11.17. Дистанционная защита типа шдэ-2801, выполняемая на имс

Дистанционная защита типа ШДЭ-2801 предназначена для РЗ ЛЭП 110-330 кВ от междуфазных КЗ [60]. Конструктивно ДЗ размещается в шкафу вместе с комплектом четырехступен­чатой НТЗ НП и токовой отсечкой от междуфазных КЗ. В та­ком исполнении эти РЗ дополняют друг друга и служат полно­ценной защитой ЛЭП 110-330 кВ от всех видов КЗ. Ниже рас­сматривается только ДЗ. Ее упрощенная схема, поясняющая работу измерительной и логической частей, приведена на рис. 11.43. Принципиальные схемы ИО рассмотрены в § 11.9, поэтому на схеме они показаны в виде функциональных эле­ментов. Логическая схема изображена с некоторыми упроще­ниями.

Измерительная часть (ИЧ) ДЗ ШДЭ-2801 имеет три ступени, каждая из которых состоит из трех ДО KZ.AB, KZ.BC, KZ.CA, включенных на междуфазные напряжения и разность фазных токов согласно табл. 11.1.

Дистанционные органы построены на принципе сопостав­ления времени несовпадения мгновенных значений сравни­ваемых напряжений с временем их совпадения по схеме, при­веденной на рис. 11.27. Характеристика срабатывания ДО I сту­пени имеет форму окружности, проходящей через начало координат с углом максимальной чувствительности = 75° (см. рис. 11.14,6). Дистанционный органII ступени имеет характеристику срабатывания в виде четырехугольника, сме­щенного в ill квадрант не более чем на 6% значения сопро­тивления срабатывания вектора Z_y, расположенного под углом 75° относительно оси координат +R (см. рис. 11.14, д); дистанционный орган III ступени выполняется с характери­стикой срабатывания в виде треугольника, одна из вершин которого Z₁ совмещена с началом координат (см. рис. 11.14, е). Для обеспечения надежного действия ДО I и III ступеней при КЗ вблизи места установки ДЗ в схеме этих органов преду­смотрен контур памяти, формирующий поляризующее напря­жение U_п.

Первая ступень ДЗ работает без выдержки времени. Вторая ступень имеет два органа времени: один используется для дей­ствия II ступени с малой выдержкой времени (0,5-1,5 с), второй -с большим временем: t > 1,5 с. Третья ступень имеет один ор­ган времени и работает с боль­шой выдержкой времени, рав­ной нескольким секундам.

В схеме ДЗ предусмотрена возможность ускорения дейст­вия II и III ступеней до t = 0 при включении выключателя за­щищаемой ЛЭП от ключа уп­равления или от АПВ, а также оперативного ускорения этих же ступеней, вводимого с помощью переключателей в определен­ных режимах для ускорения от­ключения КЗ. Предусмотрено блокирование действия всех ступеней ДЗ при повреждениях в цепях ТН с помощью устрой­ства УБН, которое реагирует на нарушение баланса фазных напряжений вторичных обмо­ток ТН, соединенных в звезду, и обмоток, соединенных в ра­зомкнутый треугольник. В схе­ме ИЧ имеется устройство, бло­кирующее действие ДЗ при ка­чаниях (УБК). Пусковой орган УБК реагирует на различные ско­рости приращения вектора тока обратной I₂/t и прямой I₁/t последовательностей при КЗ и качаниях. Схема и действие такого устройства рассмотрены в гл. 12. Пусковой орган имеет два выходных органа: чувствитель­ный PO1 и грубый Р02; последний в 2-3 раза грубее PO1. При ка­чаниях и в режиме нагрузки УБК запрещает действие I и II сту­пеней, если последняя имеет выдержку времени t < 1 с. При КЗ, вследствие внезапного появления и резкого увеличения I₂ и I₁, УБК срабатывает и вводит заблокированные ступени в дей­ствие на время, необходимое для их срабатывания (0,2-0,4-0,6 с). По истечении этого времени УБК вновь выводит их из работы (до следующего КЗ или появления несимметричного режима).

В рассматриваемой схеме ДЗ предусмотрена возможность использования УБК в качестве дополнительного пускового органа для медленно действующих II и III ступени. Такой ПО вводит II и III ступени при КЗ на время t = 312сине позволя­ет им работать при больших перегрузках на защищаемой ЛЭП, а также при повреждениях в цепях ТН.

В схемах ДО и блокирующих устройств измерительной ча­сти ДЗ ШДЭ-2801 используются ОУ серии К553У-Д2. Для их ра­боты требуется источник питания с напряжением постоянно­го тока ± 15 В.

