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

Подождите немного. Документ загружается.

два таких элемента, соединяемых последовательно, на ЛЭП

220 кВ - четыре. Для ЛЭП 500 кВ выпускаются конденсаторы

типа СМР-133Л/3

= 0,0186; на таких ЛЭП устанавливается че-

тыре элемента.

Высокочастотный кабель 2 (рис. 13.6). В качестве ВЧ-кабеля

используется одножильный кабель типа РК (например, кабель

РК-75-7-16 имеет волновое сопротивление 75 ± 3 Ом, затухание

0,09 нП/м при

100

кГц).

Фильтр присоединения 3 (рис. 13.6) согласовывает (уравни-

вает) входные сопротивления кабеля с входным сопротивле-

нием ЛЭП, соединяет нижнюю обкладку кабеля связи с зем-

лей, образуя таким образом замкнутый контур для токов ВЧ,

и компенсирует емкость конденсатора связи, что позволяет

уменьшить до минимума сопротивление конденсатора для

токов ВЧ.

Фильтр присоединения представляет собой воздушный

трансформатор с отпайками, позволяющими менять самоин-

дукцию его обмоток и взаимную индукцию между ними. В це-

пи обмотки Ы выключен конденсатор связи С, а в цепи обмот-

ки Ь2 - конденсатор С2 фильтра. Фильтр присоединения сво-

бодно пропускает токи только в определенном рабочем диапа-

зоне частот. При этих частотах затухание фильтра относитель-

но мало, а за пределами рабочих частот резко возрастает.

Промышленностью выпускается несколько типов фильтров

присоединений (ОФП-4, ФП, ФПУ и др.) на частоты от 32 до

800 кГц для ЛЭП всех классов напряжений. Параллельно об-

мотке фильтра включается разрядник Р. При пробое конден-

сатора связи и перекрытии его изоляции разрядник срабатывает

и создает надежный путь для отвода в землю токов КЗ.

Заградитель 5 (рис. 13.6) преграждает выход токов ВЧ за пре-

делы ЛЭП. Сопротивление заградителя

загр

зависит от часто-

ты.

Для токов ВЧ, передаваемых по данному каналу, 2

за

_ ве-

лико,

а для токов промышленной частоты оно очень мало.

Заградитель представляет собой резонансный контур

(рис.

13.8, а), настроенный на определенную частоту - частоту

ВЧ-канала; он состоит из силовой индуктивной катушки Ь

и элемента настройки, выполненного в виде регулируемой

емкости С.

Емкость С подбирается так, чтобы контур заградителя был

настроен в резонанс (тока) на заданную частоту /

, т. е. чтобы

491

/У

ГУ

гЕЗп

ГПГ^З

<?;

'-загр

Рис.

13.8. Высокочастотный за-

градитель:

—

резонансный (одночастот-

ный);

—

широкополосный

Рис.

13.9.

Резонансные характеристики заградителей:

1 —резонансного; 2

—

широкополосного

оЬ

= 1/ыС Такой заградитель называется резонансным или

одночастотным. При резонансной частоте сопротивление кон-

тура имеет максимальное значение (рис. 13.9).

Резонансное сопротивление заградителя должно быть не

меньше 1000 Ом. Для защиты конденсатора С от грозовых и

коммутационных перенапряжений устанавливается разряд-

ник ГУ. Силовая катушка заградителя рассчитывается на про-

хождение рабочих токов нагрузки и тока КЗ. Выпускаемые оте-

чественной промышленностью заградители типа ВЗ рассчита-

ны на рабочий ток до 2000 А с пределами настройки от 40 до

800 кГц. Кроме резонансных применяются широкополосные

заградители (рис. 13.8 и 13.9), запирающие токи в широком

диапазоне частот Д -/

. Такие заградители нужны для кана-

лов,

по которым одновременно передается несколько сигна-

лов с различными частотами.

