Основы релейной защиты и автоматики распределительных сетей. Основы релейной защиты и автоматики распределительных сетей 1 Назначение релейной защиты и автоматики
 Скачать 5.63 Mb.
|
|
Рис.44 Алгоритм работы максимальной токовой защиты с блокировкой по напряжению Контролируемые сигналы от трансформаторов тока TA и трансформаторов напряжения TV подаются, соответственно, на токовые реле 1 2 3 , , KA KA KA и реле напряжения 1 3 , 2, KV KV KV При возникновении короткого замыкания сработавшие токовые реле и реле напряжения формируют на выходе единицу. Сигнал на выходе логиче- ских элементов ИЛИ 1 2 , DW DW становится равным единице, если хотя бы один входной сигнал равен единице. Логический элемент 1 DX реа- лизует операцию логического умножения. Элемент 1 DT формирует вы- держку времени, необходимую для обеспечения требований селектив- ности защиты, KL - выходной орган защиты, KH - элемент сигнализа- ции Если поведение защиты представить в виде логической функции Т, то условие срабатывания можно записать в виде T = (( 1 KA OR 2 KA OR 3 KA ) AND ( 1 KV OR 2 KV OR 3 KV )) AND 1 DT ↑ = 1, где 1 2 3 , , KA KA KA , 1 2 3 , , KV KV KV - логические сигналы на выходах измерительных органов защиты; 1 DT ↑ - оператор временной задержки. В нагрузочных режимах реле напряжения не работают, и действие за- щиты блокируется. Поэтому ток срабатывания защиты выбирается из условия отстройки только от тока нормального или номинального ре- жима: ; н н сз ном сз норм в в k k I I I I k k Уставка пускового органа по напряжению выбирается из условия не- срабатывания защиты при минимально возможном рабочем напряже- нии: раб мин сз н в U U k k , где 1,1 н k - коэффициент надежности. Выбранное значение напряжения срабатывания должно быть проверено на чувствительность по выражению сз ч k ост U k U , где k ост U - максимальное значение остаточного напряжения в месте установки защиты при коротком замыкании в расчетном режиме. При коротком замыкании в конце защищаемого участка коэффициент чувствительности должен быть не менее 1.5, при коротком замыкании в конце смежного участка - не менее 1.2. В Ы В О Д Ы 1.Учет дополнительного признака короткого замыкания - понижения напряжения, позволяет получить более высокую чувствительность. 2. Максимальную токовую защиту с блокировкой по напряжению целе- сообразно использовать для защиты оборудования, подверженного технологическим перегрузкам. 3.4 Токовые отсечки 3.4.1 Принцип действия токовой отсечки 3.4.2 Токовые ступенчатые защиты 3.4.3 Пример выполнения токовой ступенчатой защиты 3.4.1 Принцип действия токовой отсечки Токовая отсечка относится к токовым защитам, реагирующим на увели- чение тока. Основное ее отличие от максимальной токовой защиты за- ключается в способе обеспечения селективности. В качестве примера рассмотрим участок сети, состоящий из двух линий с односторонним питанием (Рис.45). Рис.45 Принцип действия токовой отсечки на линии с односторонним питанием На этом же рисунке кривая показывает изменение тока трехфазного ко- роткого замыкания в зависимости от расстояния до точки короткого за- мыкания. Кривая построена на основании выражения (3) 0 , ф k c k E I x x l где ф E - фазная э.д.с. системы; c x - сопротивление системы; 0 x - удельное сопротивление 1 км линии; k l - расстояние до места короткого замыкания. Для того чтобы защита работала при коротких замыканиях на своей ли- нии и не работала на смежной линии, достаточно выполнить условие отстройки защиты от тока трехфазного короткого замыкания в конце линии: (3) 4 cз k I I Приняв во внимание погрешности трансформаторов тока, реле и расче- та, получим: (3) 4 cз н k I k I , где (1,2 1,3) н k - коэффициент надежности. Таким образом, по принципу действия токовая отсечка не требует выдержки времени, селективность работы достигается за счет ограничения ее зоны действия. Графическая иллюстрация зоны действия отсечки показана на Рис.44. Из-за того что зона работы отсечки не охватывает всю линию, отсечка не может быть использована в качестве единственной защиты. 