Файл: Б.В. Соколов Реле направления мощности.pdf

11

всех типоисполнений реле. В ФСС производятся преобразования сравниваемых напряжений в удобную для сравнения форму и образуется управляющий сигнал, соответствующий условиям сравнения.

Управляющий сигнал на его выходе ФСС появляется при условии, что напряжения оказываются сдвинутыми на угол не более чем 90°. Величиной этого угла определяется зона срабатывания реле. Работа этого узла основана на принципе сопоставления (фаз) времени совпадения tcп знаков однополярных мгновенных значений сравниваемых синусоидальных напряжений u1t= k1Upm sin(ωt+ϕ) и u2t= k2Ipm sinωt со временем несовпадения tн знаков этих же напряжений. При этом время несовпадения фаз tн определяется сдвигом фаз между сравниваемыми величинами и определяется уставкой tу, которая для данного реле составляет четверть периода промышленной частоты. Если время совпадения знаков превышает четверть периода промышленной частоты, т. е. если tcп > tу, то реле срабатывает. Если оно меньше этого значения, то реле не срабатывает.

Особенностью фазосравнивающей схемы (рис.7) является раздельное сравнение интервалов совпадения и несовпадения мгновенных значений положительного и отрицательного знаков. Для этого она разделена на две параллельные части – два канала прохождения сигналов сравниваемых напряжений. В одном канале (верхнем) измеряется время совпадения положительных значений UI и UII, а в другом (нижнем) - отрицательных мгновенных значений этих же напряжений. Такое разделение с последующим суммированием выходных сигналов обоих каналов устраняет влияние апериодической составляющей.

Схема совпадения (СС) 3 выявляет и фиксирует совпадение мгно-

венных значений U&I и U&II положительного знака, а схема совпадения (СС) 3' – тех же напряжений отрицательного знака. В интервале времени совпадения мгновенных значений U&I и U&II положительной полярности

на выходе узла 3 появляется напряжение UСП+ прямоугольной формы, а при совпадении отрицательных значений такое же по форме и амплитуде

напряжение UСП− появляется на выходе узла 3′ (рис. 7).

Каждый из сигналов (UСП+ и UСП−) поступает на интеграторы 4 и 4', фиксирующие длительность совпадения знаков сравниваемых вели-

12

чин. Они выполняются в виде цепей RС4 и RС5 с одинаковыми значениями R и С. По мере заряда конденсаторов С4 и С5 на выходе соответствующего интегратора появляются напряжения Uc4 и Uc5, значения которых пропорциональны длительности положительных и отрицательных сигналов совпадения.

Каждое из этих напряжений нарастает на обкладках конденсаторов интеграторов 4 и 4' по экспоненте, имеющей в начальной части линейный характер.

После исчезновения совпадающих по знаку напряжений конденсатор интегратора разряжается. С интеграторов оба напряжения подводятся на вход аналогового сумматора (R16, R17), где происходит их сложение.

Результирующее пилообразное напряжение U∑ =0,5(Uc4 + Uc5) с выхода сумматора подводится к реагирующему элементу (РЭ) 5, который выполнен в виде порогового компаратора релейного действия (триггера Шмитта) на базе операционного усилителя. Суммарное (положительное)

напряжение U∑ подводится на его инвертирующий вход, а опорное (пороговое) Uоп - на неинвертирующий вход. Триггер срабатывает при появлении на его входе напряжения U∑=Uоп, значение которого соответствует продолжительности времени совпадения tсп ≥ 0,005 с (для случая, когда сдвиг фаз равен 90°). Если суммарное напряжение превысит пороговое напряжение триггера, то он переключается и на его выходе появляется сигнал отрицательного знака. Под действием этого напряжения срабатывает узел выхода 6, в качестве которого используется транзисторный каскад и промежуточное электромагнитное (РП-13) или герконовое (РПГ-5) реле КL, которое срабатывает и своими контактами подает сигнал в цепь управления коммутационным аппаратом.

13

Рис.8. Диаграммы работы схемы ФСС реле серии РМ-11 (РМ-12)

Если время совпадения (следовательно, и продолжительность импульсов) меньше допустимого значения, то конденсаторы С4 и С5 не ус-

певают зарядиться до требуемых значений, а напряжение U∑ не достигает значения напряжения срабатывания Uср. В этом случае реле также не срабатывает.

14

Фазосравнивающая схема и схема выходного блока питаются от стабилитронного делителя, включенного между плюсом и минусом напряжения постоянного тока 220 или 110 В (на делителе имеются ответвления + 28, + 10, -5 и 0 В). Предусмотрена возможность использования в качестве источника питания выпрямленного напряжения, получаемого с помощью комбинированного блока питания, включаемого на напряжение и ток сети.

Узел питания предназначен для получения от источника оперативного тока защищаемого объекта стабилизированных напряжений постоянного тока, необходимых для работы интегральных микросхем и исполнительного выходного реле.