Логическая часть ДЗ построена на логических микросхемах серии К-511, которые обладают повышенной помехоустойчи­востью, что и обусловливает целесообразность их применения в схемах РЗ. В схеме рис. 11.43 микросхема К-511 применяется в качестве логического элемента, выполняющего как опера­ции И-НЕ, так и ИЛИ-НЕ.

В первом случае в исходном режиме на входе ЛЭ (микро­схемы К-511) дежурит сигнал на уровне логического 0, а на вы­ходе - сигнал единичного уровня в виде напряжения 12 В. Для переключения на все входы ЛЭ необходимо одно­временно подать логический сигнал, тогда на выходе элемен­та вместо 1 появится логический сигнал 0 в виде напряжения0,30,4 В. Это означает, что ЛЭ выполнил операцию И-НЕ. Если же в исходном режиме на входах ЛЭ (микросхемы) присутствуют сигналы 1, то для переключения ЛЭ достаточно подать хотя бы на один из его входов нулевой сигнал, в резуль­тате которого на выходе появится логический сигнал, означаю­щий, что ЛЭ выполнил операцию ИЛИ-НЕ.

На рис. 11.43 на каждом ЛЭ (микросхеме) согласно приня­той условности показана операция, выполняемая микросхемой при положительной логике (в данном случае знаком опе­рации И-НЕ). Для облегчения рассмотрения схемы рядом с прямоугольником ЛЭ указана выполняемая им операция в данной схеме, а внутри прямоугольника дается буквенное обозначение, принятое в схемах завода-изготовителя.

В качестве элементов времени в схеме используются бес­контактные элементы, выдержки времени которых определя­ются временем заряда конденсаторов. В качестве исполни­тельных элементов, выполняющих переключения в цепях от­ключения выключателей и сигнализации, применяются гер-коновые реле РПГ-2.

Принципы построения логической схемы (рис. 11.43). Логи­ческая схема имеет три основных канала, по элементам кото­рых проходят соответственно сигналы от ДО (KZ) I, II, III сту­пеней ДЗ на элементы четвертого общего выходного канала, формирующего выходной сигнал о срабатывании ДЗ, воздей­ствующей на отключение ЛЭП.

Канал I ступени образован из логических элементов ИЛИ-НЕ 1 (D1.1)^*, И-НЕ 1 (D2.3), усилителя мощности в виде транзи­стора VT и диода VD13. Сигнал о срабатывании этой ступени контролируется УБК. Блокирующий сигнал УБК через элемент ИЛИ-НЕ 3 (D5.4) поступает на вход D2.3.

Канал II ступени состоит из логического элемента ИЛИ-НЕ 2 (D2.1), выходной сигнал которого расходится по двум парал­лельным цепям. Одна цепь, предназначенная для работы II сту­пени с малой выдержкой времени, выполняется с помощью элемента И-НЕ 2' (D3.1), элемента времени DT1.1 с малой уставкой и диода VD12. Эта цепь блокируется УБК, подаю­щим сигнал через вспомогательный логический элемент D5A на вход D3A. Вторая цепь состоит из элемента И-НЕ 2" (D3.2), элемента времени DT2.1, диода VD10.

В состав канала III ступени входят элементы ИЛИ-НЕ 3 (D2.2), И-НЕ 3' (D4.1), элемент времени DT2.2, диод VD9.

Сигналы о действии ДЗ, выходящие из I, II или III канала, при­ходят на общую сборную шинку СДО, откуда по IV выходному каналу, образованному из элементов D7.2 и D4.2, поступают на выходное промежуточное реле KL4. При срабатывании это ре­ле передает команду на отключение выключателя. Прохождение сигналов о действии ДЗ по каналам I, II, III ступеней возможно только при наличии разрешающих сигналов, по­ступающих от УБК и УБН, а по выходному каналу при наличии двух разрешающих сигналов: одного от устройства функцио­нального контроля, контролирующего правильность поведения элементов I, II и III каналов, и второго - от устройства, под­тверждающего срабатывание ДО какой-либо ступени.

Все полупроводниковые элементы логической схемы и ИО питаются напряжением ± 15 В, получаемым от блока пита­ния (БП) БРЭ-2801, который имеет вывод для питания шинки нулевого потенциала. Для питания электромеханических реле блока отключения и сигнализации используется напря­жение 24 В, получаемое также от БП БРЭ-2801.

Для облегчения понимания действия логической части на входах и выходах всех элементов схемы показаны логические сигналы (0 или 1), присутствующие на них при недействии ДО, УБК, УБН и устройства функционального контроля, что имеет место при нормальном режиме защищаемой сети и исправном состоянии контролируемых элементов ДЗ.

