лекции

					91
	Ò1031					3		ÓÂ
1					I
						Ë101		Î Ó
2					II
								I
4	Ì 101	Î	Í	Ì	Ð
								II
					Á
5								Ó
6	Í 106	Î	ÂÍ
								III Óòî
7	Ò102		III					IV
	Ò1032					ÁË		Óòï
								Â×
					1
8	IV							Óí ð
					2			Ò3
	Ñ 101
9								Â×
	ÄÎ
10			ÀÂ					I
11
12	ÄÎ					Ë103		I II
13			ÂÑ					II
14
15								III
16	ÄÎ		ÑÀ					Ó
17					Ã
18	Á101		Ï Î Á					ÄÇ
					×
19
						ÁË	Í	åèñï ð.
	Ê104
					ÁÁ		Èñï ðàâí î
	ÓÁÊ						ÓÂ
					ÁÌ
							Î	Â
	ÁÍ Í				ÁÍ
20
					Çàï ðåò ÒÀÏ Â
					Î	Â
	ÁËÂ				Ï óñê Â× 1
					Ï óñê Â× 2
					Сигн ализация
					действует
					Сигн ализация
					í åèñï ðàâí à
					ÓÐÎ Â
					Ï óñê Ï À
					Продолжение рис. 2.7.6.

91

92

Орган выявления неисправности в цепях напряжения нулевой последовательности

Орган выявления неисправностей (ОВН), полупроводниковая часть которого реализована в блоке Н106, представляет собой минимальный орган, реагирующий на напряжение нулевой последовательности. Вследствие погрешности измерительного трансформатора напряжения и наличия в первичных напряжениях сети составляющих нулевой последовательности входной сигнал ОВН отличен от нуля и в неаварийных режимах работы всех воздушных линий. Поэтому длительное отсутствие сигнала на входе органа может свидетельствовать о дефектах в цепях напряжения нулевой последовательности.

ОВН предназначен для фиксации исчезновения напряжения третьей гармоники, благодаря двум частотным селективным активным фильтрам, настроенным на частоту третьей гармоники (рис. 27.7).

кп

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

f

50 100 150

Гц

Рис. 2.7.7. Амплитудно-частотная характеристика фильтра органа выявления неисправностей

Реле тока УРОВ

Реле тока в устройстве резервирования при отказе выключателей реализовано посредством блока типа Т104, предназначенный для фиксации наличия или отсутствия тока в защищаемой линии электропередачи. Своим выходным контактом реле тока действует на УРОВ, расположенное вне шкафов защит. Регулировка уставки реле тока УРОВ осуществляется перемычкой ХВ1, посредствам которой изменяется опорное напряжение двух-входового компаратора, выполненного на операционном усилителе А1.

Дистанционная защита шкафа ШДЭ 2801

Дистанционная защита шкафа ШДЭ 2801 основного комплекта содержит три ступени, каждая из которых осуществляется посредством

92

93

трех дистанционных измерительных органов, устройства блокировки при качаниях, устройства блокировки при неисправностях в цепях напряжения и органов выдержки времени.

Реле сопротивления

При построении реле сопротивления (РС) на операционных усилителях (ОУ) применяются принципы сравнения величин по фазе, позволяющие после суммирования величин производить операции с прямоугольными импульсами. Сравнение величин по фазе обеспечивает принципиальную отстройку от ложных действий направленных реле сопротивлений при отсутствии одной из величин и более широкие возможности получения сложных характеристик срабатывания в комплексной плоскости сопротивления Z = U I . При построении реле со-

противления дистанционной защиты используются принципы сравнения по фазе двух или более электрических величин.

Принцип действия реле сопротивления поясняется на обобщенной структурной схеме, приведенной на рис. 2.7.8.

U	DH	Ô1			ÑÑ
kU/					Uâû õ
kU//	Ï	Ô		ÐÎ
		2	ÔÈÍ
I	DT	Ôn

Рис. 2.7.8. Структурная схема реле сопротивления

В схеме приняты следующие обозначения:

U, I – соответственно междуфазное напряжение и разность фазных токов, подводимые к реле сопротивления;

kU', kU" – напряжения, подводимые к блоку памяти, пропорциональные междуфазным напряжениям других фаз;

U вых – выходной сигнал реле сопротивления;

ДН, ДТ – датчики (преобразователи) напряжения и тока, имеющие на своих выходных зажимах напряжения, пропорциональные соответ-

