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

Подождите немного. Документ загружается.

Логические сигналы, присутствующие на входе и выходе

элементов схемы в исходном режиме (при недействии ПО),

обозначены цифрами 0 и 1, логические сигналы, появляющие-

ся при срабатывании ПО изображены подчеркнутыми снизу

цифрами Ои 1.

В исходном режиме схемы на входах 01.2 и Б1.3 присутству-

ют логические 1, а на их выходах логические 0. При этом на

выходных элементах логической схемы Б3.1, В3.2 и ИЗ.З дежу-

рят логические сигналы, блокирующие действие всех ступе-

ней РЗ.

Ниже рассматривается работа схемы.

Ввод быстродействующих ступеней защиты на время Д( =

= 0,2 - 0,6 с с последующим выводом их. При срабатывании

чувствительного ПО РЭ1 на входе элемента В1.2 появляется

кратковременно логический сигнал 0, а на выходе 1. Этот еди-

ничный сигнал (см. рис. 12.9) поступает на три элемента кана-

ла /: Б3.1, ВТЛ,

Ю1.1.

Логический элемент Б3.1 (выходной эле-

мент канала /), выполняющий операцию И-НЕ, получив на

свой второй вход сигнал

преключается и на его выходе появ-

ляется сигнал 0, осуществляющий пуск быстродействующих

ступеней (/с

{

= 0 и II с г< 1,2 с) по цепи 1.

Одновременно приходит в действие элемент времени ОТ.1.

Он срабатывает с установленной выдержкой времени Д*

(0,2;

0,4;

0,6 с), на его выходе возникает сигнал 1, который через

инвертирующий элемент Б2.1, поступает на первый вход Б3.1

в виде логического 0. При этом

Ю3.1

возвращается в начальное

состояние, на его выходе появляется логический сигнал 1,

прекращающий пуск быстродействующих ступеней и блоки-

рующий их действие.

На выходе Б1.1, после получения единичного сигнала от

Б1.2,

возникает нулевой сигнал, поступающий на входы И1.2

и Б2.4. Как видно из рис. 12.9 под воздействием этого сигнала

элементы Б1.2 и И1.1 самоудерживаются в сработанном состоя-

нии и продолжают пуск схемы после исчезновения кратковре-

менного сигнала от РЭ1

. Этим обеспечивается, во-первых,

продление пуска быстродействующих ступеней на время Д*,

необходимое для их срабатывания и, во-вторых, по истечении

времени Д* удерживание в сработанном состоянии элемента

Для исключения ложного срабатывания от помех сигнал на вход 01.1 по-

дается через цепь из К12 и С4, которая замедляет его прохождение на время,

превышающее длительность импульсных помех. >-]

времени ОТ.1 с сохранением на его выходе сигнала 1. При этом

на втором входе

Ю3.1

появляется нулевой сигнал, запрещаю-

щий ему переключаться и производить повторный пуск быстро-

действующих ступеней ДЗ.

Возврат схемы к повторному действию происходит только

после прекращения самоудерживания элементов Б1.2 и й1.1

по команде IV канала. Под действием нулевого сигнала И1.1

входной элемент канала II Б2.2 переключается, в результате

этого на выходе

Ю3.2

появляется сигнал 0, производящий по

цепи 2 пуск медленнодействующих ступеней (Я и III) ДЗ. Кро-

ме того под действием сигнала В1Л переключается элемент

И2.4 (ИЛИ-НЕ) канала IV и подает логический сигнал 1 на эле-

мент времени

ЮТ.З,

осуществляя его пуск. Через заданное вре-

мя (

гот

(3, 6, 9, 12 с) йТ.З срабатывает и на выходе Б3.4 возника-

ет логический сигнал 0. Этот нулевой сигнал через диоды

V^10 (УДЛ) поступает на вход

ЮТ.1

и на второй вход

Ю3.1

через

входы т.2 и

ИЗ.З.

Под их действием эти и остальные элементы

логической схемы возвращаются в начальное состояние (го-

товности к повторному действию), что легко проследить по

изменению сигналов на элементах схемы. На выходных элемен-

тах каналов /, II и III

(Б3.1,

И3.2, ИЗ.З) снова присутствуют еди-

ничные сигналы, блокирующие соответствующие ступени РЗ.

