Zabezpieczenie porównawczo-fazowe krótkich linii elektroenergetycznych

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ S e ria : ELEKTRYKA z . 31

___________ 1 9 7 1 Nr k o l . 299

J . WOJCIECHOWSKI, S , STOLARZ, J . SUCZYK, A. SZERSZEMEWSKI

Zakłady Pomiarowo-Badawcze E n erg ety k i Energopondar - G liw ice

ZABEZPIECZENIE PGRÓWNAWCZO-FAZOWE KRÓTKICH U N II ELEKTROENERGETYCZNYCH

S t r e s z c z e n i e

Autorzy p rz e d s ta w ia ją opracowane w ZPBE ,Vfcnergopomiarn z a b ezp iec ze­

n i e porównawczo-fazowe z łączem a k u sty c z n e j c z ę s to tliw o ś c i p rzezn aczo ­ ne d la k ró tk ic h l i n i i w ysokich n a p ię ć . W a r ty k u le omówiono zasadę d z i » ł a n i a o ra z ro z w ią z a n ie głównych członów z a b e z p ie c z e n ia . Opisano p ra cę

łą c z a a k u sty cz n ej c z ę s to tliw o ś c i p o d k re ś la ją c zastosow ane ro z w ią z a n ia prowadzące do u z y sk a n ia du żej niezaw odności t r a n s m i s j i sygnałów . P rz e d ­ staw iono rów nież ro z w ią z a n ie p rz e tw o rn ic y ty ry s to ro w e j s łu ż ą c e j do za­

s i l a n i a z a b e z p ie c z e n ia nap ięciem pomocniczym p rą d u s t a ł e g o . Ponadto po-, dano in fo n n a c je o wynikach e k s p l o a t a c ji z a b e z p ie c z e ń .

Rozbudowa układów p r z e s y łu i r o z d z ia łu e n e r g i i e le k tr y c z n e j powodu­

j e s t a ł e s k ra c a n ie p rz e c ię tn y c h d łu g o ś c i e le k tro e n e rg e ty c z n y c h l i n i i przesyłow ych. Coraz c z ę ś c ie j sp o ty k a s i ę k r ó tk ie o d c in k i l i n i i wyso­

k ic h n a p ię ć , k tó re p o s ia d a ją duże znaczen ie d l a pew ności p ra c y system u lu b z a s il a n i a ważnych odbiorców e n e r g i i . Je d n o c z e śn ie p rz y te g o ro d z a ­ ju l i n i a c h j e s t s z c z e g ó ln ie tru d n o uzyskać w łaściw ą selek ty w ność d z ia ­ ł a n i a za b e z p ie c z e ń . Wymienione w zględy, a rów nież ogólne zw iększen ie wymagań tech n ic zn y ch w sto su n k u do za b ezp iec zeń spowodowały zw rócenie uwagi na zastosow anie z a b ezp iec zeń odcinkowych do z a b e z p ie c z a n ia k r ó t ­ k ich l i n i i . Z ab e zp iec zen ia odcinkowe u m o żliw iają z r e g u ły uzyskiw anie k r ó tk ic h czasów d z i a ł a n ia , s ą n iew rażliw e na z a k łó c e n ia w ystęp u jące po-

J . Wojciechowski, i i n .

za s t r e f ą zab ezp iec zan ą , a ic h d z ia ła n ie w p ra k ty c e j e s t n ie z a le ż n e od k o n f ig u r a c ji s i e c i .

W ro k u 1965 w Energopomiarze ro z p o czę to p ra c e nad opracowaniem za­

b e z p ie c z e n ia porównawczo-fazowego z łączem ak u sty c z n e j c z ę s t o t li w o ś c i.

Dwa p ie rw sz e z a b e z p ie c z e n ia , ty p u RPPk z o s ta ły za in stalo w an e w roku 1968, n a k ró tk ic h l i n i a c h o n a p ię c iu 220 kV, celem u z y sk a n ia doświad­

czeń e k s p lo a ta c y jn y c h . Do ro k u 1971 wykonano 26 kompletów te g o ro d z a ju z a b e z p ie c z e ń .

Z abezpieczenie ty p u RPPk przeznaczone j e s t do ochrony k ró tk ic h od­

cinków l i n i i en ergetycznych łączący ch s t a c j e pomiędzy którym i i s t n i e j e p o łą c z e n ie kablem telekom unikacyjnym . Norm alnie długość za bezpieczan e­

go o d cin ka n ie p rz e k ra c z a 30 km. C h ara k te ry zu ją c zasad n icze cechy za­

b e z p ie c z e n ia n a le ż y zw rócić uwagę, że jako k ry te riu m o k r e ś la ją c e , czy zw arcie w ystępuje w chronionym odcinku l i n i i czy poza nim,; p r z y ję to w ielk o ść p r z e s u n ię c ia fazowego pomiędzy prądam i na obydwu końcach od­

c in k a . Dla u p ro s z c z e n ia u k ład u z a b e z p ie c z e n ia porównuje s i ę fa z y n a -

, , , A A

p ię c wyjściowych f i l t r ó w składowych sym etrycznych ty p u J 1 + k J ^ . Człon pobudzeniowy z a b e z p ie c z e n ia d z i a ł a p rz y zw iększen iu w a rto ś c i s k u te c z ­ n e j n a p ię c ia wyjściowego wymienionego f i l t r u . Ponadto zab ezp iec zen ie wyposażone j e s t w pod zesp o ły k o n tro lu ją c e sprawność to r u tra n s m isy jn e ­

go sy g n a łu c z ę s to tliw o ś c i a k u s ty c z n e j. W wypadku zak łó ceń w p ra cy t o r u n a s tę p u je samoczynne zablokow anie d z ia ła n ia z a b e z p ie c z e n ia na czas wy­

stęp o w an ia z a k łó c e ń . N a p ię cie pomocnicze z a b e z p ie c z e n ia wynosi 15 V p rą d u s t a ł e g o , p rz y czym z a b ezp iec zen ie z a s ila n e j e s t napięciem 110 V

lu b 220 V prąd u s ta łe g o poprzez p rz etw o rn icę ty ry s to ro w ą .

Ja k ju ż zaznaczono, d z ia ła n ie z a b e z p ie c z e n ia o p a rte j e s t na porów­

nywaniu z sobą kierunków w a rto ś c i chwilowych prądów na obydwu końcach za b e z p ie c z a n e j l i n i i . In fo rm a c ja o fa zac h prądów p rz e s y ła n a j e s t z jed ­ nego końca zabezpieczanego odcin ka l i n i i na d r u g i, za pomocą łą c z a aku­

s ty c z n e j c z ę s to tliw o ś c i zrealizow anego na s p e c ja l n ie układanych ka­

b la c h lu b t e ż przewodach k a b li pocztow ych. Zasadę p rz e s y ła n ia inform a­

c j i w z a b e z p ie c z e n iu w y ja śn ia r y s . 1 .

Dwa k an a ły łą c z n o ś c i, którym i j e s t przekazywana in fo rm a c ja o f a ­ z i e prądów w l i n i i , s ą p r z e s u n ię te względem s i e b i e w widmie c z ę s t o t l i -

Zabezpiec ze n ie porównawczo-fazowe

...

STACJA A

filtr

I I r

ąp-/ M

/ / U l

5 6 7 S

/U l/

/ ' -t+ < W

9 10 11 12

1 -«■ < W

far

’’telekom.

13

W

STACJA B

M /w.

20 13 « 1?