ственно сигналам U , I ;

93

94

П – блок памяти, формирующий и запоминающий на определённое время напряжение поляризации реле и обеспечивающий правильное действие РС при близких повреждениях;

Ф1 ,Ф2 – формирователи сравниваемых синусоидальных величин

Е1 ,Е2 ,...Еn , являющихся линейными функциями U и I:

Е

= k U + k I = k I( Z + Z

), Z

= −

k12

;

1

1

1

11

12

11

k11

k

22

Е2

= k11

U

+ k22 I = k11 I( Z + Z2

), Z2

= −

;

k11

(2.7.44)

......................................................................

k n2

Е

= k U + k

I = k I( Z + Z

), Z

= −

,

n

11

n2

11

n

n

k11

где k11 – коэффициент передачи по цепям напряжения;

k12 ,k 22 ,k n2

–

комплексные коэффициенты передачи по цепям

тока для формирования особых точек Z1 , Z2 , Zn

соответственно;

СС

– схема

сравнения величин

E1 ...En

по

фазе,

состоящая из

формирователя импульсов несовпадения (ФИН) и реагирующего органа;

ФИН – формирователь импульсов, которые имеют положительную полярность при совпадении полярности сравниваемых величин E1 , E2 ...En и отрицательную – при их несовпадении;

РО – реагирующий орган первого (РО1) или второго (РО2) вида, которые соответственно обеспечивают сравнение времени несовпадения с заданным и сравнение времени несовпадения с временем совпадения.

Характеристика срабатывания реле сопротивлений первой ступени имеет вид круга и образована путем сравнения по фазе трех электрических величин E1 , E2 , E3 по выражению (2.7.44). Величины

E1 , E2 , E3 с выходов формирователей поступают на вход ФИН. На выходе ФИН формируется импульсный сигнал eф (рис. 2.7.7), длитель-

ность отрицательных импульсов которого пропорциональна времени несовпадения tнс мгновенных значений величин e1 , e2 , e3 , а

длительность положительных импульсов – времени совпадения tс указанных величин. С выхода ФИН прямоугольные импульсы поступают

94

95

на реагирующий орган (РО2), который обеспечивает интегрирование импульсного сигнал, и срабатывает при превышении интегральным значением eи значения порогового напряжения uп.

е	е1	е2	е3		е	е1	е2	е3
0		π	2π	ωt	0			ωt
α''	π−α''		еф	t	е		α'	t

0

еф

tс

tнс

Uп

Uп

е

е

е

t

еи

t

0

и

0

tср

а

б

Рис. 2.7.9. Временные диаграммы работы схемы сравнения с реагирующим органом РО2:

а– короткое замыкание вне зоны действия;

б– короткое замыкание в зоне действия

Условие срабатывания РО2 имеет вид

τз	=	tнс	≥ k,
τр
		tс

где τз – постоянная времени заряда интегрирующего элемента РО2; τр – постоянная времени разряда интегрирующего элемента;

k – коэффициент пропорциональности, определяющий уставку по срабатыванию РО2.

Так как в соответствии с выражением (2.7.44) фазовые соотношения между векторами E1 , E2 , E3 соответствуют фазовым соотношениям между

векторами Z − Z1 , Z − Z2 , Z − Z3 , и каждый из которых определяется координатами одной из особых точек Z1 , Z2 , Z3 и точкой Z1 =U I комплексной плоскости сопротивлений, то на грани срабатывания угол между крайними из векторов равен углу срабатывания αcp , который близок к 120о.

При этом для любых точек Z = Z', находящихся внутри заданной характери-

95

96

стики наибольший угол между векторами Z − Z1 , Z − Z2 , и Z по абсолютному значению α' > αcp , а для точек Z = Z'', находящихся вне характеристики, α''< αcp . Благодаря использованию принципа сравнения времени не-

совпадения со временем совпадения, собственное время срабатывания РО2 выбрано больше 10 мс, что улучшает стабильность характеристики реле сопротивления первой ступени в установившемся и переходном режимах короткого замыкания.

Характеристика второй ступени имеет вид четырехугольника с вершинами Z1 , Z2 , Z3 , Z4 , охватывающая начало координат, что обес-

печивает надежное резервирование при близких повреждениях. Характеристика реле сопротивления второй ступени реализуется путем одновременного сравнения четырех величин E1 , E 2 , E 3 , E 4 в соответствии

с выражением (2.2.1). В схеме сравнения реле сопротивления второй ступени используется реагирующий орган вида РО1 (рис.2.7.9). Реагирующий орган сравнивает время несовпадения tнс мгновенных значе-

ний величин e1 , e2 , e3 , e4 с заданным и срабатывает при tнс ≥10 мс, что соответствует углу между крайними величинами αcp = π.

