Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем

Подождите немного. Документ загружается.

ду фазами

и с (рис. 3.19, а), ток в неповрежденной фазе 1

= 0, а токи в поврежденных фазах

и с равны току КЗ, т. е.

1с

~1ь

/к •

Как видно из рис. 3.19, а, в треугольнике ток 7

делится на

две части: одна замыкается по обмотке фазы с и другая - по

последовательно включенным обмоткам фаз Ь и сь Поскольку

сопротивление второй цепи в 2 раза больше, чем первой, ток

2 1

в обмотке фазы с равен

—7

а в обмотках а и Ь —1

Токи на стороне звезды соответствуют токам в обмотках

одноименных фаз треугольника и превышают их с учетом

(3.16) в у/Т раз:

= /

у/3

= -у-

1в = 4д V

з;

Тз'

^ = -^^=-7=4- (3.17)

уз

При КЗ между фазами аЬ и са картина распределения токов

будет аналогичной. Таким образом, при двухфазном КЗ на

стороне треугольника трансформатора токи на стороне звезды

появляются во всех трех фазах. В двух фазах они равны и оди-

наково направлены. В третьей фазе ток противоположен пер-

вым двум и равен их сумме, т.е. в 2 раза больше каждого из них.

Токораспределение на стороне треугольника при двухфаз-

ном КЗ за трансформатором с соединением обмоток д/т

(рис.

3.19,

6").

Распределение и соотношение токов на стороне

треугольника получается аналогично предыдущему случаю

на стороне звезды. Анализ условий работы максимальных

токовых РЗ (МТЗ), подключенных к ТТ, соединенным по раз-

ным схемам, при КЗ за трансформатором г/д (или ДА) по-

казывает:

1) в схеме полной звезды (рис. 3.19, б) в одной фазе схемы

появляется ток —= , а в двух других —•=, ; сумма то-

У/З

1 >/з

ков в нулевом проводе равна нулю. Реле I, II, III действуют,

но два из них имеют в 2 раза меньшую чувствительность, чем

третье;

171

2) в схеме неполной звезды ток проходит по обеим фазам и

обратному проводу, в последнем он равен геометрической

сумме токов указанных фаз или току фазы, отсутствующей

в схеме.

Если ТТ окажутся на фазах с меньшими первичными тока-

ми —я —*-, то в таком случае условие чувствительности будет

\/г

в 2 раза хуже, чем в схеме полной звезды. Для устранения

этого недостатка следует использовать реле в обратном прово-

де,

где проходит сумма токов фаз, равная току КЗ в третьей

фазе:

^о.п

—

4ъщ \/з"К/ >/?К|'

3) в схеме с включением одного реле на разность токов двух

фаз ток в реле в случае, показанном на рис. 3.19,

а,

б, будет

отсутствовать.

3.6. НАГРУЗКА ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Погрешность ТТ зависит от его нагрузки, сопротивление

которой

(3.18)

где {7

и 1

- напряжение и ток вторичной обмотки

(рис.

3.20, а).

Сопротивление нагрузки состоит из сопротивлений проводов

и реле 2

, которые для упрощения суммируются арифме-

тически: 2

= #

+ 2

. Значение 17

= 7

(рис. 3.20, а) зависит

от схемы соединений ТТ, сопротивления нагрузки 2

, вида КЗ

и сочетания поврежденных фаз.

ДЛЯ

схемы полной звезды (рис. 3.20, б) напряжение И

при

трех- и двухфазных КЗ равно падению напряжения в нагрузке

фазы:

Иг = /

(Д

+ 2

поэтому

(2)

„(3) (2)

2 /

(Д

+ 2р.ф) ,

п — ^н — ; - ; - 1

п + ^р.ф;«

'2 '2

172

Рис.

3.20. Нагрузка вторичной обмотки ТТ при различных

схемах соединения:

—

при одном ТТ;

б—д

—

при соединении ТТ по раз-

ным схемам

При однофазном КЗ \]

равно падению напряжения в сопро-

тивлении петли "фаза-нуль" (2Д

)

в сопротивлении реле

в фазе 2

_ф и нулевом проводе 2

р-0

•^•н

— ".

—

п + ^р.ф

^р.о-

Таким образом, наибольшее 2

получается при однофаз-

ном КЗ.

В схеме неполной звезды (рис. 3.20, в) максимальная нагруз-

ка на ТТ имеет место при двухфазных КЗ между фазой, име-

ющей ТТ, и фазой, не имеющей его:

= 2л

+ ^р.о-

В схеме включения реле на разность токов двух фаз

(рис.