\ J > -w- _{//U l}* /

U 23 22 21

> -C+- I

filtr J,+k3t

I f X

Rys. 1 . Uproszczony schemat blokowy c z ę ś c i te l e t r a n s m i s y j n e j za b ezp ie­

c z e n ia

w o ści, d z i ę k i czemu łą c z e może być zrealizo w an e n a je d n e j p a rz e ż y ł ka­

b l a telekom unikacyjnego. W k an ale o c z ę s to tliw o ś c i j e s t prowadzo­

na tr a n s m is ja ze s t a c j i A do B, a w k an ale o c z ę s t o t li w o ś c i f 2 p rz e ­ s y ła n a j e s t in fo rm a c ja w k ieru n k u .przeciwnym, ze s t a c j i B do s t a c j i A. C z ę s to tliw o ś c i f j i f 2 wybrano w g ó rn e j c z ę ś c i pasma t e l e f o ­ nicznego celem z a b e z p ie c z e n ia kanałów od z a k łó c e ń o c z ę s to tliw o ś c i te c h n ic z n e j lu b j e j k r o tn o ś c i. Kanały c z ę s to tliw o śc io w e o d d zielo n e s ą od s i e b i e f i l t r a m i e le k try c z n y m i. Poziom nadawanego sy g n a łu p r z y ję to +1,1 Np, to j e s t n ie c o w ię c e j n iż wymagają normy d l a poziomu sy g n a łu te le f o n ic z n e g o . Z o sta ło t o podyktowane k o n ie c z n o śc ią z a b e z p ie c z e n ia łą c z n o ś c i nawet w warunkach zakłóceniow ych t o r u .

Do przekazyw ania in f o r m a c ji zastosow ano w z a b e z p ie c z e n iu m odulację am p litu d y . Ponieważ m odulacja am plitud y j e s t w rażliw a n a z a k łó c e n ia , więc d la ic h wykrywania z o s t a ł zrealizo w an y dodatkowy k a n a ł łą c z n o ś c i o c z ę s to tliw o ś c i f ^ , p o ło żo n ej p o n iż e j c z ę s to t li w o ś c i f^ i f g . Zada­

niem teg o kan ału j e s t k o n tr o la s ta n u tech n ic zn eg o k a b la . W wypadku po­

ja w ie n ia s i ę w eksploatow anej p a rz e ż y ł przebiegów e le k try c z n y c h o czę­

s to tliw o ś c ia c h różnych od f^ i fg n a s tę p u je blokow anie d z i a ł a n ia z a b e z p ie c z e n ia na czas ic h w ystępow ania. Spodziewanym źródłem za k łó ceń s ą u rz ą d z e n ia e n e rg ety cz n e o raz p rz e słu c h y z s ą s ie d n ic h ż y ł k a b la , a więc z a k łó c e n ia o c z ę s to tliw o ś c ia c h um ieszczonych w zględnie n is k o w

widmie c z ę s t o t li w o ś c i. Tymi względami podyktowany b y ł wybór c z ę s t o t l i ­ w ości f j . Wymiana in fo rm a c ji w kan ałach łą c z n o ś c i zacho dzi w sposób c i ą g ł y , n ie z a le ż n ie od s ta n u c z ło n u pobudzenia prądowego. G enerator w raz ze wzmacniaczem nadawczym (1 ) p ra c u ją w konwencjonalnym u k ła d z ie z dodatkową s t a b i l i z a c j ą za pośrednictw em ujemnych sp rz ę ż e ń zw rotnych.

M odulacja p rz e b ie g u nośnego im pulsami p ro sto k ą tn y m i, informowanymi w u k ła d z ie elektry cznym (3 ) z s in u s o id y n a p ię c ia wyjściowego f i l t r u sk ła- dowych sym etrycznych, zachodzi w m odulatorze (2) . M odulator przeryw a s y g n a ł z g e n e ra to ra i jed n o c z e śn ie zw iera w e jś c ie f i l t r u nadawczego, pasmowo-przepustowego (4)» co s k ra c a czas stanów n ie u s ta lo n y c h w f i l ­ t r z e i zap o b ieg a przekłam aniom w przekazyw aniu in f o r m a c ji.

Im puls odebrany na przeciw ległym końcu l i n i i , z powodu o g ra n ic zo n ej s z e r o k o ś c i kan ału łą c z n o ś c i, po p r z e j ś c i u p rz e z f i l t r o d biorczy pasmo- wo-przepustow y (2 0 ) i wzmacniacz (1 9)* n a w y jśc iu d e te k to r a ( i 8 ) ma k s z t a ł t zb liż o n y do tr a p e z u . Z teg o sy g n ału odtw arzane s ą im pulsy p ro ­ s to k ą tn e w p rz e rz u tn ik u ( i 7 ) . Czas i c h trw a n ia j e s t za le ż n y od am pli­

tu d y im pulsu trapezow ego. Dla u n ik n ię c ia t e j z a le ż n o ś c i n a le ż y do wej­

ś c i a p r z e r z u tn ik a (1 7 ) doprowadzać sy g n a ł o sta ły m p oziom ie. Ponieważ do p u szc zaln y zak res tłu m ie n ia to r u telekom unikacyjnego wynosi od 0,1 Np do 3 Np, w związku z tym wprowadzono we wzmacniaczu o d b io rn ik a ( i 9 ) p o ten cjo m etry c zn ą r e g u la c ję wzm ocnienia, co pozw ala wyrównać poziom n a­

p i ę c i a podawanego do p r z e r z u tn ik a (1 7 ).

W wyniku b ad a n ia wpływu z a k łó c eń o widmie ciągłym na p rzek łam ania przekazyw anej in fo rm a c ji s tw ie rd z o n o , że prawidłowe o d b ie ra n ie p rz e s y ­ łan y ch sygnałów n a s tę p u je gdy poziom z a k łó c eń j e s t n iż s z y co najm niej o 0 ,3 Np od poziomu sy g n ału u ży tec zn eg o . Jako k ry te riu m n a sta w ia n ia c z u ło ś c i c z ło n u za k łó c eń (9) i (2 1 ) p r z y ję to w ięc , że jeg o wzbudzenie n a s t ą p i p rz y p o ja w ie n iu s i ę sy g n ału zakłóceniow ego o a m p litu d z ie o po­

łowę n iż s z e j n iż am p litu d a sy g n ału u ży tec zn eg o .

Przeprow adzona podczas pró b zwarciowych r e j e s t r a c j a sygnałów e le k ­ try c z n y c h w to r z e telekom unikacyjnym w ykazała p o ja w ie n ie s i ę , w momen­

c i e z w a rc ia , z a k łó c eń o c z ę s to tliw o ś c i przem ysłow ej i o a m p litu d z ie n ie p rz e k ra c z a ją c e j k ilk u mV, a więc o w a rto ś c i k ilk a k r o tn ie n iż s z e j od a n ę litu d y sy g n ału u ży tec zn eg o .

244_____________________________________________ - J . W ojciechowski i i n .

Z ab ezpieozenie porównawozo-fazowe. 245

Wyniki dotychczasow ej e k s p lo a ta c j i n ie podważyły s łu s z n o ś c i p r z y ję ­ te g o k ry te riu m n a s ta w ia n ia c z u ło ś c i cz ło n u zakłóceniow ego. N ie zan o to ­ wano a n i błędnych d z i a ła ń cz ło n u porów naw czo-fazow ego, a n i p ob ud zania c z ło n u zakłóceniow ego. Jednakże n a le ż y uważać, że problem w ystępow ania z a k łó c eń i i c h wpływu n a p ra c ę z a b e z p ie c z e n ia n a d a l p o z o s ta je o tw a rty i d o p ie ro b o g atsze dośw iad czen ia e k s p lo a ta c y jn e mogą dać podstawę do sform ułow ania o sta te c z n y c h wniosków.