Согласно формуле (2.7.44) фазовые соотношения между векторами E1 , E 2 , E 3 , E 4 соответствуют фазовым соотношениям между векто-

рами Z − Z1 , Z − Z2 ,	Z − Z3 , Z − Z4	каждый из которых определяется
координатами одной	из особых	точек Z1 , Z2 , Z3 , Z4 , и точкой
Z =U I комплексной плоскости сопротивлений. При этом для любых

′	внутри заданной характеристики наи-
точек Z = Z , находящихся

большей угол между векторами Z − Z1 , Z − Z2 , Z − Z3 , Z − Z4 по абсолютному значению α′ > αcp , а для точек Z = Z′′, находящихся вне характеристики, α′′ < αcp . Собственное время срабатывания РО1 вы-

брано больше 15 мс.

Характеристика третьей ступени реализуется путем одновременного сравнения по фазе трех электрических величин E1 , E 2 , E3 по выражению (2.7.44) имеет форму треугольника с вершинами Z1 , Z2 , Z3 .

Такое построение характеристики обеспечивает лучшую отстройку от нагрузочных режимов и возможность дальнего резервирования. В схеме сравнения реле сопротивления третьей ступени используется реагирующий орган первого вида РО1, выполненный аналогично реле сопротивления второй ступени (рис. 2.7.8).

96

						97
	е	е	е2 е		е4	е	е	е	е	е
		1	3				1	2	3	4
	0				ωt	0			π	ωt
			π
	е	α''	еф			е		α'
					t					t
	0					0		еф
		tнс	tс
	е			Uп		е	еи	Uп
	0			еи	t	0				t
									tср
				а						б

Рис. 2.7.9. Временные диаграммы работы схемы сравнения с реагирующим органом РО1:

а– короткое замыкание вне зоны действия; б – короткое замыкание в зоне действия

Датчики напряжения фаз АВ, ВС и СА, используемые для реле сопротивления всех ступеней дистанционной защиты (блок датчиков напряжения Д102) с помощью трех ступенчатых (ХВ1, ХВ2, ХВ3) и трех плавных регулировочных элементов (резисторов) позволяют изменять уставки реле сопротивления в цепях напряжения не менее чем в 45 раз для реле сопротивления третьей ступени и в 20 раз для реле сопротивления первой и второй ступеней.

Датчики тока включены на разность фазных токов (блок Д103 – датчики тока реле сопротивления первой ступени и Д104 – реле сопротивления второй и третьей ступеней) их вторичные цепи содержат по два переключателя (SB1 и SB2) для уменьшения уставки реле сопротивления в цепи тока в 2 и в 4 раза соответственно. Конструктивно полупроводниковая часть реле сопротивления всех ступеней выполнена в блоке типа С101.

Блокировка при качаниях Блокировка при качаниях предназначена для исключения срабатывания дистанционной защиты при возникновении качаний в ЭС. При КЗ блокировка вводит в действие защиту на время, достаточное для ее срабатывания и если защита не сработала, то

97

98

она её блокирует. Устройство блокировки состоит из пускового органа Б101 и логической части К104 (рис.2.7.8).

Пусковой орган блокировки реагирует на приращение тока обратной последовательности I2 t , обеспечивая работу защиты при несимметричных КЗ. Существует дополнительный канал, реагирующий на приращение тока прямой последовательности I1 t , что

позволяет повысить чувствительность при незначительном или кратковременном появлении тока обратной последовательности.

Логическая часть блокировки выполнена с использованием микросхем серии К511. Логика обеспечивает при срабатывании пускового органа:

1)ввод быстродействующих ступеней защит на время 0,2; 0,4; 0,6; секунд с последующим выводом;

2)ввод медленнодействующих ступеней, а так же возврат схемы в исходное состояние;

3)ускоренный возврат блокировки при качаниях при отключении выключателей.

Блокировка при неисправностях в цепях переменного напряже-

ния

Блокировка предотвращает ложные действия защиты при неисправностях в цепях напряжения. Полупроводниковая часть находится вместе с блокировкой при качаниях в блоке К104. При неисправностях

вцепях напряжения блокировка подает блокирующий сигнал в логическую часть дистанционной защиты. Кроме того, контактами своих реле воздействует на информационную систему, помимо светодиодов внутренней сигнализации.

