Курбанов. Диагностика и ремонт реле сопротивления иин1ам реле
 Скачать 2.47 Mb.
|
|
Диагностика и ремонт реле сопротивления ИИН-1АМ (реле импедансное)  Выполнил: Курбанов Группа Р-4 Каспийск, 2022 г СодержаниеОписание реле: История создания, развития; Конструкция и принцип работы; Технические характеристики; Характеристики срабатывания с графическим представлением уставок; Сравнение с зарубежными аналогами Современные отечественные электромеханические/полупроводниковые аналоги (таблица сравнения параметров). Реализация на базе микропроцессорных устройств РЗА. Описание релеИмпедансное направленное реле ИИН-1АМ предназначено для защиты линий электропередач (ЛЭП) высокого класса напряжения 110 кВ на электростанциях и подстанциях. Это направленное реле полного сопротивления с круговой характеристикой. История создания реле ИИН-1АМРазработчик и производитель: Центральная служба релейной защиты, автоматики и измерений Горэнерго (ЦСРЗАИТ Горэнерго). В то время использовались импортные защиты, а Чебоксарский электроаппаратный завод (ЧЭАЗ) только налаживал выпуск панелей защит для сетей 110-220 кВ, и они были в большом дефиците, так как сети быстро развивались, и требовалась их модернизация. В лаборатории ЦСРЗАИТ Горэнерго разработали такое реле – ИИН-1АМ, и на базе его изготавливали панели для защит линий 110 кВ. Также выпускали и проверочные устройства для проверки этих защит. В составе ЦСРЗАИТ Горэнерго была лаборатория, которая занималась разработкой устройств РЗА и различных приспособлений, а также проверками и испытаниями. В самой службе ЦСРЗАИТ была эксплуатационная группа, которая занималась разработками схем защит и реле и расчетами уставок. Реле ИИН-1АМ не полностью изготавливалось в лаборатории ЦСРЗАИТ Горэнерго. Оно изготавливалось на базе устройств Чебоксарского электроаппаратного завода. Из Чебоксарских изделий брали корпуса и реле мощности, а остальные приспособления изготавливали сами в лаборатории. Реле ИИН-1АМ было более надежное, чем импортные аналоги (показал опыт эксплуатации) и гораздо меньшее по габаритам, чем реле ЧЭАЗ. В то время в Горэнерго начала широко применяться ВЧ блокировка. Её применение обуславливалось спецификой сети Горьковской области. Сеть была сильно закольцована, преобладали короткие линии и большие токи короткого замыкания. В то же время были общие требования к релейной защите по минимизации затрат и упрощению схем. ВЧ блокировки выполнялись, в том числе и на базе реле ИИН-1АМ. Конструкция и принцип работыИИН-1АМ является индукционным реле с ротором в виде барабанчика. Магнитопровод реле замкнутый, с четырьмя полюсами, выступающими внутрь. На магнитопроводе намотано восемь обмоток. Для уменьшения магнитного сопротивления междуполюсного пространства в центре между полюсами размещен цилиндрический сердечник, выполненный из стали. Между полюсами и сердечником имеется зазор, в котором расположен цилиндрический ротор (барабанчик), выполненный из алюминия. Барабанчик закреплен на оси, которая подпирается верхним и нижним подпятниками, в свою очередь подпятники установлены в основание в виде рамки. На оси помимо барабанчика закреплен упор, ограничивающий вращение ротора, а также изоляционная втулка с подвижным контактом.  