Высокочастотный приемопередатчик (ППВЧ). Как уже от-

мечалось, ППВЧ представляет собой высокочастотный аппа-

рат, состоящий из двух частей - передатчика сигналов ВЧ

и приемника, принимающего эти сигналы. Приемопередатчи-

ки устанавливаются вместе с соответствующими комплектами

РЗ на каждом конце защищаемой линии.

Основной задачей ППВЧ является исключение ложного

действия комплекта РЗ, расположенного на дальнем конце А

защищаемой линии при внешнем КЗ (см. рис.

13.1,

о); в этом

режиме 5

и /

имеют всегда положительные знаки. Для этого

передатчик, расположенный на ближнем конце В защищае-

мой линии, по команде РЗ В должен посылать блокирующие

импульсы, запрещающие работать РЗ А.

492

От зашиты

Г"

ГБЧ

Передатчик ~1

4УУ -*У<Г *,

Л/У. УЛУ

я^

вз

РазаЛЭП

ВЦка6ель

—^-——4

_Приемник

Рис.

13.10. Структурная схема ВЧ-поста

Рабочие частоты ППВЧ каждой линии выбираются в диапа-

зоне 30-500 кГц различными, для исключения взаимных влия-

ний ВЧ-каналов соседних линий (допускается сближение ча-

стот до 1,5 кГц).

В энергосистемах России используется несколько видов

ППВЧ, различающихся по конструктивному исполнению и

техническим характеристикам. Поскольку все ППВЧ имеют

одинаковое назначение, они в основном состоят из однотип-

ных функциональных узлов (элементов).

С учетом этого на рис. 13.10 приведена (с определенными

упрощениями) обобщенная функциональная схе-

ма современных приемопередатчиков.

Передатчик ВЧ в соответствии с возлагаемыми на него

функциями состоит из задающего генератора ВЧ (ГВЧ), вспо-

могательного управляющего усилителя (ВУУ) и основного уси-

лителя мощности ВЧ-сигнала (МУС).

Генератор ВЧ вырабатывает сигнал ВЧ заданного уровня

(в виде тока или напряжения ВЧ). Для обеспечения высокой

точности уровня сигнала используется кварцевый резонатор.

Однако при решении проблемы стабильности ВЧ-сигнала при-

менение кварца (из-за его инертности) замедляет процесс на-

растания частоты до 0,1-0,2 с. Поскольку такое замедление

действия защиты при каждом включении ГВЧ в момент КЗ не-

допустимо, то во всех конструкциях ГВЧ работает непрерывно,

но выход его сигнала в ВЧ-канал заперт на входном транзисто-

ре следующего узла. Этим узлом, как видно из схемы, являет-

ся ВУУ. Электронная схема ВУУ построена так, чтобы с ее

493

помощью схема РЗ могла реализовать: пуск передатчика при

КЗ (т. е. передачу ВЧ-сигнала на противоположный конец по

элементам ВЧ-канала); останов передатчика после отключе-

ния КЗ; манипуляцию ВЧ-сигнала напряжением промышлен-

ной частоты (являющейся основным условием работы диффаз-

ной ВЧ-защиты); запрет действия автоматического контроля

исправности канала и приемопередатчика, а также некоторые

другие операции. С учетом этих функций узел ВУУ называют

управляющим усилителем.

Мощность задающего генератора очень мала и недостаточ-

на для преодоления затуханий в проводах ВЛ и в элементах

ВЧ-канала. Этот недостаток устраняется применением усили-

теля мощности ВЧ-сигнала МУС, выполняемого обычно из

нескольких каскадов.

Выходной сигнал МУС поступает на линейный фильтр ЛФ.

Этот сигнал может иметь искажения, вызванные нелиней-

ностью полупроводниковых элементов вспомогательного и

основного усилителей. Задачей ЛФ является отфильтровать

(запереть прохождение) гармоники, обеспечив полную сину-

соидальность формы сигнала, уходящего с выхода последнего

узла приемопередатчика. Наряду с этим ЛФ должен обеспе-

чить согласование выходного сопротивления передатчика со

своей нагрузкой. Такой нагрузкой, как видно из схем рис. 13.6

и 13.10, служит высокочастотный кабель связи.

