1. Микропроцессорные защиты шкафов типа

ШЭ2607 011.021 и ШЭ2607 012.021 ФИРМЫ «ЭКРА»

Шкафы предназначены для защиты линий 110-220 кВ и управления линейным выключателем [9]. Шкаф состоит из двух комплектов (терминалов). Первый комплект (комплект А1) содержит:

- трехступенчатую дистанционную защиту от междуфазных КЗ;

- четырехступенчатую токовую направленную защиту нулевой последовательности от КЗ на землю;

- токовую отсечку.

Комплект А1 выполняет также функции автоматики управления выключателем (АУВ), АПВ и УРОВ.

Комплект А2 выполняет перечисленные выше функции защит, кроме того организует прием и передачу сигналов ВЧТО, а также автоматику разгрузки при перегрузке по току (АРПТ).

Комплект А1 имеет два обозначения:

ШЭ2607 011 – для выключателей с трехфазным приводом;

ШЭ2607 012 – для выключателей с пофазным управлением электромагнитами включения и отключения выключателей.

Конфигурация и схема подключения шкафа к трансформаторам тока и напряжения линии приведена на рис.1.1. Для выполнения АПВ с контролем напряжения на линии и с контролем синхронизма шкаф подключается к устройству (шкафу) отбора напряжения ШОН.

Дистанционная защита.

Дистанционная защита обоих комплектов включает:

- три основные направленные ступени и дополнительную ненаправленную ступень;

- блокировку при качаниях БК;

- блокировку при неисправностях в цепях переменного напряжения БНН;

-цепи логики.

Рис.1.1. Схема подключения защит шкафа ШЭ2607 011 к трансформаторам тока и напряжения

Каждая из ступеней содержит по три реле сопротивления, включенных на линейные напряжения и разности соответствующих фазных токов. Упрощенная структурная схема защиты приведена на

рис.1.2.

Блокировка при качаниях (БК) пускается при КЗ от чувствительного и грубого реле тока, которые реагируют на скорости изменения во времени векторов токов обратной DI₂ и прямой DI₁ последовательностей.

При КЗ БК срабатывает и вводит в работу быстродействующие (первая и вторая с меньшим временем) ступени на время от 0,2 до 1 с (элементы времени DT-6 и DT-7) с последующим выводом на время от 3 до 12 с (элемент DT-8).

Медленнодействующие ступени (II и III) вводятся при КЗ на время от 3 до 12 с (элемент времени DT-8).

Рис.1. 2. Урощенная структурная схема дистанционной защиты шкафа ШЭ 2607011.021 фирмы «Экра»

Блокировка при неисправностях в цепях напряжения (БНН) реагирует на обрыв одной, двух и трех фаз «звезды» и «разомкнутого треугольника» трансформатора напряжения. При нарушениях в цепях напряжения БНН действует без выдержки времени на вывод из работы всех ступеней защиты и с выдержкой времени 5-9 с, (элемент времени DT-5 (23)) на сигнал.

Блокировка срабатывает, если модуль напряжения на выходе ее измерительного органа превысит уставку:

;

Измерительный орган БНН сравнивает вектор напряжения, полученный из фазных напряжений «звезды», с вектором напряжения, образованным из линейных напряжений «разомкнутого треугольника».

Для стандартной схемы соединения вторичных обмоток трансформатора напряжения векторная диаграмма напряжений приведена на рис. 1.3, а. Напряжение на выходе блокировки будет равно:

, (1.1)

где - множитель для пересчета линейных напряжений «разомкнутого треугольника» в фазные напряжения.

Векторные диаграммы к алгоритму функционирования БНН приведены на рис.1.3, б.

Рис.1.3. Блокировка при неисправностях в цепях напряжения:

а – векторная диаграмма напряжений вторичных обмоток трансформатора напряжения; б – векторная диаграмма напряжений в БНН

Как видно из рис.1.3 в нормальном режиме напряжение измерительного органа равно нулю. На выходе БНН присутствует сигнал 0, на выходе элемента «И» 17 (рис.1.2) также сигнал 0, а на выходе «инвертора» 16 появится сигнал 1, который будет подан на элементы 10; 11; 13; и 15 и разрешит защите сработать.

