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

Подождите немного. Документ загружается.

На рис. 11.24, в изображена схема ПТТ, применяемая в ДЗ

ШДЭ-2801,

выпускаемой ЧЭАЗ. Выходное напряжение снима-

ется с делителя К1 и К2, средняя точка которого соединяется

с нулевой шинкой. Потенциалы точек I и 2 имеют противопо-

ложную полярность относительно нулевой шинки. Это позво-

ляет получить два напряжения разной полярности (+

т1

и - И

Г2

), которые, как было показано в § 11.7, необходимы для

получения особых точек, определяющих характеристику сра-

батывания. Регулирование уставки РС производится включе-

нием параллельно делителю К1-К2 резисторов К4 и К5 переклю-

чателями 5В1 и 5В2.

В схеме установлен варистор КЗ, сопротивление которого

уменьшается с увеличением приложенного к нему напряже-

ния. При больших токах

варистор ограничивает уровень С/

вых

Общим требованием для всех преобразователей является точ-

ность преобразования, которая обеспечивается при работе пре-

образователей в линейной части характеристики

вьц

= Д1/

вх

Выходное напряжение ПТН и напряжения с выхода ПТТ

Т1

и [/

Т2

передаются на следующий элемент ИО, формирующий

из этих напряжений сравниваемые напряжения по (11.14).

Устройство формирования сравниваемых напряжений (УФ).

Получив с выхода ПНТ и ПТТ преобразованные значения 11

и 1

в виде напряжений

пр

у11

пр1

устройство формиро-

вания производит их сложение с помощью сумматора, постро-

енного на инвертирующем ОУ (рассмотренном в

2.5). В ре-

зультате этой операции на выходе сумматора должно быть по-

лучено одно из п сравниваемых напряжений типа С/

, 17

, ...,

[/у,...,{У„, построенных по выражениям (11.14), например напря-

жение Ц:

4} = *щ и

+ Кц1

= %

;

-2

;

). (11.24)

Координаты особой точки на плоскости 2, соответствующей

данному напряжению С,-, как уже отмечалось, определяются

вектором сопротивления 2, = -К^/Кщ.

Как видно из рис. 11.25, напряжения с промежуточных транс-

форматоров ПТН (ТУЬ) и ПТТ (ТАЬ) передаются на инвертиру-

ющий вход ОУ по отдельным цепям, в которые включаются

(в общем случае) комплексные сопротивления 2

и 2

, а в цепь

ОС вводится сопротивление ^ос- Неинвертирующий вход со-

единяется с нулевой точкой. При появлении на И-входе напря-

401

\—нц

е)

Рис.

11.25. Схема сумматора-формирователя сравниваемых напряжений:

—

общая схема; б

—

схема, применяемая в ДЗ ЧЭАЗ; в

—

координаты осо-

бой точки 1

жений от промежуточных трансформаторов ОУ осуществляет

их суммирование с усилением каждого входного сигнала в

раз (где К

- коэффициент передачи, равный коэффициенту

усиления инвертирующего ОУ). Его значение (см.

2.5) опре-

деляется отношением сопротивления 2<эс

сопротивлению

цепи, по которой поступает данный сигнал. В рассматриваемой

схеме для сигнала от ПТН Я

птн = -^ос^и а для сигнала,

идущего от ПТТ, ^

ПТТ = ^ОС^а-

В результате сложения входных сигналов с умножением их

на удельный коэффициент передачи К

уп

на выходе суммиру-

ющего ОУ формируется заданное напряжение, например С7-,

в соответствии с (11.24) и (11.14):

Ы] = УвыхХ = " ^пр Ц Ыр

ос

+ ^пр / 1р

юс

(11.25)

Сопоставляя (11.25) и (11.24), можно установить, что в сформи-

рованном напряжении Ц коэффициенты Кц, и К^ имеют сле-

дующий вид:

ц - -

пр

ос

Е1) = -

пр1~2

ос

(11.25а)

402

а вектор особой точки ]

Пр Ц ^1

Аналогично формируются все остальные п -) сравниваемые

величины. Количество формируемых величин (напряжений

типа [/•) зависит от формы характеристики срабатывания (на-

пример, для окружности п = 2, для четырехугольника п = 4).

