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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.

6.8. Схема соединений однофазных ТН в фильтр

напряжения нулевой последовательности

•"-^ъ

Рис.

6.9. Типовая схема соединений обмоток одно-

фазных трехобмоточных ТН

Напряжения прямой и обратной последовательностей обра-

зуют симметричные звезды и поэтому при суммировании в

цепи разомкнутого треугольника всегда дают нуль на его за-

жимах.

Рассмотренная схема является фильтром НП. Необходимым

условием работы схемы в качестве фильтра НП является за-

земление нейтрали первичной обмотки ТН. Применяя одно-

фазные ТН с двумя вторичными обмотками, можно соединить

одну из них по схеме звезды, а вторую - по схеме разомкнутого

треугольника (рис. 6.9). Номинальное вторичное напряжение у

обмотки, предназначенной для соединения в разомкнутый тре-

угольник, принимается равным для сетей с заземленной ней-

тралью 100 В, а для сетей с изолированной нейтралью 100/3 В.

Схема соединения обмоток трехфазных ТН в фильтр напря-

жения НП. Для получения ЗЦ, от трехфазного пятистержнево-

го ТН (см. рис. 6.6) на каждом из его основных стержней

2 и 3

выполняется дополнительная (третья) обмотка, соединяемая

по схеме разомкнутого треугольника. Напряжение на выводах

этой обмотки появляется только при КЗ на землю, когда воз-

никают магнитные потоки НП, замыкающиеся по четвертому

и пятому стержням магнитопровода. Схемы с пятистержне-

вым ТН позволяют получать одновременно с напряжением

НП фазные и междуфазные напряжения.

6.4. ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЦЕПЯХ ТН

И КОНТРОЛЬ ЗА ИХ ИСПРАВНОСТЬЮ

Повреждения в цепях ТН. Во вторичных цепях ТН могут воз-

никать повреждения (КЗ и обрывы). Короткие замыкания вы-

зывают опасное увеличение тока в ТН, и поэтому для его защи-

ты устанавливаются предохранители или автоматические вы-

ключатели, прерывающие цепь при появлении повышенных

токов. Повреждения вторичных цепей, а также их нарушение

при перегорании предохранителей или действии автоматиче-

ских выключателей искажают значение и фазу вторичного на-

пряжения, что приводит к неправильной работе РЗ. Для преду-

преждения ложных действий РЗ предусматриваются специ-

альные устройства, которые реагируют на повреждения во вто-

ричных цепях напряжения, подают при этом сигнал о неисправ-

ности и выводят из действия (блокируют) те РЗ, которые могут

неправильно сработать при повреждении в цепях напряжения.

Блокирующие устройства, реагирующие на появление Ц,

и/

при повреждениях в цепях напряжения. На рис. 6.10 приве-

дены наиболее распространенные простые устройства этого

типа. Они реагируют на появление напряжения или тока НП

во вторичных цепях ТН. Для этого реле КУ включается на на-

пряжение НП по одной из схем, приведенных на рис. 6.10.

В нормальных условиях напряжение на реле отсутствует.

При обрыве одной или двух фаз цепи напряжения возникает

КУ КУ

Рис. 6.10. Схемы сигнализации обрыва в цепях ТН:

—

с трансформаторным фильтром 1/

; 6

—

с фильтром на активных сопротив-

лениях; в

— с

фильтром на конденсаторах С

242

[/ , под влиянием которого в реле КУ появляется ток, и оно

срабатывает, давая сигнал. Подобные устройства применяются

в дистанционных РЗ, имеющих токовые пусковые органы.

На рис. 6.11 приведена схема подобной блокировки типа

КРБ-14 для дистанционных РЗ в сетях с заземленной нейтралью.

Она состоит из трех конденсаторов С одинаковой емкости,

реле напряжения КУО и тока КАО. В провод, соединяющий

нулевые точки конденсаторов и вторичной обмотки ТУ, вклю-

чено реле

КУО,

через размыкающий контакт которого подается

оперативный ток на комплект релейной защиты (РЗ). Цепь

обмотки КУО проходит через размыкающий контакт КАО, об-

мотка которого включена в нулевой провод ТА.