Выходная мощность, посланная в высокочастотный канал

передатчика, определяется на выходе ЛФ как произведение

выходного напряжения на ток (в зависимости от типа ВЧА она

равна 25-40 Вт).

Высокочастотный приемник. ВЧ-сигнал, пришед-

ший с удаленного конца защищаемой линии, поступает на

вход ЛФ рассматриваемого ППВЧ (ЛФ общий для передатчи-

ка и приемника). Приемник должен обладать высокой избира-

тельностью: должен иметь наименьшее сопротивление току

заданной частоты (как правило, рабочая частота задается

одинаковой для передатчика и приемника). Второй важной

характеристикой приемника является его чувствительность.

Она должна быть отстроена от ВЧ-помех и достаточной для

минимальных уровней входных сигналов.

Приходящий с проводов В Л ВЧ-сигнал, пройдя ЛФ, посту-

пает на входные фильтры (в основном узкополосные) прием-

ника ВФ, обеспечивающие необходимую избирательность

494

приемника. С выхода ВФ сигнал рабочей частоты поступает

на вход усилителя УВЧ, усиливающего его (в виде тока или

напряжения) до требуемого уровня, после чего попадает на

выходной узел приемника Вых. Здесь сигнал преобразуется

в ток или напряжение постоянного знака и поступает в соот-

ветствующий орган (элемент) комплекта РЗ, предназначенный

для его блокирования (когда при внешнем КЗ проходящие

через место его установки мощность 5

и ток /

имеют положи-

тельные знаки).

Вопросы устройства высокочастотных аппаратов здесь не

рассматриваются, так как до настоящего времени они являют-

ся темой изучения другой учебной дисциплины. Современные

ППВЧ выполняются с автоматическим контролем. Впервые

такие устройства были разработаны в процессе эксплуатации

для ВЧА УПЭ-70 и применены в Мосэнерго. Опыт их эксплуата-

ции был полезен, и теперь система автоматического контро-

ля считается обязательной к применению. В качестве приме-

ра отметим, что в настоящее время разработаны и применяют-

ся в отечественных ВЧЗ следующие приемопередатчики:

АВЗК-80 с АК-80 - универсальный приемопередатчик для

линий ПО, 220 кВ и СВН, выпускаемый с 1980 г. (завод "Неп-

тун", г. Одесса);

ПВЗ-90М - универсальный с автоконтролем (г. Могилев);

ПВЗЛ - предназначенный для замены морально устаревшей

радиоламповой аппаратуры на В Л ПО, 220 кВ длиной до 100 км

с автоконтролем на интегральных схемах (разработаны и изго-

товляются в ОЗАП Мосэнерго).

На линиях более высокого напряжения (330-1150 кВ) к прие-

мопередатчикам предъявляются дополнительные требова-

ния, обусловленные более высоким уровнем помех и затуха-

нием мощности сигнала в ВЧ-канале.

13.5.

СХЕМЫ НАПРАВЛЕННЫХ ЗАЩИТ

С ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ БЛОКИРОВКОЙ

Основные функциональные элементы ВЧЗ. Упрощенная схе-

ма, поясняющая принцип выполнения и структурные элементы

ВЧЗ,

показана на рис.

13.11.

Релейная часть РЗ состоит из трех

основных элементов: пускового органа (ПО), органа направ-

ления мощности (ОНМ) КУ/ и блокирующего реле КБ.

495

-1--ГГ

пег по/ ки ко}

Ё?

пп

щ^^^Фл^

КВ1

'Ш

КУ П01 П02

1*Ю-

Н2

Рис.

13.11.

Упрощенная схема направленной ВЧЗ (р

—

рабочая и г

—

тормозная

обмотки блокирующего реле КВ1)

Пусковой орган выполняется при помощи двух комплектов

реле,

один из которых П02 пускает передатчик ВЧ-поста, а

второй П01 управляет цепью отключения РЗ. Для пуска РЗ

при междуфазных КЗ применяются токовые реле, включенные

на полный ток фазы, а в случае недостаточной их чувствитель-

ности - РС. Пуск РЗ в комплектах защиты от замыканий на

землю обычно осуществляется посредством токового реле НП.