Schemat blokowy półkom pletu z a b e z p ie c z e n ia porównawczo-fazowego z łączem a k u sty c z n e j c z ę s to tliw o ś c i p rz e d s ta w ia r y s . 2 .

»¡iąatntc

3,*U,

3 (3

A lf

11 10

W

3 4 5 e 7

VMr

>

«Mr M **%

I...I rrrri

3 8

T l * * *

&

18 17

~U

< &

*»* t$r

R y s. 2 . Schemat blokowy półkom pletu z a b e z p ie o z e n ia porównawczo-fazowe­

go ty p u HPFk

W z a b e z p ie c z e n iu ty p u HPFk porównaniu p o d le g a ją fa z y n a p ię ć wyjściom wych f i l t r ó w składowych sym etrycznych z n a jd u ją c y c h s i ę w półkonrple-

ta c h z a b e z p ie c z e n ia n a obu końcach zabezpieczanego odcin ka l i n i i . Wy­

m ienione n a p ię c ia s ą fu n k cjam i liniow ym i składowych sym etrycznych p r ą ­ du tró jfa z o w e g o . P rąd y fazowe p ły n ące w c h ro n io n e j l i n i i po p r z e t r a n s - formowaniu p rz e z p r z e k ła d n ik i prądow e, z o s t a j ą wprowadzone do f i l t r u

246 J . W ojciechowski i i n .

A A » .

J 1 + kJg ( 1 ) . Otrzymane na w y jśc iu f i l t r u n a p ię c ie jednofazowe dopro­

wadzane j e s t do u k ład u e le k try c z n e g o (2 ) p r z e k s z ta łc a ją c e g o s in u s o id ę w półokresow e p ro s to k ą tn e im p u lsy . Wymienione im pulsy z o s ta ją wykorzy­

s ta n e w m odulatorze ( 5 ) do przery w an ia w ic h t a k t ak u sty cz n ej c z ę s to ­ t l iw o ś c i n o śn ej wytworzonej w g e n e ra to rz e (3 )» Snodulawany sy g n a ł noś­

ny p o przez f i l t r pasmowo-przepustowy ( 6 ) i tra n s f o rm a to r dopasowujący ( 7 ) z o s t a j e w ysłany łączem kablowym na d ru g i koniec l i n i i . Na drugim końcu l i n i i , odebrane sy g n a ły ak u sty c z n e j c z ę s to tliw o ś c i z o s ta ją s e ­ lek ty w n ie wybrane p rz e z f i l t r pasmowo-przepustowy ( 8 ) , wzmocnione (9), wyprostowane w d e te k to r z e ( 1 0 ) , a n a s tę p n ie w zbudzają p r z e r z u tn i k ( l 1 ) o d tw a rz a ją c y im pulsy p ro s to k ą tn e wytworzone w u k ła d z ie (2) na przeciw ­ ległym końcu l i n i i . W wypadku gdy sy g n a ł ak u sty c z n e j c z ę s to tliw o ś c i wy p ła n y p rz e z p rz e c iw le g ły półkcm plet j e s t sygnałem ciągłym (b ra k w yste­

row ania z f i l t r u składowych sym etryczn ych ), p r z e r z u tn ik (1 1 ) b ęd z ie c a ł y czas wzbudzony. Odtworzone sy g n ały o raz im pulsy z własnego u kładu k s z ta łtu ją c e g o prostokątny) (2 ) z o s t a ją wprowadzone do e le k tro n ic z n e g o c z ło n u porównawczo-fazowego ( 1 2 ) , g d zie wykonywany j e s t c ią g ły pom iar p r z e s u n ię c ia fazowego pomiędzy sygnałam i od bierany m i, a w łasnym i. Brak k tó reg o k o lw ie k z sygnałów zapewnia autom atyczne n ie z a d z ia ła n ie cz ło n u porównawczo-fazowego. Zanik w zględnie znaczne o b n iż e n ie pozicrau t r a n s ­ m i s j i powoduje niew zbudzenie p rz e r z u tn ik a (1 1 ) , a tym samym n ie z a d z ia ­ ł a n i e cz ło n u porównawczo-fazowego. W c z a s ie norm alnej p ra c y e l e k t r o ­ e n e rg e ty c z n e j l i n i i p rz e s y ło w e j, gdy p ły n ą p rą d y o b c ią ż e n ia , do czło n u porównawczo-fazowego (1 2 ) doprowadzane s ą n a przem ian p ro s to k ą tn e im­

p u ls y w t a k t d o d a tn ic h półokresćw s in u s o id n a p ię ć wyjściowych f i l t r ó w składowych sym etrycznych. Są t o im pulsy sformowane p rz e z w łasny uk ład e le k tr y c z n y (2) i im pulsy sformowane na p od staw ie sygnałów odebranych z p rz e c iw le g łe g o końca l i n i i . Taki s t a n , odpow iadający zgodności fa z pom iędzy n ap ię c ia m i wyjściowymi f i l t r ó w składowych sym etrycznych, t r a k ­ towany j e s t jako b ra k p rz e s u n ię c ia fazowego pomiędzy p ro stok ątn ym i im­

pu lsam i doprowadzonymi do cz ło n u porównawczo-fazowego ( 1 2 ) . W wypadku gdy p r z e s u n ię c ie fazowe pomiędzy odpowiednimi Impulsami p rz e k ra c z a na­

staw io n ą w a rto ść k ą ta z a d z ia ła n ia , n a s tę p u je z a d z ia ła n ie czło n u porów­

Z abezpiecgenie porównawczo-fazowe. . . 247

nawczo-fazowego i w y sła n ie sy g n ału do p o d zespo łu ilo c z y n u lo g ic z ­ nego (1 4 ) .

Człon pobudzeniowy (1 3 ) re a g u je na w a rto ść sk u te c z n ą n a p ię c ia wyj­

ściowego f i l t r u + kJ2 , ( 1 ) . Wzrost n a p ię c ia powyżej w a rto ś c i na­

staw io n ej powoduje z a d z ia ła n ie cz ło n u pobudzeniowego i w y słan ie sygna­

łu do p o d zesp o łu ilo c z y n u lo g iczn e g o ( 1 4 ) .

Sprawność t r a n s m i s j i j e s t kontrolow ana w z a b e z p ie c z e n iu p rz e z c i ą g - ły pomiar poziomu o d b ieran eg o s y g n a łu . Do te g o c e lu w y ko rzy stu je s i ę p r z e rz u tn ik (11 ) , k tó ry p rz e c h o d z i w s t a n odwzbudzenia w wypadku ob ni­

ż e n ia poziomu odbieran eg o sy g n a łu p o n iż e j n a sta w io n e j w a r to ś c i. W t a ­ kim wypadku, po zwłoce cz aso w ej, w y stąp i s y g n a liz a c ja in fo rm u jąc a o uszkodzeniu ł ą c z a . Ponadto param etrem kontrolowanym na łą c z u j e s t po­

ziom z a k łó c e ń . Pom iar poziomu za k łó c eń wykonywany j e s t w k an ale t r a n s ­ misyjnym utworzonym p r z y pomocy f i l t r u pasmowo-przepustowego (1 6 ) obej­

mującego pasmo le ż ą c e p o n iż e j c z ę s to tliw o ś c i sygnałów tra n sm is y jn y c h . P r z e r z u tn ik (1 9) wzbudzany wyprostowanym sygnałem z dem odulatora (1 8 ) ma n astaw ian y pró g c z u ło ś c i . P rz y p rz e k ro c z e n iu założonego d o p u szczal­

nego, poziomu za k łó c e ń n a s tę p u je z a d z ia ła n ie p r z e r z u tn ik a ( 1 9 ) . Z osta­

j e wtedy w ysłany sy g n a ł do po dzespołu (1 2 ) . Wymieniony sy g n a ł powoduje blokadę m ożliw ości z a d z ia ła n ia cz ło n u porównawczo-fazowego n a czas wy­

stępow ania z a k łó c e ń . Z o s ta je rów nież wzbudzony p rz e k a ź n ik sygnałowy i n ­ form ujący o z a k łó c e n ia c h na łą c z u .

