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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.

21.6. Схема трехобмоточного

1- _^_

токового реле

ЁШШШ\

В качестве дополнительного мероприятия для предотвра-

щения ложных срабатываний УРОВ в схемах на рис. 21.4 и

21.5 в цепи пуска схемы УРОВ на РЗ каждого присоединения

устанавливаются накладки 5Х, позволяющие при проверке

РЗ или ее неисправности разомкнуть цепь, по которой подает-

ся импульс на пуск УРОВ.

Для контроля наличия неотключенного КЗ при выполнении

пуска УРОВ по схемам, приведенным на рис. 21.4, 21.5, на каж-

дом выключателе необходимо контролировать токи в трех фа-

зах (или в двух фазах и нейтральном проводе), для чего в типо-

вых схемах УРОВ, как отмечалось выше, используются специ-

альные трехфазные токовые реле типа РТ-40/Р, содержащие

(рис.

21.6) промежуточный трансформатор ТЬ с первичными

обмотками

м>1,

ш2, ыЗ и вторичной обмоткой

ъ>4.

Ко вторичной

обмотке через выпрямитель У5 подключен исполнительный

орган КА, в качестве которого использовано реле типа РТ-40.

Для защиты выпрямителей от перенапряжений, имеющих

несинусоидальный характер, установлены конденсатор С и

резистор Я. Первичные обмотки

у>2

УЫЗ

имеют вдвое меньшее

число витков, чем

и>1.

Схема включения первичных обмоток

реле показана на рис. 21.7, а. Разное число витков первичных

обмоток при указанной на рис. 21.7, а полярности их включения

обеспечивает контроль наличия тока в выключателе при лю-

бом возможном виде КЗ.

При наличии токов в трех фазах (тока симметричной на-

грузки или трехфазного КЗ) геометрическая сумма МДС от

токов трех фаз определяется результирующим вектором Н

, как

это показано на рис. 21.7, б. При прохождении тока двухфазного

КЗ фаз В и С фазные токи создают равные по значению МДС,

которые складываются с учетом полярности обмоток

м>2

у>3

(рис.

21.7, в). МДС от токов фаз будут складываться также при

двухфазном КЗ фаз А и С. Результирующая МДС в этом случае

будет в 1,5 раза больше, чем при двухфазном КЗ фаз В и С

(так как

и>1

2м>3).

При двухфазном КЗ фаз А и В МДС первич-

ных обмоток

м>1

и>2

будут вычитаться (рис. 21.7, г). В этом слу-

чае результирующая МДС определяется разницей в количе-

771

I»

ар

и*

г) Н

Ив

Рис.

21.7. Схема включения (а) и векторные диаграммы

(б—г)

трехобмоточноп*

токового реле

стве витков \»1 и

\\>2

(так как токи КЗ в фазах Л и В равны и

противоположно направлены). Таким образом, в данном слу-

чае исполнительный орган реле реагирует на МДС, равную 0,5

той, которая имела бы место при двухфазном КЗ между фаза-

ми В и С. При однофазных КЗ наименьшая чувствительность

у реле будет при КЗ на фазах В к С.

Для повышения надежности "на несрабатывание" УРОВ,

как правило, для каждого выключателя используется по два

токовых реле

РТ-40/Р.

Их

контакты соединены последовательно.

21.3.

ВЫБОР УСТАВОК РЕЛЕ УРОВ

Для предупреждения действия УРОВ при нормальном от-

ключении выключателя необходимо выбрать:

*УРОВ

+ I,

воз РЗ

+ I

ошРВ

+ и

(21.1)

где *откл.в ~ время отключения выключателя; <в

рз

время,

необходимое для возврата РЗ пускающей УРОВ; *

ош

рв - время

ошибки реле времени УРОВ в сторону ускорения действия;

*зап - запас по времени.

Применяется Гуров =

0>3

* 0,5 с.