Из (11.25) и рис. 11.25, а следует, что коэффициенты при V

и I реализуются посредством коэффициентов преобразования

напряжения и тока ([/ и I), применяемых в вспомогательных

измерительных трансформаторах, и сопротивлений 2

, 2

и 2.

в цепях тока и напряжения сумматора на ОУ. Эти величины

определяются при разработке дистанционных органов защиты

и остаются неизменными в процессе эксплуатации. Эксплуата-

ционный персонал может регулировать только уставки ИО.

Коэффициенты К

- в (11.14) являются действительными чис-

лами и реализуются в виде сопротивления резисторов К

а коэффициент К.- должен быть комплексной величиной и

реализовываться активным сопротивлением резистора К

реактивным сопротивлением X, обычно выполняемым в виде

конденсатора С \Х = (рис. 11.25,6)- Активные и реак-

тивные составляющие К

{

определяют значения координат }Х

особых точек, например точки 1, показанной на рис. 11.25, в.

Из (11.25а) следует, что коэффициенты Кщ и К

Г]

образуются

с помощью входных сопротивлений в схеме сумматора (2

%з)

параметров элементов ПНТ и ПТТ. Определив значе-

ния Кц

}

и Ку, можно найти значение 2

;

и координаты особой

точки/ на комплексной плоскости К, ]Х.

В общем случае положение точки на комплексной плоскости

определяется вектором комплексного сопротивления 2

= -К

1п

/Кц

. Необходимые значения Кц

и К

1п

для получения

требуемого

находятся по (11.256) соответствующим подбором

величин, определяющих эти коэффициенты. Для образова-

ния Кц в выражениях (11.14) и (11.14а) служит резистор К

включенный в цепь, питаемую напряжением ПТН, а для обра-

зования К; - резистор #

(рис. 11.25) и конденсатор Х

. По ти-

повой схеме на рис. 11.25 выполняются сумматоры напряже-

ний II

а значения этих напряжений и коэффициентов

403

НС

ФИН

РО

ч)

Рис.

11.26. Схема формирователя импульсов

^ -& ЬН<

=-/5В

X Д. Х**^ 4

Нт'И Ж 21*0"' 1

г-о—е-,

5Г^

„

и К

1п

определяются выражениями (11.25). С выхода сумма-

торов УФ п сформированных напряжений Ы

поступают

на схему сравнения их фаз.

Схема сравнения фаз СС, применяемая в отечественных ДО

обычно выполняется на времяимпульсном принципе. В §11.10

пояснено, что условием срабатывания подобного ДО является

наличие непрерывного (в течение не менее полупериода про-

мышленной частоты) несовпадения знаков мгновенных значе-

ний п сравниваемых величин.

С учетом этого рассматриваемая схема сравнения состоит

(рис.

11.26, а) из формирователя импульсов несовпадения ФИН,

выявляющего длительность несовпадения знаков сравнива-

емых напряжений Ц

- \]

, поступающих на вход СС, и реаги-

рующего органа РО, на вход которого приходит сигнал ФИН

о наличии несовпадения знаков [/

- 1/

. Реагирующий орган

сравнивает длительность этого сигнала (

заданной вели-

чиной 1

или с длительностью сигнала о совпадении *

Схема сравнения выдает сигнал о срабатывании ДО, если

'не 'у •

Формирователь импульсов несовпадения (рис. 11.26,6). Ос-

новными элементами схемы ФИН являются: двухполупериод-

ный диодный селектор (избиратель) положительных и отрица-

тельных сигналов, выполняемый на основе диодной сборки

УО[, УО'

, ...,

УО'

(селектор положительных сигналов) и сбор-

404

ки

УО"

, УО'

»., У1?п (селектор отрицательных сигналов) и опе-

рационный усилитель ОУ, формирующий выходные сигналы

(импульсы напряжения отрицательного знака при несовпаде-

нии знаков сравниваемых величин и положительного - при их

совпадении). Инвертирующий вход 1 ОУ подключается к се-

лектору положительных сигналов

С^

и напряжению источника

питания отрицательной полярности -Ел = 15В в точке т де-

лителя напряжения К1-КЗ, а неинвертирующий вход 2 ОУ -

к селектору отрицательных сигналов С^ и напряжению источ-

ника питания положительного знака +Е

= 15 В в точке п де-

лителя К2-К4. Для получения необходимых уровней напряже-

ния в точках тип делителей напряжения значения их сопро-

тивления выбираются по условию К1 = К2, КЗ = К4, при этом

КЗ и К4 » К1 и К2.

