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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.

11.29.

Реле с четырехугольной характеристикой:

а - структурная схема; б - характеристика реле; в - РС с общей СС

Реле сопротивления ДЗ с четырехугольной характеристикой,

выполняемое на сравнении фаз четырех величин в одной схеме

сравнения. В основу построения подобного ИО в отечественных

ДЗ положена структурная схема, упрощенно показанная на

рис.

11.29, в с одной схемой сравнения, осуществляющей одно-

временное сравнение фаз нескольких величин - в данном слу-

чае четырех.

Сравниваемые величины (в виде напряжений 1/

- (7

)

формируются, как обычно, по (11.14а):

и,

*г

1Г1Ур

+ Яг/р

-К

/К

их

;

Чр

-ь1р

= -Б1

/К

иг>

Ур + ^/з/р

= -Еъ

/К

'•

Ц11

(

р -

= К

1Г

1р(

= -^С/з/р^р

-2,) =

-2

) =

-2

) =

Ко

"V,

-Кц.

/рД^;

1Р

ьг

;

V* =

и4

+ К

иА

- 2

) = Кц

А2

;

В этих уравнениях сопротивления 2

, 2

определяют

положение особых точек ХС.

Характеристиками срабатывания у четырехугольника с

особыми точками, определяющими его форму, площадь дей-

ствия реле на комплексной плоскости К, ]Х (и соответству-

\ а"*т°

Рис.

11.30. Векторные диаграммы для реле сопротивления с четырехугольной

характеристикой:

а - при КЗ в зоне; б - при КЗ вне зоны *

ющую ей зону действия ИО на контролируемом им участке

сети),

являются четыре вершины 1, 2, 3, 4, показанные на

рис.

11.30, а. Поэтому при формировании напряжений II

- И

коэффициенты К

и1

- Ку^ и К^ - К

должны быть подобраны

так, чтобы особые точки совпадали с вершинами заданного

четырехугольника, показанного на рис. 11.30, а. Из (11.26) сле-

дует важный вывод о том, что фазные соотношения (иначе

говоря, сдвиги фаз) между векторами сравниваемых напряже-

ний 11

, Ы

, (7

, 1}

соответствуют (а точнее, равны) фазным

соотношениям между векторами (2

- 2

), (2

- Е

), (2

- 2

). Положение последних будет изменяться с измене-

нием конца вектора 2

которое зависит от режима

контролируемой сети. Для выявления фазных соотношений

- 1/

, при которых ИО должен срабатывать, рассмотрим,

как будут изменяться фазные соотношения векторов (2

- Е

),..., (2

- 2

) при повреждении в зоне действия, охваченной

четырехугольной характеристикой, когда 2

= 2', и вне ее при

= г".

Как видно из векторной диаграммы на рис. 11.30, а, в первом

случае (соответствующем КЗ в зоне действия ИО) угол а' меж-

ду крайними векторами рассматриваемой системы векторов

(разности двух сопротивлений), а следовательно, и векторов

^1 - и* всегда больше 180° (а'> л). Во втором случае, соответ-

412

а.) Ь 5) *ср *

Рис.

11.31.

Временные диаграммы функционирования схемы сравнения с реаги-

рующим органом Р01.

—

КЗ вне зоны, 6 - КЗ в зоне

ствующем КЗ вне зоны действия ДЗ (рис. 11.30, б), угол а" меж-

ду крайними векторами всегда меньше 180° (а" < л). В третьем

случае - при КЗ на границе срабатывания защиты угол а =

= 180° (на рис. 11.30 не показан). В каждом из перечисленных

случаев углы а между пучком векторов У

- У

будут такими

же,

как между пучками векторов сопротивлений. Это означа-

ет, что по фиксации факта расположения векторов У

- У

осуществляемой в схеме сравнения при а > 180°, на выходе

схемы появится сигнал о срабатывании РС (ДО), а при а < 180° -

сигнал о недействии реле (ДО).