Z a d z ia ła n ie cz ło n u porównawczo-fazowego (1 2 ) powoduje autom atyczną blokadę p r z e r z u tn ik a ( i 9 ) , k o n tro lu ją c e g o poziom z a k łó c e ń . Wzbudzenie p rz e k a ź n ik a wyjściowego (1 5) n a s tą p i j e ż e l i z a d z ia ła c z ło n nadprądowy (1 3 ) i c z ło n porównawczo-fazowy ( 1 2 ) . O perację m nożenia lo g iczn eg o w podzespo le (1 4) zrealizo w an o za pomocą szeregowo po łączonych zestyków dwóch przekaźników kontaktronow ych. Jeden, z przekaźników wzbudzany j e s t p rz e z nadprądowy c z ło n pobudzeniowy ( i 3 ) , a d ru g i p rz e z c z ło n porównaw- czo-fazow y (1 2 ) .

R ozw iązanie układowe c z ło n u porównawczo-fazowego pokazane j e s t na schem acie ideowym, r y s . 3» Układ lo g ic z n y ilo c z y n u n a tr a n z y s to r a c h i Tg porównuje fa z y impulsów z o d b io rn ik a z f a z ą Impulsów pochodzą­

cych z własnego f i l t r u składowych sym etrycznych. W wypadku względnego

248 J . W ojciechowski i In ,

p r z e s u n ię c i a fazowego <p m iędzy im pulsam i, n a w y jśc iu u k ład u ilo c z y n u p o ja w ia ją s i ę im pulsy o c z a s ie trw a n ia proporcjonalnym do w a rto ś c i ką­

t a p r z e s u n ię c ia fazow ego.

«i

5,+ k3i

R ys. 3 . Schemat ideowy czło n u porównawczo-fazowego

W podwójnym u k ła d z ie całkującym R^ , C^, R j, Cg z o s ta je wyodręb­

n io n a składow a ś r e d n ia p rz e b ie g u wyjściowego z uk ład u ilo c z y n u , a j e j w ielk o ść j e s t m ierzona p rz e z p r z e r z u tn ik w u k ła d z ie S ch m itta c h a ra k te ­ ry z u ją c y s i ę dużą s t a b i l n o ś c i ą param etrów . Gdy względne p rz e s u n ię c ie fazowe impulsów p rz ek ro c zy w a rto ść = 6 0 °, w a rto ść ś re d n ia p rz e b ie g u o s ią g a poziom n a p ię c ia z a d z ia ła n i a . N a stę p u je wzbudzenie p r z e rz u tn ik a i w ysterow anie p rz e k a ź n ik a kont a k t ronowego ( p ) . C h ara k te ry sty k ę kątową cz ło n u porównawczo-fazowego p rz e d s ta w ia r y s . 4 .

P rz y w y stą p ie n iu z w a rc ia zew nętrznego, w wyniku stanów n i e u s t a l o ­ nych t a k p rą d u zwarciowego ja k rów nież stanów n ie u s ta lo n y c h w obwo­

dach w tórnych i obwodach z a b e z p ie c z e n ia , n a w y jś c iu u k ład u ilo c z y n u może p ojaw ić s i ę pojedynczy im puls o c z a s ie trw a n ia n ie p rz e k ra c z a ją ­ cym 8 m sek. Taki wypadek z o s t a ł z a re je stro w a n y podczas prób zw arcio­

wych, p rz y z a łą c z e n iu l i n i i n a zew nętrzne zw arcie tr ó jfa z o w e . D la za­

p o b ie ż e n ia nieprawidłowemu wzbudzeniu p r z e r z u tn ik a S c h m itta , t a k do­

brano w arunki p ra c y u k ład u c a łk u ją c e g o R1 , C^, R^, Cg, aby u k ła d

Z abezpieczenie porów naw czo-fazow e.. 249

0 60* 120‘ «0* 240* JM* 3M* if

R ys. 4 . C h a ra k te ry sty k a cz ło n u porównawczo-fazowego

S ch m itta z o s t a ł wzbudzony d o p ie ro drugim impulsem pojaw iającym s i ę na w y jściu u k ład u ilo c z y n u . P rz e d łu ż a t o czas z a d z ia ła n ia z a b e z p ie c z e n ia o około 20 msek le c z je d n o c z e ś n ie zw iększa niezawodność d z i a ł a n i a .

Oprócz w zbudzenia c z ło n u porównawczo-fazowego, do z a d z ia ła n ia za­

b e z p ie c z e n ia j e s t je s z c z e konieczne wzbudzenie nadprądowego cz ło n u po­

budzeniowego, d z ia ła ją c e g o w o p a rc iu o f i l t r składowych sym etrycznych.

Uproszczony schemat f i l t r u składowych sym etrycznych i czło n u pobu­

dzeniowego p rz ed staw io n y j e s t n a r y s . 5*

■ do modulatora

m do członu porónnanczo -fau n ieg o

R y s. 5 . Schemat ideowy f i l t r u składowych sym etrycznych i czło nu pobu­

dzeniowego z a b e z p ie c z e n ia ty p u RPPk

250 J« Wo,jPiechowski i I n .

Człon pobudzeniowy ma za zadanie id en ty fik o w ać p rz e k ro c z e n ie o kre­

ś lo n e j w a rto ś c i n a p ię c ia wyjściowego z f i l t r u składowych sym etrycznych.

Z astosow anie c z ło n u pobudzeniowego o p arteg o o f i l t r składowych syme-

A A

try c z n y c h ty p u J^ + kJ2 j e s t rozw iązaniem p ro sty m . Tym n ie m n ie j, t e n ro d z a j p ob udzenia o g ra n ic z a w n ie k tó ry c h wypadkach możliwość z a s to s o ­ w ania z a b e z p ie c z e n ia . Prawdopodobieństwo ta k ic h warunków systemowych w k tó ry c h pobudzanie byłoby niepraw idłow e, zw łaszcza d l a k r ó tk ic h o dcin ­ ków l i n i i en e rg ety czn y ch , j e s t n ie w ie lk ie . Jednakże w wypadkach budzą­

cych w ą tp liw o ści n a le ż y dokonać odpowiednich p r z e lic z e ń spraw dzających.

F i l t r składowych sym etrycznych z o s t a ł zrealizo w an y n a elem entach R i L . N a p ię cie wyjściowe z f i l t r u + kJg , po wyprostowaniu p rz ez p ro sto w n ik dwupołówkowy , D2 i w ygładzeniu p rz e z f i l t r d o ln o p rze - p\Ł;towy DŁ,, C2 , z o s ta je p rz e z elem ent re g u la c y jn y R podane do u k ła ­ du u d erząc eg o . Gdy n a p ię c ie na w e jśc iu układu m ierzącego p rz ek ro c zy o - k re ś lo n y poziom, n a s tę p u je skokowa zmiana s ta n u wyjściowego uk ład u mie­

rz ą c e g o , którym j e s t p r z e r z u tn ik w u k ła d z ie S ch m itta i wzbudzenie prze-, k aźn ik a kontaktronowego P . Po o b n iżen iu n a p ię c ia wyjściowego f i l t r u składowych sym etrycznych, p r z e r z u tn ik oraz p rz e k a ź n ik w ra cają do s t a ­ nu początkow ego.