Между точками тип делителей и входами 1 и 2 ОУ подклю-

чены диоды УИ1,

УЮ2,

которые ограничивают уровень напря-

жения на входе ОУ. Диод V^^ открывается только при появ-

лении положительного входного напряжения на шинке С^

возникающего под воздействием мгновенного значения вход-

ного сигнала, достаточного для открытия диодов УйГ-УБ^.

Аналогично под воздействием отрицательного входного напря-

жения открывается диод УЭ2.

Рассмотрим кратко работу схемы ФИН в режиме совпадения

знаков входных сигналов и при их несовпадении. Следует

учесть, что ОУ включен по дифференциальной (без ОС) схеме

и поэтому работает в нелинейной насыщенной части входной

характеристики. При появлении входного напряжения [/

вх

-11

выходное напряжение ОУ Ц,

ых

= ± 1/

тах

= 12

-*- 13

В.

Знак 1У

ВЫХ

определяется знаком 1/

- V\: при + [/

> С^

вых

имеет положительный знак; при 1/

> 1!

- отрицательный.

При несовпадении знаков мгновенных значений сравнива-

емых напряжений на вход селектора поступают одновременно

разнополярные сигналы. Под действием наибольшего напря-

жения положительного знака открывается соответствующий

диод положительного селектора (например, если наибольшим

в данный момент является + И

, то открыт диод УГ)2'). В этот же

момент времени наибольшее входное напряжение отрицатель-

ного знака откроет один из диодов

УИ!"...,

УО„ селектора от-

рицательной полярности. Под действием появившихся на вы-

ходе С^ и С

) напряжений откроются диоды У01 и УВ2 соот-

ветственно.

405

С учетом этого напряжения на инвертирующем входе 1 и

неинвертирующем 2 будут равны падению напряжения в откры-

тых диодах УО! и соответственно в

УИ2,

но различными по зна-

ку (на входе 1

" + ",

на входе 2 "-")•

Напряжения 1)

= + ДС

уоь Ц

= -ДСфуль а дифференци-

альное входное напряжение 1)

= - Д(/

0 У01

- (+ Д[/

уо;) =

= -2ДС/

уо1-

В соответствии с этим на выходе ОУ установится

напряжение отрицательного знака [/

вых

-^оу

та

х-

Рассматривая схему на рис. 11.26,6 при совпадении знаков

входных сигналов (сначала положительных, а затем отрица-

телььных) и определяя, как и в предыдущем режиме, работу

селектора и диодов

УЮ1

и УБ2, можно показать, что входное

напряжение \5

- 1^ будет иметь положительный знак, соответ-

ственно положительным по знаку будет выходной сигнал ОУ:

^вых

= +

^ОУтах-

Из приведенного рассмотрения следует, что на выходе схе-

мы ФИН при несовпадении знаков сравниваемых напряжений

появляется сигнал отрицательного знака, а при совпадении -

сигнал положительного знака.

Эти сигналы поступают на реагирующий орган (РО) схемы

сравнения, где на основе их сопоставления выдается соответ-

ствующий сигнал (о действии или недействии ИО сопротив-

ления ДЗ).

Таким образом, в течение каждого полупериода изменения

и (7

на выходе схемы ФИН появляется положительный

сигнал 11

вых

= +11

при совпадении знаков сравниваемых

величин и отрицательный сигнал -

НС

во время их несовпа-

дения. Продолжительность положительного сигнала равна

времени совпадения

а отрицательного - времени несовпа-

дения ^

= Г/2 -

Выходные сигналы отрицательной и поло-

жительной полярностей поступают на вход схемы РО, произ-

водящего сравнение их длительности.

