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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.

12.7. Структурная схема пускового органа УБК

Устройство состоит из измерительных (пусковых) органов

и логической части. Измерительный орган имеет два пусковых

органа (рис. 12.7):

основной ПО 1

, реагирующий на приращение тока обратной

последовательности, рассчитанный на действие при всех ви-

дах КЗ, сопровождающихся появлением составляющих 1

;

дополнительный ПО 1

, реагирующий на приращение состав-

ляющей тока прямой последовательности Д1

/А^.

Дополнительный орган предназначен для обеспечения

(3)

надежного действия УБК при К , если из-за отсутствия или

малого значения 1

основной ПО 1

не подействует.

Структуру ПО и принцип выделения аварийной составляю-

щей рассмотрим на примере основного комплекта ПО 1

. То-

ки защищаемого объекта, получаемые от измерительных ТТ,

преобразуются в промежуточном трансформаторе тока ПТТ

и поступают на вход фильтра обратной последовательности Ф2,

на выходе которого появляется напряжение, пропорциональ-

ное составляющей обратной последовательности тока защи-

щаемой линии

\3ф2

= к1

. С выхода Ф2 сигнал поступает на

блок выделения БВ1, осуществляющий выделение приращения

вектора тока 1

(или пропорционального ему напряжения к1

имеющего место при появлении КЗ.

471

Схема блока БЫ состоит из двух параллельных цепей -

инерционной цепи ИЦ1 и безынерционной цепи БИЦ1, сумма-

тора I, осуществляющего сложение сигналов, поступающих

с указанных цепей. Инерционная цепь содержит активный по-

лосовой фильтр Ф

, замедляющий прохождение синусоидаль-

ного сигнала промышленной частоты, поступающего на его

вход на 0,01 с (время половины периода синусоидального тока

с частотой / = 50 Гц) и одновременно инвертирующий фазу

сигнала на 180°. Безынерционная цепь (БИЦ) передает сигнал

без задержки (мгновенно) и без изменения фазы, так как цепь

имеет только активное сопротивление К (X = 0). Сигналы це-

пей поступают на сумматор I.

Параметры схемы подобраны так, чтобы в установившемся

режиме (после затухания переходного процесса в полосовом

инерционном фильтре Ф

) выходные сигналы обеих цепей были

равны и противоположны по фазе. При этом условии выходной

сигнал сумматора будет пропорционален разности входных

сигналов С/

Вых

к'(к1

к1

{1)),

т. е. будет равен нулю. Это озна-

чает, что в нормальном режиме, когда по защищаемой линии

проходит ток нагрузки (при котором 1

* 0), выходной сигнал

Ф2 к1

будет равен небалансу, обусловленному погрешностями

измерительных ТТ и самого фильтра. Сигнал на выходе блока

приращения БВ1 при этом будет отсутствовать, и, следова-

тельно, небаланс в нормальном режиме не будет влиять на

работу ПО. При скачкообразном увеличении напряжения [7

на выходе фильтра Ф2 с к1

до кГ

новое напряжение поступит

на вход сумматора по безынерционной цепи практически

мгновенно, а так как в инерционной цепи сигнал не может

измениться скачком, то он останется неизменным: к1

{1).

Поэтому в первый момент переходного процесса на выходе

сумматора появится сигнал, пропорциональный разности вход-

ных напряжений кГ

к1

(1)

= кА1

. Таким образом, благодаря

наличию инерционной цепи схема БВ1 выделяет приращение

входного вектора. По мере затухания переходного процесса

/с/

(0 будет нарастать и через I = 0,01 с достигнет нового уров-

ня

к1

(г),

при котором кА1

станет равной нулю.