Рис.1 Магнитная система направленного реле ИИН-1АМ 1, 2, 3, 4 – полюса магнитопровода; 5 – сердечник; 6 – ротор (барабанчик); 7 – магнитопровод. Контактная система реле ИИН-1АМ состоит из одного нормально разомкнутого контакта типа мостик. Подвижный контакт, как уже было сказано выше, будучи закрепленный на оси с ротором, имеет форму в виде цилиндра. Неподвижные контакты тоже цилиндрической формы изогнуты буквой «Г» и заклепаны на плоских пружинах, укрепленных на пластмассовой колодке. Колодка прикручена к металлической плате. Металлическая плата при помощи двух винтов привинчена к основанию (рамке) подвижной системы. Неподвижные контакты могут регулироваться за счет овальных отверстий, имеющихся на плате. Все элементы реле ИИН-1АМ смонтированы на металлическом основании. Сверху для защиты от пыли и грязи реле закрывается металлическим кожухом со стеклянным окошком. На основании кожух удерживается за счет двух шпилек с винтами (барашками). Внешние провода к реле ИИН-1АМ присоединяются при помощи винтов или шпилек. В зависимости от комплектации (шпильки или клеммы) могут присоединяться как спереди, так и сзади панели. На релейную панель реле крепится также при помощи двух винтов.  Рис.2 Элементы магнитной системы импедансного направленного реле ИИН-1АМ а) – подвижные элементы реле ИИН-1АМ; б) – неподвижные элементы реле ИИН-1АМ; в) – совмещение неподвижных и подвижных элементов реле ИИН-1АМ 1 – ось; 2 – ротор (барабанчик); 3 – изоляционная втулка; 4 – упор; 5 – подвижный контакт; 6 – сердечник; 7 – нижний подпятник; 8 – основание магнитной системы (рамка); 9 – полюс; 10 – противодействующая спиральная пружина; 11 – неподвижный контакт; 12 – верхний подпятник. Технические характеристикиВходные параметры: Номинальное напряжение: 100 В Номинальный ток: 5 А Выходные параметры: Ток коммутируемый контактами: 2 А Номинальное напряжение контактов: 220 В Габариты: 175 х 175 х 195 мм (В х Ш х Д) Вес: 4,6 кг. Характеристики срабатывания с графическим представлением уставокНаправленное реле полного сопротивления ИИН-1АМ имеет zс.р, зависящее от угла φр (см. на рис.). Его характеристика срабатывания изображается окружностью, проходящей через начало координат. Сопротивление срабатывания имеет максимальное значение при φр = φм.ч , где φм.ч — угол максимальной чувствительности реле, при котором zс.р= zс.р.макс, т. е. равен диаметру окружности ОВ.  Рис.3 Характеристика срабатывания реле ИИН-1АМ Зависимость срабатывания этого реле от угла φр может быть представлена уравнением zс.р = zс.р макс соs (φм.ч — φр). Оно легко получается из рассмотрения треугольника ОВС на рис. Реле не работает при zр, расположенных в третьем квадранте. Это означает, что оно не может действовать, если мощность направлена к шинам подстанции. Следовательно, рассмотренное реле является направленным. Сравнение с зарубежными аналогамиФазное импедансное реле (рис. 4) из Джорджтаунского музея силовых установок (Сиэтл, Вашингтон).  Рис.4 – Фазное импедансное реле  Реле импеданса типа Hcz Westinghouse (рис. 5):Рис. 5 - Реле импеданса типа Hcz Westinghouse  Импедансное реле CZ, Вашингтон, 1923 (рис. 6):Рис. 6 – Импедансное реле CZ, Вашингтон, 1923. Это импедансное реле с деталями конструкции и направляющим элементом, установленным в нижней части реле.  Дистанционное реле, BBC, 1928 ( рис. 7):Рис. 7 – Дистанционное реле, BBC, 1928 Импедансное реле Би-би-си, произведенное в то время, состояло из измерительного элемента импеданса, часового механизма и элемента для установки времени и определения направления потока энергии. В случае неисправности реле запускалось с измерением импеданса. Измерение расстояния гарантировало время срабатывания. Кроме того, этот элемент блокирует реле в случае обратной неисправности, поэтому не было необходимости в дополнительном направленном элементе. Блок измерения импеданса представлял собой устройство с мягким сердечником. Измерение расстояния производилось с помощью динамометра со скрещенными катушками. Дистанционное реле доктора П. Майера (рис. 8). Это одно из первых реле расстояния доктора Майера - N-реле, состоит из реле перегрузки (биметаллическая 2) к реле падения напряжения - вольтметр с диска (1). Компенсация температуры окружающей среды также осуществляется с помощью биметалла. В случае перегрузки по току стержень 5 перемещается вокруг оси 6, пока не достигнет блока 7. Это движение против диска 1 занимает некоторое время в зависимости от положения. Затем система 5 перемещается вокруг оси 8, срабатывает защелка 10 и освобождает контакт 11/12. Устройство для измерения напряжения постоянно подключено к источнику напряжения и обеспечивает визуальную индикацию того, что устройство может работать правильно. Направленное реле было реализовано с помощью хомута вокруг стержня 13, запирающего механизм.  