Назначение и действие элементов схемы (рис. 11.43). Логи­ческие элементы Dl.l, D2.1, D2.2 объединяют сигналы трех дистанционных органов каждой ступени (по схеме ИЛИ). В нормальном режиме на входе этих элементов присутствуют сигналы 1, поступающие от недействующих ДО, а на их выхо­де сигналы 0. При срабатывании ДО любой ступени на входе упомянутых выше логических элементов (ИЛИ-НЕ) соответ­ствующей ступени появляется логический сигнал 0, а на вы­ходе - 1. Выходные сигналы ИЛИ-НЕ 1, 2, 3 (Dl.l, D2.1, D2.2 соответственно) поступают на D2.3, D3.1, D3.2, D4.1. Эти элемен­ты служат для блокирования действия ДО в нормальном ре­жиме и при качаниях. В этом режиме на вход указанных эле­ментов от УБК подается единичный сигнал, а при КЗ блоки­ровка при качаниях подает сигнал нулевого уровня, разрешаю­щий передачу сигнала о действии ДО на следующие логиче­ские элементы (VT и элементы времени DI).

При исправном состоянии цепей напряжения от УБН на вход логических элементов И-НЕ 1, 2, 2', 3' приходит сигнал 1, разрешающий им работать. Если же в цепях напряжения возни­кает повреждение, то УБН посылает сигнал на уровне логиче­ского 0, запрещающий элементам И-НЕ действовать.

Блокировка при качаниях (УБК) имеет два выхода, один от чувствительного PO1, второй от грубого Р02 с одинако­вым уровнем ЛС. Эти сигналы передаются по двум разным цепям БК1 и БКИ. По цепи БК1 через вспомогательный логиче­ский элемент D5A блокируется первая ступень и вторая -с малой выдержкой времени . В нормальном режиме и при качаниях на вход элемента D5.4, выполняющего операцию ИЛИ-НЕ, приходит сигнал 1. При этом на выходе D5A присут­ствует сигнал 0, запрещающий действовать элементам И-НЕ 1 и И-НЕ 2'. При КЗ УБК приходит в действие, посылая по цепи БК1 кратковременно (в течение t= 0,2; 0,4; 0,6 с) логический сигнал 0 на вход D5.4, последний переключается, и на его вы­ходе возникает единичный сигнал, разрешающий элементам И-НЕ 1 и И-НЕ 2' сработать и осуществить кратковременный пуск I и II ступеней. По истечении времени пуска t, достаточ­ного для действия I ступени, разрешающий сигнал прекраща­ется, и по цепи БК1 на входы элементов D2.3 и D3.1 вновь приходит блокирующий нулевой логический сигнал. Пуск ДЗ на 0,2 с недостаточен для срабатывания И ступени с малой вы­держкой времени = 0,20,6 с. Поэтому в схеме предусмотре­но продление пуска подачей с выхода элементаD3.1 сигна­ла 0 на второй вход D5A. При наличии этого сигнала элемент D5A (действующий по схеме ИЛИ-НЕ) продолжает выдавать разрешающий единичный сигнал, удерживающий в сработан­ном состоянии элемент D3.1. Возврат D5A и D3.1 происходит при возврате ДО II ступени в начальное состояние.

По цепи БКН УБК производит пуск И ступени, действующей с большей уставкой иIII ступени - с . В нормальном режи­ме и при качаниях по цепиБКП УБК посылает блокирующий сигнал 1, а при КЗ - разрешающий сигнал 0 в течение t =6 12 с. Эти сигналы поступают через вспомогательные инвертирующие элементыD6.1 и D6.3 на вход D3.2 и D4.1. В пер­вом режиме при отсутствии КЗ логический сигнал 0 БК запре­щает переключение обоих ЛЭ, блокируя этим прохождение, сигналов ДО II и III ступеней. Во втором режиме (при КЗ) ло­гический сигнал 1 разрешает переключение D3.2 и D4.L По­этому при действии ДО II или III ступени на выходе D3.2 или D4A появляется сигнал 0 о пуске соответствующей ступени.

Возможны случаи, когда БК может запуститься скорее, чем начнет работать II или III ступень, и тогда пуск, осуще­ствляемый БК, прекратится раньше, чем сработает блокируемая ступень. Для исключения этого в схеме предусмотрена подача сигнала с выхода D3.2 и D4.1 на вход D6.1 и D6.3, удер­живающего их в сработанном состоянии до возврата ДО II или III ступени.