3.20, д) наибольшая нагрузка получается при двухфаз-

ных КЗ между фазами, имеющими ТТ:

= 21

2н

= . =

+ 22

В схеме треугольника (рис. 3.20, г) ТТ имеют наибольшую

нагрузку как при трехфазном, так и при двухфазном КЗ. В обо-

их случаях

= ф

+ 2

)

173

Рис.

3.21. Нагрузка ТТ, замк-

нутых на сопротивление:

а - при одном ТТ; б -

при двух ТТ с последователь-

ным соединением обмоток

Для уменьшения нагрузки ТТ при их недостаточной мощно-

сти можно применять последовательное включение двух ТТ,

установленных на одной фазе (рис. 3.21) с одинаковым коэф-

фициентом К/. В этом случае падение напряжения в нагруз-

ке делится поровну между вторичными обмотками ТТ.

3.7. ФИЛЬТРЫ СИММЕТРИЧНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ТОКОВ

Наряду с РЗ, реагирующими на полный ток фазы, применя-

ются устройства РЗ, реагирующие на симметричные составля-

ющие прямой /

, обратной 1

и нулевой /

последовательностей.

Для осуществления таких устройств необходимы фильтры,

выделяющие симметричные составляющие из токов трехфаз-

ной сети.

Фильтры токов симметричных составляющих (рис. 3.22, а)

представляют собой специальные схемы, на выходе которых

(зажимы тп) получается ток 1ф, пропорциональный соответ-

ствующей симметричной составляющей токов трехфазной се-

ти,

питающих фильтр Х1

. К выходным зажимам фильтра под-

ключается реле КА [18].

Имеются фильтры простые, выделяющие только одну по-

следовательность (прямую, обратную или нулевую), и ком-

бинированные, ток на выходе которых пропорционален

двум или всем трем симметричным составляющим токов сети.

В общем случае ток на выходе комбинированного фильтра

1ф = М, + к

+ к

, (3.19)

где к

1г

и к

- постоянные коэффициенты фильтра.

Фильтры токов обратной последовательности. Допустим,

что фильтр 212 на рис. 3.22, а - фильтр ОП, /ф = к!

. Токи прямой

174

Рис.

3.22. Фильтр токов обратной по-

следовательности (а); схема включе-

ния на разность токов двух фаз _/д -

1в

«>)

• •• *

иг -^д, {в

ттвгтг г. Цэд—=т

и нулевой последовательностей через такой фильтр не про-

ходят, при подводе токов

и /

к фильтру 1

его выходной ток

/ф = 0. Питание фильтра тока ОП может производиться фазны-

ми токами (рис. 3.22, а) или их разностью: /д - /в, 1в -

1с>

1с -

1А

(рис.

3.22, б). Разность токов двух фаз не содержит составля-

ющей НП /„, так как при вычитании одного фазного тока из

другого нулевые составляющие взаимно компенсируются.

Поэтому при питании фильтра 1

разностью фазных токов он

должен запирать только токи прямой последовательности.

Рассмотрим трансформаторный фильтр тока ОП (рис. 3.23, а).

По этой схеме ЧЭАЗ выполняется фильтр типа РТ-2. Фильтр

состоит из трансреактора ТАУ, резистора

Л?

и двухобмоточного

трансформатора Т

Трансреактор ТАУ имеет две первичные и одну вторичную

обмотки. Первичные обмотки включены на ток фаз А и В раз-

ноименной полярностью; создаваемый ими магнитный поток

пропорционален разности токов /д -/в- Он индуцирует во вто-

7X1'

1/1

"IX Чк.

—гг

"*""

С-о-

±«.

, То

гЬ^

р^У

1в

9=3=-*-

7Л ^/до"

{-^ЧГЦГ1-та-№ „

^т

1а

1л1~1в1

-Н1А1-1вг)

сг

1В1.

" р)

Ьс-Ча а.)

Рис.

3.23. Активно-индуктивный (трансформаторный) фильтр 1

типа РТ-2

175

ричной обмотке трансформатора, включенного на ток фазы А

ЭДС,

отстающую от потока Ф

и тока /д - /в на 90° (рис. 3.23, б):

= -

М(1д

- /д), где М - реактивное сопротивление, обуслов-

ленное взаимоиндукцией обмоток трансреактора, т. е.

Е-г

-]Х

-/в). (3-20)

Наличие воздушного зазора в магнитопроводе трансреак-

тора обеспечивает линейную зависимость ЭДС от тока/^ - 1д.

Значение Х

подбирается равным

Е/\]Ъ.