3.4.2. Токовые ступенчатые защиты Токовые ступенчатые защиты представляют собой сочетание токовых отсечек и максимальной токовой защиты, что позволяет выполнить полноценную защиту с высоким быстродействием. Обычно токовые ступенчатые защиты выполняются в виде трех ступеней: Первая ступень - отсечка мгновенного действия, защищает начальный участок линии. Вторая ступень - отсечка с выдержкой времени, предназначена для надежной защиты оставшегося участка линии. Третья ступень - максимальная токовая защита, выполняет функции ближнего и дальнего резервирования. Принцип действия токовой ступенчатой защиты рассмотрим на примере участка сети, представленного на Рис.46. На линии AB установлена трехступенчатая токовая защита, на линии BC - двухступенчатая. Рис.46 Принцип действия токовой ступенчатой защиты Токи срабатывания первых ступеней защит A и Б , соответственно 1 cзA I и 1 cзБ I , отстраиваются от токов трехфазных коротких замыканий на шинах противоположных подстанций: (3) (3) 1 1 2 3 ; cзA н cзБ н k k I k I I k I Вторая ступень защиты A должна надежно охватывать защищаемую линию. Ее ток срабатывания согласуется с первой ступенью защиты Б : 2 1 cзA н cзБ I k I Выдержка времени принимается равной (0,4 0,5) сек Ток срабатывания третьей ступени отстраивается от нагрузочных режи- мов, выдержка времени согласуется с защитами отходящих присоеди- нений: 3 мах н сз сзА раб в k k I I k 3.4.3. Пример выполнения схемы токовой ступенчатой защиты На Рис.47 представлена схема токовой ступенчатой защиты на электро- механических реле с включением измерительных органов по схеме не- полной звезды. Рис.47 Схема трехступенчатой токовой защиты а) схема цепей переменного тока; б) схема цепей постоянного тока . Работа схемы При коротком замыкании в зоне действия первой ступени срабатывают пусковые органы первой, второй и третьей ступеней. Реле первой сту- пени 1 3 КА подают питание на выходное реле KL , реле второй ступени 4 6 КА - на реле времени 1 KT , реле третьей ступени 7 9 КА - на реле времени 2 KT . Времена срабатывания KL , 1 KT , 2 KT соотносятся между собой следующим образом: 1 2 KL KT KT t t t Следовательно, первым сработает выходное реле KL , и короткое замы- кание отключится без выдержки времени. При коротком замыкании в зоне действия второй ступени сработают пусковые органы второй и третьей ступени и подадут питание на реле 1 KT и 2 KT . Первым сработает 1 KT , и короткое замыкание отключится с выдержкой времени, равной 0,5 сек Третья ступень срабатывает при отказе первой или второй ступени или при отказе защиты смежного участка. На Рис.48 принцип и алгоритм работы токовых ступенчатых защит по- казан с помощью элементов логики. Рис.48 Представление работы токовой ступенчатой защиты с использованием логических элементов Контролируемый сигнал от трансформаторов тока TA подается на токовые реле первой ступени 1 2 3 , , KA KA KA , второй ступени 4 5 6 , , KA KA KA и третьей ступени 7 8 9 , , KA KA KA При возникновении короткого замыкания сработавшие токовые реле формируют на выходе единицу.Сигнал на выходе логических элементов ИЛИ 1 2 3 , , DW DW DW становится равным единице, если хотя бы один входной сигнал равен единице. Элементы 1 2 , DT DT реализуют вы- держки времени, необходимые для обеспечения требований селектив- ности защиты, KL - выходной орган защиты, 1 2 3 , , KH KH KH - эле- менты сигнализации. Если поведение защиты представить в виде логической функции Т, то условие срабатывания можно записать в виде 1 ( T KA OR 2 KA OR 3 ) KA OR 4 ((KA OR 5 KA OR 6 ) KA AND 1 DT ) OR 7 ((KA OR 8 KA OR 9 ) KA AND 2 DT ) = 1, где 1 KA , 2 KA , 3 KA , 4 KA , 5 KA , 6 KA , 7 KA , 8 KA , 