Действие элементов схемы при КЗ. При междуфазном по­вреждении в пределах I ступени логический сигнал 0, возни­кающий при этом на выходе блокирующего элемента D2.3, поступает на диод VD13, последний открывается, и логиче­ский сигнал 0 о срабатывании I ступени ДЗ появляется на входе D7.2 выходного канала IV (рис. 11.43).

При КЗ в пределах II и III ступеней выходные сигналы с D3.2 (или D3.1) и D4.1 поступают соответственно на элементы времени DT1.1 (или DT2.1 и DT2.2). По истечении установлен­ных на них выдержек времени (или)_, на входе каждого элемента времени появится неинвертированный сигнал О в виде напряжения= 1-5- 1,5 В. Под действием этих сигна­лов принимающие их диодыVD9-VD11 открываются, и сигналы о действии II или III ступени приходят на диодную сборную шинку СШ. Диоды VD9-VD13 установлены для разделения це­пей, по которым приходят сигналы. При отсутствии КЗ на ка­тодных входах диодов VD9-VD13 присутствуют единичные ло­гические сигналы, полученные с выходов элементов времени и транзистора VT I ступени, поэтому все диоды заперты, а на сборной шинке СШ дежурит сигнал 1 в виде напряжения Е_п 13 В, получаемого от источника питания полупроводнико­вых элементов через VD5 и R3. Со сборной шинки СШ сигнал поступает на выходной элемент D4.2 через элемент ИЛИ-НЕ D7.2, осуществляющий инвертирование входного сигнала. Выходной элемент D4.2 воздействует на промежуточное ре­ле KL4. В нормальном режиме на выходе D4.2 дежурит сигнал 1 в виде U¹ = + 15 В, поэтому KL4 не действует.

При появлении сигнала о срабатывании ДЗ на выходе D4.2 возникает сигнал 0 в виде напряжения U⁰ ъ 0,3 В. На обмотке KL4 появляется напряжение U = Е_п - U°, реле срабатывает, передавая сигнал о срабатывании ДЗ на блок управления, выходное реле которого РП-220 подает команду на отключе­ние выключателя.

Из схемы видно, что сигнал о действии любой ступени ДЗ, поступающий с выхода D7.2 в виде логического сигнала 1 на вход D4.2, может пройти на KL4 при условии, что на два других входа D4.2 придут сигналы 1 от D7.1 (на схеме не показан) и D4.3*, которые являются выходными элементами двух устройств, контролирующих правильность функционирования элементов схемы.

Функциональный контроль комплекта дистанционной за­щиты основан на следующем положении. При правильном функционировании элементов устройства релейной защиты (любой) сигнал, соответствующий срабатыванию ее измери­тельных и логических органов, не может продолжаться в те­чение времени, превышающего время действия наиболее медленно работающей III ступени защиты или время вывода из действия защиты блокировкой при качаниях (УБК), имею­щей выдержку времени t_{ср max}. Поэтому если появится сигнал о срабатывании с большим временем: t_ср > t_{cp max}, то это озна­чает, что какой-то элемент схемы защиты неисправен.

В данной схеме ДЗ контролируется длительность сигнала (с помощью специального элемента времени) на выходе логи­ческих каналов I, II, III ступеней, чем осуществляется конт­роль ДО и всех логических элементов каждого из названных каналов, а также длительность выходного сигнала УБК (БКI и БКII) и УБН.

Основным элементом схемы контроля является логиче­ский элемент D1.2*, выполняющий функции ИЛИ-НЕ. На его вход приходят сигналы о срабатывании, получаемые с диод­ной сборки (VD9-VD13) через диод VD5, два сигнала от УБК и сигнал УБН. Выходной сигнал D1.2* действует на орган вре­мени DT4, работающий с выдержкой времени 10-13 с: t_DT4 > ,t_убк и t_убн. При срабатывании орган времени приводит в действие логический элемент D4.3*, который блокирует дей­ствия выходного элемента D4.2 и пускает промежуточное ре­ле KL3, подающее соответствующий сигнал о действии функ­ционального контроля (ФК).

В нормальном режиме все четыре сигнала на входе DL2* ИЛИ-НЕ имеют уровень сигнала 1, при этом на выходе присут­ствует сигнал 0, элемент времени DT4 не действует, и на вхо­де D4.2 дежурит сигнал 1, разрешающий выходному элемен­ту действовать, если на его вход поступит сигнал о срабаты­вании ДЗ.

При появлении хотя бы одного логического сигнала 0 на входе D1.2* элемент переключается, на его выходе появляет­ся сигнал 1, приводящий в действие элемент времени DT4. При правильном функционировании всех элементов ДЗ и отключении с заданным временем элемент DT4 не успеет срабо­тать, так как уставка времени DT4 выбирается больше време­ни, установленного на ДЗ. В этом случае на выходе D4.3* со­хранится сигнал 1, разрешающий сработать D4.2 при появлении сигнала 1 (о срабатывании ДЗ) на третьем входе D4.2.

