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

Подождите немного. Документ загружается.

Уставка срабатывания 2

направленного РС задается моду-

В конструкции реле предусматривается

пем

с.р тах =

К,

регулирование уставки 2

изменением значений К

и модуля

|К||. Это осуществляется изменением коэффициента транс-

формации ТУ1 (изменением числа вторичных витков) и числа

витков первичной обмотки ТАУ1.

Угол вектора 2

ртах

= 2

, т. е. <р

мч

изменяется подключе-

нием сопротивлений К9-К12: включение К9 и К11 соответст-

вует ф

мч

= 65°, а К10 и К12 - ф

мч

= 80°. Регулирование должно

производиться как в рабочем, так и в тормозном контуре схе-

мы одинаково для обеспечения равенства К^ = К

. Соответ-

ствующие переключения при этом выполняются и в цепи пер-

вичной обмотки ТУ1 изменением числа ее витков.

Мертвая зона и зона нечеткого действия реле. При КЗ в не-

посредственной близости от места установки ДЗ (рис. 11.18, а)

направленное РС может отказать в работе при КЗ в точке К1

ИЛИ

сработать неселективно при КЗ в точке К2. Причиной не-

правильной работы является нарушение условия действия

РС,

определяемого выражением (11.16а), вызванное снижением

до нуля напряжения (7

(при близких КЗ), а также неточным

равенством коэффициентов К/

и К

преобразования тока 1

трансреактора ТАУ1 (см. рис. 11.17, а). В результате характери-

стика реле может сместиться в I или III квадрант, что приведет

соответственно к отказу или неселективному действию реле

при КЗ в зоне смещения характеристики (точки К1 и К2 на

рис.

11.18, а).

Для устранения мертвой зоны и зоны нечеткой работы реле

в рабочий и тормозной контуры реле вводятся дополнительно

по значению одинаковые ЭДС "памяти" Е

, создаваемые

трансреактором ТАУ2.

С учетом этого условие срабатывания реле (11.16) примет

вид

|^1

+Щ

\>\К

*//

Шп\,

(И.17)

а при близких КЗ, когда Ц, = 0, условие (11.17) превращается

в следующее:

\Шп

+&!

\>\Е

-К

\- (П-17а)

391

При этом условии РС работает, как РНМ с поляризующим на-

пряжением Е

(вместо Ц, = 0), с характеристикой срабатыва-

ния, приведенной на рис. 11.18,6. Чтобы сохранить круговую

характеристику при всех КЗ, при которых Ц, > 0 с добавлением

дополнительной ЭДС Е^ по (11.17), последняя должна совпа-

дать по фазе с {/

и иметь возможно меньшее значение - не

превышать 2-3% нормального уровня 1!

и оставаться неизмен-

(2)

ным при К между фазами, напряжение которых 1/

подводит-

ся к данному РС. Для выполнения этих условий на вход ТАУ2

(рис.

11.17,

а) подается напряжение фазы, не подводимой

к ТУ1. Например, если С/

= \]

АБ

, то С

= 1/с„

•

Поскольку напря-

жение 1]

сдвинуто относительно междуфазного напряжения

повредившихся фаз (Цдв) (рис.

11.18,

г), чтобы обеспечить

совпадение по фазе вторичной ЭДС Е^ с у

, в цепь первичной

обмотки ТАУ2 введен конденсатор С6, емкостное сопротивле-

ние которого в сочетании с индуктивностью первичной об-

мотки трансреактора образует резонансный контур, настроен-

ный в резонанс при / = 50 Гц. При такой схеме ток в первичной

обмотке /

совпадает по фазе с напряжением у

= {/

Со

, подве-

денным к ТАУ2, а вторичная ЭДС Е

отстает на 90° от вызвав-

шего ее тока/

и совпадает по фазе с

= у

д.

При трехфазных КЗ, когда все напряжения снижаются до

нуля, ЭДС Е

поддерживается некоторое время за счет разря-

да конденсатора С. При этом ЭДС памяти создает быстро зату-

хающий ток 1

в обоих контурах (рис. 11.18, д), обеспечивая

работу РС при исчезновении напряжения.

По рассмотренной схеме (рис. 11.17, а) ЧЭАЗ выпускает РС,

используемые в качестве ДО I и II ступеней в РЗ типа ЭПЗ-1636.

Третья ступень в комплекте этой защиты осуществляется с

помощью РС типа

КРС-1,

схема которого приведена на

рис.

