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

Подождите немного. Документ загружается.

мой при положительной логике (в данном случае знаком опе-

рации И-НЕ). Для облегчения рассмотрения схемы рядом с

прямоугольником ЛЭ указана выполняемая им операция в

данной схеме, а внутри прямоугольника дается буквенное

обозначение, принятое в схемах завода-изготовителя.

В качестве элементов времени в схеме используются бес-

контактные элементы, выдержки времени которых определя-

ются временем заряда конденсаторов. В качестве исполни-

тельных элементов, выполняющих переключения в цепях от-

ключения выключателей и сигнализации, применяются гер-

коновые реле РПГ-2.

Принципы построения логической схемы (рис. 11.43). Логи-

ческая схема имеет три основных канала, по элементам кото-

рых проходят соответственно сигналы от ДО (К2) I, И, III сту-

пеней ДЗ на элементы четвертого общего выходного канала,

формирующего выходной сигнал о срабатывании ДЗ, воздей-

ствующей на отключение ЛЭП.

Канал I ступени образован из логических элементов ИЛИ-НЕ

(Р1.1У,

И-НЕ 1

(Ю2.3),

усилителя мощности в виде транзи-

стора УТ и диода УБ13. Сигнал о срабатывании этой ступени

контролируется УБК. Блокирующий сигнал УБК через элемент

ИЛИ-НЕ 3 ф5.4) поступает на вход 02.3.

Канал II ступени состоит из логического элемента ИЛИ-НЕ 2

{Л2.1),

выходной сигнал которого расходится по двум парал-

лельным цепям. Одна цепь, предназначенная для работы II сту-

пени с малой выдержкой времени, выполняется с помощью

элемента И-НЕ 2' (Ш.2), элемента времени БТ1.1 с малой

уставкой *ц и диода УП12. Эта цепь блокируется УБК, подаю-

щим сигнал через вспомогательный логический элемент

И5.4 на вход ВЗЛ. Вторая цепь состоит из элемента И-НЕ2"

(Ш.2),

элемента времени

БТ2.1,

диода УБ10.

В состав канала III ступени входят элементы ИЛИ-НЕ 3

ф2.2),

И-НЕ 3'

(Г>4.1),

элемент времени БТ2.2, диод УЮ9.

Сигналы о действии ДЗ, выходящие из I, II или III канала, при-

ходят на общую сборную шинку СШ, откуда по IV выходному

каналу, образованному из элементов Б7.2 и П4.2, поступают на

выходное промежуточное реле КЬ4. При срабатывании это ре-

ле передает команду на отключение выключателя. Прохож-

В скобках указаны обозначения элементов, принятые в схемах завода-

изготовителя.

441

дение сигналов о действии ДЗ по каналам I, II, III ступеней

возможно только при наличии разрешающих сигналов, по-

ступающих от УБК и УБН, а по выходному каналу при наличии

двух разрешающих сигналов: одного от устройства функцио-

нального контроля, контролирующего правильность поведения

элементов I, II и III каналов, и второго - от устройства, под-

тверждающего срабатывание ДО какой-либо ступени.

Все полупроводниковые элементы логической схемы и ИО

питаются напряжением ±

В, получаемым от блока пита-

ния (БП) БРЭ-2801, который имеет вывод для питания шинки

нулевого потенциала. Для питания электромеханических

реле блока отключения и сигнализации используется напря-

жение 24 В, получаемое также от БП БРЭ-2801.

Для облегчения понимания действия логической части на

входах и выходах всех элементов схемы показаны логические

сигналы (0 или 1), присутствующие на них при недействии

ДО, УБК, УБН и устройства функционального контроля, что

имеет место при нормальном режиме защищаемой сети и

исправном состоянии контролируемых элементов ДЗ.

Назначение и действие элементов схемы (рис. 11.43). Логи-

ческие элементы 01.1, Б2.1, 02.2 объединяют сигналы трех

дистанционных органов каждой ступени (по схеме ИЛИ).