Обнаружить отмеченные фазные различия в процессе срав-

нения фаз можно, сопоставляя знаки мгновенных значений

синусоидальных напряжений У

- У

с помощью времяимпуль-

сного метода.

Действительно, из рассмотрения диаграмм мгновенных зна-

чений сравниваемых напряжений и

- и

(рис. 11.31,6) можно

заключить, что при повреждении в зоне действия РС мгновен-

ные значения и

-и

в каждый момент полупериода Г/2 = 0,01 с

имеют разные знаки, совпадение их знаков исключается,

413

1)т

ЧАВ

Шь

птн\*

ПП •*

УФ1

УФ2

УФЗ

УФЧ

Ф1

Ф2

ФЗ

ФЧ

ФИН

РО

'пт

Рис.

11.32. Структурная схема реле сопротивления, построенная на сопоставле-

нии знаков мгновенных значений сравниваемых напряжений

так как векторы четырех напряжений всегда расположены в

обеих полуплоскостях. Если же повреждение возникло вне

плоскости, охваченной характеристикой (рис.

11.31,

а), то в

течение каждого полупериода имеет место хотя бы кратко-

временное совпадение знаков всех четырех напряжений. Та-

ким образом, по совпадению и несовпадению фаз можно вы-

явить зону КЗ и построить на этой основе РС с четырехугольной

характеристикой. Совпадение или несовпадение знаков срав-

ниваемых напряжений определяется с помощью специальной

схемы сравнения.

Функциональная схема РС с четырехугольной характери-

стикой срабатывания, построенная на сопоставлении знаков

мгновенных значений сравниваемых напряжений, приведена

на рис. 11.32. В состав схемы входят четыре устройства: проме-

жуточные измерительные трансформаторы напряжения ПТН

и тока ПТТ, сигналы с которых поступают на формирователь

сравниваемых напряжений ФИН; устройство формирования,

состоящее из четырех элементов УФ1-УФ4, образующих че-

тыре сравниваемых напряжения С/

- V

. Каждый формиру-

ющий элемент является сумматором, осуществляющим сло-

жение напряжений, поступивших с ПТН и ПТТ; частотные

фильтры Ф1-Ф4 служат для подавления высших гармоник,

появляющихся в переходном режиме при КЗ на длинных ВЛ

414

СВН (500-1150, а иногда и 330 кВ). В РС, предназначенных для

ДЗ ЛЭП 110-220 кВ, частотные фильтры могут не приме-

няться. В ФИН производится сравнение знаков мгновенных

значений сформированных напряжений

- Ы

. При одновре-

менном совпадении знаков всех четырех напряжений на вы-

ходе ФИН появляется импульс напряжения (/

с+

в течение вре-

мени их совпадения *

. В случае несовпадения знаков форми-

руется импульс 1/

нс

_ с *

нс

При КЗ в зоне действия реле знаки сравниваемых напряже-

ний различны. Отрицательный сигнал С/

нс

_ о их несовпадении

воздействует на элемент времени непрерывно в течение каж-

дого полупериода и продолжается до прекращения КЗ. По-

скольку продолжительность сигнала *

нс

> Ц ((

- уставка эле-

мента времени), то элемент времени срабатывает, и на его вы-

ходе через I = 1

появляется сигнал, означающий, что реле

подействовало. При повреждении вне зоны в течение каждого

полупериода изменения мгновенных значений и

- и

обяза-

тельно появляется положительный сигнал о совпадении зна-

ков.

Длительность сигнала о несовпадении (

нс

будет всегда

меньше Г/2, и элемент времени не успевает сработать ((

нс

< Т/2).

Принципиальная схема РС с четырехугольной характери-

стикой срабатывания, выполненная на ИМС, изображена с

некоторыми упрощениями на рис.

11.33.