Чтобы предупредить действие РЗ на смежных подстанциях

при действии УРОВ, необходимо выбирать выдержки времени

772

на резервных ступенях РЗ этих подстанций с учетом <уров-

Это замедляет выдержку времени на резервных РЗ смежных

участков на А? = *уров-

Уставки на реле тока устройств, контролирующих наличие

КЗ,

выбираются с учетом надежного действия этих реле при КЗ

в конце резервируемого присоединения и из условия возврата

при токе нагрузки после отключения КЗ. Они обычно принима-

ются равными 1 А при токе в обмотке с малым числом витков,

или 0,5 А при токе в обмотке с большим числом витков.

21.4.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДАЛЬНЕГО РЕЗЕРВИРОВАНИЯ

Как отмечалось выше, дальнее резервирование по сравнению

с ближним имеет существенные недостатки. Вместе с тем в

современных условиях не представляется возможным отказать-

ся от дальнего резервирования. В связи с этим в энергосисте-

|мах проводится работа по повышению эффективности дальне-

го

резервирования.

На рис.

21.8,

а приведена схема размещения РЗ в электриче-

ской сети, содержащей ЛЭП №2 с ответвлениями к понижаю-

щим подстанциям А и Б. В таких сетях применяется дополни-

тельный комплект РЗ 3, действующий при направлении мощно-

сти при КЗ к шинам. В случае отказа РЗ или выключателя 1

при КЗ на ЛЭП У/1 повреждение будет ликвидировано дейст-

вием РЗ у выключателя 3. В этом случае потребители подстан-

ций А и Б сохраняют питание. При действии в рассматриваемом

-&-*

(•/

©+&—т—5}@

б)

Рис. 21.8.

Схемы

размещения дополнительных комплектов У1

случае РЗ у выключателя 2 при дальнем резервировании эти

потребители потеряли бы питание.

Следует также отметить, что при установке дополнитель-

ной РЗ 3 в ряде случаев улучшаются условия чувствительно-

сти.

Так, при выборе сопротивления срабатывания этой РЗ

по условию отстройки от тока нагрузки из расчетного тока

нагрузки для данной РЗ (по сравнению с РЗ 2) должен быть

вычтен ток нагрузки подстанций Л и Б. С другой стороны, со-

противление, измеряемое при КЗ РЗ 3, по сравнению с сопротив-

лением, измеряемым РЗ 2, меньше на значение сопротивления

ЛЭП

У?2.

В результате этого чувствительность дополнитель-

ной РЗ 3 выше, чем у РЗ 2.

В схеме на рис. 21.8, б в случае отказа выключателя повреж-

денной ЛЭП IV1, благодаря действию дополнительной резерв-

ной РЗ 3, сохраняется часть транзитной связи (между система-

ми С1 и С2). В качестве дополнительных РЗ обычно применяют-

ся направленные дистанционные защиты и направленные

токовые защиты нулевой последовательности.

Вопросы для самопроверки

В чем различие между ближним и дальним резервирова-

нием?

Какие реле применяются для контроля наличия неотклю-

чившегося КЗ?

Выполнение пусковых органов УРОВ.

Глава двадцать вторая

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ (ЦИФРОВЫЕ) РЕЛЕЙНЫЕ ЗАЩИТЫ*

22.1.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Как было показано выше, с помощью элементов на интеграль-

ных микросхемах с малой и средней степенью интеграции могут

быть созданы все современные устройства РЗ. Эффективность

цифровых устройств, используемых в схемах защиты и автома-

* При написании главы были использованы материалы доктора техн. наук

Я.С.

Гельфанда.

774

тики, может быть повышена, если сделать их программируемы-

ми,

т. е. способными изменять законы их функционирования

при неизменной структуре технических средств. Высшим уров-

нем программируемых цифровых элементов являются микро-

процессорные системы (МПС), обрабатывающие вводимые Е

них данные и управляющие внешними устройствами.