В нормальном режиме на входе этих элементов присутствуют

сигналы 1, поступающие от недействующих ДО, а на их выхо-

де сигналы 0. При срабатывании ДО любой ступени на входе

упомянутых выше логических элементов (ИЛИ-НЕ) соответ-

ствующей ступени появляется логический сигнал 0, а на вы-

ходе - 1. Выходные сигналы ИЛИ-НЕ 1, 2, 3 (С

1.1,

И2.1, Б2.2

соответственно) поступают на В2.3, В3.1,

И3.2,

Б4.1. Эти элемен-

ты служат для блокирования действия ДО в нормальном ре-

жиме и при качаниях. В этом режиме на вход указанных эле-

ментов от УБК подается единичный сигнал, а при КЗ блоки-

ровка при качаниях подает сигнал нулевого уровня, разрешаю-

щий передачу сигнала о действии ДО на следующие логиче-

ские элементы (УГ и элементы времени Ш).

При исправном состоянии цепей напряжения от УБН на

вход логических элементов И-НЕ 1, 2, 2', 3' приходит сигнал 1,

разрешающий им работать. Если же в цепях напряжения возни-

кает повреждение, то УБН посылает сигнал на уровне логиче-

ского 0, запрещающий элементам И-НЕ действовать.

442

Блокировка при качаниях (УБК) имеет два выхода,

один от чувствительного Р01, второй от грубого Р02 с одинако-

вым уровнем ЛС. Эти сигналы передаются по двум разным

цепям БК1 и БКН. По цепи БК1 через вспомогательный логиче-

ский элемент 05.4 блокируется первая ступень и вторая -

с малой выдержкой времени Гц. В нормальном режиме и при

качаниях на вход элемента Б5.4, выполняющего операцию

ИЛИ-НЕ, приходит сигнал 1. При этом на выходе

Ю5.4

присут-

ствует сигнал 0, запрещающий действовать элементам И-НЕ 1

и И-НЕ 2'. При КЗ УБК приходит в действие, посылая по цепи

БК1 кратковременно (в течение ДГ = 0,2; 0,4; 0,6 с) логический

сигнал 0 на вход 05.4, последний переключается, и на его вы-

ходе возникает единичный сигнал, разрешающий элементам

И-НЕ 1 и И-НЕ 2'сработать и осуществить кратковременный

пуск I и И ступеней. По истечении времени пуска Д^, достаточ-

ного для действия I ступени, разрешающий сигнал прекраща-

ется, и по цепи БК1 на входы элементов И2.3 иИЗ.1 вновь при-

ходит блокирующий нулевой логический сигнал. Пуск ДЗ на

0,2 с недостаточен для срабатывания И ступени с малой вы-

держкой времени *

= 0,2 - 0,6 с. Поэтому в схеме предусмотре-

но продление пуска подачей с выхода элемента Б3.1 сигна-

ла 0 на второй вход 05.4. При наличии этого сигнала элемент

В5.4 (действующий по схеме ИЛИ-НЕ) продолжает выдавать

разрешающий единичный сигнал, удерживающий в сработан-

ном состоянии элемент Б3.1. Возврат Б5.4 и Б3.1 происходит

при возврате ДО II ступени в начальное состояние.

По цепи БКН УБК производит пуск II ступени, действующей

с большей уставкой *ц и III ступени - с *

. В нормальном режи-

ме и при качаниях по цепи БКП УБК посылает блокирующий

сигнал 1, а при КЗ - разрешающий сигнал 0 в течение I -

= 6 •*• 12 с. Эти сигналы поступают через вспомогательные ин-

вертирующие элементы Э6.1 и Б6.3 на вход 03.2 и В4.1. В пер-

вом режиме при отсутствии КЗ логический сигнал 0 БК запре-

щает переключение обоих ЛЭ, блокируя этим прохождение

сигналов ДО II и III ступеней. Во втором режиме (при КЗ) ло-

гический сигнал 1 разрешает переключение Б3.2 и Б4.1. По-

этому при действии ДО II или III ступени на выходе В3.2 или

Б4.1 появляется сигнал 0 о пуске соответствующей ступени.

Возможны случаи, когда БК может запуститься скорее,

чем начнет работать II или III ступень, и тогда пуск, осуще-

ствляемый БК, прекратится раньше, чем сработает блокируе-

443

мая ступень. Для исключения этого в схеме предусмотрена

подача сигнала с выхода В3.2 и В4Л на вход

Ю6.1

и Об.З, удер-

живающего их в сработанном состоянии до возврата ДО II

или III ступени.