W spółczynnik pow rotu cz ło n u pobudzeniowego j e s t w iększy od 0 ,8 5 . Element re g u la c y jn y wyskalowany j e s t w am perach, d la zwarć sym etrycz­

nych tró jfa z o w y c h , w z a k re s ie ( 1 ,2 i- 2 ,4 ) J n , g d z ie J n j e s t znamiono­

wym prądem z a b e z p ie c z e n ia ,

Czas d z i a ł a n ia z a b e z p ie c z e n ia o k reślo n y j e s t głów nie p rz ez c z ło n porównawczo-fazowy. P rądy zwarciowe w k ró tk ic h l i n i a c h energetycznych z r e g u ły k ilk a k r o tn ie p rz e k ra c z a ją p rą d y znamionowe i czas d z ia ła n ia nadprądowego czło n u pobudzeniowego n ie p rz e k ra c z a wtedy jednego o k re ­ s u , t z n . 20 msek. Czas z a d z ia ła n ia czło n u porównawczo-fazowego sumując s i ę z czasem własnym p rz e k a ź n ik a wyjściowego o k r e ś la ją czas z a d z ia ła ­ n i a z a b e z p ie c z e n ia , u z a le ż n ia ją c go jednak od k ą ta p rz e s u n ię c ia fa z o ­ wego między prądami zwarciowymi. Na r y s . 6 p rz y to c z o n a j e s t c h a ra k te r y ­ s ty k a cz asu z a d z ia ła n ia z a b e z p ie c z e n ia w fuo& oji k ą ta p rz e s u n ię c ia f a ­ zowego. Ja k wynika z w ykresu, czas z a d z ia ł and p rz y ■ględnym p rz e su ­

Zabezpieczenie porownawc zo-fazow e . . 251

n ię c iu fazowym ( t z n . w sto su n k u do p r z e s u n ię c ia między prądam i w n o r­

malnych warunkach p r z e s y łu ) większym od 70°, wynosi o k , 55 msek.

i i

*i I I I

L

o ^ «* ac* m • ' n p jio*' s u * <f R ys. 6 . C h a ra k te ry sty k a czasu z a d z ia ła n ia

N apięcie pomocnicze z a b e z p ie c z e n ia wynosi 15 V p rą d u s t a ł e g o . Z dwóch zasadn iczy ch k o n c e p c ji z a s i l a n i a , prądem zmiennym z p r z e k ła d n i- ków napięciow ych lu b n ap ięciem sterow niczym prąd u s t a ł e g o , wybrano t ę drugą. Do z a s i l a n i a z a b e z p ie c z e n ia zastosow ano p rz e tw o rn ic ę ty r y s t o r o ­ wą, p rz e tw a rz a ją c ą n a p ię c ie s t a ł e 110 V w zg l. 220 V n a n a p ię c ie 15 V prądu s t a ł e g o . P rz e tw o rz e n ie n a p ię c ia re a liz o w a n e j e s t drogą p rz e ­ k s z ta łc e n ia s ta łe g o n a p ię c ia z a s ila ją c e g o n a n a p ię c ie zm ienne, k tó re z k o le i j e s t transform ow ane, a n a s tę p n ie p ro sto w a n e. Uproszczony sch e­

mat p rz e tw o rn ic y p rz e d s ta w ia r y s . 7 .

W p rz etw o rn icy można w yodrębnić n a s tę p u ją c e u k ład y : o p ó źn iają cy na­

r a s t a n i e n a p ię c ia s ta ł e g o p rz y z a łą c z e n iu , s t e r u j ą c y ty r y s to r a m i, w ła­

ściwy ty ry sto ro w y u k ła d p rz e tw a rz a ją c y o ra z u k ład y prostowników dwu- połówkowych.

Zasadniczym elementem u k ła d u o p ó źn iają ceg o j e s t f i l t r d o ln o p rze p u s- towy zestaw iony z elementów Dł^ i . Jego zadaniem j e s t z a b ezp ie­

c z e n ie ty ry sto ró w p rz e d zbędnym, niekontrolow anym , p rz e jś c ie m w s t a n przew odzenia n a sk u te k p rz e k ro c z e n ia do p u szo zaln ej d l a t y r y s t o r a p o -

chodnej n a p ię c ia dU„•

252 J . Wojciechowski, i I n .

Ar

R ys. 7 . U proszczony schemat p rz e tw o rn ic y ty ry s to ro w e j z a s ila c z a zabez­

p ie c z e n ia ty p u KPFk

W u k ła d z ie s te ru ją c y m ty ry s to ra m i zastosow ano m u ltiw ib ra to r f e r r o - tra n z y sto ro w y R oyera. W jeg o s k ła d wchodzi tr a n s f o rm a to r T r^ , k tó reg o to r o id a lą y rd z e ń wykonany z p erm aU o y 'u p o s ia d a p ro s to k ą tn ą p ę t l ę h i s - t e r e z y o ra z t r a n z y s to r y i p ołączone w u k ła d z ie d o d atn ieg o s p r z ę ż e n ia zw rotnego. N a p ię cie z a s il a ją c e t r a n z y s to r y doprowadzone j e s t ze ź r ó d ła n a p ię c ia z a s ila ją c e g o U p o przez o p o rn ik red uk cyjn y

Si

R^. W tra n s fo rm a to rz e Tr^ p o w sta ją p ro s to k ą tn e im pulsy o c z ę s t o t l i ­ w ości około 250 Hz, k tó re d z i a ła ją c w obwodzie bramek ty ry s to ró w powo­

d u ją i c h w ysterow anie d l a d o d atn ich w a r to ś c i. W t a k t ty c h impulsów zm ienia s i ę k ierunek p rą d u p łyn ąceg o p rz e z połów ki uzw ojenia t r a n s ­ fo rm a to ra Tr2 . K s z ta łt n a p ię c ia wytwarzanego na uzw ojeniu p ie rw o tn e j s t r o n y tra n s f o rm a to ra ma c h a r a k te r sin u s o id y o b c i ę t e j na poziom ie na­

p i ę c i a z a s i l a n i a . Wstępna e k s p lo a ta c ja p rz e tw o rn ic n a o b ie k ta c h e n e r­

getycznych w ykazała, że c z ę s to w ystępuje zjaw isko n i e s t a b i l n e j komuta­

c j i p o le g a ją c e na równoczesnym przew odzeniu obu ty ry s to ró w . W wyniku te g o z ja w isk a następ o w ał z a n ik n a p ię c ia zm ienrago. Sar-egółow e b ad a n ia p o z w o liły u s t a l i ć , i e przy czy n ą n i e s t a b i l n o ś c i , b y ły p r z e p ię c ia łą c z e ­

Zabezpiec ze n ie parównawc zo-fazow e. . 253

niowe i skokowe zmiany w a rto ś c i n a p ię c ia z a s ila ją c e g o n p . w c h w ili p rz e łą c z a n ia na in n e ź ró d ło z a s i l a j ą c e . W ta k i c h warunkach następ o w ała p rzerw a w p ra c y lu b znaczna zmiana am p litu d y i c z ę s to tliw o ś c i g e n e ra ­ t o r a s t e r u j ą c e g o . Z akłócało t o normalny rytm k o m u ta c ji. Zjaw isku temu p rz e c iw d z ia ła n o p rz e z zasto so w an ie dodatkowego z a s i l a n i a g e n e ra to ra s te r u ją c e g o . G enerator s t e r u j ą c y z o s t a ł z a s ila n y nap ięciem wyprostowa­

nym p rz e z d io d y Dg i Dg, filtro w an y m p rz e z k o n d en sa to r C2 i s t a b i ­ lizowanym diodą Zenera D^. D z ię k i tem u, chwilowe zmiany w a rto ś c i n a­

p i ę c i a z a s ila ją c e g o p rz e tw o rn ic ę n ie powodują zmian w a rto ś c i n a p ię c ia z a s ila ją c e g o g e n e ra to r s t e r u j ą c y p rz e z co zapewniona j e s t s t a ł a czę­

s to tliw o ś ć p ra c y g e n e r a to r a .