Нормально, когда сумма фазных напряжений равна нулю,

потенциалы нулевых точек звезды конденсаторов и вторичной

обмотки ТУ равны, и поэтому ток в реле КУО отсутствует. При

перегорании одного или двух предохранителей потенциал

нулевой точки звезды конденсаторов станет равным сумме

напряжений оставшихся фаз, а потенциал нулевой точки звез-

ды вторичной обмотки ТУ останется равным нулю. Под воз-

действием напряжения, возникающего между нулевыми точ-

ками, через обмотку

КУО

проходит ток, и реле, сработав, ниж-

ним контактом снимает оперативный ток с РЗ, а верхним подает

сигнал. При перегорании предохранителей всех трех фаз бло-

Рис.

6.11.

Схема включения блокировки при перегорании предохранителей

243

Рис.

6.12. Периодический контроль исправ-

ности цепи обмотки, соединенной в фильтр

напряжения нулевой последовательности

кировка рассматриваемого типа не работает, что является ее

недостатком.

При двухфазном КЗ на землю на защищаемой ЛЭП симмет-

рия фазных напряжений, подводимых к звезде конденсато-

ров,

нарушается и блокировка может сработать и вывести РЗ

из действия. Для предотвращения такого неправильного дей-

ствия блокировки предусмотрено токовое реле КАО, которое

срабатывает и, размыкая цепь обмотки реле

КУО,

препятству-

ет его действию.

Контроль цепей разомкнутого треугольника ТН. Контроль

исправности цепи вторичной обмотки ТН, соединенной по схе-

ме фильтра НП, производится путем измерения напряжения

небаланса с помощью вольтметра, включаемого по схеме на

рис.

6.12. При исправной цепи вольтметр показывает напряже-

ние небаланса, имеющее значение 1-3 В, а при нарушении

цепи показания пропадают.

Блокирующее устройство на сравнении напряжений двух

вторичных обмоток ТН. Недостатком рассмотренных выше

устройств блокировки типа КРБ-11 является то, что при КЗ в

цепях фазных напряжений они не действуют, а срабатывают

лишь после отключения автоматических выключателей или

предохранителей поврежденных фаз. Подобные блокировки

не могут предотвратить ложного срабатывания первых ступе-

ней быстродействующих дистанционных РЗ, применяемых в

сетях сверхвысоких напряжений. Другим недостатком этих

блокировок является то, что они не могут предотвратить лож-

ного срабатывания дистанционных РЗ при отключении всех

трех фаз напряжения общим автоматическим выключателем

или ключом.

Этих недостатков лишена блокировка, схема которой при-

ведена на рис. 6.13. Четырехобмоточный промежуточный транс-

форматор ТЬ устройства блокировки подключен через добавоч-

ные резисторы к измерительному трансформатору напряже-

ния ГУ с соединением вторичных обмоток в звезду и разомкну-

тый треугольник. В цепях обмотки IV

сопротивление резисто-

ра

-^».

1 *г *Ч

КУ.7

I—--^-*- "а саг

к*

Рис.

6.13. Устройство блокировки для предотвращения ложных срабатьшаний

дистанционных защит при нарушении цепей напряжения:

—

схема соединения обмоток измерительного трансформатора ТУ; 6

—

век-

торная диаграмма напряжений во вторичных обмотках ТУ; в

—

схема внутрен-

них соединений устройства; г — векторная диаграмма, поясняющая работу

устройства в нормальном режиме

ра в фазе А - К

принято в два раза меньшим относительно со-

противлений К

и К

, равных между собой. К обмотке и>

с вы-

водов Н - К подано напряжение 31/

. Обмотка м>

(компенса-

ционная) находится под воздействием напряжения фазы А.

Ко вторичной обмотке и>

через выпрямительный мост У5

присоединен реагирующий элемент - реле КУ.

