Исследование работы микропроцессорного устройства Релейной защиты и автоматики линий электропередач

Федеральное агентство по образованию РФ

Пермский государственный технический университет

Кафедра Электрификации и автоматизации горных предприятий

Исследование работы микропроцессорного устройства

Релейной защиты и автоматики линий электропередач

Выполнили: ст. гр. ЭАПУ-05-2

Афанасьев Д.

Жолобов В.

Лепихин Н.

Проверил: Сапунков М.Л.

Пермь, 2008г.

Цель: Освоение схемы конкретного устройства, назначение функциональных блоков, возможности и особенности работы отдельных блоков. Также необходимо освоить такие вопросы как: выбора необходимых характеристик защит, методика расчёта и выставления уставок, порядок использования функциональных ключей и функциональных знаков.

Практическое освоение работы конкретного микропроцессорного устройства РЗА на физической модели электрической сети. В качестве базового устройства РЗА был взят терминал SPAC 801-01 производства “АББ Чебоксары”. Используемая МП защита в стенде работает совместно с вакуумным выключателем производства фирмы “Таврида Электрик”.

Для проведения второго этапа изучения использовано учебное пособие с методическим руководством, в котором подробно изложен порядок исследования работы следующих видов защит и функций автоматизации на лабораторном стенде:

1. максимально токовой защиты (3 ступени);

2. защиты от однофазного замыкания на землю (2 ступени);

3. защиты от несимметрии фаз;

4. автоматического повторного включения (АПВ);

5. устройства резервирования отказа выключателя (УРОВ);

6. диспетчеризации и дистанционного управления и контроля с помощью персонального компьютера.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Специализированный лабораторный стенд “Микропроцессорная защита ЛЭП”, лицевая панель которого изображена на рис.1, содержит физическую модель электрической сети и серийное типовое МП устройство РЗА. В качестве такого устройства РЗА используется терминал SPAC 801-01 производства “АББ Чебоксары”. На стенде моделируются различные режимы - от нормальных нагрузок до аварийных ситуаций.

Предусмотрена возможность исследования работы следующих защит ЛЭП:

- от междуфазных замыканий (3 ступени);

- несимметричных режимов нагрузки;

- от замыканий на землю (2 ступени).

А также функций противоаварийной автоматики, таких как:

- двукратное автоматическое повторное включение выключателя линии (АПВ);

- устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ).

Подача питания на стенд осуществляется с помощью выключателя А1. О включенном состоянии сигнализирует световой индикатор красного цвета. Подача напряжения на блок питания терминала SPAC производится выключателем А2. О наличии питания сигнализирует светодиод на лицевой панели SPAC.

В левой части панели лабораторного стенда изображена схема моделируемой системы электроснабжения. Питание секции шин 6-10 кВ моделируется маломощным трансформатором Т, который подключается к секции шин через вводной выключатель Q1. Исследуемая отходящая радиальная линия с концевой нагрузкой подключается к секции шин через вакуумный выключатель ВВ/TEL Q2.

Нагрузка исследуемой линии имитируется с помощью “Блока нагрузки”, который содержит три реостата, с помощью которых можно плавно изменять нагрузку независимо в каждой из трёх фаз. Это позволяет моделировать все возможные условия работы реальной ЛЭП в диапазоне от нормальных нагрузок до аварийных ситуаций и даже случай обрыва одной из фаз (с помощью тумблера SA2).

Для контроля тока фаз исследуемой линии предусмотрены три амперметра с пределами измерения 0-5А, которые подключаются к линии с помощью трёх трансформаторов тока. Эти токи являются входными сигналами для МП устройства.

Рис. 1 Лицевая панель стенда

Для реализации функции имитирования аварийного режима предусмотрен трёхполюсный тумблер SA3, с помощью которого скачкообразно вводится или выводится часть нагрузки, тем самым создаётся желаемая ситуация. Тумблер SA3 может находиться в двух положениях: положение 1 – режим выставления требуемой нагрузки в линии; 2 – нормальный режим работы линии.

Токовые сигналы на терминал защиты подаются через переключатель SA5, который служит для подключения устройства SPAC к трансформаторам тока контролируемой линии на время исследования защиты (положение 2). На время же настройки аварийной ситуации в блоке нагрузке, т.е. выставления токов нагрузки, устройство защиты должно быть отключёно от линии (положение 1).

При выполнении исследований требуется проводить измерения времени фактического срабатывания защит и полного времени отключения поврежденной линии. На стенде это реализовано с помощью высокоточного управляемого электронного секундомера “СЧЁТ-1”. Управление секундомером осуществляется с помощью переключателя SA6, который может находится в трех положениях:

• в положение 0 - секундомер находится в выключенном состоянии;

• в положение 1 - измерение полного времени отключения поврежденной линии;

• в положение 2 производится измерение фактического времени срабатывания защиты.