Действие элементов схемы при КЗ. При междуфазном по-

вреждении в пределах I ступени логический сигнал 0, возни-

кающий при этом на выходе блокирующего элемента Э2.3,

поступает на диод

УЮ13,

последний открывается, и логиче-

ский сигнал 0 о срабатывании I ступени ДЗ появляется на

входе

Ю7.2

выходного канала IV (рис. 11.43).

При КЗ в пределах II и III ступеней выходные сигналы с

И3.2 (или И3.1) и В4Л поступают соответственно на элементы

времени БТ1.1 (или ОТ2.1 и

ЮТ2.2).

По истечении установлен-

ных на них выдержек времени

1\\

(или *п), *щ на входе каждого

элемента времени появится неинвертированный сигнал О

в виде напряжения

11%

= 1 •*• 1,5

В.

Под действием этих сигна-

лов принимающие их диоды У09-УП11 открываются, и сигналы

о действии II или III ступени приходят на диодную сборную

шинку

СШ.

Диоды У09-УБ13 установлены для разделения це-

пей, по которым приходят сигналы. При отсутствии КЗ на ка-

тодных входах диодов УИ9-У013 присутствуют единичные ло-

гические сигналы, полученные с выходов элементов времени

и транзистора УТ I ступени, поэтому все диоды заперты, а на

сборной шинке СШ дежурит сигнал 1 в виде напряжения

=» 13

В,

получаемого от источника питания полупроводнико-

вых элементов через УБ5 и КЗ. Со сборной шинки СШ сигнал

поступает на выходной элемент Б4.2 через элемент ИЛИ-НЕ

.07.2,

осуществляющий инвертирование входного сигнала.

Выходной элемент В4.2 воздействует на промежуточное ре-

ле КЬ4. В нормальном режиме на выходе В4.2 дежурит сигнал 1

в виде

С7

= +

В,

поэтому КЬ4 не действует.

При появлении сигнала о срабатывании ДЗ на выходе Б4.2

возникает сигнал 0 в виде напряжения 17° = 0,3 В. На обмотке

КЬ4 появляется напряжение V = Е

-V

, реле срабатывает,

передавая сигнал о срабатывании ДЗ на блок управления,

выходное реле которого РП-220 подает команду на отключе-

ние выключателя.

Из схемы видно, что сигнал о действии любой ступени ДЗ,

поступающий с выхода 07.2 в виде логического сигнала 1 на

вход

Ю4.2,

может пройти на КЬ4 при условии, что на два других

входа П4.2 придут сигналы 1 от Б7Л (на схеме не показан)

и И4.3*, которые являются выходными элементами двух

устройств, контролирующих правильность функционирования

элементов схемы.

Функциональный контроль комплекта дистанционной за-

щиты основан на следующем положении. При правильном

функционировании элементов устройства релейной защиты

(любой) сигнал, соответствующий срабатыванию ее измери-

тельных и логических органов, не может продолжаться в те-

чение времени, превышающего время действия наиболее

медленно работающей III ступени защиты или время вывода

из действия защиты блокировкой при качаниях {УБК), имею-

щей выдержку времени *

ср тах

. Поэтому если появится сигнал

о срабатывании с большим временем: *

ср

сртах

то это озна-

чает, что какой-то элемент схемы защиты неисправен.

В данной схеме ДЗ контролируется длительность сигнала

(с помощью специального элемента времени) на выходе логи-

ческих каналов I, II, III ступеней, чем осуществляется конт-

роль ДО и всех логических элементов каждого из названных

каналов, а также длительность выходного сигнала УБК (БК1

и БКП) и УБН.

Основным элементом схемы контроля является логиче-

ский элемент й1.2*, выполняющий функции ИЛИ-НЕ. На его

вход приходят сигналы о срабатывании, получаемые с диод-

ной сборки (УБ9-У013) через диод УИ5, два сигнала от УБК

и сигнал УБН. Выходной сигнал И 1.2* действует на орган вре-

мени -ОТ4, работающий с выдержкой времени 10-13 с: 1

ОТ

4 >

Чи,

(

УБК

*УБН-

При срабатывании орган времени приводит

в действие логический элемент Б4.3*, который блокирует дей-

ствия выходного элемента Б4.2 и пускает промежуточное ре-

ле КЬЗ, подающее соответствующий сигнал о действии функ-

ционального контроля (ФК).