В нормальном режиме, при исправных вторичных цепях ГУ

и соответствующих значениях сопротивлений резисторов, то-

ки в обмотках и»! и м>

направлены встречно: /

= 1

+ 1

~1аА (рис. 6.13, в, г). МДС в сердечнике взаимно уравновеше-

ны - реле КУ не работает. При обрывах в цепях ГУ (одной или

двух фаз) равновесие МДС нарушается, что вызывает срабаты-

245

вание реле КУ. В случае КЗ на землю в сети реле не сработает,

так как МДС обмотки ы

будет скомпенсирована МДС обмот-

ки и>

, включенной на 3[/

. При отключении всех трех фаз на-

пряжения со стороны обмоток ТН, соединенных в звезду,

блокировка срабатывает за счет тока в обмотке и>

. Блокировка

без замедления срабатывает также при всех видах КЗ в цепях

напряжения, за исключением КЗ между фазами В и С. В по-

следнем случае блокировка подействует только после отклю-

чения автоматического выключателя.

Оценка схем. Схемы, реагирующие на появление составля-

ющих НП, проще, но они несовершенны. Эти схемы не дейст-

вуют при обрыве трех фаз вторичных цепей, а также при КЗ в

цепях напряжения, не сопровождающихся появлением (7

Схемы на балансе напряжений с тремя трехобмоточными транс-

форматорами более совершенны, но и более сложны. Их следует

применять для блокировки РЗ на ЛЭП 220 кВ и выше.

6.5. ЕМКОСТНЫЕ ДЕЛИТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Лля питания устройств РЗ наряду с ТН могут применяться

также емкостные делители напряжения, которые состоят из

нескольких последовательно соединенных конденсаторов,

включаемых между проводом фазы и землей (рис. 6.14).

Для питания РЗ используется напряжение [/

, снимаемое

с зажимов последнего конденсатора делителя С2. При отсут-

ствии нагрузки 2

напряжение С/

пропорционально первично-

му напряжению

Оф

и совпадает с ним по фазе, как это следует

из рис. 6.14, а:

где

к = = С0П5*.

+х

Значение 17

достигает нескольких киловольт, поэтому

нагрузка подключается к зажимам конденсатора С2 через

понижающий ТН 2 (рис. 6.14,

6").

Присоединение сопротивления

нагрузки 2

искажает как значение, так и фазу Ц

, что и вызы-

246

Рис.

6.14. Емкостные делители напряжения:

а, б

—

с измерением напряжения на конденсаторе С2; в

—

с измерением за-

рядного тока, проходящего через конденсаторы С1 и С2

вает погрешность измерения. Для уменьшения этой погрешно-

сти предусматривается компенсирующее устройство, состо-

ящее из реактора 1 и конденсатора 3.

Соответствующим подбором их параметров и ограничением

нагрузки 2р можно с достаточной точностью обеспечить пропор-

циональность и совпадение по фазе напряжения Ц

, подводи-

мого к нагрузке 2р с измеряемым напряжением Сф. Отечест-

венные заводы выпускают с использованием конденсаторов

связи измерительные устройства типа НДЕ-500 для сетей 500 кВ.

6.6. ФИЛЬТР НАПРЯЖЕНИЙ ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Фильтр напряжений ОП (ФНОП) является устройством,

при помощи которого можно получить напряжение 11

тп

, про-

порциональное составляющей ОП, содержащейся в напряже-

нии сети. Составляющие прямой и нулевой последовательно-

стей такой фильтр не пропускает. Фильтр обычно включается

на линейные напряжения, которые не содержат составляющих

НП.

В схемах РЗ обычно используются фильтры с активными и

емкостными сопротивлениями (рис. 6.15, а). Поскольку оба

плеча ФНОП находятся под воздействием междуфазных на-

пряжений, напряжение НП на его выходе равно нулю.

Топографическая диаграмма, на которой показано распре-

деление напряжений по элементам фильтра при подаче на его

вход системы напряжений прямой последовательности, при-

ведена на рис. 6.15, б. Рассмотрим эту диаграмму, учитывая,

247

Рис.