Логические элементы Б3.1,

Ю3.2,

ИЗ.З, кроме пуска и блоки-

рования быстродействующих и медленнодействующих сту-

пеней ДЗ, приводят в действие сигнализацию о работе ПО УБК,

осуществляемую светодиодами V^7 и V^8 и герконовые реле

КЬЗ и КЬ4. Реле КЬ используются для передачи сигнала на

отключение линии с противоположного конца по каналам

устройства АНКА.

Работой этих элементов управляют транзисторы УТ5 и VТ6.

В исходном состоянии логической схемы на базы транзисторов

подается сигнал 1 - они заперты. При появлении нулевого

сигнала транзисторы открываются и приводят в действие соот-

ветствующее реле КЬ.

Ввод в действие ступеней защиты, выведенных из работы

после срабатывания чувствительного ПО на заданное время

от

3 до 12

с.

Для этой цели используется грубый реагирующий

орган РЭ2. При срабатывании грубого органа на входе элемента

Б1.4 появляется логический сигнал 0, а на его выходе - логи-

ческий сигнал 1. При этом на выходе элемента БЗ.З появляет-

ся логический сигнал 0 и осуществляется повторный пуск

482

быстродействующих ступеней защиты. С выхода элемента

В1.4 логический сигнал 1 через замедляющую цепь К13, С5

проходит на вход элемента И1.3, и на его выходе появляется

логический сигнал 0, поступающий на вход элементов Б1.4

и И2.4, чем обеспечивается подхват кратковременного выход-

ного сигнала грубого органа и дополнительный запуск элемен-

та времени ОТЗ. Через время, равное выдержке времени эле-

мента БТ2, на его выходе появляется логический сигнал 1,

а на выходе элемента й2.3 - логический сигнал 0. При этом на

выходе элемента

ЮЗ.З

появляется логический сигнал 1 и обес-

печивается вывод быстродействующих ступеней ДЗ на время

выдержки элемента времени ИТЗ, по истечении которого схе-

ма возвращается в исходное состояние.

Ввод медленнодействующих ступеней при срабатывании

ПО УБК и возврат схемы в исходное состояние. При срабатыва-

нии чувствительного или грубого реагирующего элемента ПО

логический сигнал 0 появляется также на входах логического

элемента

Ю2.2,

на его выходе - сигнал 1. При этом на выходе

элемента й3.2 появляется сигнал 0 и осуществляется пуск

медленнодействующих ступеней защиты на время выдержки

элемента йТЗ (3, 6, 9, 12 с). По истечении выдержки времени

элемента ИТЗ схема возвращается в исходное состояние, свето-

диод УБ8 гаснет, обеспечивается блокирование медленно-

действующих ступеней защиты.

Оценка УБК, реагирующего на приращение векторов то-

ка» Устройство, реагирующее на приращение 1

и 1

, имеет

следующие преимущества по сравнению с устройствами, реа-

гирующими на абсолютное значение составляющих обратной

последовательности /, и 1/

типа КРБ: 1) оно надежно работает

(3)

при К при отсутствии 1

или недостаточных его значениях;

2) предусмотрено восстановление работы быстродействующей

ступени в период, когда ее действие блокируется на время от 3

до 12 с; 3) оно имеет высокую чувствительность, так как не тре-

буется отстройка от тока небаланса и несимметрии токов на-

грузки.

Вопросы для самопроверки

Каков характер изменения тока, напряжения и сопротив-

ления при качаниях?

Какие защиты линий и почему могут сработать в режиме

качаний? .„,

Виды блокировок при качаниях.

Какие ступени дистанционной защиты выполняются с

блокировкой при качаниях?

Глава тринадцатая

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ЗАЩИТЫ

13.1.

НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ЗАЩИТ

Высокочастотные (ВЧ) РЗ являются быстродействующими

и предназначаются для ЛЭП ПО, 220 кВ и линий СВН. Они при-

меняются для быстрого отключения линии при КЗ в любой

ее точке с целью обеспечения устойчивости параллельной

работы электрических станций и энергосистем в целом, а также

в связи с ростом требований со стороны потребителей для со-

хранения устойчивости технологического процесса.