11.19, а.

Условие срабатывания реле

КРС-1:

1%Ч>-^1РН1Щ>|-

Для устранения мертвой зоны и четкой работы при малых

значениях 1/

(при близких КЗ) характеристика срабатывания ре-

ле - окружность смещена в III квадрант на 6-12% 2

С р

(в тормоз-

ной контур реле вводится резистор К14). Конструкции обоих

РС подробно рассмотрены в [30]. Выполнение заданной устав-

ки 2

С р

осуществляется изменением числа витков первичных

392

1М/р-*г/р|*1*г/р| а)

ТТТ°М7

Рис.

11.19. Принципиальная схема РС

в комплекте типа

КРС-1:

а - упрощенная схема сравнения;

—

схема РС; в

—

характеристика сра-

батывания направленного РС

393

ЕАШ

Ш/л.

Рис.

11.20. Схема нуль-индикатора на операционных усилителях

обмоток ТАУ1 и числа витков вторичной обмотки ТУ1

(рис.

11.19, б). В качестве НИ, реагирующего на знак тока в реле

сопротивления ДЗ-2 и

КРС-1,

первоначально использовалось

магнитоэлектрическое реле. Однако вследствие несовершен-

ства его конструкции завод заменил его на НИ на полупровод-

никовых реле с ОУ (см. гл. 2 и рис. 11.20).

Направленное РС с эллиптической характеристикой сраба-

тывания. С помощью РС III ступени РЗ типа ЭП1636 (рис. 11.19, б)

может быть реализована круговая и эллиптическая характери-

стика (см. рис. 11.14, г), обеспечивающая лучшую отстройку ДО

от токов нагрузки. Для получения эллиптической характери-

стики срабатывания РС используется дополнительная цепоч-

ка, состоящая из диода

УЮ8

и активных сопротивлений К25-

К27 (рис. 11.19,6"). Эта цепочка шунтирует РО, срезая положи-

тельные полуволны переменной составляющей разности мгно-

венных значений (^ и 1/

, благодаря чему и обеспечивается

эллиптическая характеристика срабатывания реле, показан-

ная на рис. 11.14, г и 11.19, е.

Как видно из диаграммы, построенной на рис. 11.19, в, точ-

ки С и 0 характеристики РС получаются, когда векторы 1^

и Ц

либо совпадают по фазе, либо сдвинуты на угол 180°. В обо-

их случаях переменные составляющие на выходах У81 и У82

совпадают по фазе и, следовательно, их разность, приклады-

ваемая к сглаживающему фильтру и НИ, близка к нулю. Когда

вектор (7

сдвинут относительно вектора у

на 90° (точки Е

и О на рис. 11.19, в), соответственно сдвинуты и мгновенные

значения напряжений на выходах диодных мостов У81 и У82.

Переменная составляющая разности мгновенных значений

394

этих напряжений, приложенная к сглаживающему фильтру

и НИ, получается в этом случае максимальной. Шунтирование

переменной составляющей через цепочку УИ8-К25-К27 равно-

сильно уменьшению тока в НИ, действующего в сторону сра-

батывания. В результате рабочее напряжение Ц

уравновешива-

ется меньшим значением у

и характеристика срабатывания

РС сжимается (точки Б и Е смещаются в положения В' и Е')

(рис.

11.19, в). Промежуточным значениям углов между у

и \5

соответствуют точки характеристики, располагающиеся

на эллипсе с осями ОС и Б'Е' (рис. 11.19, в). Регулировка эллип-

сности осуществляется с помощью сопротивлений К25-К27.

Для уменьшения вибрации НИ при работе РС с эллиптической

характеристикой параллельно НИ подключен конденсатор С5.

Реле сопротивления с характеристиками в виде окружности,

смещенной относительно начала координат. Если принять в

(11.15),

определяющем характер связи [/, и 1/

с (/

и 1

, К

1х

Ф К

, то характеристика РС будет изображаться окружностью,

смещенной относительно начала координат при К

1х

> К

в сто-

рону III квадранта, а при К/

< К

- в сторону I квадранта. Если

же принять К

О,

получим Ц

1х

С[

= Кц

- харак-

теристика в виде окружности с центром в начале координат.

11.9.

РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ НА СРАВНЕНИИ ФАЗ

ДВУХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, ВЫПОЛНЯЕМЫЕ НА ИМС

Принцип построения и способы сравнения фаз. На сравне-

нии фаз двух величин можно получать РС с характеристиками

срабатывания в виде окружности, прямой линии и в виде эл-

липса [47].