Измерительный орган

построен по структурной схеме и состоит из промежуточных

трансформаторов напряжения ТУЬ и тока ТАЬ, сумматоров

А1-А4, образующих сравниваемые напряжения ^-Х^, и

устройства сравнения УС, содержащего формирователь им-

пульсов несовпадения знаков мгновенных значений сравни-

ваемых напряжений ФИН и Р01. Данное РС предназначено

для использования в сетях 110-330 кВ, поэтому частотный

фильтр не предусматривается. Все элементы схемы выполне-

ны по унифицированным схемам, описанным в

11.10.

Контролируемые напряжения и токи Ц, и

подводятся к

ТУЬ и ТАЬ, осуществляющим их преобразование, в результате

которого на выходе ТУЬ появляется напряжение Цп.

= ^п.нЦъ

а на выходе ТАЬ два разнополярных напряжения 1^

ПТ1

ПГ1

и 1/

ПТ2

-К

пт

снимаемые с зажимов Т1 и Т2 выходного де-

лителя напряжения #т

#г

(рис. 11.33). Эти напряжения по-

ступают на вход схемы каждого устройства формирования

УФ1-УФ4, выполняемых в виде сумматора на ОУ по схеме,

415

5Я/

РИС.

11.33.

Принципиальная схема реле сопротивления с четырехугольной ха-

рактеристикой

рассмотренной в

2.19. Входные сигналы проходят через спе-

циально подобранные сопротивления к инвертирующему вхо-

ду ОУ каждого сумматора по трем цепям: 1 - от ГУЬ, 2 и 3 от

ТАЬ.

В результате сложения сигналов на выходе сумматоров

(А1-А4) образуются напряжения Ц^-ИА

ПО

(П-26). Коэффици-

енты Кц и К/ в этих выражениях определяются сопротивления-

ми К и X, установленными во входных цепях сумматоров, и

параметрами промежуточных трансформаторов (их коэффици-

ентами трансформации и регулируемыми сопротивлениями К,

на которые замкнуты встречные обмотки). Значения этих ве-

личин должны выбираться так, чтобы они обеспечивали фор-

мирование Кц и К

1ь

необходимые для образования напряже-

ний 1/

- 1/

, позволяющих получить РС с заданной характери-

стикой.

Поясним, как обеспечивается формирование Кц и К/ в схе-

ме УФ. Характеристика срабатывания задается четырьмя осо-

416

Рис.

11.34. Характеристика срабатывания

реле сопротивления

П 1УЧ

+//

! \

-я

-к

;х.

\| /

2у

-;*'

\\*

1г

|| *

•-М4

*Н

быми точками 1-4, которые являются вершинами четырех-

угольника (рис. 11.34).

Положение особых точек на комплексной плоскости опреде-

ляется векторами комплексных сопротивлений 2

, Е

, 2

, Е

(рис.

11.34) и записывается в виде равенства 2

= К

+ ]Х

. Ак-

тивные и реактивные составляющие К

, Х

являются коорди-

натами особых точек. Знаки ортогональных составляющих

этих точек зависят от квадранта комплексной плоскости, в

котором расположена особая точка. Согласно (11.14) каждое

сопротивление является функцией Кц и К/ соответствующего

напряжения II

- у

(11.26). Коэффициенты Кц принимаются

равными Кц

= Кц

= Ку

- Кц

= К. Коэффициент К

реали-

зуется с помощью резистора К1, включенного во вторичную

цепь каждого сумматора, идущего с выхода ТУЬ (рис. 11.33).

Коэффициенты К

}

воспроизводятся посредством резисторов К

и конденсаторов С. Применяются два способа формирова-

ния К

}

: путем последовательного соединения К и С с включе-

нием их в цепь 2 или путем параллельного включения С в

цепь 2 и резистора

- в цепь 3.