Высокочастотные РЗ (ВЧЗ) состоят из двух комплектов, рас-

положенных по концам защищаемой ЛЭП. Особенность ВЧЗ

заключается в том, что для их селективного действия необхо-

дима связь между комплектами защиты, осуществляемая по-

средством токов ВЧ, которые передаются по проводам защи-

щаемой ЛЗП. По принципу своего действия ВЧЗ не реагируют

на КЗ вне защищаемой ЛЭП и поэтому, так же как дифферен-

циальные РЗ, не имеют выдержки времени. Применяются три

вида ВЧЗ: направленные РЗс ВЧ-блокировкой, основанные

на сравнении направления знаков мощности по концам защи-

щаемой ЛЭП; дифференциально-фазные ВЧЗ, основан-

ные на сравнении фаз токов КЗ по концам ЛЭП; комби-

нированные направленные и дифференциально-фазные

ВЧЗ,

сочетающие оба упомянутые выше принципа. В связи

с указанными особенностями перечисленные РЗ состоят из

двух частей - релейной и высокочастотной.

13.2.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ НАПРАВЛЕННОЙ

ЗАЩИТЫ С ВЧ-БЛОКИРОВКОЙ

Направленная ВЧЗ реагирует на направление (знак) мощ-

ности КЗ по концам защищаемой ЛЭП. Как видно из рис.

13.1,

а,

при КЗ на защищаемой ЛЗП (в точке К1) мощности КЗ на обоих

484

КЫ1 КЬ/2 Ки/3 КЫЧ

1=1 1=1 1=1 а

01=: 1 -|Г©©|^ _1\^[ г'|©

*• /

* / /4 В У С

Рис.

13.1.

Направление мощности по концам ЛЭП при КЗ:

а - на ЛЭП

(К1)

и за ее пределами

(К2);

б - сравнение направления мощности

по концам ЛЭП с помощью реле направления мощности (ОНМ) КУ/

концах поврежденного участка АВ имеют одинаковое направ-

ление от шин в ЛЭП.

В случае же внешнего КЗ (точка К2) направления мощности

по концам защищаемой ЛЭП различны. На ближайшем к ме-

сту повреждения конце (В) ЛЭП мощность КЗ 5# отрицательна

(направлена к шинам), а на удаленном (конец А) - положитель-

на (направлена от шин в ЛЭП).

Из этого следует, что, сравнивая направления мощности по

концам защищаемой ЛЭП, можно определить, где возникло

повреждение: на данной ЛЭП или за ее пределами.

Такое сравнение осуществляется при помощи органов направ-

ления мощности К\У (рис. 13.1,6), которые устанавливаются

на обоих концах ЛЭП и включаются таким образом, чтобы при

КЗ на защищаемой ЛЭП они разрешали действие ВЧЗ на от-

ключение.

Тогда при КЗ в точке К (рис. 13.1,6) на обоих концах линии

подействуют КЮ и КУ/4, установленные на поврежденной

ЛЭП ВС. На неповрежденной же ЛЭПАВ ОНМ КУ/1 сработает,

разрешая действие на отключение, однако на приемном

конце В ЛЭП АВ под влиянием мощности КЗ, направленной к

шинам, ОНМ К№2 разомкнет контакты, чем запретит действие

на отключение РЗ 2, и одновременно блокирует действие РЗ 1

посылкой ВЧ-сигнала по проводам этой же ЛЭП. Блокирующий

сигнал посылается специальными генераторами ВЧ (ГВЧ)

(рис.

13.2), управляемыми ОНМ, реагирующими на отрицатель-

ный знак мощности, и принимается специальными приемника-

ми токов ВЧ ПВЧ, настроенными на ту же частоту, что и гене-

раторы. Приняв ВЧ-сигнал, приемники ВЧ подают ток в обмот-

ку блокирующего реле КБ, которое размыкает цепь отключе-

ния РЗ.

485

Рис.

13.2. Принцип действия направленной ВЧЗ

ВЧ-блокировкой:

КУ? —

реле направления мощности; КБ

—

блокирующее реле; ГВЧ

—

генератор

токов высокой частоты; ПВЧ

—

приемник токов высокой частоты

При КЗ на защищаемой ЛЭП блокирующий ВЧ-сигнал отсут-

ствует, так как ОНМ, срабатывая, не позволяет действовать

ГВЧ на обоих концах ЛЭП. Контакты блокирующих реле оста-

ются замкнутыми, разрешая РЗ действовать на отключение.