Запуск секундомера производится при переводе тумблера SA3 в положение 1, а остановка либо с помощью блок-контактов вакуумного выключателя, либо выходного реле защиты SPAC. Такое схемное решение позволяет измерять как полное время отключения ЛЭП, так и отдельно время срабатывания защиты. Сброс показаний секундомера производится с помощью кнопки СБРОС, расположенной на самом секундомере.

В исследуемом устройстве РЗА защита от замыканий на землю реагирует на ток нулевой последовательности. Для контроля этого тока применён специальный трансформатор тока нулевой последовательности (ТНП). Т.к. при замыкании на землю через место повреждения проходит ток, обусловленный не только ёмкостью повреждённой линии, но и ёмкостями неповреждённых линий, то для моделирования этой ситуации в стенде помимо исследуемой линии предусмотрены ещё три отходящие линии, которые к секции шин подключены через выключатели Q3, Q4 и Q5. Установкой переключателя SA4 в положения 0, 1, 2 и 3 имитируется подключение разного количества отходящих линий и тем самым изменение общей ёмкости сети. Для контроля тока замыкания на землю предусмотрены: амперметр А_з – подключенный через трансформатор тока, измеряет общий ток замыкания на землю; миллиамперметр мА – контролирует ток, измеряемый с помощью ТНП, который является входным сигналом для МП устройства.

Для реализации функций автоматики - двукратного АПВ и УРОВ в стенде используются тумблеры “АПВ” и “УРОВ”, которые подают сигнал на соответствующие приёмные цепи устройства. Реализация же одно- или двукратного АПВ задаётся с помощью программных ключей в самом устройстве.

В стенде также реализованы возможности управления устройством либо местное, с помощью органов управления, находящихся в устройстве, таких как кнопки управления, световые индикаторы и дисплеи, либо дистанционное с помощью линии связи, персонального компьютера и специальных программ управления и контроля. Задание режима управления устройством осуществляется с помощью тумблера “МЕСТ/ДИСТ”.

В “блоке выходов” задействованы пять выходов:

• “УРОВ” – отключение вводного выключателя Q1 при срабатывании функции УРОВ устройства защиты;

• “ОТКЛ” – отключение исследуемой линии выключателем Q2 при срабатывании устройства защиты на отключение;

• “ПЕРЕГРУЗКА” – срабатывание световой и звуковой сигнализации при перегрузке исследуемой линии;

• “ОЗЗ” – световая и звуковая сигнализация при срабатывании защиты от однофазного замыкания на землю (на сигнал или отключение);

индикатор “ВЫЗОВ” - загорается при любом срабатывании устройства защиты

Вариант задания на группу

Вариант 1

1. Защита от междуфазных замыканий:

2. Защита от несимметрии фаз: I =20%

3. Защита от ОЗЗ:

• рабочее напряжение сети кВ;

• емкость фазы одной линии относительно земли 0,35 мкФ;

;

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЗАЩИТЫ ОТ МЕЖДУФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ И ПЕРГРУЗОК

Исходные вычисленные данные

Вид характеристики	I>	k	I>>	t>>	I>>>	t>>>
инверсная	4.8	0.087	4.3	0.24	1.1	0.44

ток срабатывания реле для первой ступени:

ток срабатывания реле для второй ступени:

ток срабатывания реле для третьей ступени:

K_сх – коэффициент схемы;

времени срабатывания для первой ступени защиты:

времени срабатывания для второй ступени защиты:

времени срабатывания для третьей ступени защиты:

где t – ступень селективности, для устройства SPAC 801–01 принимается равной с

коэффициента времени для заданного вида характеристики:

Таблица экспериментальных данных

№	Значение входного тока, А	Индексация на блоке измерений	Показания секундомера, с
1	1.5	Сраб. (6)	0.44
2	2.2	Сраб. (6)	0.39
3	3	Сраб. (6)	0.33
4	4.5	Сраб. (4)	0.24
5	4.8	Сраб. (4)	0.15
6	5	Сраб. (2)	0.05

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЗАЩИТЫ ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ (ОЗЗ)

вторичный собственный емкостной ток поврежденной ЛЭП:

первичныйсобственный емкостной ток поврежденной ЛЭП:

, где - коэффициент трансформации трансформатора тока

полный ток однофазного замыкания на землю:

ток срабатывания защиты:

где - коэффициент чувствительности;

=1.1 - коэффициент надёжности;

- коэффициент “броска”, учитывающий бросок емкостного тока в момент возникновения ОЗЗ, а также способность реле реагировать на него.

ток срабатывания реле:

Вывод: В ходе проведения данной лабораторной работы мы на практике освоили следующие виды защит и автоматизации на лабораторном стенде:

1. максимально токовой защиты (3 ступени);

2. защиты от однофазного замыкания на землю (2 ступени);

3. защиты от несимметрии фаз;

4. автоматического повторного включения (АПВ);

5. устройства резервирования отказа выключателя (УРОВ);