Коэффициент К^ для формирования особой точки с 2

= К

]Х

1, расположенной в I квадранте комплексной плоско-

сти 2, реализуется цепочкой

К1

С1, подключенной между вхо-

дом 1 сумматора А1 и зажимом Т1. Коэффициент К

- для осо-

бой точки во II квадранте, где 2

= -К

}Х, реализуется цепоч-

кой К2 С2, подключаемой к выходу Т1 и резистором К2'(в це-

пи 3 сумматора А2), подключенный к зажиму Т2 (противопо-

ложной полярности). Коэффициент К

1э

, формирующий особую

дп

точку в III квадранте, где 2

= -К - ]Х

^, реализуется цепоч-

кой КЗ СЗ, подключаемой к зажиму Т2. Коэффициент К

имитируется цепочкой К4 С4, подключаемой к точке 2 сумма-

тора и к зажиму Т2, и резистором К5. Если требуется характери-

стика с а = л, то переключателем 5В1 вместо Кб включает-

ся К5. Если рассматривается направленное РС, у которого

вершина 3 характеристики срабатывания проходит через на-

чало координат 2

= О, будет равен нулю и коэффициент К^,

и к сумматору АЗ подведется только цепь напряжения от ТУЬ.

Для устранения "мертвой зоны", возникающей при Ц, = 0, и

обеспечения четкой работы реле при близком КЗ к суммато-

ру АЗ подается напряжение Е

от устройства памяти, выпол-

ненного по схеме, приведенной на рис. 11.18. При этом напря-

жение, формируемое на выходе АЗ, [/

^Ч/Ур

^п-

Выходные сигналы с сумматоров с устройства формирова-

ния УФ (рис. 11.33) в виде синусоидальных напряжений С/

- 1/

приходят на вход схемы ФИН устройства сравнения УС. На

рис.

11.33 ФИН для упрощения изображен в виде структурного

элемента. Схема ФИН представляет собой диодный селектор,

выделяющий положительные и отрицательные значения на-

пряжений [7

поступающих на его вход.

При одновременном совпадении знаков мгновенных значе-

ний четырех напряжений, характеризующем появление КЗ

вне зоны, [/

ВХ1

ВХ2

и на выходе операционного усилителя воз-

никает положительный импульс напряжения 1/

с+

. Его продол-

жительность (

равна длительности совпадения знаков в тече-

ние полупериода промышленной частоты: (

= — - *

нс

. Выход-

ной сигнал У ФИ [/

нс

_ или [7

С+

поступает на Р01.

В схемах ДЗ РС с четырехугольной характеристикой исполь-

зуется в качестве ДО II и III ступеней. При этом признано целе-

сообразным применять реагирующий орган типа Р01, осуще-

ствляющий сравнение длительности сигнала несовпадения с

заданной уставкой времени.

Реагирующий орган Р01 состоит (см. рис. 11.27, а) из двух

входных элементов диода УО!, пропускающего только поло-

жительные сигналы, и логического элемента 01; элемента за-

держки, выполненного с помощью транзистора УТ1, конденса-

тора С1, резисторов К1, К2, КЗ, диода У02; выходного элемента

02 и БЗ, работающего в режиме ключа. Логический элемент Б2

418

выдает оперативный сигнал срабатывания реле. На схему по-

дается напряжение от источника питания Е^ = + 15 В.

Работа схемы. При КЗ в зоне действия 2

< 2

С р)

на вход РО

от формирователя импульсов У

ФИ

приходит сигнал отрицатель-

ной полярности 17

нс

_ о несовпадении знаков сравниваемых

напряжений. Этот сигнал существует непрерывно в течение

каждого полупериода промышленной частоты (

нс

= Г/2, пока

длится КЗ. Как показано выше, при повреждении в зоне одно-

временное совпадение знаков всех четырех напряжений исклю-

чено.

Появление отрицательного сигнала 1/

нс

_ закрывает

диод УШ. При этом на элемент

Ю1

через резистор К4, подклю-

ченный к шинке нулевого потенциала, подается логический

сигнал 0, при котором на выходе Б1 появляется сигнал 1, запи-

рающий диод

УЮ2

на все время, пока на Р01 поступает отри-

цательный сигнал несовпадения. В течение этого времени под

действием напряжения источника питания [/

и п

= + 15 В про-

исходит заряд конденсатора С1 по контуру С1-К1-К2. По мере

заряда конденсатора С1 потенциал базы транзистора УТ1

возрастает и открытый до этого транзистор УТ1 начинает за-

крываться, что приводит к повышению потенциала эмиттера

в точке 2 и одновременно на входе логических элементов В2.