Таким образом, блокирующий ВЧ-сигнал появляется в ЛЭП

только при внешних КЗ, предотвращая неселективное дей-

ствие РЗ. Зона действия РЗ ограничивается установленными

по концам ЛЭП ТТ, питающими ОНМ. По рассмотренному прин-

ципу выполняются ВЧЗ, сравнивающие направление полных

мощностей фаз или направления их составляющих НП или ОП.

В двух последних случаях ОНМ включаются через фильтры

токов и напряжений НП или ОП.

13.3.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНОЙ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ЗАЩИТЫ

Принцип действия. Дифференциально-фазная ВЧЗ (ДФЗ)

основана на сравнении фаз тока по концам защищаемой ЛЭП.

Считая положительными токи, направленные от шин в ЛЭП,

находим, что при внешнем КЗ в К1 (рис. 13.3, а) токи 1

и /„ по

концам защищаемой ЛЭП имеют различные знаки и, следова-

тельно, их можно считать сдвинутыми по фазе на 180°. В слу-

чае же КЗ на защищаемой ЛЭП (рис. 13.3,6) токи на ее концах

имеют одинаковые знаки и их можно принять совпадающими

по фазе, если пренебречь сдвигом векторов ЭДС Е

и Е

по

концам электропередачи и различием углов полных сопротив-

лений 2

и 2,

[28].

486

Рис.

13.3. Принцип действия

дифференциально-фазной

ВЧЗ

^/77

П +/„

.ене

-Т/т

П Е

ти

* 1ш. О. 1П Л

1т

\Ш

11ЕР

гЦ

Н'

/7*У

[л^1

|лгё] рО]

•н

,\Т , г

/7*У Г^У

зг

\щ

ш\ ш\

Рис.

13.4. Упрощенная принципиальная схема дифференциально-фазной ВЧЗ

Таким образом, сравнивая фазы токов по концам ЛЭП, мож-

но установить местоположение КЗ. В обычных схемах диффе-

ренциальных РЗ сравнение фаз токов осуществляется путем

непосредственного сравнения токов, проходящих в начале и

конце ЛЭП. В ВЧЗ (ДФЗ) сравнение фаз осуществляется кос-

венным путем посредством ВЧ-сигналов. Упрощенная схема,

иллюстрирующая работу ДФЗ, и диаграмма, поясняющая прин-

цип ее действия, приведены на рис. 13.4 и 13.5.

Защита состоит из приемопередатчика (см. рис. 13.4), вклю-

чающего в себя генератор ГВЧ, приемник ПВЧ, реле отключе-

ния РО, питающегося током приемника, и двух пусковых ре-

ле П01 и П02, одно из которых пускает ГВЧ, а второе контро-

лирует цепь отключения ДФЗ.

Особенность ДФЗ заключается в том, что ВЧ-генератор

управляется (манипулируется) непосредственно

токами промышленной частоты при помощи специального

трансформатора Т. Генератор включен так, что при положи-

тельной полуволне промышленного тока он работает, посы-

лая в ЛЭП сигнал ВЧ, а при отрицательной запирается, и сиг-

487

Внешнее

короткое

замыкание

, 1т

1ц

Короткое замыкание

В зоне Защиты

1т 1п

7^ п"'^ Л*^/\ Ч

А\ /+\ /Л А\

Ток!,

Ток!*

Высоко час -

тошные

импульсы от

защитыт

Высокочае

- I

/потные I

импульсы от X

защиты п |

Высокочае

тошные

импульсы в

линии./на входе

приемников)

Ток

выходной

цепи приемни-

ка/анодный ~

ток лампы в )

Ток

реле РО

Рис.

13.5.

Диаграммы токов в дифференциально-фазной ВЧЗ

нал ВЧ прекращается. В то же время приемник выполнен та-

ким образом, что при наличии сигналов ВЧ, поступающих в

его входной контур, выходной ток, питающий реле РО, равен

нулю,

а при отсутствии ВЧ-сигнала появляется выходной ток,

поступающий в РО. Таким образом, генератор ВЧ работает

только в течение положительных полупериодов тока промыш-

ленной частоты, а приемник - при отсутствии ВЧ-сигналов.

При внешнем КЗ (рис.