В нормальном режиме все четыре сигнала на входе И1.2*

ИЛИ-НЕ имеют уровень сигнала 1, при этом на выходе присут-

ствует сигнал 0, элемент времени БТ4 не действует, и на вхо-

де Б4.2 дежурит сигнал 1, разрешающий выходному элемен-

ту действовать, если на его вход поступит сигнал о срабаты-

вании ДЗ.

При появлении хотя бы одного логического сигнала 0 на

входе 01.2* элемент переключается, на его выходе появляет-

ся сигнал 1, приводящий в действие элемент времени БТ4.

При правильном функционировании всех элементов ДЗ и от-

--- - -М5

ключении с заданным временем элемент БТ4 не успеет срабо-

тать,

так как уставка времени БТ4 выбирается больше време-

ни,

установленного на ДЗ. В этом случае на выходе В4.3* со-

хранится сигнал 1, разрешающий сработать В4.2 при появлении

сигнала

(о срабатывании ДЗ) на третьем входе

Ю4.2.

Если же сигнал о действии ДЗ или УБК был ложным, то

элемент времени йТ4 сработает, на его выходе появится сиг-

нал 1, И4.3* переключится и пошлет сигнал 0 о неисправности

в схеме ДЗ на вход Э4.2. На выходе последнего сохранится

сигнал 1, не позволяющий КЬ4 сработать. При этом реле КЬЗ,

получив сигнал 0, подействует и подаст сигнал о неисправ-

ности.

Кроме функционального предусмотрен тестовый контроль,

позволяющий обслуживающему персоналу проверять правиль-

ность действия всех ступеней ДЗ без подсоединения испыта-

тельных устройств. Проверка осуществляется нажатием пере-

ключателей, которые приводят в действие ДО всех ступеней

всех фаз и связанные с ними элементы ЛЧ. Предварительно

с помощью специального блока ДЗ выводится из работы, при

этом размыкаются цепи отключения и производится образо-

вание цепей, необходимых для проведения тестового конт-

роля.

Для упрощения на рис. 11.43 не показаны некоторые эле-

менты, выполняющие вспомогательные функции, и их связи

с рассматриваемой схемой. К ним относятся: ускорение дей-

ствия II и III ступеней; возможность передачи с помощью

ВЧ-канала от I ступени ДЗ импульса, разрешающего отключе-

ние ЛЭП с противоположной стороны с

= 0 с и получение ана-

логичных сигналов по ВЧ-каналам с противоположного конца

защищаемой ЛЭП; продление действия I ступени от II при

близких трехфазных КЗ, когда ДО I ступени срабатывает

"по памяти"; сигнализация о действии каждой ступени и схе-

ма подачи команд на отключение выключателей.

Конструктивно ДЗ типа ШДЭ-2801 состоит из двух кассет

А1 и А2, закрепленных на металлическом каркасе шкафа

ШДЭ-2801.

В кассете А1 размещается блок питания БРЭ-2801,

осуществляющий питание оперативных цепей и полупровод-

никовых элементов ДЗ. В кассете А2 расположены осталь-

ные блоки ДЗ. В этом же шкафу расположена третья кассе-

та АЗ, в которой находятся блоки МТЗ НП.

446

Технические данные ДЗ ШДЭ-2801. ДЗ предназначена для

работы в диапазоне температур окружающего воздуха от -10

до +45 °С Время действия I ступени при КЗ - не более 0,03 с.

Мощность, потребляемая цепями переменного тока, 5

В •

на фазу; цепями переменного напряжения, подключенными

к обмоткам ТН, соединенным в звезду, 4

В •

А на фазу; цепя-

ми подключенными к обмотке разомкнутого треугольника,

В •

А. Относительная основная погрешность по сопротивле-

нию срабатывания ДО всех ступеней не превышает ± 10%.

Относительная дополнительная погрешность, обусловленная

изменением температуры окружающего воздуха в пределах

от -10 до + 45 °С, не превышает ± 5%. Коэффициент возвра-

та ДО всех ступеней - не ниже 1,05. Защита работает правиль-

но при изменении напряжения постоянного тока от -20 до

+ 10%

ном

Защита не срабатывает ложно при воздействии

ВЧ-помех, имеющих форму затухающих колебаний частоты

1 МГц.

