Основы релейной защиты и автоматики распределительных сетей. Основы релейной защиты и автоматики распределительных сетей 1 Назначение релейной защиты и автоматики
 Скачать 5.63 Mb.
|
|
Выходной блок формирует дискретный сигнал управления на защи- щаемый объект с гальванической развязкой коммутируемых цепей. Микропроцессор является управляющим и решающим блоком реле. Программа его работы хранится в постоянном запоминающем устрой- стве ПЗУ. Для хранения промежуточных результатов вычислений при- меняется оперативное запоминающее устройство ОЗУ. Определение контролируемого параметра, тока, основано на вычисле- нии среднего или действующего значения периодической временной функции ( ) x t 1 ( ) ; t T ср t x t x t dt T 2 1 ( ) t T t x t x t dt T В реальном времени результат вычисления этого интеграла может быть получен только после наблюдения за контролируемым сигналом ( ) x t в течение периода T , поэтому собственное время срабатывания цифро- вых реле осталось практически таким же, как у их электромеханических аналогов. Теоретически можно мгновенно определить для любого момента вре- мени амплитуду и фазу синусоидального сигнала ( ) sin( ) n x t X t частоты n по известному его мгновенному значению и значению про- изводной. Решение системы уравнений ( ) sin( ); '( ) sin( ) n n n x t X t x t X t относительно X и дает ответ 2 2 '( ) ( ) ; n x t X x t ( ) arctg '( ) n n x t t x t Практически такой алгоритм требует усреднения нескольких выборок из-за неточности измерения производной, наличия помех и реального увеличения быстродействия достичь не удается. Однако в целом, полупроводниковые реле, по сравнению с электромаг- нитными и индукционными, обладают более высокой точностью, тре- буют меньших затрат на эксплуатацию, более просты в наладке. Важ- ным достоинством полупроводниковых реле является наличие сервис- ных функций, таких, как тестирование и самодиагностика. 3.2.1 Схемы включения трансформаторов тока и токовых реле Практически все электроэнергетические объекты выполняются в трех- фазном исполнении. Это обстоятельство должно быть учтено при про- ектировании устройств релейной защиты и, в частности, при выборе схем соединения обмоток трансформаторов тока и измерительных орга- нов реле. Наиболее распространенные схемы рассмотрены ниже. Схема полной звезды При таком способе соединения трансформаторы тока устанавливаются на все фазы. Во вторичную цепь каждого трансформатора тока подклю- чаются реле, кроме того, одно реле ставится в нулевом проводе (Рис.35). Рис.35 Соединение трансформаторов тока и реле по схеме полной звез- ды: а) схема полной звезды; б) векторная диаграмма токов при трехфазном замыкании; в) векторная диаграмма токов при замыкании фаз А и C; г) век- торная диаграмма токов при замыкании фазы А на землю. При трехфазном замыкании (Рис.35,б) срабатывают три реле: 1 2, 3 , ; KA KA KA при двухфазном (Рис.35,в) - два реле; при однофазном, (Рис.35,г) – два реле. Выводы: 1. Схема полной звезды реагирует на все виды замыканий. 2. Схема одинакова чувствительна ко всем видам повреждений. 3. Схема отличается надежностью, так как при любом замыкании срабатывают, по крайней мере, два реле. Схема неполной звезды Трансформаторы тока устанавливаются на двух фазах, обычно на фазах А и С, к ним подключаются реле. Дополнительно, в нулевой провод ус- танавливается еще одно реле (Рис.36,а). Рис.36 Схемы соединения трансформаторов тока и реле: а) в неполную звезду; б) на разность токов двух фаз Рассмотрев поведение защиты при различных видах замыканий, нетрудно заметить, что при трехфазном замыкании работают три реле, при двухфазном - два; при замыкании фазы В на землю защита не работает. Выводы 1. Схема неполной звезды реагирует на все виды междуфазных замыка- ний. 2. Схема достаточна надежна - при любом междуфазном замыкании срабатывают, по крайней мере, два реле. 3. Для ликвидации однофазных замыканий требуется установка допол- нительной защиты. 44 Схема включения трансформаторов тока и реле на разность токов двух фаз Для реализации этой схемы трансформаторы тока устанавливаются в двух фазах, начало каждой обмотки трансформатора тока соединяется с концом другой, и параллельно обмоткам подключается реле (Рис.36,б). Анализ поведения схемы при различных повреждениях показывает, что такое соединение позволяет выполнить защиту от всех видов между- фазных замыканий. Схема отличается экономичностью, но в то же вре- мя обладает сравнительно невысокой надежностью - отказ реле ведет к отказу защиты. Защита имеет разную чувствительность к различным видам междуфазных замыканий. Схема включения трансформаторов тока и реле в фильтр токов нулевой последовательности Трансформаторы токов устанавливаются во всех трех фазах, их вторич- ные обмотки соединяются между собой параллельно (Рис. 37). Рис.37 Схема соединения трансформаторов тока и реле в фильтр токов нулевой последовательности При возникновении трехфазного замыкания - реле не сработает. При двухфазном замыкании, например фаз А и В - реле не сработает. При возникновении однофазного короткого замыкания, например, фазы А на землю - реле сработает. Выводы 1.