В качестве сравниваемых величин используются напряже-

ния у

и У

, образованные по (11.14) и связанные с сопротивле-

нием на зажимах реле 2р уравнениями (11.14а):

Ш =

т и

+ #л/

= Кш/

(2р -2

у,

)

(11.18)

и*

= к^Ур

*л/

= Кш/

(2р

-г

). )

Векторы сопротивлений 2. = и 2.

= являются

постоянными величинами, определяющими положение и фор-

му характеристики срабатывания на комплексной плоско-

395

Рис.

11.21.

Принцип сравнения фаз двух электрических величин для выполнения

реле сопротивления:

—

векторная диаграмма; б

—

диаграмма сравниваемых напряжений

сти 2, часто называемыми векторами особых точек.

Активные и реактивные составляющие этих векторов явля-

ются координатами двух "особых точек", через которые долж-

на проходить характеристика реле. Схема РС, построенного на

сравнении фаз, должна осуществлять измерение угла <р меж-

ду

и 1/

и сравнение его значения с заданными углами ф

и ф

, определяющими границы угла ф (рис.

11.21,

а), в пределах

которых реле должно срабатывать:

ф, < Ф ^ ф

. (11.19)

Для определения граничных условий срабатывания по вы-

ражению (11.19) в отечественных РС используются схемы срав-

нения (СС), построенные на времяимпульсном принципе.

Времяимпульсный принцип пояснялся в гл. 2 при рассмот-

рении устройства органов направления мощности. По этому

принципу сравнение фаз двух напряжений Ц

и [/

осуществля-

ется косвенно измерением, а затем сопоставлением времени

совпадения и несовпадения их мгновенных значений.

На рис. 11.21,6 показаны синусоиды мгновенных значений

т1

5то)ги

= 1/

т2

5т(азг-ф), сдвинутые по фазе на

угол ф. В заштрихованной части положительного полупериода

знаки мгновенных значений и

и и

одинаковы, а в неза-

штрихованной - различны. В отрицательном полупериоде [/

картина совпадения и несовпадения повторяется. Угол несо-

396

впадения знаков <р

нс

= <р (углу сдвига фаз), угол совпадения

= л - ф. Этим значениям (Ф

нс

и ф

) соответствуют времена

несовпадения и совпадения:

*нс

Фнс

/и =

/и

; *с = Ф

/и =

л-ф/со. (11.20)

Из (11.20) следует вывод, что, измерив значения *

нс

и *

можно однозначно определить значение сдвига фаз между

сравниваемыми напряжениями

(11

и 11

Условие срабатывания РС определяется значением *

с(*с) ^

> (

(заданная уставка) либо соотношением длительностей им-

пульсов несовпадения и совпадения (

нс

(или *

к *

нс

), на-

пример *

нс

< г

(или наоборот).

В первом случае реле срабатывает, если *н

> (у, и не дейст-

вует, если 4н

< *

. Заданному значению Ц соответствует наи-

меньший угол сдвига фаз между [/, и 1/

Фс.

= Ь = *у

Во втором случае задается значение К в выражении ^

Для получения круговой характеристики РС принимается

*У

= Т/4 = 0,005 с, К = 1. При этом

1„

= *

. Тогда условие срабаты-

вания РС (11.18) для первого и второго вариантов примет вид:

-л/2 < Ф < л/2. (11.21)

Функциональная схема устройства сравнения фаз (УС), по-

строенного на времяимпульсном принципе, и диаграммы,

характеризующие его работу, приведены на рис. 11.22 и

11.23.

Устройство сравнения УС (рис. 11.22) содержит блок 1 ФИН,

формирующий импульсы напряжения, характеризующие про-

должительность времени ^

и 1

сравниваемых величин, и

блок 2 РО, сравнивающий длительность импульсов с задан-

ным 1

или друг с другом. Блок 2 действует на выходной эле-

мент 3, формирующий сигнал срабатывания реле. Блок 1 фик-

сирует совпадение и несовпадение знаков мгновенных значе-

ний входных напряжений 11

и У

и образует выходные сиг-

налы в виде прямоугольных импульсов напряжения разных

полярностей, показанных на рис.