При исчезновении любого из напряжений «звезды» или «разомкнутого треугольника» равенство (1.1) нарушается, появляется напряжение и блокировка срабатывает. На выходе БНН появляется сигнал 1, который через элемент 17 подается на элемент «инвертор» 16. На выходе элемента 16 появится сигнал 0, который, будучи подан на входы элементов 10, 11, 13, 15, запретит работать всем ступеням защиты. С выдержкой времениDT-5 (23) будет подан сигнал «Неисправность цепей напряжения». Накладкой ХВ-3 (рис.1.2) блокировку можно вывести из действия.

Цепи логики дистанционной защиты приведены на рис.1.2.

Сигналы при срабатывании трех измерительных органов I ступени (РСI – АВ, ВС, и СА) объединяются на элементе «ИЛИ» 1. I ступень срабатывает через логический элемент «И» 10 с выдержкой времени элемента DT-1 (19). Если I ступень действует без выдержки времени, то на DT-1 устанавливается минимальная уставка 0 с.

На два других входа элемента 10 приходят сигналы от БК и БНН.

Если I ступень действует с выдержкой времени при КЗ в I зоне, то за счет растяжения дуги возможен переход КЗ из первой во вторую зону. Чтобы при этом защита доработала с уставкой по времени I ступени, предусмотрен подхват отключающего импульса РС I ступени от РС ненаправленной ступени. При одновременном срабатывании РСI и РС ненаправленной ступени на выходе элемента «И» 4 появится сигнал 1, который подается на один из входов элемента 1 и удержит I ступень в сработанном состоянии до возврата РС ненаправленной ступени.

Вторая ступень может действовать с двумя выдержками времени:

с меньшей через элемент «И» 11 с выдержкой времени на элементе DT-2 (20) и с большей через элемент «И» 13 и элемент времени DT-3 (21). С помощью программной накладки ХВ-2 вторую ступень можно из действия вывести на элементе «И» 18.

Третья ступень действует через элемент «И» 15 с выдержкой времени DT-4 (22).

Каждая из ступеней ДЗ с соответствующей выдержкой времени через схему «ИЛИ» 25 действует в выходной блок защит на отключение линии и на светодиодную сигнализацию.

Работа защиты.

При КЗ в I зоне сработает РС I ступени и через элемент «ИЛИ» 1 сигнал поступит на элемент «И» 10.

Сработает блокировка при качаниях и на выходе БК_б появится сигнал пуска быстродействующих ступеней, который через элементы «ИЛИ» 5, «И» 9 поступит на элемент «И» 10.

На элементе «И» 9 производится дополнительный контроль срабатывания ненаправленной ступени. Сигнал с выхода элемента 9 подается на вход элемента 5, за счет чего разрешающий сигнал от БК_б будет удерживаться даже по истечение времени ввода и снимается при возврате РС ненаправленной ступени.

На третий вход элемента «И» 10 сигнал поступает от БНН при исправности цепей напряжения.

На выходе элемента «И» 10 появится сигнал, который пустит элемент времени DT-1(19), после его срабатывания сигнал через элемент «ИЛИ» 25 будет подан в выходные цепи на отключение линии.

Если введена вторая ступень с меньшим временем (накладка ХВ-2 замкнута), то при срабатывании РС II ступени сигнал через элемент «ИЛИ» 2 поступает на элемент «И» 11. Сигнал при срабатывании БК_б поступает на вход «И» 11 через элементы 5 и 9. На третий вход элемента 11 сигнал подан от БНН. На выходе элемента «И» 11 появится сигнал, который через элемент «И» 18 пустит реле времени DT-2 (20). Доработав, реле времени подаст сигнал на отключение через элемент «ИЛИ» 25.

Вторая ступень с большей выдержкой времени действует через элемент «И» 13. Эта ступень относится к медленнодействующим ступеням и вводится блокировкой при качаниях сигналом с выхода БК_м. Сигнал с БК_м поступает через элемент 12 на вход элемента «И» 13. Предусмотрено продление сигнала ввода от БК_м, для чего сигнал с выхода элемента «И» 13 подается на вход элемента 12. Сигнал ввода будет удерживаться до возврата РС II ступени.