Через заданное время 1

3» Т/2, определяемое постоянной вре-

мени зарядного контура С1, К = К

+ К

, потенциал точки 2

превышает

при котором Д2 переключается, и на его выходе

возникает сигнал срабатывания РС. При появлении положи-

тельного сигнала 1/

с+

о совпадении сравниваемых напряжений,

образующемся только при повреждении вне зоны действия

РС или в режиме нагрузки, когда 2

, диод

УЭ1

открывает-

ся и пропускает на вход И1 сигнал положительного знака.

При этом на выходе И1 возникает сигнал противоположного

знака - логический сигнал 0, открывающий диод УВ2. Послед-

ний замыкает цепь контура, по которому конденсатор С1 прак-

тически мгновенно разряжается через резистор К1, УИ2 и вы-

ход И1. Входное напряжение на базе УТ1 становится меньше

напряжения на эмиттере, транзистор открывается, и входной

сигнал на логическом элементе 02 снижается до уровня нуле-

вой шинки. В результате этого на выходе инвертора И2 возни-

кает логический сигнал 1, означающий недействие РС.

Сигнал [/

с+

об одновременном совпадении знаков всех срав-

ниваемых напряжений продолжается в течение времени г

< Т/2.

419

В остальную часть полупериода (Т/2 - (

) знаки сравниваемых

величин не совпадают и на вход РО от ФИН приходит отрица-

тельный сигнал

НС

во время которого начинается заряд кон-

денсатора С1. Но так как продолжительность (

нс

< Т/2, то на-

пряжение на выходе элемента задержки (в точке 2), имеющего

уставку *

> Т/2, не успевает достигнуть значения

пор

необ-

ходимого для срабатывания реле (выходного элемента

Т>2).

Уставка срабатывания принимается с некоторым запасом,

равным 0,012-0,015 с.

11.12.

ПУСКОВЫЕ ОРГАНЫ ДИСТАНЦИОННЫХ ЗАЩИТ

Функции пусковых органов, виды

требования

к ним.

В § 11.3 отмечалось, что пусковые органы (ПО) применяются

в односистемных ДЗ, выполняемых с переключениями в цепях

тока и напряжения, а также в трехсистемных, если они имеют

один комплект ДО на две ступени ДЗ или если их ДО не от-

строены от максимальной нагрузки. Пусковые органы в этих

ДЗ выполняют следующие функции:

1) в односистемных схемах подводят при КЗ к ДО токи и на-

пряжения поврежденных фаз для правильного определения

положения места повреждения;

2) в схемах с одним комплектом ДО для I и II ступеней про-

изводят переключения, необходимые для изменения уставки

срабатывания при КЗ за пределами I зоны;

3) не позволяют ДЗ действовать на отключение в нормальном

режиме, если для повышения чувствительности к КЗ ее ДО

недостаточно отстроены от нагрузки;

4) при необходимости осуществляют пуск элементов времени

II и III ступеней;

5) выполняют роль ДО резервной (обычно III) ступени ДЗ.

Все ПО должны удовлетворять трем основным требованиям:

обладать достаточной чувствительностью в пределах заданной

зоны действия, иметь надежную отстройку от

тах

и, по

воз-

можности,

не

действовать

при

качаниях.

односистемных

ДЗ

ПО

должны четко определять,

на

каких фазах возникло

КЗ,

зависимости

от

этого подводить

к ДО

напряжение

и ток,

обеспечивающие его правильное действие.

В качестве

ПО

применяются токовые реле, реагирующие

на фазные токи. Необходимость отстройки

ПО от

нагрузки

ограничивает чувствительность

ДЗ при КЗ,

особенно

на

ДЛИН-

АМ