Рис. 8 – Дистанционное реле, 1924 г.  Импедансное реле, Вашингтон, 1923 (рис. 9):Рис. 9 – Диаграмма дистанционного реле CZ, Вашингтон, 1923 Измерение расстояния производилось с использованием принципа балансира. Вестингауз построил импедансное реле в 1923 году. Время было пропорционально импедансу линии короткого замыкания. Реле состоит из алюминиевого диска, работающего по принципу Ferrari. Его движение передавалось с помощью пружины на стержень, снабженный отключающими контактами. На другом конце бара лежало ядро. Ядро притягивалось катушкой. Чем выше напряжение, тем сильнее оно притягивалось. 3.Современные отечественные электромеханические/полупроводниковые аналоги Современный аналог ИИН-1АМ – реле сопротивления комплекта защиты ДЗ-2 из панели ЭПЗ-1636. Схема реле сопротивления комплекта ДЗ-2 приведена на рис. 10. Рабочий контур реле образован одной из вторичных обмоток трансреактора 1ТР, нагруженной резисторами 11R или 12R, регулируемый резистором 13R, выпрямительным мостом 1ВМ и вторичной обмоткой трансформатора подпитки 2ТР. Нагрузкой контура является резистор 14R. Тормозной контур образован второй вторичной обмоткой 1ТР, которая нагружена на резисторы 9R или 10R, вторичной обмоткой трансформатора напряжения 1ТН, вторичной обмоткой трансформатора 2ТP и выпрямительным мостом 2ВМ. Нагрузка контура — резистор 15R. Реле сопротивления используется для двух зон защиты. Это обеспечивается двумя наборами отпаек вторичной обмотки 1ТH, переключение между которыми выполняется контактами реле 1РП, подключаемыми через контакты разъема 1Ш/2а, 1Ш/За, 1Ш/4а. К исполнительному органу, которым является магнитоэлектрическое реле в защитах I поколения или полупроводниковый нуль- индикатор в защитах II поколения, подводится разность напряжений на резисторах 14R и 15R, которые, в свою очередь, равны:  Рис.10 Схема РС комплекта ДЗ-2 (защита 2 поколения) Трансреактор 1ТP совместно с резисторами 9R—12R поворачивает вектор тока на входе защиты для получения необходимого угла максимальной чувствительности. Резисторы с меньшим сопротивлением (9R, 11R) обеспечивают угол максимальной чувствительности 65°, с большим сопротивлением (10R, 12R) — 80°. Напряжение подпитки от третьей фазы подается через трансформатор 2ТP. Первичная обмотка этого трансформатора совместно с конденсатором 6C образует резонансный контур, выполняющий поворот вектора напряжения на 90° и обеспечивающий работу защиты «по памяти». Реализация на базе микропроцессорных устройств РЗУРассмотрим реализацию реле на базе терминала ТОРП 300 КСЗ 5ХХ производства ООО «Релематика». Реализация логики формирования пусков канала АВ ступени приведена на рисунке 11:  Рис.11 Реализация логики формирования направленного пуска ступеней на примере канала АВ Зона действия каждой ступени ДЗ определяется характеристиками ИО сопротивления. Каждая ступень может быть прямонаправленной, обратнонаправленной или ненаправленной. Условия пуска каждой ступени также могут быть различными и определяются программными накладками. Программной накладкой «Nреж» определяется режим работы ступени ДЗ: «Nреж» = 0 – ступень выведена из работы; «Nреж» = 1 – ступень работает независимо от пусковых ИО; «Nреж» = 