Z agadnienie niezaw odnej k o m u ta c ji, u n ie m o ż liw ia ją c e j trw a łe p r z e j ­ ś c ie dwóch ty ry sto ró w w s t a n przew odzenia i spowodowanie p rz e z t o zwar­

c i a obwodu n a p ię c ia z a s ila ją c e g o b y ło poważnym problemem k o n s tru k c y j­

nym. Jego ro z w ią z a n ie z a le ż a ło rów nież od c h a ra k te r y s ty k zastosow anego ty p u ty ry s to ró w . O b ecnie, p rz e tw o rn ic e p ra c u ją c e w przedstaw ionym ukł&.

d z ie n ie s tw a r z a ją tr u d n o ś c i e k s p lo a ta c y jn y c h . P rz y zmianach n a p ię c ia z a s ila ją c e g o w g ra n ic a c h -*-10$ w a rto ś c i znamionowej, zmiana w a rto ś c i n a ­ p i ę c i a wyjściowego n i e p rz e k ra c z a 1%, a a u p litu d a t ę t n i e ń j e s t m niej­

s z a od 10 mV.

D ośw iadczenia e k s p lo a ta c y jn e z omówionym typem za b ezp iec zeń s ą s t o ­ sunkowo skrom ne, c h o c ia ż dwa z a b e z p ie c z e n ia p ra c u ją na l i n i a c h 220 kV o d łu g o ś c i 5 km każda, od ro k u 1968. W c ią g u tr z y l e tn i e g o o kresu eks­

p l o a t a c j i n ie b y łe zwarć wewnątrz chronionych odcinków i za b ezp iecze­

n ia n ie powodowały w yłączeń l i n i i , n ato m iast p rz y lic z n y c h zw arciach zew nętrznych następow ało d z ia ła n ie nadprądewych człenew pobudzenio­

wych, W c ią g u p ierw szego ro k u e k s p l o a ta c ji dw ukrotnie n a s t ą p i ł o uszko­

d z e n ie elementów} r a z u s z k o d z ił s i ę t r a n z y s to r i r a z k o n d e n sa to r. Po 2 ,5 le tn im o k re s ie e k s p l o a t a c j i przeprowadzono szczegółow e b a d a n ia kon-.

t r o l n e z a b e z p ie c z e ń . Stw ierdzono zmiany n ie k tó ry c h param etrów n ie p rze-, k ra c z a ją c e jed n ak dopuszczalnych t o l e r a n c j i .

W ro k u 1970 d la z a b e z p ie c z e n ia zainstalow anego n a l i n i i 110 kV o d łu g o ś c i 8 km przeprowadzono p róby zw arciowe. Program prób obejmował zw arcie jednofazowe w s t r e f i e , dwufazowe poza s t r e f ą o ra z z a łą c z e n ie

254 J . Wo.j ciechowskŁ i i n .

n a zew nętrzne zw arcie tró jfa z o w e . W t r a k c i e prób zwarciowych r e j e s t r o ­ wano oscylografem pętlicowym p rz e b ie g i e le k try c z n e w obwodach zabez­

p ie c z e n ia i to r z e tran sm isy jn y m . Z arejestrow an e p rz e b ie g i b y ły zgodne z uzyskanymi w cześniej w la b o ra to riu m p rz y b adaniach na modelu l i n i i . Z abezpieczenie d z ia ł a ło p rz y w szy stk ich zw arciach praw idłow o, p o tw ie r­

d z a ją c uzyskiw anie założonych parametrów o ra z wykazując swą p rz y d a t­

ność do z a b e z p ie c z e n ia e le k tro e n e rg e ty c z n y c h l i n i i przesyłow ych.

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ______________________________ 1971

S e r i a : ELEKTRYKA z . 31 Nr k o l. 299

Ł . B 0 iiU E X 0 3 C K H , G . CTOJKUK

£ . C y m iK , A . LŁPLEH EBC K fo

H c c j i e f l 0 B a T e j i t H 0 - l i 3 M e p H T e j i b H h i M Kh c th ty T

" S H e p r o n o M a p ” r a H B i m e

2 H ^ E P E H U i A J I b H O - 4 A 3 H A H E A i l ^ l T A K O P O T W O C B J I L K T P O a H E P r E T M ^ E C M U C Jt t l Hl l i i

K o p o .t k o e c o f l e p a c a H H e

B C T a T t e n p e ^ c T a B J i e H a aH(p(pepeHUKaJibHo-(i)a3Haa 3 a m n T a c KaHajiom 3ByKOBoii u a c t o t h o 3 a m n T a n p e j , H a 3 H a y e H a k j i h k o p o t - k h x j i i a h m B H C oK oro H a n p a a c e H u a , coesnHax3iuHX noflCTaHmiM M e s - n y KOTopHMK H a x o f lH T c a t e j i e K o MyHHKaL.nohhhm K a f i e a b . K p H T e - p a e u , onpejeaaioiU M M BH C T ynaeH H e k . 3 . b 3 0 H e mjim B a e 30HH j e i i c T B H a 3 am nT H , a B J i a e T c a B e j i n n u H a c ^ B M r a $ a s aieacay BHX0fr.

A

HHMK T O K 3 M H (jMJI b T p o B C M M M e T p w y e C K M X CO CT 3 B JIHi3L(HX T H n a I +

A *

+ k l g , K O T O p n e BKJIX)y 6 H H C O f i e n X C T O P O H J I KHHH . U y C K O B O i t 3 - j i e M e H T s a i Ę M T H c p a ć a T H B a e T y B e a i m e H H M f l e w c T a y i o n e r o 3 H a u e - hhh B h o c o s H o r o T o H a B H L i e y K a 3 a H H o r o 4 m j i b T p a „ 3 a u H T a C H a f i a c e - H a b y c T p o i i c T B a K O H T p o a n p y i o i i u i e a c n p a B H O C T ł T p a H C M H C C H O H - H o r o K a H a a a c u r H a J i o B 3 B y K 0 B 0 M y a c T o T H . y n p a B J i a M m e e H a n p a - a c e a n e s a m s i T H c o c T a B a a e T 1 5 b n o c T o a H H o r o T O K a , n p w u e u a a - i u h t a n u T a e T c a H a n p a a c e H u e M 1 1 0 3 H a n 2 2 0 b n o c t o h h h o r o t o - K a , n o a y y a e M o r o o t T n p n c T o p H o r o n p e o 6 p a 3 0 B a T e j i a . 3 a m n T a mo- a£6T C O A e i i C T B O B a T b C y C T p o i i C T B O M a B T O M a T H y e C KO TO n O B T O p H O - r o B K a s j y e H i i a (.AMB ) , a T a a a c e c q p a 3 0 B H M M 3 Ć H p a T e j i e M .