Схема работает только при замыканиях на землю. 2.Схема находит применение для защиты от замыканий на землю в се- тях с глухозаземленной нейтралью. 3.2.2 Пример выполнения схемы максимальной токовой защиты На Рис.38 показана полная схема максимальной токовой защиты на по- стоянном оперативном токе c электромеханическими токовыми реле. Трансформаторы тока и реле соединены по схеме неполной звезды. Рис.38 Схема максимальной токовой защиты: а) схема цепей переменного тока; б) схема цепей постоянного тока Оперативный ток нужен для питания реле в схемах релейной защиты, сигнализации, управления выключателями. В качестве источников опе- ративного тока применяются аккумуляторные батареи, трансформаторы тока и напряжения, трансформаторы собственных нужд. Аккумулятор- ные батареи используются на крупных энергетических объектах, так как их применение требует специально оборудованных помещений и нали- чие обслуживающего персонала. Остальные источники оперативного тока используются в системах энергоснабжения промышленных объек- тов, объектов сельского хозяйства и т. д. Работа схемы. При возникновении короткого замыкания срабатывают два или три токовых реле и подают питание на реле времени KT. Реле времени, отработав установленную выдержку, подает "плюс" на выход- ное промежуточное реле KL . Срабатывание выходного реле приводит к подаче питания через блок-контакт выключателя Q.1 на электромагнит отключения YAT. Указательное реле KH сигнализирует о срабатывании защиты. В более общем виде, без учета конкретной элементной базы, принцип и алгоритм работы максимальной токовой защиты можно проиллюстри- ровать с помощью алгебры логики, Рис.39. Контролируемый сигнал от трансформаторов тока ТА подается на токовые реле КА1, КА2, КА3. Сигнал на выходе каждого из этих реле в режиме дежурства равен нулю, а при возникновении короткого замыкания сработавшие токовые реле формируют на выходе единицу. DW - логический элемент ИЛИ; сигнал на его выходе становится рав- ным единице, если хотя бы один входной сигнал равен единице. В эле- менте DT реализуется выдержка времени защиты, необходимая для обеспечения требований селективности защиты; KL - выходной орган защиты; КН - элемент сигнализации Рис.39 Представление работы максимальной токовой защиты с использованием элементов логики Если поведение защиты представить в виде логической функции Т, то условие срабатывания можно записать в виде T = ( KA1 OR KA2 OR KA3 ) AND DT1 ↑ = 1, где 1 2 3 , , KA KA KA - логические сигналы на выходах токовых измеритель- ных органов защиты; DT1 ↑ - оператор временной задержки 3.2.3 Расчет параметров максимальной токовой защиты Расчет параметров максимальной токовой защиты сводится к выбору тока срабатывания и выдержки времени и оценке чувствительности за- щиты. Выбор тока срабатывания При выборе тока срабатывания сз I нужно учесть следующие факторы: 1. Защита не должна работать от максимально возможного рабочего то- ка сз раб макс I I 2. После отключения внешнего короткого замыкания пусковые органы защиты должны вернуться в исходное состояние раб макс сз в I I k , где вр В ср I k I - коэффициент возврата реле; вр I - ток возврата реле; ср I - ток срабатывания реле. 3. При выборе тока срабатывания необходимо учесть увеличение тока при пуске двигателей: cз сз раб макс в k I I k , где cз пуск д ном д k I I - коэффициент самозапуска, равный отношению пускового тока двигателя пуск д I к его номинальному значению ном д I . Обычно значение cз k находится в пределах (1- 4). Точное значение опре- деляется расчетом или задается в качестве исходных данных. 