Однако схема БВ1 имеет недостаток - в режиме качания то-

ки качания достигают больших значений, изменяется частота

тока/

ф 50 Гц, что приводит к резкому увеличению амплитуды

тока небаланса, а из-за отклонения частоты меняется частот-

ная характеристика полосового фильтра Ф

. В результате на-

472

рушается равенство токов, поступающих на вход сумматора Е,

и на его выходе появляется напряжение небаланса, от кото-

рого необходимо отстроить ток срабатывания ПО (т. е. снизить

его чувствительность). Чтобы исключить ложное действие при

качаниях от /

нб

и не снижать чувствительности УБК, возникла

необходимость введения дополнительного блока БВ2. Он со-

стоит из двухполупериодного выпрямителя У81 и двух реаги-

рующих элементов: чувствительного РЭ1 и более грубого

(в 1,5-2 раза) РЭ2. Выпрямительный мост используется как

селектор прошедших через выпрямитель положительных (+)

и отрицательных (-) сигналов (полуволны синусоидального

напряжения, поступающие с выхода сумматора на вход выпря-

мителя). На вход 1 моста У81 сигнал сумматора поступает

непосредственно без изменения фазы, а по второй цепи на

вход 2 моста сигнал сумматора идет через инвертор ИС с из-

менением фазы на 180°. По абсолютному значению оба сигнала

одинаковы. Как видно из рис. 12.7, выпрямленные сигналы

положительного знака собираются на нижней шинке моста п

(отмеченной знаком "+"), на верхнюю шинку т (обозначенную

знаком "-") приходят сигналы отрицательной полярности.

Выходные цепи выпрямителя с отрицательной шинки прихо-

дят на входы

РЭ1 и РЭ2 без задержки и соответствуют выход-

ному сигналу сумматора. На те же входы 1 приходит выпрям-

ленный сигнал с положительной шинки У81 с задержкой по

времени, определяемой постоянной времени контура КС в

цепи ИЦ2. В эту же точку приходит опорное напряжение + 11

оп

снимаемое с делителя напряжения положительного знака,

определяющее напряжение срабатывания ПО.

В нормальном установившемся режиме сигналы, поступаю-

щие с шинок моста "+" и "-", уравновешиваются, поскольку

они равны по значению и противоположны по знаку. Поэтому под

действием + (7

0П

на выходе реагирующих элементов дежурят

отрицательные сигналы, означающие, что ПО не работает и

быстродействующие ступени заблокированы, независимо от

уровня небалансов, а также от значения 1

нагрузки.

При КЗ происходит скачкообразное изменение сигнала, по-

являющийся ток КЗ на выходе сумматора поступает на выпря-

мительный мост. Соответственно мгновенно возрастает на-

пряжение на отрицательной шинке выпрямителя, и этот сиг-

нал поступает на входы 1 РЭ1 и РЭ2. Положительный сигнал

в точке п выпрямительного моста в первый момент КЗ оста-

473

ется неизменным, а затем плавно нарастает по мере заряда

конденсатора контура КС. В результате, при достаточном зна-

чении скачкообразного приращения сигнала отрицательного

знака, сумма сигналов на входах 1 реагирующих элементов

имеет отрицательный знак. При этом на их выходе появляет-

ся сигнал положительного знака, передающий на логическую

часть через диоды УЛ1,

УЮ2

сигнал о срабатывании ПО УБК.

При К работают оба ПО /

и I,, а при отсутствии несиммет-

рии действует только дополнительный ПО /

, реагирующий

на скачкообразное появление составляющей прямой последо-

вательности.

В режиме качаний на вход У51 с выхода сумматора поступа-

ет медленно изменяющееся переменное напряжение неском-

пенсированного небаланса. Параметры схемы подобраны так,

что возникающий при этом отрицательный сигнал на У51 бу-

дет меньше положительного с учетом опорного напряже-

ния ^

оп

. Поэтому на выходах РЭ возникнут сигналы отрица-

тельного знака, при которых логическая схема не работает

(иначе говоря, ПО не действует).

Применение блока БВ2 позволяет надежно отстроиться от

небаланса при качаниях и сохранить высокую чувствитель-

ность ПО.

Дополнительный ПО 1

выполнен и работает аналогично,

но его входной ток поступает с фильтра Ф1.

Принципиальная схема ПО, реагирующего на резкое прира-

щение тока

(Д/

/А0,

приведена на рис. 12.8. Участки схемы,

соответствующие структурным элементам схемы на рис. 12.7,

выделены пунктирным контуром и обозначены так же, как и

на структурной схеме.

Фильтр ОП (фильтр Ф2 на рис. 12.7) выполнен на операцион-

ном усилителе (ОУ) А1 (рис. 12.8) с частотным фильтром ФВЧ

в цепи обратной связи по схеме, рассмотренной в гл. 2, для

ограничения прохождения высших гармоник, искажающих ра-

боту ПО.