I I p n H H n n n e p e H o c a H H c p o p M a m i H c 3 H a « o u m t h o b e H H O r o 3 H a - a e H n a B H x o f l H o r o T O K a $ H J i b T p a C H M M e T p n y H h D c c o c T a B a a i 3 i u H X o o - h o b a H H a H c n o a b 3 0 B a H H M a M n a H T y f l H O H M o a y a a m i H H e c y ą e i i i a - c t o t h a a a o c h o t o H a n p a B a e H H H h y h c t o t h ^ S P y r o -

2 5 6 E . 3o H U e X O B C K H B H H .

r o H a n p a B J i e H M a n e p e ^ a w a . E a o x - c x e M a T e a e T p a H C M a c c a o H H H X y c T p o ä C T B 3 a i u w T H n p e ^ C T a B J i e H a H a p a c . 1 .

K p o w e u a c T O T H n e p e a a m m a x x a H a a o B a f 2 S B e a e H O H a na- C T O T e x a H a a , x o H T p o a a p y B i n a a H a a a u a e t o k o b n o u e x o < i a - C T O T a x a e a c a y a x n a a c e n e p e a a i a i n e a n o a o c H u a c T O T . B c j i y y a e b o s- H H K H O B e H a H n o M e x , y p o B e H b x o T o p u x n p e B H i i i a e T a o n y c T a M t i a , n a - C T y n a e T a B T O M a T a y e c x a a ß a o x a p o B x a 3 a m a T H H a B p e M a B H C T y - n a H a a n o u e x .

H a p a c . 2 B 3 0 6 p a a c e H a 6 a o x - c x e M a n o a y x o u n a e x T a 3 a m a T H . C x e i t a y K a 3 H B a e T r a a B H b i e sa e u e H T H 3am aTH, a T a x x e < p y H X u a o - H a a b H y u a a B a c a u o c T b M e a c a y s a e u e H T a M a .

P a c . 3 n p e a C T a B a a e T n p a H n a n a a a b H y i o c x e M y a a i 4 > e p e H p a a a b - H O - < p a 3 H o r o s a e M e H T a . J l o r a y e c x o e y c T p o a c T B O " V I" ^AND) H a T p a H b a c T o p a x T 1 a T g c p a B H a B a e T $ a 3 y a M n y a b c o B n p a H H T n x c n p o T a B o n o a o a c H o r o x o H u a a a H a a c <p a3o a a u n y a b c o B , n o a y ^ a e MHx c c o ß c T B e H H o r o $ a a b T p a c a u M e T p a u H b i x c o c T a B a a i o m a x , L Í 3 - u e p a T e a b H H u y C T p o a c T B O M a B a a e i c a T p a r r e p n o c x e M e I u M a T T a . y r a o B a a x a p a x T e p a c T a x a X H ( i 4 ) e p e H U H a a b H o - $ a 3 H o r o s a e u e H T a Q 0 K a 3 a H a H a p a c . 4 .

P a c . 5 a a a i o c T p a p y e T n p a H u a n a a a b H y x i c x e M y Q J a a b T p a c h u-

A »

M e T p a t J H H x c o c T a B J i X D m a x 1 ^ + k I ^ , a T a x æ e n y c x o B o r o s a e u e n - T a , p e a r a p y i o m e r o H a a e a c T a y t t m e e 3 H a u eH aa n p o n e c c o B H a b h -

x o a e Bume y n o u a H y T o r o < * > a a b T p a . I l y c x o B o a s a e M e i i T a w e e T m x a - a y B a u n e p a x b n p e ^ e a e ( 1 , 2 . . . 2 ,4 ) I n, r a e : I - HOMaHajib-

Ii

h h í í T o x 3 a ą a T H . H3 B p e t i e H H o a x a p a x T e p a c T a x a s ü i u h t h n p e a - C T a B a e H H o ä H a p a c . 6 b h ä h o , m t o c p e ^ H e e B p e u a . a e a c T B a a 3a-1 n a T b i c o c T a B a a e T o x o a o 5 5 n c e x .

P a c . 7 n p e a c T a B a a e T c x e M y T a p a c T o p n o r o n p e o 6 p a 3 0 B a T e a a H B a a D m e r o c a b c t o h h h x o m H a n p a a c e H a a y n p a n a e H a a 3 a m a T b i . B c a - C T e M e y n p a B a e H a a T a p a c T o p a w a n p a u e H a e T c a $ e p p o T p a H3B C T o p - H bia M y a b T H B a ö p a T o p P a e p a ( E o y e r ) T p a H C ^ o p M a r o p T i^ , b x o ä - a m a à b c o c T a B M y a b T a B a ó p a T o p a , a s r o T O B J i e H H a T o p o a x a a b H O M c e p x e H H a x e h 3 n e p M a a a o a a a M e e T n p a M o y r o a b H y » n e T X B r a - c - T e p e 3 a c a .

f l n $ $ e p e H U K a J i b H 0 - ( í ) a 3 H a f l ą a i U K T a k q p o t k k x. 2 5 7

BnepBHe ßBa KOMnjieKTa ö t o h 3aiunTH bb 6,n,eHo b 1 9 6 8 r . a a jiHHHax 22ü kb .hjihhoü o k . 5 km K ascjaa. EoübiiiHHCTBO 3 t h x ^3a- iiiKT ycTaHOBJieHo b 197Ü r . IIpoBe,neHo Toxce HcnLrraHna Ha k o - pCTKKe 3aMHK£HMH Ha JIHHHM 11Ü KB ^JIHHOH 8 KM, liCIIHTaHMH OX B aT LIB a ji H Oí,HO(pa3Hbie K . 3 . B 30He, ÄByX(pa3Htie K . 3 . BHe 30- HK, a TaKice BKjuoyeHHe Ha BHeniHee Tpextjpa3Hoe k . 3 .

I I O J i o K H T e j i b H b i e p e 3 y j i b T a T U H c n b i Th h h h H a K o p c T K o e 3 a M b i K a - H H e M p e 3 y j i b T a T b i 3 K c n j i y a T a L , H H n o f l T B e p K f l a i o T j o c x H x e H H e n p o - e K T H p c B a H H b i x n a p a M e T p o B , a T a x a c e n o a y q e H H e x o p o n i H X p e 3 y j i b - T a T O B B C J i y a a e n p M M 6 H 6 H H H 3 a m H T H f l J i a K O p O T K K X JIHHHM b h c o- K o r o H a n p a a c e H H a .

UOÄlilCE IIGÄ PkCyHKAuik

Ph c. 1 . ynpoąeH H aa ßjioK-cxeM a tejisTpaHCMHCCHOhhoh tjacTH 3B1UHT bl

Ph c. 2 . EaoK -cxeM a noJiyKOMnjiexTa ,nH(p<pepeHMHaJibH0-<i>a3H0M 3a- IUHTH THna PIKfK <RPFK)

Phc . 3 . iipHHL,HnHajibiîaa c x e u a ,nM(p<*)epeHL,HajibHo-<pa3Hcro 3J ie- ineHTa

P^{h c}. 4 . XapaKTepHCTHKa flHy(pepeHL,HajibHo-tj?a3Horo axeueH T a Ph c. 5 . IIpHHUHnHaJIbHaa CXeMa (pHJIbTpa CHMMeTpH*iHbIX COCTa-

BjiaioiUHX h nycKOBoro 3JieineHTa 3am iTu Tuna P1B>K Phc . 6 . 3peMeHHaa xapaKTepHCTHKa

Ph c. 7 . ynpomeHHaa cxeMa THpHCTopnoro n p e o 6 p a 3 0 B a T e jia hc- TOHHHKa nHTaHHH 3aiUHTbI THna PIIwK