Реагирующие органы. При рассмотрении структурной схемы

формирования импульсов отмечалось, что имеется два вари-

анта исполнения реагирующего органа: Р01, в котором осуще-

ствляется сравнение времени несовпадения (

нс

с заданным

временем (уставкой) 1

, и Р02, сравнивающего *

нс

с 1

Реагирующий орган Р01 (рис.

11.27,

а). Схема Р01 состоит

из элемента выдержки К1-С1 (с (

с р

до 0,1 с), транзистора УТ1,

входного и выходного логических элементов И-НЕ (выпол-

няющих функции инвертора), И1, й2 и диода УИ2, разреша-

406

Сигнал

+\1

от ФНН

Сигнал

от ФИН

В)

Рис.

11.27.

Реагирующие органы:

—

по

схеме

Р01;

—

по схеме Р02

ющего при несовпадении знаков сравниваемых напряжений

пуск элемента задержки. При совпадении знаков мгновенных

значений сравниваемых напряжений с выхода ФИН на вход

реагирующего органа поступает сигнал +

С7

(логическая 1).

При этом диод

УЮ1

открывается, на выходе Б1 появляется сиг-

нал на уровне логического 0, потенциал в точке 1 имеет нуле-

вой уровень, УТ1 открывается, потенциал в точке 2 становит-

ся равен логическому 0, а на выходе Д2 логической 1. Это

означает, что ИО не действует. Конденсатор С1 разряжен,

так как потенциал на его обкладках равен нулю.

При несовпадении знаков мгновенных значений сравнива-

емых напряжений на входе схемы появляется сигнал отри-

цательного уровня - 1/

нс

(логический 0). В этом случае Уй1

закрыт и на входе инвертора Э1 присутствует сигнал, рав-

407

ный 0, а на выходе сигнал 1; потенциал точки / (а следователь-

но,

и базы УТ1) равен падению напряжения в открытом дио-

де УИ2, транзистор остается открытым, на выходе схемы со-

храняется единичный сигнал. Конденсатор С1 начинает заря-

жаться током, проходящим от источника питания через К2

и К1. Потенциал точки 1 (базы УТ1) постепенно увеличивает-

ся,

и, когда он становится равным потенциалу эмиттера, тран-

зистор закрывается, потенциал точки 2 повышается до 1,

й2 переключается, его выходной сигнал изменяется с 1 на ло-

гический 0, что соответствует срабатыванию РС. Это происхо-

дит при условии, что *

нс

> 1

Схема возвращается в исходное состояние, как только сно-

ва наступает совпадение сравниваемых величин, благодаря

снижению практически до нуля потенциала точки 1 и проис-

ходящему вследствие этого разряду конденсатора С1 по кон-

туру, образованному диодом УИ2 и связанным с нулевой шин-

кой выходному контуру Ш. Время замедления (

задается со-

противлением резисторов К2 и К1 на уровне 10 мс. Напряжение

срабатывания определяется порогом переключения инвер-

тора й2. Реагирующий орган типа Р01 используется в РС II

и III ступеней в ДЗ ШДЭ-2801. Для I ступени обычно приме-

няется Р02.

Реагирующий орган Р02 имеет большее быстродействие

(около Г/4). В этом органе осуществляется сравнение времени

несовпадения

НС

(рис. 11.27,6). Схема состоит из выпрями-

теля УЗ; стабилитрона УГ>7, уравнивающего значения отрица-

тельных и положительных входных сигналов; интегратора А1

на ОУ (см. §2.19), сопоставляющего длительность сигналов

(- 1

и +

);

порогового устройства в виде логического элемен-

та Г>2, работающего в режиме ключа и выдающего сигнал сра-

батывания реле при (

нс

Выходные импульсы напряжения

(+ Ц. и - 1/

нс

) проходят через выпрямитель, и с помощью стаби-

литрона У07 их амплитуды стабилизируются на одинаковом

уровне (7

= С

нс

. Постоянство и равенство значений обоих им-

пульсов необходимо для обеспечения стабильности характе-

ристик РС. При несовпадении знаков сравниваемых напряже-

ний отрицательный сигнал в виде выпрямленного и стабили-

зированного отрицательного напряжения -

нс

поступает

через диод УГ>5 и резистор КЗ на И-вход 1 операционного уси-

лителя А1.