На третий вход элемента «И» 13 сигнал поступает от БНН. На выходе элемента «И» 13 появится сигнал. Он пустит элемент времени DT-3 (21), после срабатывания которого защита подаст сигнал на отключение через элемент «ИЛИ» 25.

При КЗ в третьей зоне сработает РС III ступени, а также блокировка при качаниях БК_м, и ступень через элементы 14, 15, элемент времени DT-4 (22) и элемент «ИЛИ» 25 подаст сигнал на отключение линии.

В защите предусмотрены ускорения при включении выключателя и оперативное ускорение (на схеме не показаны).

Токовая отсечка.

Токовая отсечка состоит из трех реле максимального тока, включенных на токи фаз А, В и С, и объединенных по схеме ИЛИ 102), рис.1.4. Токовая отсечка может быть задействована постоянно или только при включении выключателя на время 1 – 2 с.

Рис. 1.4. Упрощенная структурная схема токовых защит

шкафа ШЭ2607 011 фирмы «ЭКРА»

Выбор режима ТО определяется программируемой накладкой ХВ53. Если накладка ХВ53 разомкнута, то отсечка будет действовать через элемент И (113) при включении выключателя.

При отключенном выключателе реле KQT (РПО – реле положения отключено) находится в сработанном состоянии, реле с выдержкой времени на возврат готово к действию (на выходе ДТ-10 (80) сигнал 1).

При включении выключателя реле KQT отпадает, на его выходе появляется сигнал 0. А на выходе реле времени ДТ-10 будет сохраняться сигнал 1 в течение времени действия реле времени на возврат. Если линия включается на КЗ, то отсечка срабатывает через элемент И (113).

Если накладка ХВ53 замкнута, то отсечка будет готова к действию через элемент И (114) постоянно.

Токовая направленная защита нулевой последовательности.

Четырехступенчатая направленная защита нулевой последовательности (ТНЗНП) содержит (рис.1.4):

- реле тока I ступени;

- реле тока II ступени;

- реле тока III ступени;

- реле тока IV ступени;

- разрешающее реле направления мощности (РНМНП);

- блокирующее реле направления мощности (РНМНП).

Реле тока нулевой последовательности реагируют на ток нулевой последовательности 3I₀ , который рассчитывается по векторам фазных токов по формуле:

. (1.2)

Реле направления мощности нулевой последовательности реагирует на величины векторов тока нулевой последовательности и напряжения нулевой последовательности, а также угол сдвига фаз между ними. Напряжение нулевой последовательности берется от «разомкнутого треугольника» трансформаторов напряжения (рис.1.1).

Разрешающее реле направления мощности срабатывает при КЗ на защищаемой линии, когда мощность нулевой последовательности направлена от линии к шинам. Блокирующее реле направления мощности срабатывает при КЗ «за спиной», когда мощность нулевой последовательности направлена от шин в линию.

Каждая из четырех ступеней ТНЗНП может работать как направленная, так и ненаправленная, что определяется, соответственно, программируемыми накладками ХВ44, ХВ45, ХВ46 и ХВ47 для I, II, III и VI ступеней (рис.1.4).

Направленность I и II ступеней обеспечивается только от разрешающего реле направления мощности, а III и IVступеней от разрешающего и блокирующего (ступень сработает при срабатывании разрешающего реле или несрабатывания блокирующего). Контроль от блокирующего реле направления мощности можно вывести программируемыми накладками ХВ48 и ХВ49.

Ступени ТНЗНП действуют с выдержками времени ДТ11, ДТ12, ДТ13, ДТ14 соответственно для I, II, III и VI ступеней через элемент ИЛИ (117) в выходной блок защиты на отключение выключателя, пуск УРОВ и светодиодную сигнализацию.

В защите предусмотрено ускорение II или III ступени защиты при включении выключателя, а также оперативное ускорение (на схеме рис.1.4 не показаны).