ZESZYTY NAUKOWE POIITECKNIKI ¿LAffKIEJ S erL a: ELEKTRYKA z . 31

_______ 1971 Nr k o l. 299

J . WOJCIECHOWSKI, S . STOLARZ, J , SUCZYK, A. SZERSZENIEWSKI

T e s tin g and Measurements E stab lish m en t

"Energopom iar" ELiwice

PHASE- COMPARISON PROTECTION OP SHORT POWER LINES

S u m m a r y

The p a p e r p re s e n ts p h ase-com parison p r o t e c t io n o p e ra tin g w ith au­

d io -fre q u e n c y l i n e . The p r o t e c t io n i s d esign ed f o r s h o rt s e c tio n s o f h ig h v o lta g e l i n e s betw een s t a t i o n s connected by means o f telecomm uni­

c a t i o n c a b le s . The c r i t e r i o n d eterm in in g w hether th e f a u l t i s in s id e o r o u ts id e th e p ro te c te d s e c tio n o f l i n e i s v a lu e o f phase s h i f t b e t -

A A

ween o u tp u t c u r r e n ts o f sequence - components f i l t e r s 1^ + kl^ ty p e o p e r a tin g on b o th ends o f th e s e c ti o n . S t a r t i n g elem ent o f th e p r o te c ­ t i o n o p e ra te s a t in c r e a s in g o f r . m . s , o u tp u t c u r re n t o f th e f i l t e r . The p r o t e c t io n i s p ro v id e d w ith u n its f o r check in g th e telecomm unica­

t i o n c o n n e c tio n f o r a u d io freq u en c y s ig n a l tr a n s m is s io n . The p r o te c tio n a u x i l i a r y v o lta g e i s 15V d . c . , th e d ev ice b ein g en e rg iz e d w ith 110 V o r 220 V d . c . by means o f t h y r i s t o r c o n v e r te r . The p r o t e c t io n may coo­

p e r a te w ith a u to r e c lo s in g g e a r and w ith phase s e l e c t i n g g e a r.

The am plitude m o dulation o f c a r r i e r freq u en cy f^ f o r one d i r e c ­ t i o n and f 2 f o r a n o th e r d i r e c t i o n o f tra n s m is s io n i s th e p r i n c i p l e , on which i s based th e t r a n s m i tti n g o f in fo rm a tio n c o n ta in in g a lg e b r a ic s ig n o f in s ta n te n e o u s v a lu e o f sequence components f i l t e r ou tp u t c u r­

r e n t . F ig . 1 ( r y s . 1 ) shows th e b lo ck diagram o f t e le tr a n s m is s io n i n s t a l l a t i o n s o f p r o te c tio n .B e s id e s tra n s m is s io n chan els fre q u e n c ie s f^ and f 2 th e r e i s employed checking ch a n e l freq u en c y f ^ . The p u r-

Phase - com parison p r o t e c t io n o f s h o rt power l i n e s 259

pose o f checking i s t o f in d o u t i n t e r f e r i n g c u r r e n ts o f fre q u e n c ie s being beyond tra n s m is s io n bend fre q u e n c y . When th e l e v e l o f i n t e r f e ­ rences i s not w ith in p e r m is s ib le l i m i t s th e p r o t e c t io n i s a u to m a tic a l­

ly in te rlo c k e d f o r tim e o f i n t e r f e r e n c e s d u r a tio n .

P ig . 2 ( r y s . 2 ) shows b lo c k diagram o f h a lf-c o m p le te s e t o f th e p r o ­ t e c t i o n . The diagram in c lu d e s main u n i t s o f th e p r o t e c t i o n and o p e ra ­ tin g con nectio ns betw een them . Schem atic diagram o f p hase-co m p arison element i s g iv e n i n P ig . 3 ( r y s . 3 ) . The phase a n g le o f im pulses r e ­ ceived frcm o p p o site end o f th e l i n e i s compared w ith t h a t g iv e n by own f i l t e r o f sequence-com ponents. Comparison i s made i n l o g i c a l b lo c k AND ( t r a n s i s t o r s T1 and T2). The m easuring elem ent i s S chm itt a r r a n gement t r i g g e r . The a n g le c h a r a c t e r i s t i c o f phase-co m p ariso n elem ent i s g iv en i n P ig . 4 ( r y s . 4) .

I n P ig . 5 ( r y s . 5) t h e r e a r e g iv e n sch em atic diagram s o f f i l t e r o f

X A

sequence components 1^ + k l^ ty p e and o f s t a r t i n g elem ent o p e r a tin g a t in c r e a s in g o f r . m . s . o u tp u t c u r re n t o f th e f i l t e r . The s c a le o f s t a r t i n g elem ent i s marked i n Ampers f o r sym m etrical 3-p h ase f a u l t s w ith in th e range ( 1 , 2 , . . . , 2 , 4 ) In ,w h e re I n i s r a t e d c u r re n t o f th e p r o te c tio n . Prom th e o p e r a tin g tim e c h a r a c t e r i s t i c o f th e p r o t e c t i o n , given i n P ig . 6 ( r y s . 6 ) , i t i s s e e n t h a t mean o p e r a tin g tim e o f th e p r o te c tio n i s about 55 ms. I n P ig . 7 ( r y s . 7) t h e r e i s p re s e n te d sc h e ­ m atic diagram o f t h y r i s t o r c o n v e rte r which s u p p lie s a u x i l i a r y v o lta g e t o th e p r o t e c t i o n . I n c o n tr o l system o f t h y r i s t o r s th e f e r r o t r a n s i s t o r Royer m u lti v i b r a to r i s u s e d . The tra n s f o rm e r T which i s a p a r t o f m u ltiv ib r a to r i s made on p erm a llo y t o r r o i d a l co re and has r e c ta n g u la r sh ap e h y s t e r e s is lo o p .

The f i r s t two p r o t e c t i o n s e t s o f ty p e d is c u s s e d above have been i n ­ s t a l l e d i n 1968 on 220 kV l i n e s , 5 km lo n g . G re a te r amount o f p r o te c ­ tio n s have been i n s t a l l e d i n 1970. The f a u l t t e s t s were a ls o c a r r i e d out on 110 kV l i n e , 8 km lo n g . They in c lu d e d s i n g l e phase f a u l t s i n s i ­ de th e p ro te c te d zone, d o u b le phase f a u l t s o u ts id e th e p r o te c te d zone and making th e c i r c u i t on o u ts id e 3-phase f a u l t . The r e s u l t s o f f a u l t t e s t s and o p e ra tin g d a ta a r e b o th s a t i s f a c t o r y . They prove t h a t p re d io -

260 J . Wo.iciechovcski i i n .

t e d p aram eters a r e a c t u a l ly achieved and good r e s u l t s a re o b ta in a b le i n c a se o f s h o r t h ig h v o lta g e l i n e s .

FIGURES DESCRIPTIONS

F i g . 1 . S im p lifie d b lo c k diagram o f t e le tr a n s m is s io n p a r t o f th e p ro ­ t e c t i o n

F i g . 2 . Block diagram o f h af-co m p lete s e t o f p h ase-co m pariso n p r o te c ­ t i o n RPFk ty p e

F ig . 3 . Schem atic diagram o f phase-com parison elem ent F ig . 4« C h a r a c t e r i s ti c o f phase-com parison elem ent

F i g . 5 . Schem atic diagram o f sequence-com ponents f i l t e r and s t a r t i n g elem ent o f RPFk p r o te c tio n

F i g . 6 . O p e ratin g tim e c h a r a c t e r i s t i c

F i g . 7 . S im p lifie d diagram o f t h y r i s t o r c o n v e rte r o f RPFk p r o te c ­ t i o n f e e d e r