Уже в конце 1960-х годов на базе средств вычислительной тех

ники (ЭВМ) были разработаны первые варианты программные

защит, т. е. РЗ, алгоритм функционирования которых задавался

программой, хранимой в запоминающем устройстве ЭВМ. В на

шей стране подобные разработки проводились во ВНИИЭ, МЭИ

Коми филиале АН и Энергосетьпроекте.

По мере совершенствования технологии и схемотехники по

явилась возможность создания больших (БИС) или сверхболь

ших (СБИС) интегральных микросхем, которые содержат 100 ты

сяч и более электронных элементов на одном полупроводнико

вом кристалле.

Функционирование измерительной и логической частей Р^

может быть представлено в математическом виде системо!

аналитических соотношений, описывающих процесс принятю

решения о срабатывании или несрабатывании тех или иных вхо

дящих в них органов РЗ и являющихся таким образом их алго

ритмом функционирования. Это позволяет рассматривать ор

ганы РЗ как систему арифметико-логического преобразована

информации, содержащейся в воздействующих (входных и вспо

могательных) величинах, которая может быть реализована 1

цифровом виде. При использовании МП алгоритм функциони

рования РЗ задается программой, хранящейся в памяти микрс

процессора. Для изменения алгоритма достаточно изменит]

программу, не меняя элементы РЗ и связи между ними. Выпол

няемые таким образом РЗ называются программными, ил!

микропроцессорными.

22.2.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА РЗ НА МИКРОПРОЦЕССОРАХ

Упрощенная функциональная блочная схема РЗ, построен

ная на МПС, приведена на рис.

22.1.

Входным элементом, как I

у всех полупроводниковых РЗ, являются промежуточные транс

форматоры напряжения и тока, ПТН и ПТТ, назначение I

функции которых рассмотрены в гл. 2.

ПТТ

ПТН

—>

</#

—>

АЦП

—\ки,п

, _к

—>

-•

СУ

Л/

•/

Рис.

22.1.

Структурная схема микропроцессорной защиты:

ПТТ, ПТН - промежуточные трансформаторы тока и напряжения; АЦП - ана-

яогово-цифровые преобразователи; ЧФ - частотный фильтр; МПС

—

микропро-

дессорная система; ЦАП - цифроаналоговый преобразователь; СУ

—

сигналь-

те устройство; РАС -регистрация аварийных событий; ПЭВМ

—

персональная

ЭВМ; /

—

на отключение выключателей; II

—

к оперативному персоналу; Ш

—

>елейному персоналу

Выходной сигнал с промежуточных трансформаторов поступа-

?.т на частотные фильтры ЧФ, которые пропускают составляю-

цие тока и напряжения 50 Гц и не пропускают высокочастот-

ные гармоники, являющиеся помехами, искажающими сину-

:оиду тока и напряжения.

Аналоговые сигналы, полученные от измерительных транс-

форматоров в виде синусоидальных токов и напряжений, после

феобразования в промежуточных трансформаторах ПТН и ПТТ

I частотных фильтрах ЧФ необходимо превратить в дискрет-

ное,

поскольку их обработка производится в МПС, построенных

га цифровых микросхемах. Поэтому аналоговый выходной сиг-

1ал частотных фильтров ЧФ подается в устройство АЦП, пред-

смотренное для изменения формы сигнала на дискретную

цифровую). В АЦП измерение значения синусоидального тока

напряжения) происходит в определенные моменты времени (

.. .1

с интервалом времени Г

(рис.

22.2, а). В эти моменты вре-

юни фиксируются соответствующие им мгновенные значения,

оторые используются как дискретные значения синусоидаль-

ого тока. Полученные таким образом дискретные сигналы

ерез интервалы времени Т передаются последовательно в мо-

[енты времени

1г

...

1„

на ввод МПС в виде двоичного цифро-

ого кода

(1,

когда есть импульс тока и 0, когда сигнал отсутст-

ует).