2 – ступень работает при срабатывании чувствительного канала БК I; «Nреж» = 3 – ступень работает при срабатывании грубого канала БК I; «Nреж» = 4 – ступень работает при срабатывании чувствительного канала БК I с фиксацией (подхватом) от ненаправленного пуска ступени; «Nреж» = 5 – ступень работает при срабатывании грубого канала БК I с фиксацией (подхватом) от ненаправленного пуска ступени; «Nреж» = 6 – ступень работает при срабатывании ОКП I и несрабатывании БК Z. Программной накладкой «Nнапр» определяется режим направленности ступени ДЗ: «Nнапр» = 0 – ступень работает без контроля направленности; «Nнапр» = 1 – разрешается работа ступени, если орган направленности ДЗ выдает сигнал о КЗ в прямом направлении; «Nнапр» = 2 – разрешается работа ступени, если орган направленности ДЗ выдает сигнал о КЗ в обратном направлении.  Для надежного определения направления на КЗ в режиме, когда происходит смена направления мощности на противоположное, предусматривается задержка на 20 мс на формирование сигнала направленного пуска ступени.Рис.12 Реализация программного модуля ступени ДЗ Программная накладка «NвводФЗ» разрешает работу каналов «фаза-земля». Сигналы направленных и ненаправленного пусков всех каналов объединяются по логике «ИЛИ» для формирования сигналов пуска ступени. Для формирования сигнала на отключение сигналы направленного пуска ступени разделяются на каналы «фаза-фаза» и «фаза-земля», которые по логике «ИЛИ» формируют сигнал на отключение с выдержками времени «ТотклФФ» и «ТотклФЗ» соответственно. Программная накладка «Nоткл» разрешает действие ступени на отключение.  Табл.1 Уставки ступени ДЗ Получение ортогональных составляющих измеренных величин (фазных токов и напряжений) осуществляется фильтром ортогональных составляющих (ФОС) на базе двухполупериодного фильтра Фурье. Далее эти величины используются для формирования замера ДЗ по каждому из контуров:   для защиты от междуфазных замыканий:для защиты от замыканий на землю:  5.Методы и средства диагностика, ремонт устройства. Проверку и регулировку реле сопротивления производят по специальной программе для комплекта ДЗ-2 на основе установки РЕТОМ 5.1.Методы диагностики реле сопротивления в комплекта ДЗ-2 Программа предназначена для диагностики двух ступеней реле сопротивления (РС) и устройства блокировки при неисправности цепей напряжения (БНН) комплекта ДЗ-2, устанавливаемого на панелях дистанционных защит, либо самостоятельно являющегося дистанционной защитой объекта. Программа обеспечивает возможность проверки основных характеристик комплекта за 1..3 часа. Программа позволяет в автоматическом режиме найти и проверить следующие параметры устройства: сопротивление уставки ZУСТ РС обеих ступеней; выравнивание сопротивлений рабочего и тормозного контуров РС обеих ступеней; угол максимальной чувствительности МЧ РС обеих ступеней; смещение в I квадрант характеристики РС I ступени; угол максимальной чувствительности МЧ РС I ступени в режиме реле направления мощности; характеристику Z() РС обеих ступеней; ток точной работы IТР РС обеих ступеней. Кроме того, программа позволяет провести проверку комплекта ДЗ-2 в режимах: трёхфазное КЗ на шинах «за спиной» в месте установки защиты для комплекта ДЗ-2, установленного на тупиковой линии (несрабатывание); двухфазное КЗ на шинах «за спиной» в месте установки защиты (несрабатывание); трёхфазное КЗ на шинах «за спиной» в месте установки защиты (несрабатывание); трёхфазное КЗ в зоне в месте установки защиты (срабатывание РС по «памяти»). Внешний вид окна программы показан ниже (выбран режим задания уставок РС).  5.2 Проверка реле сопротивления (РС) Выбор условий проверок РС Окно задания Условий проверок РС имеет следующий вид.  