408

Под действием этого напряжения начинается заряд конден-

сатора С1 через сопротивление КЗ, и на выходе ОУ интегратора

возникает положительное напряжение, противоположное по

знаку напряжению на входе ОУ. По мере заряда конденсато-

ра С1 напряжение 1/

инт

= 11а нарастает и поскольку в началь-

ной части экспоненциальная характеристика заряда практи-

чески прямолинейна, то ^

нт

^С\ ~ *нс- При достижении на-

пряжением Ус значения порогового напряжения (7

логиче-

ского элемента И1 на выходе последнего появляется сигнал,

означающий, что РС сработало.

Во время совпадения знаков 1!

и 1/

входное положительное

импульсное напряжение +

после выпрямления и стабили-

зации через диод УБ6 и К2 поступает на И-вход ОУ. Напряже-

ние на обкладках конденсатора меняет полярность, и с этого

момента начинается разряд конденсатора (или, иначе говоря,

его заряд в обратном направлении) через К2. В процессе разря-

да напряжение на конденсаторе А^/с1 уменьшается пропор-

ционально времени (

. Для действия РС необходимо, чтобы

за время Г

нс

= Кг

(при котором отношение

НС

= К = 1) 1/

до-

стигло Ы

(порога срабатывания П1). Скорости заряда и разря-

да С1, определяющие соотношение *

нс

и (

, зависят от значе-

ний КЗ и К2, которые подбирают исходя из заданных значе-

ний К. Предусмотрена возможность изменения К2 переключа-

телем.

Для получения характеристики в виде окружности необхо-

димо иметь К = 1 или *

нс

В этом случае К

= К

. При К

Ф #з характеристика принимает вид овала.

11.11.

РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ СО СЛОЖНЫМИ

ХАРАКТЕРИСТИКАМИ СРАБАТЫВАНИЯ, ВЫПОЛНЕННЫЕ НА ИМС

Виды и особенности сложных характеристик. Сложными

принято называть характеристики, имеющие форму много-

угольника либо образованные из сочетания дуг окружностей

с отрезками прямых (рис. 11.28).

Сложные характеристики по сравнению с круговыми и эл-

липтическими позволяют повысить чувствительность РС к

повреждениям через переходное сопротивление К

и увели-

чить их зону действия на протяженных ЛЭП, обеспечивая при

этом отстройку от сопротивлений в максимальных нагрузоч-

4ПЧ

а)

Рис.

11.28. Виды сложных ха-

рактеристик

ных режимах. Реле со сложными характеристиками выполня-

ются на сравнении фаз или абсолютных значений трех, четы-

рех напряжений, образованных по (11.14). Практическое приме*

нение нашли характеристики в форме четырехугольника,

треугольника и комбинированная в виде сочетания окружно-

сти с четырехугольником.

Реле с четырехугольной характеристикой, выполняемое с

помощью двух РС (РС1 и РС2), соединенных по схеме И

(рис.

11.29, а). Оба реле основаны на сравнении фаз двух напря-

жений, пропорциональных (7

и /

. Характеристика срабатыва-

ния каждого реле имеет вид двух пересекающихся прямых

(рис.

11.29,6). Из их сочетания образуется четырехугольная

характеристика АВСИ желаемой формы. Зона действия каждо-

го реле отмечена штриховкой. Выходные сигналы о срабатыва-

нии схем сравнения реле РС1 и РС2 действуют на логический

элемент

И.

Сигнал на его выходе возникает только при одновре-

менном срабатывании РС1 и РС2. В этом случае вектор 2^ =

= Ср//

будет находиться внутри четырехугольника АВСЮ.

Если же конец вектора Е

выходит за пределы четырехуголь-

ника (например, 2

= 2

), работает только одно из двух реле,

выходной сигнал на элементе И отсутствует - комбинирован-

ное реле не действует.

На таком же принципе можно получить четырехугольную

характеристику из сочетания РС, основанных на сравнении

абсолютных значений, но в этом случае требуется использо-

вать четыре реле с характеристиками в виде прямых линий

(АВ, СВ, СД ОА), действующих по логической схеме И. Ком-

бинированные РС получаются сложными, многоэлементными,

недостаточно быстродействующими.

410