4. Учитывая погрешности расчета, погрешности трансформаторов тока и реле, выражение для тока срабатывания защиты окончательно запи- шется в виде: н cз сз раб макс в k k I I k , где н k - коэффициент надежности; (1.15 1.3) н k - для полупроводниковых реле; (1.2 1.3) н k - для электромагнитных реле; 1.5 н k - для индукционных реле . Для того чтобы определить ток срабатывания реле, достаточно учесть коэффициент трансформации трансформаторов тока и схему соедине- ния трансформаторов тока и реле: н cз сх сз раб макс в тт k k k I I k n где тт n - коэффициент трансформации трансформаторов тока; сх k - коэффициент схемы, равный отношению тока в реле к вторично- му току трансформатора тока. Выбор времени срабатывания Максимальные токовые защиты могут иметь независимую и зависимые характеристики срабатывания. Максимальные токовые защиты с независимой характеристикой срабатыва- ния . Для обеспечения правильной работы защит время срабатывания защиты, наиболее удаленной от источника питания, принимается мини- мальным. Выдержка времени каждой предыдущей увеличивается на ступень селективности t 1 n n t t t Ступень селективности должна учитывать тип установленных выклю- чателей и элементную базу, на основании которой выполняется задерж- ка на срабатывание защиты и обычно составляет (0,4 0,6) с. t Максимальные токовые защиты с зависимой характеристикой срабатывания, Наличие зависимой от значения тока выдержки времени позволяет по- высить быстродействие и эффективность максимальной токовой защи- ты, например, при необходимости учета перегрузочной характеристики оборудования. Рис.40 Пример характеристик времени срабавтывания максимальной токовой защиты с зависимой выдержкой времени Структура защиты практически совпадает со схемой, представленной на Рис. 39, с заменой элемента с независимой выдержкой времени элемен- том с зависимым временем работы. В соответствии со стандартами IEC и ANSI/IEEE основные характеристики можно описать выражением , ( / ) 1 P G t H D I I где , , G H коэффициенты, определяющие форму требуемой характери- стики; I - ток короткого замыкания; P I - уставка реле; D - постоянная времени. Расчет выдержек времени защит с зависимыми выдержками времени для сети можно проиллюстрировать на примере радиальной сети, Рис.41: Рис.41 Согласование защит с зависимыми выдержками срабатывания 1. Рассчитывается время срабатывания защиты РЗ 2 исходя из усло- вия отстройки от времени работы защиты РЗ 3 2 3 t t t 2. Рассчитывается значение тока трехфазного короткого замыкания I К1 в точке 1 K . 3. Выбирается требуемая характеристика срабатывания измери- тельного органа защиты РЗ 2 , которая бы проходила через точку с координатами 2 1 ; K P t I I 4. Рассчитывается значение тока трехфазного короткого замыкания I К2 в точке 2 K и по выбранной характеристике определяется вре- мя 2 ' t . 5. Рассчитывается время срабатывания защиты РЗ 1 исходя из усло- вия отстройки от времени работы защиты РЗ 2 1 2 ' t t t 6. Выбирается требуемая характеристика срабатывания измери- тельного органа защиты РЗ 1 , которая бы проходила через точку с координатами 1 2 ; K P t I I Оценка чувствительности защиты Чувствительность защиты оценивается значением коэффициента чувст- вительности: (2) кз мин ч сз I k I , где (2) кз мин I - минимальное значение тока двухфазного короткого замыка- ния. Чувствительность проверяется для двух режимов - основного и режима резервирования (Рис.42). Если защита РЗ1 работает как основная, то ее чувствительность прове- ряется по короткому замыканию в конце защищаемой линии, точка 1 K . Для максимальных токовых защит значение коэффициента чувстви- тельности должно быть больше или равно 1.5. 1 (2) ( ) 1,5 кз мин K ч сз I k I Рис. 42 Оценка чувствительности защиты Если защита РЗ1 работает в режиме дальнего резервирования, то чувст- вительность проверяется по короткому замыканию в конце резервируе- мой линии, точка 2 K : 2 (2) ( ) 1,2 кз мин K ч сз I k I Значение коэффициента чувствительности должно быть больше или равно 1. 2. В Ы В О Д Ы 1. Принцип действия максимальной токовой защиты основан на фик- сации увеличения тока при возникновении анормального режима или короткого замыкания. 2. Селективность защиты обеспечивается введением выдержки време- ни на срабатывание. 3. Защита отличается простотой, надежностью, невысокой стоимо- стью. 4. В качестве характерных недостатков следует отметить: - малое быстродействие; - недостаточная чувствительность в сильно нагруженных и протя- женных линиях; - невозможность правильной работы в кольцевых сетях и в радиаль- ных сетях с несколькими источниками питания. 3.3 Максимальная токовая защита с блокировкой по напряжению Для оборудования, подверженного частым технологическим перегруз- кам, максимальная токовая защита может оказаться слишком загруб- ленной из-за необходимости отстройки от пусковых режимов. В этих случаях для повышения чувствительности применяется блокировка по напряжению. Принципиальная схема максимальной токовой защиты с блокировкой по напряжению приведена на Рис.43. Рис.43 Схема максимальной токовой защиты с блокировкой по напряжению: а) схема цепей переменного тока; б) схема цепей пе- ременного напряжения; в) схема цепей постоянного тока . Пусковой орган защиты включает в себя токовые реле 1 2 3 , , KA KA KA и три реле минимального напряжения 1 3 , 2, , KV KV KV контакты кото- |