Задание условий для комплексной проверки комплекта ДЗ-2 Внешний вид окна для задания условий комплексной проверки имеет следующий вид.  Назначение кнопок Панели инструментов  Схема подключения для проверки РС ДЗ-2 в составе панели ЭПЗ-1636:  ДЗ-2 – как самостоятельного комплекта:  5.3.Алгоритм проверки РС Перед началом проверки РС необходимо разомкнуть перемычку 7Н для исключения возможности блокировки РС от БНН. Определение сопротивления уставки ZУСТ Данная проверка производится на угле линии φЛ, заданном в Уставках. Ток проверки задается в Условиях проверки. Поиск сопротивления срабатывания Zср осуществляется методом последовательного спуска, начиная с величины ZУСТ*1,2. в первом проходе поиск производится грубо, с шагом Z=(ZУСТ*1,2)/10. Если при Z произошло срабатывание, вычисляется расчётный шаг по сопротивлению ∆ZРАС = Z*(точность по Z). После этого происходит возврат на предыдущий шаг и производится повторный поиск срабатывания с шагом ∆ZРАС. Выравнивание сопротивлений рабочего и тормозного контуров Задача выравнивания – балансировка сопротивлений рабочего и тормозного контуров таким образом, чтобы при подаче в эти контуры равных ЭДС либо только от тока (например, при К(3) на шинах подстанции за спиной защиты), либо только от напряжения подпитки (например, при К(2) на шинах подстанции за спиной защиты в тупиковом режиме работы линии) РС не срабатывали и ток в НИ был всегда направлен в сторону торможения. Балансировка производится после настройки уставок, так как резисторы в цепях отпаек ТН1 влияют на сопротивление тормозного контура; поэтому же балансировка производится для I и II ступеней отдельно. Для проверки балансировки - включить микроамперметр в рассечку а-б разомкнутой накладки 3Н (ХВ3) (ставится в положении б-в). Балансировка производится резистором r13 в рабочем контуре. Вначале на РС подаётся напряжение подпитки 58 В (при раскороченных цепях тока и закороченных – через выходное сопротивление каналов напряжения РЕТОМ - цепях напряжения повреждённых фаз) и резистором r13 устанавливается тормозной ток 5-20 мкА через НИ. Затем (при закороченных – также через выходное сопротивление каналов напряжения РЕТОМ - цепях напряжения) на реле подаётся ток двухфазного КЗ, величина которого зависит от минимальной уставки по ZMIN в цепях тока и номинального тока реле:
Резистором r13 устанавливается тормозной ток через НИ: 8-15 мкА для РС I ступени; 5-20 мкА для РС II ступени. Определение угла максимальной чувствительности МЧ Проверка выполняется при неизменном модуле сопротивления (по окружности в плоскости Z) ZПР= (коэффициент Z)*ZУСТ, методом засечек. (Коэффициент Z) задаётся вместе с током проверки в Условиях проверки. Проверка начинается с угла, противоположного углу максимальной чувствительности, угол изменяется с шагом *10, определяются углы срабатывания 1 и 2 на границе зоны, т.е. при пересечении проверочной окружности с характеристикой реле. Для точного определения угла срабатывания реле программа после первого вхождения в область срабатывания возвращается на шаг назад, автоматически уменьшает шаг в 10 раз до , а затем находит уточнённые значения 1 и 2. По ним программа определяет угол максимальной чувствительности мч по формуле: мч =(1 + 2)/2. Построение характеристики Z() Данная характеристика снимается для обеих ступеней ДЗ-2, для трех видов двухфазных КЗ: – АВ, ВС, СА. если при снятии характеристики II ступени используется контакт реле 4РП, то во временных параметрах проверки (Времена) время КЗ необходимо задать больше времени срабатывания II ступени на 0.1..0.2 секунды. На каждом луче, начиная с φНАЧ по КОН, с шагом ∆φ, производится поиск точек срабатывания РС. Поиск идёт уменьшением напряжения (сопротивления) - методом последовательного спуска. Поиск первой