9 KA - логические сигналы на выходах токовых измерительных органов защиты; 1 DT , 2 DT - операторы временной задержки. Чувствительность первой ступени определяется графически по величине защищаемой зоны при двухфазном коротком замыкании или по выражению (2) 1 min 1 кз ч сз I k I , где (2) min кз I - ток двухфазного короткого замыкания в начале защишаемой линии. Чувствительность второй ступени проверяется по минимальному току двухфазного короткого замыкания в конце линии. Значение коэффициента чувствительности должно быть не менее 1,2 . Чувствительность третьей ступени проверяется, как для обычной максимальной токовой защиты. В Ы В О Д Ы 1. Токовые отсечки реагируют на увеличение тока контролируемого объекта. 2. Селективность токовых отсечек обеспечивается за счет ограниче- ния их зоны действия. 3. Токовые ступенчатые защиты, представляющие собой сочетание токовых отсечек и максимальной токовой защиты, обеспечивают бы- строе отключение коротких замыканий. 4. По принципу действия токовые ступенчатые защиты не обеспечи- вают требование селективности в кольцевых сетях и в радиальных се- тях с несколькими источниками питания. 5. Токовые ступенчатые защиты не обеспечивают требуемой чувст- вительности в сильно нагруженных линиях . 6. Токовые ступенчатые защиты применяются главным образом для защиты от междуфазных коротких замыканий в радиальных распре- делительных сетях напряжением до 35 кВ. 3.5 Максимальная токовая направленная защита 3.5.1 Варианты выполнения реле мощности 3.5.2 Расчет параметров 3.5.3 Схемы максимальных направленных защит Для обеспечения селективности действия максимальных токовых защит в кольцевых сетях с односторонним и радиальных сетях с двухсторон- ним питанием пусковой орган защиты выполняется в виде двух реле - реле тока и реле направления мощности, контакты которых соединены последовательно. Реле направления мощности (в дальнейшем будем на- зывать реле мощности) замыкает свой контакт при положительном на- правлении тока. Условились за положительное направление тока счи- тать направление тока от шин в линию. Принцип работы токовой на- правленной защиты рассмотрим на примере однолинейной схемы (Рис.49). Рис.49 Схема максимальной токовой направленной защиты При возникновении короткого замыкания на линии, 1 т К , срабатывают токовое реле 1 КА и реле мощности 1 KW , и защита запускается. При коротком замыкании вне линии, 2 т К , ток направлен из линии к ши- нам, реле мощности не работает и блокирует действие защиты. Введение задержки на срабатывание обеспечивает выполнение требова- ния селективности. 3.5.1. Варианты выполнения реле мощности Индукционное реле мощности (Рис.50). Конструктивно индукционное реле мощности представляет собой четырехполюсную магнитную сис- тему 1 с расположенными на сердечнике двумя обмотками: токовой 2 и напряженческой 3. Рис. 50 Индукционное реле мощности Рис. 51 Векторная диаграмма реле Между полюсами электромагнита помещен внутренний стальной сер- дечник и подвижный алюминиевый ротор 6 с закрепленным на нем кон- тактом 4. При протекании тока по обмоткам создаются магнитные пото- ки I Ф и U Ф . За счет взаимодействия этих потоков с индуктированными в цилиндре токами создается вращающий момент: sin , вр I U M kФ Ф где I Ф - поток, создаваемый токовой обмоткой; U Ф - поток, создаваемый обмоткой напряжения; - угол между потоками Если в выражении для вращающего момента заменить потоки пропор- циональными величинами - током в реле р I и напряжением р U , а угол , равным ему углом 0 90 ( ), р то выражение для момента будет иметь вид: 0 1 1 sin(90 ( )) cos( ). вр I U P I U P M k Ф Ф k Ф Ф Угол, при котором вращающий момент максимален, называется углом максимальной чувствительности . Угол , определяющий сдвиг вектора тока в обмотке напряжения относительно приложенного напряжения, называется углом внутреннего