Принципиальная схема блока БВ1 (БВ1 А/

на рис. 12.8),

выделяющего приращение 7

(Д/

/ДГ) на переменном токе,

состоит из суммирующего усилителя АЗ, выполненного на ОУ,

и инвертирующего частотного полосового фильтра Ф, настроен-

ного на рабочую частоту 50 Гц. Фильтр Ф представляет собой

инвертирующий ОУ А2, в цепи обратной связи которого вклю-

474

Д7.7

68 41,

В1.2

Рис.

12.8. Принципиальная схема пускового органа устройства блокировки при качаниях на основе операционных усилите-

лей

чен фильтр по схеме двойного Т-образного ЙС-моста. Рассмат-

риваемый фильтр Ф является инерционным элементом, замед-

ляющим прохождение быстро изменяющихся сигналов вслед-

ствие наличия конденсаторов в цепи обратной связи (линия

задержки).

Как видно из схемы на рис. 12.8, входной сигнал, приходя-

щий с фильтра Ф2 в виде напряжения

\3ф2

= к1

, поступает на

вход усилителя АЗ по двум параллельным ветвям через

безынерционную ветвь с резистором

К11

и через инерционную -

с фильтром Ф. Сигнал, проходящий через фильтр Ф, инверти-

руется и всегда имеет знак, противоположный сигналу, прохо-

дящему по безынерционной цепи через резистор К11. На входе

усилителя АЗ оба сигнала суммируются с учетом их знаков:

ПАЗ

—

^к^г - кф^2> где кц1

и кф1

- сигналы, проходящие через

АЗ и Ф соответственно. Параметры схемы выбираются так,

чтобы кр

кф

к.

Работа схемы БВ1 (рис. 12.8). При симметричной на-

грузке с Ф2 приходит сигнал в виде напряжения небаланса

УФ2

= ^нб.

несимметричной Ьф2 = к1

2и

. В обоих случаях

(Уф2 изменяется относительно медленно, и сигналы, проходя-

щие по каналу

К11

и Ф, поступают на вход АЗ практически од-

новременно. Их алгебраическая сумма (при частоте 50 Гц)

близка к нулю. Поэтому выходной сигнал сумматора АЗ от-

сутствует: 1/Е = 0. Следовательно, при принятой схеме неба-

ланс,

возникающий в нормальном режиме, не создает напря-

жения на выходе схемы БВ1 и поэтому практически не влияет

на работу ПО.

При качаниях Иф2 на выходе фильтра Ф2 возрастает

в результате увеличения небаланса, вызванного ростом фазных

токов, а также из-за изменения частоты токов качания, на-

рушающей балансировку элементов фильтра задержки Ф, по-

добранных для работы с частотой 50 Гц. Помимо этого из-за

изменения частоты в энергосистеме меняется 2ф - сопротив-

ление фильтра Ф, а следовательно, и коэффициент усиления

усилителя А2, что порождает различие токов в инвертирующей

и неинвертирующей ветвях. В результате этого сумма токов,

приходящих на И-вход сумматора АЗ, отличается от нуля. На вы-

ходе сумматора появляется напряжение

11%

= -

- /ф)2ф.

Влияние этого напряжения на работу ПО устраняется в схе-

ме БВ2.

476

При возникновении КЗ (К , К ив первый момент

(3)

К ) выходное напряжение фильтра Ф2 11

ф2

изменяется скач-

ком от предшествующего значения до 1/ф2к

^гк

за

счет по-

явления составляющей ОП 1

2К

в токе /

. В этом случае сигнал,

проходящий по ветви с инерционным фильтром Ф, поступает

на суммирующий усилитель с некоторой задержкой времени

А( * 0,01 с. До появления этого сигнала на входе АЗ присут-

ствует сигнал

кц1

2К

пришедший без замедления через рези-

стор К11. В результате этого в течение времени задержки сиг-

нала Дг, поступающего от фильтра Ф, на выходе усилителя АЗ

появляется сигнал (напряжение) [/дз> пропорциональный

приращению входного напряжения

{/ф2/е#/

(г),

или, иначе

говоря, пропорциональное приращению /

2К

Такое выделение составляющей ОП при КЗ обеспечивается

благодаря принятой схеме передачи сигналов с выхода фильтра

Ф2 по двум параллельным ветвям с наличием в одной из них

замедляющего и инвертирующего элемента А2.