6.15. Фильтр напряжений обратной последовательности:

—

схема фильтра; б

—

векторная диаграмма ненагруженного фильтра при

подаче на его вход напряжений прямой последовательности; в

—

векторная

диаграмма ненагруженного фильтра при подаче на его вход напряжений об-

ратной последовательности

что активные и емкостные сопротивления, используемые в

фильтре, имеют следующие соотношения:

Я,

=у[ЗХ

С1

;

= -^р-. (6.5)

УЗ

Под действием напряжения Цдв, приложенного к плечу

фильтра

С1-К1,

т. е. между зажимами 1 и 2, через эти сопро-

тивления проходит ток

I',

имеющий емкостный характер и опе-

режающий напряжение у

АВ

на угол 30°. Этот ток на элементах

К1 и С1 создает падение напряжения

1'Ш,

совпадающее по на-

правлению с вектором

I',

1'Х

С1

отстающее от этого тока на 90°

(рис.

6.15, б). Аналогичный треугольник напряжений может

быть построен и для второго плеча фильтра (между зажимами

2-3),

к которому подведено напряжение Иде- Ток, проходящий

в этом плече /", будет опережать напряжение Щ

на угол 60°,

так как емкостное сопротивление больше активного.

В результате, как следует из диаграммы, приведенной на

рис.

6.15, б, выходные зажимы фильтра тип имеют одинако-

248

вый потенциал. Таким образом, напряжение на зажимах реле

при подаче на вход ФНОП напряжения прямой последователь-

ности также равно нулю.

Диаграмма, характеризующая работу фильтра при подаче

на его вход напряжения ОП, показана на рис. 6.15, е. В этом

случае векторная диаграмма напряжений изменяется, так

как изменяется чередование фазных напряжений на входе

фильтра С/д2>

Ув2>

Ус2, подведенных соответственно к зажи-

мам 1, 2, 3. При этом между зажимами тип появляется боль-

шое напряжение, пропорциональное значению напряжения

ОП на входе ФНОП:

Утпг = 1,5е

;

Улвг, Шхх = 1.5е

- коэффициент, обычно называемый отношением холостого

хода.

Следовательно, ФНОП будет выделять из полного напря-

жения, поданного на его вход, напряжение ОП. Напряжение

на выходе фильтра зависит от сопротивления подключенной

к нему нагрузки. Для отдачи максимальной мощности от

фильтра напряжения должно быть соблюдено следующее

условие:

ф.к = %н, (6.6)

где Е

- сопротивление нагрузки, подключенной к выходным

зажимам фильтра; 2ф

- сопротивление КЗ фильтра, измеря-

емое со стороны его выходных зажимов, когда входные зажимы

закорочены.

Поэтому обычно на выходе фильтра подключается реле,

имеющее определенное сопротивление, что обеспечивает по-

лучение от фильтра наибольшей мощности. Фильтр-реле на-

пряжения ОП, схема которого приведена на рис. 6.15, называ-

ется РНФ-1М.

Фильтр напряжений обратной последовательности на опе-

рационном усилителе (ОУ) представляет собой двухвходовый

сумматор, на первый вход которого подается напряжение,

пропорциональное напряжению Цдв.

а на

другой вход С/д

(рис.

6.16, а). Эти напряжения подаются на схему через мало-

габаритные промежуточные ТН.

Выходное напряжение схемы равно произведению вектор-

ной суммы токов 1

1г

и сопротивления #

. Поскольку напря-

249

Рис. 6.16. Фильтр напряжений обратной последовательности, выполненный на

операционном усилителе

жение между входами ОУ равно нулю,

I, = [/АВМД1+Я

)

+ (1/"С)

', а 1

= Цвс/(*э +

Соотношение между 1^, ^?

и С! выбрано таким, что

опере-

жает Цдв на 60°, а ток /

совпадает по фазе с Мвс- При измене-

нии сопротивления Е

изменяется и ток 1

, и его угол сдвига

относительно Vдв, а при изменении К

меняется только ток 1

При прямой последовательности фаз (рис. 6.16, б) регули-

ровкой

К1

и КЗ обеспечивается равенство

и 1

и сдвиг между

ними 180°, поэтому Г/

ВЫ

х = 0- При обратном чередовании (ОП)

фаз (рис. 6.16, е) сдвиг между токами 7, и 1

равен 60°, а выход-

ное напряжение схемы пропорционально \/3"[/дв-

250