ОМИКРОН ОМИКРОН ОМИКРОН
Система Orphus
Релейная защита воздушных линий 110-220 кВ типа ЭПЗ-1636 [25] Расчет уставок устройств релейной защиты [24] ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА [18] Максимальная токовая защита [14] Проверка релейной защиты [13] Дифференциальная защита линий [12] Защита синхронных генераторов [12] Измерительные трансформаторы [10] Принципы построения измерительных и логических органов релейной защиты на полупроводниковой и интегральной базе [10] Токовая направленная защита [9] Защита электродвигателей [9] Реле [9] Защита от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью [8] Правила выполнения схем РЗА [8] Проверка защиты первичным током нагрузки и рабочим напряжением [8] Высокочастотные защиты [7] Защита воздушных и кабельных линий электропередачи [7] Защита трансформаторов и автотрансформаторов [7] Защита предохранителями и автоматическими выключателями [7] Защита от коротких замыканий на землю в сети с глухозаземленной нейтралью [6] Векторные диаграммы. Короткие замыкания в электрических системах [6] Действие релейной защиты при качаниях [6] Аппаратура для проверки релейной защиты [5] Защита шин [3] Особенности защиты линий и трансформаторов, подключенных к линиям без выключателей на стороне высшего напряжения [3] Оперативный ток [3] Общие сведения [3] Управление выключателями [2]

6-7. Фильтры симметричных составляющих

В схемах релейной защити широко применяются реле, реагирующие на отдельные симметричные составляющие или на их комбинацию. Защита от замыканий на землю выполняется, как правило, с реле тока нулевой последовательности. Реле тока и напряжения обратной последовательности применяются для пуска дистанционных защит в случае появления несимметрии в сети, хотя бы кратковременно возникающей при любом повреждении.

Использование составляющих тока и напряжения обратной и нулевой последовательностей позволяет выполнить устройства релейной защиты более чувствительными, так как в нормальном режиме эти составляющие отсутствуют.

Для выделения симметричных составляющих из полных токов и напряжений применяются специальные устройства — фильтры. Фильтром тока или напряжения симметричных составляющих называется электрическая схема, состоящая из трансформаторов, активных и реактивных сопротивлений, параметры которых подобраны таким образом, чтобы пропускать в реле, включенное на выходе фильтра, только составляющие одной определенной последовательности и не пропускать других. Следовательно, если на вход фильтра какой-либо последовательности поданы составляющие других последовательностей, напряжение или ток на выходе фильтра от этих последовательностей должны равняться нулю.

Так, например, напряжение на выходе фильтра напряжения обратной последовательности будет равно нулю при подаче на его вход напряжений прямой и нулевой последовательностей. При подаче же на вход фильтра напряжения обратной последовательности на его выходе появится напряжение определенной величины, зависящей от параметров фильтра и подключенной нагрузки.

Рассмотрим схемы некоторых простых фильтров, которые применяются в устройствах релейной защиты.

а) Фильтры напряжения нулевой последовательности

Фильтры нулевой последовательности наиболее просты. Выше был рассмотрен фильтр напряжений нулевой последовательности (ФННП), используемый для подключения цепей напряжения в схемах защит от замыканий на землю.

Для выполнения ФННП обычно используются вторичные обмотки трансформаторов напряжения, которые соединяются на сумму напряжений трех фаз или, как говорят, в схему разомкнутого треугольника (см. рис. 6-4). Напряжение на выходе такого фильтра равно утроенному напряжению нулевой последовательности, так как

Напряжения двух других последовательностей на реле не проходят, так как сумма напряжений трех фаз прямой и обратной последовательностей равна нулю (см. гл. 1):

Схема фильтра напряжения нулевой последовательности, который подключается к цепям трансформаторов напряжения, соединенным в звезду, показана на рис. 6-8.

б) Устройство блокировки при неисправности цепей напряжения типа КРБ12

Фильтры напряжения нулевой последовательности широко применяются для контроля исправности цепей напряжения и для блокировки защит, которые могут сработать ложно при неисправности цепей напряжения (например, дистанционные). Подобная схема блокировок приведена на рис. 6-8.