11.23,

а. В течение времени,

когда знаки мгновенных значений у

и Ц

совпадают, выходной

сигнал блока 1 имеет положительный знак + С/

, а во время

их несовпадения - отрицательный знак - С/

нс

. Продолжитель-

397

ас

Выходной

элемент

^вых

РО

^вых

ФИН

ЧграЬ

Рис-

4-22- Структурная схема устройства сравн

, ния фаз

и,\ \и

У,

,51ГШ*

</|

2л

г(я>) и

(т)

\-30°* ^30"

Г"!

а)

+и

""не

* "и

Л"- у\ /\,

-и„

« г;

Рис.

11.23.

Диаграмма, поясняющая принцип действия устройства сравнения

фаз:

а, в

—

КЗ

вне

зоны;

б, г

—

КЗ

в зоне

398

ность сигнала

равна времени совпадения

, а

сигнала

- С

нс

времени

нс

. Эти

сигналы

= *

и -

С/

Нс

= ^

)

посту-

пают

на

вход блока 2, который сопоставляет длительность вход-

ных сигналов, определяя таким образом соотношение вре-

мен

нс

затем сравнивает *

нс

заданным временем 1

ли-

бо

с К*

Блок

действующий

по

первому варианту, принято

называть

Р01, а по

второму

- Р02.

Блоки

2 и 3

рассматривают-

ся иногда

как

единый орган сравнения, включающий

себя

измерительный

выходной элементы.

11.10.

СХЕМЫ ТРЕХ ОСНОВНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

РС,

ПОСТРОЕННЫХ

НА

СРАВНЕНИИ

ФАЗ

Реле сопротивления состоит

из

функциональных элементов,

входящих

состав общей структурной схемы

РС

(см. рис. 11.15)

и структурной схемы (рис. 11.22). Схемы этих элементов одно-

типны,

они

применяются

небольшими изменениями

реле

на сравнении

фаз

двух, трех

четырех сравниваемых величин.

Преобразователи напряжения

тока воспринимают сигналы

(Г/

), поступающие

от ТН и

ТТ, уменьшают

их и

превраща-

ют

напряжения, пропорциональные

и ]

совпадающие

с ними

по

фазе.

качестве преобразователей используются

промежуточные

ТН

(ПТН)

и ТТ

(ПТТ),

их

упрощенные схемы

приведены

на

рис. 11.24.

Промежуточные ТН. Первичная обмотка

и>

промежуточного

ПТН

(рис.

11.24,

а)

включается

на

междуфазное напряжение

Ср

ф. Вторичное напряжение

на

зажимах

I и 2

ПТН

вых

где К

коэффициент преобразования (трансформа-

ции ПТН)

вх

вых

. Промежуточное

ТН

работает

режиме,

близком

холостому ходу, поэтому

С/цьн/^вх

м^/и»!

выбирается таким, чтобы

вых

не

превышало значения, допу-

стимого

для

полупроводниковых элементов схемы. Вторичная

обмотка

ПТН

обычно замкнута

на

делитель напряжения

К.

Изменение уставки срабатывания

РС

осуществляется двумя

способами: ступенями

изменением ответвлений

на м>

плавно

изменением сопротивления

К:

*4ых = Крег(КнЦ,) = К

прЦ

, (11.22)

где Кр

ег

1, если движок делителя находится

точке

1';

пр

Кр

ег

результирующий коэффициент преобразования

Ц,.

399

в)

Рис.

11.24.

Промежуточные измерительные трансформаторы:

—

напряжения; б

—

тока; в - тока (применяемый в ДЗ, выпускаемой ЧЭАЗ)

Промежуточные ТТ. Первичная обмотка ПТТ состоит из

двух секций с одинаковым числом витков

м>

Каждая секция

включается на ток соответствующей фазы (в ДЗ от междуфаз-

ных КЗ - по табл. 11.1) так, чтобы создаваемые ими МДС были

направлены встречно (рис. 11.24, б). Преобразователи тока долж-

ны преобразовывать входной ток /

в пропорциональное ему

вторичное напряжение С/птт =

1р>

ля

чего вторичная обмот-

ка ПТТ замыкается на резистор Л (рис. 11.24, 6"), с которого сни-

мается

ВЫХ

= /

ВЫХ

.К. С учетом коэффициента трансформа-

ции К

получим

^ПТТ = 4ыхЯ = К

у? = /

—К =

пр1

(11.23)

где К

пр1

= -^К.

Как и в ПТН, регулирование уставки может осуществляться

ступенчато - регулированием К

либо плавно - изменением К.

400