Эта операция часто называется выборкой. Очень важно,

Рис.

22.2.

Характеристика входной величины (тока или напряжения):

—

дискретизация по времени; б

—

дискретизация по параметру

чтобы значения измеряемых дискретных значений тока и на-

пряжения точно соответствовали действительным значениям

синусоидам этих величин. Кроме дискретизации по времени

предусмотрена дискретизация по значению входной величины

(тока или напряжения), как показано на рис.

22.2,

б.

Момент вы-

борки сигналов определяется мультивибратором, непрерывно

с интервалом Т генерирующим тактовые импульсы.

Для получения с помощью дискретных сигналов, возможно

большей точности представления действительной синусоиды

интервал Г нужно выбирать, возможно, меньше. Однако сле-

дует иметь в виду, что при последовательной передаче сигна-

лов это замедляет процесс обработки и ухудшает быстродейст-

вие РЗ.

Сигнал с выхода АЦП поступает в устройство обработки ин-

формации, каким является МПС. Основным элементом цифро-

вой РЗ является МП, схема которого позволяет использовать

его в качестве вычислительного устройства, производящего

арифметические и логические операции, необходимые для

выполнения им функций РЗ, представленных в виде алгорит-

мов действия ее измерительных и логических органов.

Микропроцессор (рис. 22.3) состоит из трех основных частей:

арифметико-логического устройства АЛУ, реализующего

арифметические операции (сложение, вычитание и др.), логи-

ческие операции (И, ИЛИ, НЕ);

сверхоперативного запоминающего устройства

СОЗУ,

состо-

ящего из набора регистров, обеспечивающих промежуточное

хранение данных до завершения операций, проводимых в МП;

777

Рис. 22.3. Упрощенная структурная схе-

ма микропроцессора

шина адреса

Шина

АЛУ

Дщ

данных

Ык

УУ

шина управления

устройства управления УУ, осуществляющего управление ра-

ботой МП (АЛУ и СОЗУ) по заданной программе.

Элементы МП связаны между собой информационными ши-

нами, представляющими из себя группу линий передачи ин-

формации, объединенных общим функциональным признаком

(шины данных, адресов и управления). Для выполнения функ-

ций какой-либо РЗ, МП дополняется внешними устройствами

памяти, образуя микропроцессорную систему (МПС).

Структура МПС приведена на

рис.

22.4.

С выхода МПС (см. рис. 22.1) цифровой сигнал поступает на

цифроаналоговый преобразователь ЦАП, который преобразует

цифровой сигнал в аналоговый, поступающий на выходное про-

межуточное реле, действующее на отключение выключателя.

Одновременно приводится в действие устройство сигнализации

СУ, фиксирующее срабатывание РЗ, и передается соответствую-

Г ца

внятвснняя шина ванных яяоиессвмГ

кккунуммр

Регистр

Примаков

±Л

АЛУ

ФГ\

^-к

Г '•

•

€^У]^Д>

упра/ления

ТГ

Регистры

вещего

незнания

Регистр

адреса

5*и»

Шина Санных

ОЗУ

771

^т/яре'и-.

имя

шина адреса

Буфер

ПЗУ

УАВВ УДВВ

Шина адреса

Клави-

атура

мм

смей

Л77

Шина цпоаВАсния

Л ' Я Л ЛПГ

Рис. 22.4. Обобщенная структурная схема микропроцессорной системы, выпол-

няющей функции релейной защиты

778

щая аварийная информация для записи в регистраторе ава-

рийных событий (РАС).

Одновременно поступает информация на персональную ЭВМ

(ПЭВМ), посредством которой осуществляется связь человек-

машина.

22.3.

МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА

На рис. 22.4 приведена упрощенная структурная схема МП-си-

стемы, выполняющей функции

РЗ.