Если же сигнал о действии ДЗ или УБК был ложным, то элемент времени DT4 сработает, на его выходе появится сиг­нал 1, D4.3* переключится и пошлет сигнал 0 о неисправности в схеме ДЗ на вход D4.2. На выходе последнего сохранится сигнал 1, не позволяющий KL4 сработать. При этом реле KL3, получив сигнал 0, подействует и подаст сигнал о неисправ­ности.

Кроме функционального предусмотрен тестовый контроль, позволяющий обслуживающему персоналу проверять правиль­ность действия всех ступеней ДЗ без подсоединения испыта­тельных устройств. Проверка осуществляется нажатием пере­ключателей, которые приводят в действие ДО всех ступеней всех фаз и связанные с ними элементы ЛЧ. Предварительно с помощью специального блока ДЗ выводится из работы, при этом размыкаются цепи отключения и производится образо­вание цепей, необходимых для проведения тестового конт­роля.

Для упрощения на рис. 11.43 не показаны некоторые эле­менты, выполняющие вспомогательные функции, и их связи с рассматриваемой схемой. К ним относятся: ускорение дей­ствия II и III ступеней; возможность передачи с помощью ВЧ-канала от I ступени ДЗ импульса, разрешающего отключе­ние ЛЭП с противоположной стороны с t = 0 с и получение ана­логичных сигналов по ВЧ-каналам с противоположного конца защищаемой ЛЭП; продление действия I ступени от II при близких трехфазных КЗ, когда ДО I ступени срабатывает "по памяти"; сигнализация о действии каждой ступени и схе­ма подачи команд на отключение выключателей.

Конструктивно ДЗ типа ШДЭ-2801 состоит из двух кассет А1 и А2, закрепленных на металлическом каркасе шкафа ШДЭ-2801. В кассете А1 размещается блок питания БРЭ-2801, осуществляющий питание оперативных цепей и полупровод­никовых элементов ДЗ. В кассете А2 расположены осталь­ные блоки ДЗ. В этом же шкафу расположена третья кассе­та A3, в которой находятся блоки МТЗ НП.

Технические данные ДЗ ШДЭ-2801. ДЗ предназначена для работы в диапазоне температур окружающего воздуха от -10 до +45 °С. Время действия I ступени при КЗ - не более 0,03 с. Мощность, потребляемая цепями переменного тока, 5 ВА на фазу; цепями переменного напряжения, подключенными к обмоткам ТН, соединенным в звезду, 4 ВА на фазу; цепя­ми подключенными к обмотке разомкнутого треугольника, 3 В • А. Относительная основная погрешность по сопротивле­нию срабатывания ДО всех ступеней не превышает ± 10%. Относительная дополнительная погрешность, обусловленная изменением температуры окружающего воздуха в пределах от -10 до +45°С, не превышает ± 5%. Коэффициент возвра­та ДО всех ступеней - не ниже 1,05. Защита работает правиль­но при изменении напряжения постоянного тока от -20 до 4- 10%U_ном. Защита не срабатывает ложно при воздействии ВЧ-помех, имеющих форму затухающих колебаний частоты 1 МГц.

Разновидности ДЗ, выпускаемых ЧЭАЗ на ИМС. Помимо ДЗ ШДЭ-2801 завод выпускает ДЗ типа ШДЭ-2802, которая состоит из двух комплектов: основного и дополнительного резервного. Основной комплект выполняется так же, как и ДЗ ШДЭ-2801, резервный комплект состоит из двухступенчатой ДЗ. В схеме ДЗ предусмотрено разделение основного и резервного комп­лектов по цепям тока, напряжения и оперативного тока.

Для ЛЭП 500-750 кВ ЧЭАЗ выпускает ДЗ типа ПДЭ-2001, которая имеет три ступени, УБК и УБН. Схема ДЗ построена с учетом интенсивных переходных процессов, возникающих при коммутациях и КЗ на протяженных ЛЭП.

Для сетей 35 кВ с изолированной нейтралью выпускается односистемная трехступенчатая ДЗ типа ШДЭ-2701 с токовы­ми ПО. Для ЛЭП 10 и 35 кВ изготавливаются ДЗ типа ДЗ-10 с зависимой характеристикой выдержки времени. В качестве самостоятельных ИО для сетей ПО и 220 кВ выпускается комплект из трех ДО БРЭ-2801.