки. Ток высокой частоты от блока срабатывания 1 протекает по линии А и через перемычку 17 протекает на линию В в блок срабатывания 2. Ток высокой частоты попадает в высокочастотный заградитель 14, и протекая по индуктивности 15 и емкости 16 резонансного контура делится на две равных составляющих. Одна составляющая тока, протекающая по индуктивности 15 образует магнитное поле, а другая протекающая по емкости 16 - электрическое поле, при этом токи в этих полях имеют противоположные направления. Таким образом, суммарный ток, протекающий в резонансном контуре высокочастотного заградителя 14 равен нулю. После высокочастотного заградителя 14 ток высокой частоты со стороны перемычки 17 в обмотках трансформатора тока 9 и токового реле 11 отсутствует, а значение индуцированного тока высокой частоты от линии А, протекающего по линии В в блок срабатывания 2, мало по сравнению с уставкой токового реле 11, поэтому защита не срабатывает, оставляя преднамеренно соединенные перемычкой линии в работе без отключения. Таким образом, устройство для защиты селективно работает в вынужденном режиме.
Лабораторные испытания заявляемого устройства для защиты, проходившие на высоковольтном стенде АИД-70 с испытательным
напряжением 27,5 кВ, показали, что оно селективно работает на параллельных линиях электропередач с поперечным секционированием (А-150) с напряжением и током во вторичной цепи 100 вольт и 5 ампер соответственно при активно - индуктивной нагрузке в защищаемой линии.
Устройство для защиты параллельных линий электропередач, содержащее два блока срабатывания, связанные между собой электромагнитной связью, при этом первый блок срабатывания, представляющий собой трансформатор тока, вторичная обмотка которого последовательно соединена с токовым реле, подключенным к генератору тока высокой частоты, и связанный с началом одной параллельной линии первичной обмоткой трансформатора тока и генератором тока высокой частоты, а второй блок срабатывания, представляющий собой трансформатор тока, вторичная обмотка которого последовательно соединена с приемником тока высокой частоты, подключенным к токовому реле, и связанный с концом другой параллельной линии первичной обмоткой трансформатора тока, а токовым реле - с выключателем этой линии, отличающееся тем, что во второй блок срабатывания дополнительно введен высокочастотный заградитель, вход которого последовательно соединен с линией, а выход - с первичной обмоткой трансформатора тока второго блока.