В некоторых схемах используется реле тока и напряжения ОП.

Орган направления мощности осуществляется посредством

обычных РИМ. В комплектах защиты от замыканий на землю

РНМ включается на ток и напряжение НП. В РЗ от несиммет-

ричных КЗ РНМ питается током и напряжением ОП и НП.

Реле мощности приходит в действие при мощности КЗ, на-

правленной от шин в НЭП: срабатывая, оно останавливает пере-

датчик (при помощи реле КБ1), подает ток в рабочую обмотку

блокирующего реле КБ2 и замыкает цепь отключения РЗ.

При направлении мощности к шинам КУ/ не действует и разре-

шает пуск передатчика. Блокирующее реле КБ2 управляется

током ВЧ. При наличии ВЧ-сигнала блокирующее реле КБ2

размыкает цепь отключения, не позволяя РЗ действовать на

отключение. В качестве КБ2 обычно используется поляризо-

ванное реле с двумя обмотками - рабочей и тормозной. Рабо-

чая обмотка получает питание при срабатывании К\\* и КБ1

и действует на замыкание контактов поляризованного реле.

Тормозная обмотка питается выпрямленным током ВЧ, полу-

чаемым от ВЧ-приемника, и действует на размыкание контак-

тов реле КБ2. При одновременном питании рабочей и тормоз-

ной обмоток реле КБ2 не действует.

496

Работа защиты в различных режимах. Внешнее КЗ. При внеш-

нем КЗ на обоих концах ЛЭП срабатывают П01 и П02. Они

пускают передатчики и подают плюс к контактам К№. На кон-

це ЛЭП, где мощность КЗ направлена от ЛЭП к шинам, РНМ

не действует, разрешая реле запустить передатчик, который

посылает блокирующий ток ВЧ. Этот ток принимается прием-

ником этой же РЗ, поступает в тормозную обмотку блокирующе-

го реле КБ2 и не позволяет ему действовать. На питающем

конце ЛЭП, где мощность КЗ направлена от шин в ЛЭП, реле

направления мощности ЮУ срабатывает, останавливает пере-

датчик своего комплекта, подает плюс к контактам блокирую-

щего реле КБ2 и ток в его рабочую обмотку, подготавливая,

таким образом, РЗ к действию. Однако цепь отключения РЗ

остается разомкнутой контактами блокирующего реле КБ2,

в тормозную обмотку которого поступает блокирующий сигнал

с противоположного конца ЛЭП. Благодаря этому предотвра-

щается срабатывание РЗ на питающем конце ЛЭП и дополни-

тельно осуществляется блокировка РЗ на приемном конце

ЛЭП, цепь отключения которой уже разомкнута контакта-

ми РНМ. Таким образом, при внешнем КЗ блокирующий ВЧ-

импульс посылается только с того конца ЛЭП, где РНМ не

действует, что и обеспечивает селективность.

КЗ на защищаемой ЛЭП. При КЗ на защищаемой ЛЭП и двух-

стороннем питании места повреждения мощность КЗ на обоих

концах ЛЭП направлена от шин в ЛЭП. В обоих комплектах

РЗ срабатывают пусковые реле П01 и П02 и

КМ/.

Реле мощности

размыкают при помощи промежуточных реле КБ1 цепь пуска

ВЧ-поста. Вследствие бездействия обоих передатчиков сигнал

ВЧ отсутствует, и реле КБ2 срабатывает, разрешая РЗ произве-

сти отключение ЛЭП.