Схема БВ2 выделения Д/

на выпрямленном токе (рис. 12.8)

имеет в своем составе диодный двухполупериодный выпрями-

тельный мост У52, используемый в качестве избирателя поло-

жительных и отрицательных сигналов; инвертирующий опе-

рационный усилитель А4 с коэффициентом передачи кц = 1,

являющийся повторителем входногр сигнала с изменением

его знака, т. е. работающего как инвертор; инерционный эле-

мент в виде цепи КС для замедления передачи сигналов поло-

жительного знака выпрямителя У81. В режиме качаний неком-

пенсированный небаланс в виде сигнала

11%

поступает с выхода

предыдущей схемы БВ1 в точку 1 и через инвертор А4 в точ-

ку 2 выпрямительного моста У51. Оба сигнала имеют одинако-

вое значение

11%,

но различную полярность вследствие нали-

чия в цепи 2 инвертора А4. Выпрямленные сигналы (пульси-

рующие с двойной частотой) снимаются с точек 3 и 4 У51.

На выходе 3 выпрямителя У51 выделяются сигналы отрица-

тельного знака [/

, а в точке 4 - положительного [/

. В каж-

дый момент времени их абсолютные значения равны и пропор-

циональны сигналам сумматора С^;, поступающим на входы 1

и2 моста У52|С/з

| = |^

| = к\и

Сигналы отрицательной полярности [/

через резисторы

К18 и К22, а положительной полярности 1!

через инерцион-

477

ный элемент КС, резисторы К20 и

К21

подаются для сравнения

на элементы И компараторов А5 и А6 соответственно. Эти

компараторы являются реагирующими элементами ПО РЭ1

и РЭ2.

Элемент РЭ1 выполняется в 2-3 раза чувствительнее грубо-

го ПО РЭ2. Это достигается подбором сопротивлений резисто-

ров

К18,

К19,

К20 и

К21.

Они выбираются с таким расчетом, что-

бы при качаниях положительный сигнал, приходящий на ин-

вертирующие входы А5 и А6 был больше отрицательного:

\У(+)\

> 1^г-)1

Прохождение положительного сигнала [Л ., при

скачкообразном его появлении, замедляется на время, необ-

ходимое для заряда конденсатора С до установившегося зна-

чения (У,

) напряжения. При медленном изменении входного

сигнала положительный сигнал проходит без задержки (ско-

рость заряда конденсатора соответствует скорости измене-

ния С/

(+)

Для переключения компаратора на его вход 1 должен посту-

пить сигнал отрицательного знака, превосходящий по абсолют-

ному значению опорное напряжение Ы

оп

положительного

знака. Последнее поступает от делителя напряжения

К16,

К17,

включенного на источник питания Е

между полюсами + 15 В

В.

Работа схемы БВ2. В нормальном режиме энергосисте-

мы (при отсутствии КЗ и качаний), когда на выходе сумматора

схемы БВ1 Ц. = 0 (небаланс скомпенсирован),

ВЫХ

БВ1

О-

Под действием положительного напряжения, поступающего

через резисторы на вход И компараторов А5 и А6 (см. рис. 12.8),

на выходе дежурит отрицательное напряжение Ц,

ыхтах

, при

этом диоды УБ2 и

УЮ4

заперты; ПО, а следовательно, и УБК

не действуют. В режиме качаний на вход выпрямителя

У51

схемы БВ2 от сумматора схемы БВ1 поступает медленно из-

меняющееся переменное напряжение нескомпенсированного

небаланса ([/

= Г/

нб

). Возникающие при этом напряжения на

выходе У51 II,-, и

11,

приходят на зажимы И А5 и А6 одно-

временно, и, так как

Ц^

Ц_^ |, на входе обоих компара-

торов появляется положительный сигнал, равный разности

[/(+) - Щ-), при котором на их выходе возникает напряжение

отрицательного знака. Под воздействием последнего диоды

УД2 и УИ4 запираются и на выходе логических элементов

Б1.1 и 01.2 появляется логический сигнал 1, означающий, что

ПО не действует.