сдвига реле . В зависимости от значения угла внутреннего сдвига характеристика реле меняет свое положение в плоскости координат. При реле называют реле реактивной мощности или синусным; при - реле активной мощности или косинусным . При промежуточных значениях угла реле реагирует на обе составляющие мощности и называется реле смешанного типа . Эти реле имеют наи- большее распространение в схемах релейной защиты. Угол внутреннего сдвига можно менять, включая в цепь обмотки напряжения реле актив- ное или емкостное сопротивление. Рассмотренное реле позволяет определить направление мощности ко- роткого замыкания. Изменение знака момента происходит при измене- нии направления тока в первичной цепи. Так, при коротком замыкании в точке 1 К (Рис.48) момент положителен, а при коротком замыкании в точке 2 К - отрицателен. В схемах релейной защиты используется спо- собность реле определять направление тока, поэтому такие реле назы- вают реле направления мощности. Полупроводниковые реле мощности Наличие ряда недостатков индук- ционных реле, таких, как трудность отстройки от "самохода", вибрация контактной системы, низкая механическая устойчивость, поставили во- прос о необходимости их замены на полупроводниковые реле. В на- стоящее время промышленностью выпускаются различные виды полу- проводниковых реле мощности. Одна из возможных реализаций реле на микроэлектронной основе представлена на Рис.52. Реле состоит из входных преобразователей тока 1 и напряжения 2; двух фильтров низких частот 3 и 4; усилителей-ограничителей 5, 6; детектора знака активной мощности 7, выполненного на основе интегратора и пе- ремножителя; порогового элемента 8, выполненного на компараторе; ис- полнительного блока 9 . Рис.52 Принципиальная схема полупроводникового реле направления мощности Информация о токе и напряжении контролируемого объекта через входные преобразователи подается на фильтры низких частот. При по- мощи фильтров низких частот и усилителей-ограничителей формиру- ются требуемые амплитудно-частотные характеристики каналов тока и напряжения. Сигналы, поступающие на входы детектора знака активной мощности, преобразуются при помощи перемножителя и интегратора в сигнал, пропорциональный активной мощности. В общем случае, при возникновении повреждения на напряженческий вход реле поступает сигнал, который описывается выражением 0 1 1 2 2 ( ) sin( ) sin(2 ) ... sin( ), m m nm n U t U U t U t U n t где 0 U - постоянная составляющая; 1m U - амплитуда основной гармоники; 2 ,..., m nm U U - амплитуды высших гармоник; 1 1 ,..., n - начальные фазы соответствующих гармоник. Сигнал, поступающий на токовый вход, можно записать в следующем виде: 0 1 1 1 ( ) sin( ) ... sin( ), m nm n n I t I I t I n t где 1 ,..., n - углы сдвига между соответствующими гармониками тока и напряжения. Средняя мощность в цепи защищаемого объекта 0 1 ( ) ( ) T P U t I t dt T = 0 1 1 0 1 sin( ) ... sin( ) T m nm n U U t U n t T 0 1 1 1 sin( ) ... sin( ) m nm n n I I t I n t dt После перемножения многочленов интеграл можно представить в виде суммы следующих интегралов: 1. 0 0 0 0 1 U I dt U I T 2. Интегралов, содержащих произведение синусоид одинаковой часто- ты: 0 1 sin( )sin( ) cos T km km k k k km km k U I k t k t dt U I T 3. Интегралов, содержащих произведение синусоид различной частоты: 0 1 sin( )sin( ) 0. T km lm k l l U I k t l t dt T 4.Интегралов вида 0 0 1 sin( ) 0. T km k k U I k t dt T и 0 0 1 sin( ) 0. T km k I U k t dt T В итоге 0 0 1 1 1 2 2 2 cos cos cos n n n P U I U I U I U I Сигнал после перемножителя и интегратора пропорционален активной мощности и в зависимости от направления тока имеет положительный или отрицательный знак. Полупроводниковые реле мощности, по сравнению с индукционными, обладают меньшей потребляемой мощностью, более чувствительны и точны, требуют меньших эксплуатационных затрат. |