Разновидности ДЗ, выпускаемых ЧЭАЗ на ИМС. Помимо ДЗ

ШДЭ-2801 завод выпускает ДЗ типа ШДЭ-2802, которая состоит

из двух комплектов: основного и дополнительного резервного.

Основной комплект выполняется так же, как и ДЗ ШДЭ-2801,

резервный комплект состоит из двухступенчатой ДЗ. В схеме

ДЗ предусмотрено разделение основного и резервного комп-

лектов по цепям тока, напряжения и оперативного тока.

Для ЛЭП 500-750 кВ ЧЭАЗ выпускает ДЗ типа ПДЭ-2001,

которая имеет три ступени, УБК и УБН. Схема ДЗ построена

с учетом интенсивных переходных процессов, возникающих

при коммутациях и КЗ на протяженных ЛЭП.

Для сетей 35 кВ с изолированной нейтралью выпускается

односистемная трехступенчатая ДЗ типа ШДЭ-2701 с токовы-

ми ПО. Для ЛЭП 10 и 35 кВ изготавливаются ДЗ типа ДЗ-10

с зависимой характеристикой выдержки времени. В качестве

самостоятельных ИО для сетей ПО и 220 кВ выпускается

комплект из трех ДО БРЭ-2801.

11.18.

ВЫБОР УСТАВОК ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ

Ниже рассматривается выбор характеристик трехступенча-

той ДЗ на примере участка сети с одиночными ЛЭП, показан-

ного на рис. 11.44. Выбираются уставки ДЗ А, уставки ДЗ В и С

принимаются заданными. Характеристики согласуемых защит

1в

I,,

-»1

а)

*/•

1="

и ^

йг

&г

2и

лг

^ '•ПА

>в 1ц К'

2пл

лг

1пв

1щл

?Ш/1

6)2

Рис.

11.44. Участок сети, защищаемый дистанционной защитой А (а) и изобра-

жение характеристик выдержек времени дистанционных защит в осях (б)

Рис.

11.45. Согласование характеристик дистанционных защит А и В двух смеж-

ных ЛЭП

^з = 1(2) изображаются графически на диаграмме в осях 2, I

(рис.

11.44,6). На оси 2 откладываются первичные сопротив-

ления прямой последовательности 2

участков сети.

При выборе сопротивления срабатывания ДО необходимо

учитывать погрешности, вызывающие отклонение 2

СЗ

от при-

нятой уставки 2

. Действительное значение 2

СЗ

= 2

± А2.

На значение А2 влияют погрешности ДО, ТН и ТТ. В расчетах

принимается Дтт = -ОД; Дтн = ± 0,05; Дд

= ± 0,1. Помимо этих

погрешностей вводится запас, учитывающий погрешности

расчета и регулирования уставок. Расчет сопротивлений сра-

батывания удобнее вести в первичных величинах ([/

, 1

, 2

)

с последующим пересчетом выбранных уставок на вторичную

сторону.

Первая ступень защиты. Время срабатывания I ступени ^

определяется собственным временем действия ИО и элемен-

тов ЛЧ ДЗ (Ц = 0,02 -*• 0,1 с). Сопротивление срабаты-

вания 2\ выбирается из условия, чтобы ДО этой зоны не мог-

ли сработать за пределами защищаемой ЛЭП (Н

на рис. 11.44):

1А = к'2

1К1

к'2

1уп

АВ

(11.34)

где 2

- первичное сопротивление прямой последователь-

ности защищаемой ЛЭП И

; к - коэффициент, учитывающий

тн

и Ддо> могущие вызвать увеличение 2

1А

(к'= 0,85 + 0,9);

1уц

-удельное сопротивление ЛЭП; 1

АВ

-длина И\.

А4$

Из (11.34) следует, что длина I зоны ^ = (0,85

-*-

0,9)1

д.

Вторая ступень защиты служит для защиты с минимально

возможной выдержкой времени 1ц участка защищаемой ЛЗП,

не вошедшего в зону I ступени. Сопротивление срабатывания

2ц

и выдержку времени *ц отстраивают от быстродействую-

щих РЗ трансформаторов и ЛЭП, отходящих от шин противо-

положной подстанции (рис. 11.44).