Основные параметрами реле РМ-11:

–время срабатывания (при ϕ =ϕмч) - 30 мс;

–чувствительность Uср= 0,25 В;

–ток срабатывания Iср=0,25Iном;

–потребление в цепи переменного тока - 0,15 В А, в цепи переменного напряжения - 0,1 В А, в цепях оперативного тока - 10 Вт.

1.3. Направленная защита в сети с двусторонним питанием

Направленной называется релейная защита, действующая только при определенном направлении (знаке) мощности КЗ. Необходимость применения направленных защит возникает в сетях с двусторонним питанием и в кольцевых сетях с одним источником питания. При двустороннем питании места КЗ для ликвидации повреждения релейная защита должна устанавливаться с обеих сторон защищаемой ЛЭП.

Самым простым способом защиты от КЗ в сетях с двусторонним питанием, как и в сетях с односторонним питанием, может служить защита, реагирующая на амплитуду тока КЗ. Однако обычная МТЗ, реагирующая только на значение тока, в подобных сетях не может обеспечить селективного отключения повреждения. Для селективного действия ее необходимо дополнить реле направления мощности, реагирующим на знак мощности, протекающей по защищаемому присоединению. При этом защита должна действовать, если мощность КЗ будет положительна (направлена

15

из шины в линию). Исходя из сказанного, можно сформулировать следующие принципы построения селективной защиты в сетях с двусторонним питанием:

−защита должна устанавливаться с обеих сторон каждой ЛЭП и действовать на отключение при появлении тока КЗ, если мощность КЗ положительна (направлена от шин в линию);

−выдержки времени защит, работающих при одном направлении мощности, должны согласовываться по встречно-ступенчатому принципу, нарастая по направлению к источнику питания.

1.4.Функциональная схема и принцип действия направленной защиты

Направленная токовая защита (НТЗ) при КЗ должна реагировать на значение тока и направление мощности в поврежденных фазах защищаемой ЛЭП. Структурная схема направленной МТЗ показана на рис. 9. Она включает в себя три основных элемента (органа):

−два пусковых реле тока КА (измерительные органы тока - ИОТ), которые срабатывают при появлении тока КЗ и выдают сигнал, разрешающий РЗ действовать;

−два реле направления мощности KW (органы направления мощности

– ОНМ), которые срабатывают при положительном направлении мощности (от шин в линию) и подают сигнал, разрешающий действовать (срабатывать) защите;

−логическую схему (которая действует по заданной программе: получив сигнал о срабатывании ИОТ, ОНМ формирует сигнал о срабатывании РЗ, который с заданной выдержкой времени поступает на электромагнит отключения (ЭО) выключателя (YAT) и производит его отключение).

Пусковое реле тока (КА) включают на полный ток фазы ЛЭП, а реле направления мощности (РНМ) – на ток той же фазы и соответствующее междуфазное напряжение. Поведение РНМ определяется знаком мощности, подведенной к его зажимам Sp = Up Ip sin(α − ϕp).

При КЗ на защищаемой ЛЭП Sp положительна (+Sp), и РНМ разрешает НТЗ действовать на отключение. В этом случае реле КА и КW, при-

16

ходя в действие, подают сигналы на вход логического элемента И (рис. 9). На выходе элемента И появляется сигнал, который приводит в действие реле времени КТ. Через заданное время на выходе КТ появляется сигнал, действующий на исполнительный элемент КL, который подает команду на отключение выключателя.

Рис. 9. Структурная схема направленной МТЗ

При КЗ на других присоединениях данной подстанции КА срабаты-

вает, если Iк>Iс.з., но так как КW не работает, элемент И, а следовательно, и НТЗ в целом не действуют.

Рассматриваемая структурная схема может быть реализована с помощью как контактных, так и бесконтактных (микроэлектронных) реле направления мощности в виде принципиальной схемы, представленной на рис.10.

17

Рис. 10. Схема принципиальная (двухфазная) направленной МТЗ:

а- цепи тока; б- цепи напряжения

Внормальном режиме, если мощность нагрузки направлена от шин

вЛЭП, РНМ может также сработать (ложно). Для исключения ложного срабатывания НТЗ ее пусковой орган КА необходимо отстраивать от тока

нагрузки (Iсз>Iн max).

При качаниях в энергосистеме НТЗ может также сработать ложно, еcли ток качания окажется больше Iсз. Мощность Sр на зажимах реле КW будет направлена от шин в ЛЭП, а период качаний будет больше выдержки времени НТЗ. Для исключения дейcтвия НТЗ при качаниях ее время действия должно быть больше 1с.

В кольцевой сети НТЗ может срабатывать каскадно, т.е. последовательно срабатывают РЗ и отключаются выключатели, установленные по концам защищаемой ЛЭП.

1.5. Схемы включения реле направления мощности

Реле направления мощности включаются, как правило, на фазный ток и междуфазное напряжение. Сочетание фаз тока и напряжения реле, называемое его схемой включения, должно быть таким, чтобы реле правильно определяло знак мощности КЗ при всех возможных случаях и видах повреждений. При этом к нему должна подводиться возможно большая мощность. Мощность, подводимая к реле 2, в общем случае может иметь недостаточное для действия РНМ значение при КЗ, близких к месту