Рассмотрим схему еще одного устройства типа КРБ12, которая применяется в схемах дистанционных защит (рис. 6-19).

Это устройство состоит из пятиобмоточного трансформатора Тб:

три обмотки через дополнительные сопротивления R3, R4 , R5 включены на фазные напряжения А, В, С обмоток трансформатора напряжения, соединенных в звезду;

одна обмотка через регулируемое сопротивление R1 включена на другие обмотки трансформатора напряжения, соединенные по схеме разомкнутого треугольника;

одна вторичная обмотка к которой через выпрямительный мостик подключено реле блокировки РНб.

Реле устройства блокировки, размыкающий контакт которого включен в цепь защиты, а замыкающий включает цепь сигнализации, должно

срабатывать при нарушении одной или двух фаз цепей напряжения и не должно срабатывать при коротких замыканиях на землю в защищаемой сети. Для выполнения последнего условия величина сопротивления R1 выбирается таким образом, чтобы при коротком замыкании на землю в защищаемой сети магнитный поток нулевой последовательности, создаваемый в магнитопроводе Тб обмотками, подключенными к обмоткам трансформатора напряжения, соединенным в звезду, уравновешивался магнитным потоком, создаваемым обмоткой . При этом результирующий магнитный поток будет равен нулю, реле РНб не сработает и защита сможет подействовать на отключение.

В нормальном режиме при неисправности цепей напряжения, соединённых в звезду, магнитный поток, создаваемый обмотками не уравновешивается, так как напряжение на выходе обмоток, соединенных в разомкнутый треугольник, равно нулю. Реле РНб при этом срабатывает, предотвращая ложное действие защиты.

в) Фильтр тока нулевой последовательности

Фильтр тока нулевой последовательности осуществляется аналогично рассмотренному выше фильтру напряжения. Фильтр тока нулевой последовательности состоит из трех трансформаторов тока, вторичные обмотки которых включены параллельно (см. рис. 6-15, д), вследствие чего в реле проходит только ток нулевой последовательности

Токи двух других последовательностей в реле не проходят, так как сумма токов трех фаз прямой и обратной последовательностей равна нулю:

Фильтром тока нулевой последовательности является также и кабельный трансформатор тока с кольцевым сердечником (рис. 6-18), в котором осуществляется суммирование магнитных потоков, создаваемых тремя фазными токами.

г) Фильтр напряжения обратной последовательности

Схема фильтра напряжения обратной последовательности (ФНОП), состоящего из активных и емкостных сопротивлений, показана на рис. 6-20. Согласно определению этот фильтр должен выделять из полного напряжения, поступающего на его вход, напряжение обратной последовательности и не должен пропускать напряжения прямой и нулевой последовательностей.

Рассмотрим поведение данного фильтра при подаче на его входные зажимы напряжений разных последовательностей. Заметим, что анализ работы фильтра напряжения можно проводить в режиме холостого хода, когда нагрузка к его выходным зажимам не подключена. Если фильтр напряжения будет правильно работать в режиме холостого хода, то подключение нагрузки приведет лишь к изменению абсолютной величины выходного напряжения, не искажая основных соотношений, характеризующих его работу.

Напряжение нулевой последовательности, как известно, имеет одинаковую величину и направление во всех фазах. Поэтому все входные зажимы фильтра, к которым в порядке электрического чередования подключены фазы напряжения А, В, С, будут иметь одинаковый потенциал. Стало быть будут иметь одинаковый потенциал и выходные зажимы фильтра.

Таким образом, напряжение на выходе фильтра, определяемое разностью потенциалов на зажимах обмотки реле, при подаче на вход фильтра напряжения нулевой последовательности будет равно нулю.

Под действием напряжений прямой последовательности подведенных соответственно к входным зажимам фильтра 1, 2, 3, по его активным и емкостным сопротивлениям будут проходить определенные токи. Векторная диаграмма, на которой показано распределение напряжений по элементам фильтра в этом случае, дана на рис. 6-20, б. Рассмотрим эту диаграмму более подробно, учитывая, что величины активных и емкостных сопротивлений, используемых в фильтре, имеют следующие соотношения:


Под действием напряжения приложенного к плечу фильтра R1 —хC1, т. е. между зажимами 1—2, через эти сопротивления проходит ток имеющий емкостный характер и опережающий напряжение на угол 30°. Этот ток на сопротивлениях R1 и хC1 создает падение напряжения совпадающее по направлению с вектором отстающее от этого тока на 90° (рис. 6-20, б).