Выдержка времени выбирается

Ч\А

Чв

Ы, (П.35)

где

1\в

- максимальное время действия быстродействующих РЗ

следующего участка

(1\в

= 0,1 с),

А*

= 0,3

•*

0,5 с.

С учетом этого *цд = 0,4 + 0,6 с. Если на ПС В имеется УРОВ

(см. гл. 21), то ГЦА = ^ш + *УРОВ +

Для согласования с линейными РЗ II зона должна быть от-

строена от самой короткой I ступени на следующем участке

(2\ъ).

Вторая зона должна быть отстроена от точки К\ т. е. от

конца I зоны ДЗ В с учетом ее сокращения, аналогично тому

как отстраивалась I зона этой же ДЗ (рис. 11.45). Отсюда, счи-

тая,

что источник В отключен:

ПА

= к'(2

+ к"21в) =

к'2

1уа

АВ

к"1

К1),

(П-36)

где к" - коэффициент, учитывающий сокращение 2

1В

на А2,

принимается равным 0,9; к' - коэффициент, учитывающий

возможное увеличение 2

аА

в результате погрешностей ДО

II зоны ДЗ А (к'= 0,85

-*•

0,9); 1

АВ

и 1

ВКх

- см. рис. 11.44.

Протяженность II ступени ДЗ А 1ц

=(0,85 -е- 0,9)(1

в + 0,9/д^).

При наличии нескольких источников пита-

ния, подключенных к шинам противоположной подстанции,

расчет 2ц необходимо вести с учетом подпитки места КЗ то-

ком /

от дополнительного источника В.

Сопротивление в месте установки ДЗ А, подводимое к ее

зажимам:

= 2

1у

д(?дв +к

ВК1

), (11.37)

где к

К2

К1

- коэффициент токораспределения, показы-

лла

вающий, во сколько раз ток на поврежденном участке больше

тока, на который реагирует ДО ДЗ*.

Поскольку к

> 1, то значение 2

рА

, измеряемое ДО, превос-

ходит действительное сопротивление 2

АК1

= 2

АВ

+ 2

ВК1

Поэтому 2ц следует выбирать с учетом ожидаемой подпитки

по выражению

2ил =к'(2

+ к

к"2

1В

) =

к'г

1уд

АВ

+ к

к"1

1В

). (11.38)

Здесь 2\

, к', к"- такие же величины, как в (11.36); к

- ко-

эффициент токораспределения**, равный

К2

^К1

РИ повреж-

дении в конце I ступени ДЗ В.

Для отстройки от КЗ за трансформаторами

Т ПС В с учетом токораспределения II ступень ДЗ А должна

удовлетворять условию:

Хил = к'{2

+ к

„,,-„),

(11.38а)

где

тт

- сопротивление наиболее мощного трансформато-

ра на ПС В с учетом его изменения (по данным завода); к' -

то же, что в (11.34). При определении к

для расчета уставки

пА

по (11.36) и (11.38) следует исходить из реально возможно-

го режима сети и источников питания. За окончательное зна-

чение 2

принимается меньшее из двух по (11.38) и (11.38а).

Выбранное 2

11А

проверяется по условию надежного действия

при КЗ на шинах ПС В. Согласно ПУЭ:

^ч

пА

/г

К1

Для ЛЭП с сопротивлением 5-20 Ом следует стремиться,

чтобы к

3»

1,5-5-2,

так как при малом к

ДЗ на ЛЭП с неболь-

шим сопротивлением могут отказывать при КЗ через В

* Принимается, что /

К1

, 1

К2

, 1

КЭ

не имеют сдвига фаз, в действительности

же такой сдвиг возможен за счет различия фаз ЭДС Е

и Е

и углов сопротив-

ления 2

, 2

и 2

В-

В приведенных выше выражениях 2ц

(11.36) и /с

(11.38) определяются

как отношение тока, проходящего по поврежденному присоединению, к току

ДЗ А, при этом к

> 1. В руководящих указаниях принимается отношение то-

ка в рассматриваемой ДЗ к току в поврежденном присоединении, при этом

к'

< 1п входит в формулы (11.36) и (11.38) в виде множителя 1/к%.

450