13.5,

а) с учетом того, что фазы первич-

ных токов по концам ЛЭП противоположны, генератор, на кон-

це т работает в течение первого полупериода промышленного

тока, а на конце п-в течение следующего полупериода. Ток ВЧ

протекает по ЛЭП непрерывно и питает приемники на обеих

сторонах ЛЭП. В результате этого выходной ток в цепи прием-

ника и реле РО отсутствует, и реле (ДФЗ) не работает.

488

При КЗ в зоне (рис.

13.5,

б) передатчики на обоих концах

ЛЭП работают одновременно, поскольку фазы токов по концам

ЛЭП совпадают. Высокочастотные сигналы, поступающие

при этом в приемники, будут иметь прерывистый характер с

интервалами времени, равными полупериоду промышленно-

го тока. В этом случае приемник работает в промежутки вре-

мени, когда ток ВЧ отсутствует, и заперт (не работает) во вре-

мя его прохождения. В выходной цепи приемника появляет-

ся прерывистый ток, который сглаживается специальным

устройством и подается в реле РО. Последнее срабатывает и от-

ключает ЛЭП. Таким образом, сдвиг фаз между токами, про-

ходящими по обоим концам ЛЭП, определяется по характеру

ВЧ-сигналов (сплошные или прерывистые), на которые с по-

мощью приемника реагирует реле РО.

По принципу своего действия ДФЗ не реагирует на нагрузку

и качания, так как в этих режимах токи на обоих концах ЛЭП

имеют разные знаки.

13.4.

ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ И РАБОТЫ

ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ЧАСТИ ЗАЩИТЫ

Канал токов высокой частоты. Высокочастотный канал пред-

ставляет собой электрическую цепь, по которой проходят сиг-

налы ВЧ. На рис. 13.6 показан ВЧ-канал по схеме фаза-земля,

при котором ток ВЧ проходит по одному из проводов ЛЭП и

возвращается по земле. На каждом конце ЛЭП устанавливают-

ся высокочастотные аппараты (ВЧА) 1, состоящие из передат-

Рис. 13.6. Принципиальная схема высокочастотного канала

489

Рис.

13.7. К определению затухания в элементах

высокочастотного канала, см. (13.1)

чика ГВЧ, генерирующего сигналы ВЧ, и принимающего их

приемника ПВЧ. Выходная цепь ВЧА подключается одним

зажимом к земле, а вторым к проводу ЛЭП через ВЧ кабель 2,

фильтр присоединения 3 и высоковольтный конденсатор свя-

зи 4. По концам ЛЭП, используемой для передачи токов ВЧ,

устанавливаются заградители 5, запирающие выход токам ВЧ

за пределы ЛЭП.

Часть энергии, генерируемой передатчиком, теряется в эле-

ментах канала, т. е. в кабеле, фильтрах присоединения, кон-

денсаторах связи, проводах защищаемой ЛЭП, и уходит через

заградители. Поэтому ВЧ-передатчик должен с некоторым за-

пасом перекрывать потери в канале, обеспечивая достаточный

уровень мощности ВЧ-сигнала, поступающего на приемник

противоположного конца. Потери энергии, происходящие при

передаче ВЧ-сигнала (рис. 13.7), называются затуханием

и условно характеризуются величиной а, измеряемой в деци-

белах (дБ):

вх

а=101ё——, (13.1)

-*вых

где Р

вх

- мощность на входе рассматриваемого канала (в начале

элемента); Р

въа

- мощность, получаемая на его выходе.

Ранее в качестве единицы затухания использовался не-

пер(Нп) (1 дБ = 0,115 Нп).

Элементы высокочастотного канала. Конденсатор связи 4

(рис.

13.6) предназначен для присоединения поста к ЛЭП ВН.

Сопротивление конденсатора Хс = 1/2 л/С зависит от частоты

проходящего через него тока. Для токов промышленной ча-

стоты 50 Гц оно велико (порядка

200 000 Ом), поэтому ток

утечки весьма мал. При высоких частотах / > 50 кГц сопротив-

ление Хс резко уменьшается. Отечественная промышлен-

ность выпускает бумажно-масляные конденсаторы типа

СМР-55/Уз"

= 0,044. Они изготавливаются в виде элементов,

рассчитанных на рабочее напряжение фазы 32 кВ и имеющих

емкость элемента 4400 пФ. На ЛЭП 110 кВ устанавливается

"1х

Элемент

канала

490