При качаниях ПО тока и сопротивления могут приходить

в действие. Поэтому поведение РЗ в этих условиях будет зави-

сеть от поведения РНМ, которое определяется положением

точки ЭЦК. Если последний окажется в пределах защищае-

мой ЛЭП, то знаки мощности по ее концам будут положитель-

ными (т. е. направленными от шин в ЛЭП). В этом случае РЗ

подействует неправильно и отключит ЛЭП. На всех остальных

участках сети, где ЭПК расположен вне защищаемой ЛЭП,

направления мощности по их концам будут различными и

РЗ будет блокироваться, как и при внешних КЗ. Для предотвра-

щения неправильных отключений применяется специальная

блокировка, запрещающая работать ВЧЗ при качаниях.

Пусковые реле, реагирующие на составляющие НП и ОП,

при качаниях, возникающих в симметричном режиме, не дей-

ствуют, поэтому блокировать такие ВЧЗ при качаниях не тре-

буется. Аналогичные схемы могут выполняться на ИМС.

Особенности пускового органа защиты. Кз принципа дей-

ствия ВЧЗ и работы схемы следует, что непременным условием

правильной

работы

РЗ при внешних КЗ является пуск ВЧ-пере-

датчика на ближнем к месту КЗ

(т.

е. приемном) конце ЛЭП.

При несогласованной чувствительности ПО на противополож-

ных концах ЛЭП это условие может быть нарушено. Так, напри-

мер,

если при внешнем КЗ в точке К1 реле П02 (рис. 13.11),

пускающее ВЧ-передатчик на приемном конце ЛЭП, не срабо-

тает из-за недостаточной чувствительности, а реле П01, пус-

кающее РЗ на питающей стороне ЛЭП, окажется более чувстви-

тельным и подействует, то это РЗ неправильно отключит ЛЭП

из-за отсутствия блокирующего сигнала с приемного конца.

Для исключения этого ПО выполняется из двух комп-

лектов реле: одного - П02 для пуска ВЧ-передатчика и

второго - П01 в цепи отключения. При этом реле П02 должно

быть в 1,5-2 раза чувствительнее реле П01 на своем и противо-

положном концах ЛЭП. При выполнении этого условия имеет-

ся полная гарантия, что более чувствительные реле П02 обес-

печат пуск ВЧ-передатчика, если пришли в действие более

грубые пусковые реле П01 в цепи отключения. Такой принцип

пуска предусмотрен на рис.

13.11.

Имеется и второй способ, при котором ПО состоит из одного

комплекта, управляющего как ВЧ, так и релейной частя-

ми РЗ. В этом случае ПО на каждом конце ЛЭП пускают ВЧ-

пост как своего комплекта, так и на противоположной сторо-

не ЛЭП. Такой принцип пуска получил название дистан-

ционного. При дистанционном пуске несогласованность

в чувствительности ПО на любом конце ЛЭП не представляет

опасности, так как при работе одного пускового реле запуска-

ются оба ВЧ-поста, и блокирующий импульс с приемного кон-

ца ЛЭП будет, таким образом, обеспечен, даже если установ-

ленное там пусковое реле не подействует.

Уставки пусковых реле. Оба пусковых комплекта реле П01

и П02 должны быть отстроены от максимальной нагрузки

(если они на нее реагируют) и надежно действовать при КЗ на

противоположном конце защищаемой ЛЭП. Токовые реле от-

страиваются от нагрузки по формуле

498 '

'с.з '^отс-'н тах' ^В'

(13.2)

а РС при Ф

- по формуле

^с.з

^раб

т\п

/(^отс^в)- (13.3)

Исходя из этого уставка пусковых реле П02, пускающих

ВЧ-передатчик, выбирается по выражению (13.2) или (13.3),

а уставки П01, управляющих цепью отключения, принимаются

в 1,5-2 раза грубее, чем уставки П02.

Чувствительность реле, управляющих отключением, прове-

ряется по КЗ на противоположном конце ЛЭП, коэффициент

чувствительности должен быть не менее

1,5-2.