Таким образом, с помощью рассмотренной схемы БВ2 устра-

няется влияние медленно изменяющихся сигналов, возни-

кающих при качаниях и асинхронном ходе, на работу ПО:

это позволяет обеспечить высокую чувствительность У КБ при

удаленных КЗ.

При возникновении несимметричных КЗ на

выходе схемы БВ1, а следовательно, и на входе схемы БВ2 не-

медленно скачком возникает напряжение (/^ = к1

2К

. В резуль-

тате этого на выходе выпрямителя У5^ мгновенно возрастают

напряжения (7

и 1/

до значения к1

2К

. С этого момента на-

чинается заряд конденсатора С, что задерживает появление

положительного сигнала Ц

) = к1

, появляющегося практиче-

ски без задержки на входе компараторов, а на их выходе воз-

никает положительный сигнал, проходящий через диоды

УЮ2-У05 на вход логических элементов ИЛИ

Ю1.1

и И 1.2. Оба

элемента переключаются, и на их выходе появляется логиче-

ский сигнал, означающий, что ПО блокирующего устройства

сработал. Сигнал о срабатывании появляется кратковремен-

но,

пока не закончится заряд конденсатора С8, после чего

будет преобладать положительный сигнал, при котором Б1.1

и Б1.2 возвращаются в начальные состояния, соответствующие

недействию ПО. Таким образом, в результате инвертирования

входного сигнала и задержки прохождения выпрямленного

сигнала Ц

ч происходит выделение составляющей ОП, появ-

ляющейся в момент возникновения КЗ. Аналогично выполнен

и работает ПО, реагирующий на составляющие прямой последо-

вательности /

Логическая схема УБК (рис. 12.9) предусматривает выполне-

ние операций (см. § 12.4). При недействии ПО (что имеет место

при нормальном режиме и при качаниях) схема обеспечивает

блокирование быстродействующих ступеней ДЗ. При срабаты-

вании ПО УБК логическая схема должна разрешать пуск бло-

кируемых ступеней на время Д^, необходимое для их срабаты-

вания с последующим выводом из работы на заданное вре-

мя ^

гот

, определяемое по (12.7). В течение этого времени по-

вторный пуск блокируемой ступени ДЗ невозможен. Для

устранения этого недостатка в данной схеме предусмотрен

повторный пуск заблокированной быстродействующей ступени

действием грубого комплекта ПО, уставка которого отстроена

от несимметрии при отключении и включении токов нагрузки.

479

ян

^I^

Р31

«-

оВЦН

ли

-м-

4[»»/

/(»»*

к и

^»Зо о И'

рт1_л П_]§

Рис.

12.9. Схема логической части блокировки при качаниях

На рис. 12.9 приведена логическая схема рассматриваемого

УБК, применяемая в ДЗ устройства ШДЭ 2801. Логические

элементы схемы выполняются с помощью типовых микросхем

И-НЕ серии К511. Элементы ВЗЛ-ВЗ.З работают по схеме И-НЕ

при одновременном появлении на их входе логического сиг-

нала 1. Элементы И2.2 и Д2.4 реализуют схему ИЛИ-НЕ при

подаче на любой из их входов логического сигнала 0. Осталь-

ные ЛЭ выполняют логическую операцию НЕ и служат для

инвертирования и усиления входного сигнала. Элементы вре-

мени

ЮТ1-ЮТЗ

выполняются по схеме с использованием кон-

тура КС. Они приходят в действие при появлении на входе ло-

гического сигнала

и возвращаются при 0.

Сигналы [7рэ1 от чувствительного реагирующего элемента

ПО УБК поступают на Б 1.2, а Ср

2 от грубого реагирующего эле-

мента на Э1.4 (рис. 12.8 и 12.9). Сигналы от РЭ1 и РЭ2 переда-

ются по четырем каналам. Канал / служит для блокирования

и пуска быстродействующих ступеней при действии чувстви-

тельного ПО (РЭ1). По каналу II производится блокирование

и пуск медленнодействующих ступеней ДЗ по команде чув-

ствительного и грубого ПО (РЭ2). Канал IV осуществляет воз-

врат схемы в состояние готовности к действию по истечении

заданного времени вывода (

гот

= 3-12 с. По каналу III пускают-

ся повторно быстродействующие ступени РЗ при срабатывании

грубого ПО.

480