Система состоит из двух час-

тей:

МП и внешних устройств. К внешним устройствам МПС

относятся:

устройства памяти - оперативное запоминающее устройство

ОЗУ и постоянное запоминающее устройство ПЗУ;

устройства ввода и вывода аналоговой УАВВ и дискретной

УДВВ информации;

средства общения человека с МПС - минидисплей и клавиа-

тура для ручного ввода управляющих команд.

Все внешние устройства связаны друг с другом и с МП общи-

ми шинами: данных, адресов и управления. Соединение внеш-

ней части указанных шин с шинами МП осуществлена через

специальные буферные устройства.

Как уже отмечалось, главным элементом МПС является сам

микропроцессор (или микропроцессоры), но поскольку его струк-

тура была кратко пояснена выше, то здесь рассматриваются

только виды регистров и их назначение.

Важной частью МПС являются запоминающие устройства:

ПЗУ и ОЗУ. Постоянное запоминающее устройство - ПЗУ слу-

жит для хранения управляющей программы, в которой записа-

ны последовательные команды, согласно которым должно дей-

ствовать устройство управления микропроцессора - УУ, и вто-

рой основной программы, определяющей функционирование

устройства РЗ. Эти программы остаются неизменными, пока ос-

таются неизменными функции данной РЗ. В связи с этим запи-

санная в ПЗУ информация должна сохраняться даже при ис-

чезновении электропитания.

Оперативное запоминающее устройство - ОЗУ необходимо

для хранения данных, поступающих для обработки в МП, и ре-

зультатов этой обработки и выборки из основной программы,

хранящейся в ПЗУ.

779

Помимо этих устройств имеется сверхоперативная память -[

запоминающие устройства в МП в виде регистров общего назна-

[

чения (РОН): они подразделяются на регистры команд и регист-

ры накопителей (аккумуляторов). Регистр команд хранит ту

команду, которую МП должен выполнить вслед за текущей. Ак-

кумулятор хранит данные непосредственно перед входом в МП

и на выходе. Регистры ускоряют поступление данных для об-

работки, т. е. уменьшают общее время действия МП-системы.

Как уже отмечалось выше, ЭВМ осуществляют с введенными

в них данными операции сложения и вычитания. Вместе с тем

в современных МП универсального назначения операции ум-

ножения и деления выполнены аппаратно, т. е. в набор команд

самого процессора входят и команды ти1 (умножения) и

(НУ

(деления), благодаря чему отпадает необходимость в выполне-

нии дополнительных операций и повышается надежность фун-

кционирования МП.

Для преобразования аналоговых значений токов и напряже-

ний в цифровую форму и обратно в МПС предусмотрено устрой-

ство аналогового ввода-вывода информации (УАВВ), принцип

действия которого рассмотрен выше. Типовое УАВВ обеспечи-

вает ввод в МПС до 16 аналоговых сигналов и вывод одного-

двух сигналов в аналоговой форме. Для этого УАВВ содержит

один аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и один-два

цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП), а также коммута-

тор для ввода с помощью одного АЦП до 16 аналоговых сигна-

лов и вывод одного-двух сигналов в аналоговой форме. Для

этого типовое устройство УАВВ содержит один аналого-цифро-

вой преобразователь (АЦП) и один-два цифро-аналоговых преоб-

разователя (ЦАП), а также коммутатор для ввода с помощью

одного АЦП до 16 аналоговых сигналов токов и напряжений.

Для обеспечения одновременности всех выборок на всех

входах коммутатора могут быть предусмотрены устройства вы-

борки-хранения данных, которые по команде устройства управ-

ления УАВВ обеспечивают одновременное считывание мгно-

венных параметров, поступающих от всех каналов ввода ана-

логовых данных.

Микропроцессорная система должна также содержать устрой-

ство дискретного ввода-вывода УДВВ для выдачи команды на

отключение выключателя и приема сигналов от других уст-

ройств РЗ.

780