По активному сопро-

тивлению

проходит ток 1

, создающий напряжение

Й? = 1с

(

)

Выходной контур фильтра тп образуется вторичной обмот-

кой трансреактора и сопротивлением К. Напряжение на разом-

кнутых зажимах

Выразив С/

и Е

через токи с помощью (3.20) и (3.21), полу-

чим

Ытп=1сК-т

-1в)Хт (3-22)

Чтобы установить влияние каждой последовательности на

тп

, определим его значение, пользуясь выражением (3.22)

при поочередном питании фильтра токами разных последова-

тельностей.

Токи нулевой последовательности (1д

= /д

= 7с).

В фазах Л и В 1

Ао

и 1в

взаимно уничтожаются. Ток 1са, про-

ходящий по Д, компенсируется с помощью трансформатора Г

первичная обмотка которого включена в нулевой провод звез-

ды.

Коэффициент трансформации Т

принят равным 1/3, по-

этому вторичный ток /

Т2

= 1/31

Т1

1о-

Как видно из рис. 3.23, а,

ток /тг направлен навстречу току 2с. в результате чего 1

с ком-

пенсируется током 1

Т2

. Следовательно, токи НП взаимно ком-

пенсируются и не создают напряжения на выходе фильтра.

Токи прямой последовательности (1А\, 1в

1а)

создают напряжения Е

и (7д, образующие ^

тп

на выходе фильт-

ра по выражению (3.22). Построив на векторной диаграмме

(рис.

3.23, в) вектор (/л1 -/вО и отстающий от него на 90° вектор

176

-Л/А1-&1),

ПОЛУЧИМ

-К1АХ

-2В1) = -

\/з/с1-

Подставив полученное значение в (3.2 Ц, найдем

йппи) = 1сК-\/з1с-^= 0.

Это означает, что токи прямой последовательности не со-

здают напряжения на выходе фильтра.

Токи обратной последовательности (/дг,

1вг->

1сг)-

Из диаграммы на рис. 3.23, г следует, что вектор -Д/лг - /вг)

совпадает по фазе с вектором /сг и больше его в

>/з"

раз. С уче-

том этого Е

-]Х

(1А

-]В

) =

УЗ/С2

—р = /с

Д. Напряжение

УЗ

йг

1с2^ совпадает по фазе

с|

ис

ним суммируется. Подстав-

ляя полученное значение в (3.22), находим

йпп<2)

= /С2 « + ^З/са -^ = 2/

С2

*•

Поскольку токи прямой и нулевой последовательностей

не создают напряжения на выходе фильтра, результирующее

напряжение

Ытп =

Птпт

= 2/сг К.

(3.23)

Для рассмотренного фильтра с учетом (3.23)

Ыс

1^Г

в /с

24)

где 2ф - сопротивление фильтра, измеренное со стороны вы-

ходных зажимов тп при разомкнутой цепи на входе фильтра;

- сопротивление реле. Реле, питающиеся через фильтр ОП

(фильтр-реле), действуют только при несимметричных КЗ и

не реагируют на симметричную нагрузку и трехфазные КЗ,

когда 1

= 0.

Ток небаланса. За счет неточного подбора сопротивле-

ний фильтра при отсутствии тока 1

может появиться ток не-

баланса /

нб

, который ограничивает чувствительность фильт-

ра-реле. Поэтому 1

нб

должен сводиться к минимальному зна-

177

чению регулированием сопротивлений. Баланс сопротивлений

может

нарушиться при изменении

частоты

в сети, питающей

фильтр, из-за того, что реактивные сопротивления Х^ Х

за-

висят от частоты. Это свойство фильтров является их недо-

статком.

Чувствительность фильтра зависит от чувствитель-

ности реле и мощности, отдаваемой фильтром. Каждый источ-

ник питания отдает наибольшую мощность приемнику в слу-

чае равенства значений их полных сопротивлений, т. е. при

= 2ф. Следовательно, для обеспечения максимальной от-

дачи мощности фильтром необходимо выполнить условие

= Дф и Х

= -Х

. (3.25)

В фильтрах обычно используются чувствительные электро-

магнитные или поляризованные реле, которые подключаются

к фильтру через выпрямитель.

Фильтры токов прямой последовательности. Учитывая, что

токи прямой последовательности отличаются от обратной толь-

ко чередованием фаз, любой фильтр ОП можно превратить

в фильтр прямой последовательности, изменив на его зажимах

последовательность подводимых фаз. Например, если на

фильтре, изображенном на рис. 3.22, а, поменять местами фа-

зы В и С, то на выходных зажимах фильтра появится напряже-

ние {/

тп

, пропорциональное токам прямой последова-

тельности, а токи ОП не будут давать напряжения на вы-

ходе фильтра. Наряду с фильтрами токов прямой и обратной

последовательностей, применяются также комбинированные

фильтры

3.8.

НОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПЕРВИЧНОГО ТОКА

Увеличение кратности первичного тока при КЗ и постоян-

ной времени затухания апериодической составляющей суще-

ственно ухудшает работу ТТ, вызывая их насыщение в переход-

ных режимах и, как следствие этого, искажение трансформа-

ции первичного тока, что создает опасность ложной работы

быстродействующих РЗ.

178

Одним из способов снижения погрешности трансформации

переменной составляющей первичного тока является исполь-

зование магнитопроводов с немагнитными зазорами. Сопротив-

ление ветви намагничивания ТТ с такими магнитопроводами

велико для переменной и мало для апериодической состав-

ляющей. Поэтому апериодическая составляющая напряжения

на вторичной обмотке ТТ, а следовательно, и апериодическая

составляющая индукции относительно малы, и магнитопровод

не насыщается. Наличие зазора приводит к увеличению пе-

риодической составляющей тока намагничивания. Чтобы

снизить погрешность ТТ по периодической составляющей

50 Гц, нагрузку можно шунтировать конденсатором, образу-

ющим резонансный контур с ветвью намагничивания ТТ,

что создает такие же условия работы ТТ, что и снижение тока

намагничивания с частотой 50 Гц. Наличие немагнитного за-

зора значительно уменьшает значение остаточной индукции

в магнитопроводе.

Если ТТ не используются для измерения, то вместо них мож-

но применять простые и дешевые электромагнитные датчики,

называемые магнитными ТТ (МТТ). Вторичная обмотка МТТ

располагается вдали от токоведущих частей на стальном сер-

дечнике и не требует специальной изоляции от высокого на-

пряжения. Первичный ток, протекая по проводу защищаемого

объекта, создает магнитное поле. Часть силовых линий этого

поля замыкается по сердечнику МТТ, индуцируя ЭДС Е

. Раз-

меры и стоимость такого устройства значительно меньше,

чем у обычных ТТ, но его мощность невелика (примерно 0,5 Вт).

Для уменьшения влияния помех в ОРГРЭС разработаны маг-

нитные ТТ с дифференциальными датчиками типа ТВМ.

Подобные ТТ представляют собой стальной сердечник П-об-

разной формы с двумя одинаковыми, соединенными встреч-

но-последовательно обмотками 1 и2, надетыми на полюсы

сердечника (рис. 3.24, б).

Проекция провода фазы А, для контроля за которым пред-

назначен изображенный на рис. 3.24,6 датчик, находится в

центре сердечника. Магнитный поток Ф

, пропорциональный

току 1д, проходит по полюсам сердечника в противоположных

направлениях. При этом, поскольку обмотки ТВМ соединены

встречно, ЭДС обеих обмоток суммируются арифметически:

ЭДС Е

равна удвоенной ЭДС каждой обмотки.

179

Гс

ФА/ №+*'в\

ъу

Рис.

3.24. Магнитные трансформаторы тока:

—

расположение ТТ относительно проводов контролируемой установки;

—

конструкция ТТ типа ТВМ

Магнитные потоки, создаваемые токами других фаз (напри-

мер,

Ф'в,

пропорциональные току /д), проходят по полюсам

ТВМ в одном направлении, и индуцируемые ими ЭДС в обмот-

ках вычитаются. Благодаря этому уменьшаются помехи, со-

здаваемые в ТВМ токами соседних фаз. Трансформаторы ТВМ

устанавливаются на разъединителях или отделителях высо-

кого напряжения и крепятся с помощью фиксаторов из немаг-

нитного материала.

В связи с внедрением микроэлектронных и микропроцес-

сорных РЗ, имеющих очень малое потребление цепей тока и

напряжения, разрабатываются ТТ и ТН, в которых информация

о значениях тока и напряжения передается с помощью воло-

конно-оптических каналов. Существует несколько способов

выполнения таких измерительных трансформаторов. Один из

них основан на установке на потенциале ЛЭП маломощных

датчиков тока и напряжения и системы преобразования ин-

формации о токах и напряжениях в цифровую форму. Эта ин-

формация передается по оптическому каналу, имеющему хо-

рошие изолирующие свойства, на оптико-электронные прием-

ники, расположенные на потенциале земли, где осуществля-

ется обратное преобразование световых импульсов в напряже-

ния, пропорциональные току и напряжению ЛЭП. Такие ТТ

и ТН пока не получили широкого распространения, так как

в энергосистемах продолжается использование электромехани-

ческих устройств РЗ, потребление которых велико, и мощ-

ности оптико-электронных ТТ и ТН оказывается недостаточно.

180