Расчет параметров дистанционной защиты

I ступень ДЗ

Первичное сопротивление срабатывания защиты, Ом: отстройка от междуфазных КЗ в конце линии

ZсзI = кн1 Zw ,

(2.7.45)

где кн1 – коэффициент надежности, равный 0,87 о. е.;

Zw – комплексное сопротивление защищаемой линии, Ом;

отстройка от короткого замыкания за отпайками

Zотв1

Zотв2

ZI

= к

н1

Z

I

+

+ Z

II

+

+ ... + Z

,

(2.7.46)

сз

ктр1

ктр2

III

где Zотв1 , Zотв2 – комплексные сопротивления ответвлений, Ом;

98

99

ктр1 – коэффициент токораспределения, равный отношению токов, про-

текающих по защищаемой линии и ответвлению при трехфазном коротком замыкании за ответвлением в максимальном режиме работы системы, о. е.;

ZI – комплексное сопротивление участка от начала защищаемой линии до первой отпайки, Ом;

ZII – комплексное сопротивление участка защищаемой линии от первой до второй отпайки, Ом;

ZIII –комплексное сопротивление от последней отпайки до конца защи-

щаемой линии, Ом; отстройка от короткого замыкания в конце параллельной линии при ее каскадном отключении

							кн2
	ZI	= к	н1	Z	w	+		ZI		d ,	(2.7.47)
	сз						ктр3	сзпарал w

где кн2 – коэффициент надежности, равный 0,44 о. е.; ктр3 – коэффициент токораспределения, равный отношению токов, про-

текающих по защищаемой и параллельной ей линии и каскадном отключении последней при трехфазном коротком замыкании в ее конце в максимальном режиме работы системы, о.е.,

		I (3)
	ктр3 =	кmax.w	;	(2.7.48)
		Iк(3)max.паралw

d – коэффициент, равен

d = sinφз ,

sinφмч

где φз – угол расчетного выражения между активной и реактивной состав-

ляющими сопротивления линии электропередачи при коротком замыкании, эл. град.;

ϕмч – угол максимальной чувствительности реле сопротивления, равен 75˚.

Дальнейший расчет ведется по меньшему из рассчитанных значений ZсзI . Вторичное сопротивление срабатывания реле, Ом,

к

ZсрI = кI ZсзI . (2.7.49)

U

Выбор типа реле и выставление уставки производим по выражению

99

100

	N уст =	Zуст min	100 %,	(2.7.50)
		ZсрI

где Zустmin – минимальная уставка реле для I и II ступени защиты, равная

0,25; 0,5; 1,0 Ом. Уставка выставляется ступенчато (6; 12; 25; 50; 100 %) и плавно в пределах половины диапазона ступени.

Коэффициент чувствительности защиты, о. е., определяется выражением

кI		I (3)	к	сх
	=	к min			≥1,3,	(2.7.51)
		кI I тр
ч

где Iк(3)min – ток по защищаемой линии при трехфазном коротком замыкании в ее конце в минимальном режиме работы системы;

Iтр – ток точной работы реле сопротивления I и II ступени защиты, рав-

ный 1,5; 3,0; 6,0 А.

II ступень ДЗ

Сопротивление срабатывания защиты, Ом: отстройка от защит смежных участков

кн2

ZII

=

к

н1

Z

w

+

ZI

d ,

(2.7.52)

сз

ктр4

сзсмw

где кн2 – коэффициент надежности для одноцепной линии электропередачи, равный 0,78 о. е.;

кн2 – коэффициент надежности для двухцепной линии электропердачи, равный 0,66 о. е.;

ктр4 – коэффициент токораспределения, равный отношению токов по

защищаемой и смежной линиям при трехфазном коротком замыкании в конце последней в максимальном режиме работы системы, о. е.,

		I	(3)
ктр4	=		кmax.w	,	(2.7.53)
		Iк(3)max.смw

ZсзI смw – сопротивление срабатывания защиты смежной линии первой

ступени, Ом; отстройка от короткого замыкания за трансформатором в конце линии

							Z	тр
ZII	=	к	н1	Z	w	+				d ,	(2.7.54)
сз							ктр5

где Zтр – сопротивление (авто)трансформатора соответствующей стороны, Ом;

100