По принципу своего действия ВЧЗ не реагирует на перегруз-

ки,

поскольку в этом режиме мощности по концам ЛЭП имеют

разные направления, так же как и при внешнем КЗ. Поэтому

для повышения чувствительности можно не считаться с мало-

вероятными или кратковременными перегрузками (например,

токами самозапуска и т. п.) и отстраивать реле П02 от нор-

мальной нагрузки. При этом пусковые реле П01, управляющие

цепью отключения, должны быть отстроены от максимальной

нагрузки. Реле, питающиеся от фильтров тока или напряжения

НП или ОП, на нагрузку не реагируют, но их необходимо от-

страивать от небаланса при нагрузочном режиме.

Контроль исправности ВЧ-канала и приемопередатчика. На-

рушение ВЧ-канала или неисправности в постах приводят к

неправильной работе РЗ при внешних КЗ. В связи с этим в схеме

РЗ предусматривается устройство контроля за исправностью

ВЧ-канала. Для этой цели установлены кнопка К и милли-

амперметр (рис. 13.11). Периодически дежурный персонал,

нажимая кнопку К, пускает передатчик и по показанию милли-

амперметров, установленных в выходной цепи приемников,

проверяет значение тока приема на обоих концах ЛЭП. Цепь

от кнопки К заводится через контакты реле КБ1 с тем, чтобы

проверка не препятствовала правильной работе РЗ, если во

время проверки возникнет КЗ. Для контроля исправности

ВЧ-канала в современных ВЧЗ применяются автоматические

устройства с пуском от часов в определенное время суток. При

выявлении неисправности устройство дает сигнал, по которо-

му защита выводится из работы вручную или автоматически.

499

Схемы направленных высокочастотных защит. Направлен-

ная защита с ВЧ-блокировкой. Защита состоит из двух полу-

комплектов: одного - от междуфазных КЗ, сравниваю-

щего направление мощности в фазах, и второго -

от КЗ на землю, реагирующего на знак мощности НП. Каждый

комплект выполняется по схеме, приведенной на рис.

13.11.

В комплекте от междуфазных КЗ применяются РНМ, вклю-

ченные на ток фазы и соответствующее напряжение, а в ка-

честве пусковых - реле тока и РС. Комплект от КЗ на землю

использует РНМ, включенные на мощность НП, и пусковые

токовые реле НП.

При КЗ на землю предусматривается блокировка междуфаз-

ного комплекта для предупреждения его неправильного дей-

ствия под влиянием токов в неповрежденных фазах. Комплект

от междуфазных КЗ должен иметь блокировку при качаниях,

а в схемах с пуском от РС - и блокировку при неисправностях

в цепях напряжения. Несмотря на простоту принципа действия,

полные схемы подобных ВЧЗ сложны. Поскольку ВЧЗ не реаги-

рует на КЗ за пределами защищаемой ЛЭП, она должна допол-

няться резервными РЗ: ДЗ от междуфазных КЗ и ступенчатой

МТЗ НП от КЗ на землю.

Дистанционная защита в сочетании с ВЧ-блокировкой. Дис-

танционная РЗ имеет органы направления мощности (само-

стоятельные или направленные ДО) и ПО.

Используя эти элементы и добавляя к ним блокирующие

реле и ВЧ-часть, можно получить комбинированную ВЧЗ, вы-

полняющую функции основной и резервной РЗ с меньшим чис-

лом реле, чем в предыдущем варианте. Контакты блокирующе-

го реле в схеме комбинированной ВЧЗ шунтируют контакты

реле времени второй (или третьей) зоны, разрешая защите

действовать без выдержки времени при КЗ на защищаемой ЛЭП.

Такая комбинированная ВЧЗ при помощи ВЧ-блокировки

обеспечивает мгновенное двустороннее отключение КЗ в пре-

делах защищаемой ЛЭП. Комплект же дистанционной РЗ

позволяет отключать КЗ на шинах, резервировать РЗ следующе-

го участка, а также служить резервом при КЗ на защищаемой

ЛП в случае отказа ВЧ-блокировки. Характеристика дистан-

ционной РЗ с ВЧ-блокировкой приведена на рис. 13.12, штрихов-

кой отмечено ускорение, достигаемое с помощью ВЧ-блоки-

ровки. Принцип выполнения таких схем поясняется на

500