точки на угле φНАЧ начинается со значения Z1=ZУСТ*1,2 и идёт с шагом Z=(ZУСТ*1,2)/10. Если при сопротивлении Z произошло срабатывание РС, то рассчитывается новый шаг ∆ZРАС = Z*(Точность по Z), – где (Точность по Z) задана в Условиях проверки. Происходит возврат программы на предыдущий шаг, и с шагом ∆ZРАС производится поиск сопротивления срабатывания ZСР. Для каждого последующего угла поиск начинается со значения ZСР*1.2 и идёт с шагом Z=(ZСР*1.2)/10. Снятие характеристики заканчивается нахождением последней точки на луче φКОН. На каждом угле производится поиск точек “сверху вниз” (к нулю) и “снизу вверх” (от нуля), для случаев, если характеристика смещена в I квадрант. Определение тока точной работы IТР При данной проверке изменяется значение тока КЗ (виды КЗ выбираются в Условиях проверки) от IНАЧ до IКОН с шагом ∆I. При проверке угол между током и напряжением не изменяется и равен углу линии φЛ, заданному в Уставках. На каждом шаге по току находится ZСР с заданной в Условиях проверки точностью по Z. Проверка производится до тех пор, пока найденное ZСР не становится меньше 0,9*ZУСТ. После этого происходит скачок на предыдущий ток, шаг по току уменьшается в 10 раз и производится уточненный поиск тока ZСР при котором ZСР=0,9*ZУСТ. Этот ток называется током точной работы IТР. Определение смещения характеристики РС первой ступени в I квадрант. Проверка производится только для РС I ступени. При заданном токе проверки на угле линии φЛ производится поиск точки срабатывания ZСР изменением Z от нуля в сторону увеличения. Для того, чтобы РС не срабатывало по контуру памяти при Z=0, из проверки исключён режим ХХ; а для того, чтобы РС не срабатывало от напряжения поляризующей фазы, напряжение поляризующей фазы при проверке устанавливается равным нулю, при этом контур подпитки автоматически закорачивается через внутреннее сопротивление канала напряжения РЕТОМ. Поиск точки ZСР на характеристике РС осуществляется по алгоритму, описанному в разделе Определение сопротивления уставки ZУСТ. Определение угла максимальной чувствительности МЧ РС первой ступени в режиме реле направления мощности. Проверка производится только для РС I ступени. Перевод РС в режим реле направления мощности производится тем, что РЕТОМ снимает с реле собственное напряжение комплекта (UКЗ=0), а подаёт только напряжение подпитки (58 В). При этом в реле происходит сравнение по модулю сигналов (U+k*I*Z) и (U-k*I*Z). Цепь собственного напряжения комплекта закорочена через внутреннее сопротивление РЕТОМ. при поиске нового МЧ по алгоритму, аналогичному описанному в разделе Определение МЧ, при заданном токе КЗ меняется угол между током КЗ и напряжением подпитки. В протокол проверки записывается, однако, угол между собственным напряжением комплекта и током. Визуально на плоскости Z в окне программы положение текущего (при проверке) импеданса изменяется по окружности с радиусом, равным ZУСТ/2 (по умолчанию). Список использованной литературыРелейная защита. Н.В. Чернобровов. 1971 г. http://museumrza.ru/jeksponaty/rele-soprotivlenia/iin-1am Руководство по эксплуатации «ТЕРМИНАЛ СТУПЕНЧАТЫХ ЗАЩИТ И АВТОМАТИКИ УПРАВЛЕНИЯ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕМ ПРИСОЕДИНЕНИЙ 110-220 кВ ТИПА «ТОР 300 КСЗ 5ХХ», «ТОР 300 АУВ 5ХХ» производства ООО «Релематика». Проверка панели ЭПЗ-1636 с помощью прибора РЕТОМ-51(61). Дорохина Т.Н., Зайцев Б.С., Щукин С.В., Шалимов А.С. https://www.icollector.com/Vintage-Westinghouse-Type-HCZ-Impedance-Relay_i15045949 6.https://www.pacw.org/issue/december_2012_issue/history/history_protection_generations_of_ protection/complete_article/1.html https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Georgetown_PowerPlant_Museum_- _phase_impedance_relay_02.jpg |