Аналогичный треугольник напряжений может быть построен и для второго плеча фильтра (между зажимами 2—3), к которому подведено напряжение В этом плече ток будет опережать напряжение на угол 60°, так как емкостное сопротивление больше активного:

В результате, как следует из диаграммы, приведенной на рис. 6-20,б, выходные зажимы фильтра m — n имеют одинаковый потенциал. Таким образом, напряжение на зажимах реле при подаче на вход ФНОП напряжения прямой последовательности также будет равно нулю.

Диаграмма, характеризующая работу фильтра при подаче на его вход напряжения обратной последовательности, показана на рис. 6-20,в. В этом случае векторная диаграмма изменяется, так как изменяется чередование фазных напряжений на входе фильтра подведенных соответственно к зажимам 1, 2, 3. При этом между зажимами m — n появляется значительное напряжение пропорциональное величине обратной последовательности на входе ФНОП.

В результате рассмотренный нами ФНОП удовлетворяет условиям, поставленным выше. При подаче на его входные зажимы напряжений прямой и нулевой последовательностей напряжение на выходе фильтра равно нулю, а при подаче на вход напряжения обратной последовательности — имеет определенную величину. Следовательно, ФНОП будет выделять из полного напряжения, поданного на его вход, напряжение обратной последовательности, не пропуская напряжения других последовательностей.

Величина напряжения на выходе фильтра зависит от сопротивления подключенной к нему нагрузки. Доказано, что для максимальной отдачи мощности от фильтра напряжения должно быть соблюдено следующее условие:

где zH — сопротивление нагрузки, подключенной к выходным зажимам фильтра; zф.к.з, — сопротивление короткого замыкания фильтра, измеряемое со стороны его выходных зажимов, когда входные зажимы закорочены.

Поэтому на выходе фильтра обычно подключается специальное реле с соответствующими параметрами, что обеспечивает получение от фильтра наибольшей мощности. Промышленность, как правило, выпускает комплектные устройства фильтр-реле, в которые входит фильтр и реле. Фильтр-реле напряжения обратной последовательности, схема которого приведена на рис. 6-20, обозначается РНФ-1.

д) Фильтры тока обратной последовательности

Фильтр-реле РТФ-2. Схема фильтра тока обратной последовательности (ФТОП), используемого в реле РТФ-2, приведена на рис. 6-21. Принцип действия этого фильтра аналогичен рассмотренному выше фильтру напряжения обратной последовательности.

К цепочке, состоящей из регулируемых активных сопротивлений R1, R2, и постоянных емкостных сопротивлений С1, С2, подводится через промежуточные трансформаторы тока TT1 и ТТ2 разность токов

Подключение токовых цепей к фильтру через понижающие промежуточные трансформаторы тока преследует две цели: уменьшить емкость конденсаторов фильтра и исключить токи нулевой последовательности. Действительно, во вторичной обмотке каждого трансформатора, имеющего по две первичные обмотки, наводится ток, пропорциональный разности токов двух фаз. Поскольку токи нулевой последовательности в каждой фазе одинаковы по величине и направлению, разность токов нулевой последовательности двух фаз будет равна нулю. Поэтому во вторичных обмотках трансформаторов TT1 и ТТ2 могут проходить только токи прямой и обратной последовательностей. Рассмотрим, как будет работать ФТОП при подаче на его вход поочередно системы токов прямой и обратной последовательностей.

Так же как и при анализе фильтра напряжения обратной последовательности, рассмотрим ненагруженный ФТОП, когда его выходные зажимы m — n закорочены (показано па рис. 6-21, а штриховой линией). Такое предположение допустимо, так как подключение нагрузки приведет лишь к изменению абсолютной величины тока, проходящего на выходе ФТОП, не искажая его работы.

Для исключения токов прямой последовательности величины активных и емкостных сопротивлений, используемых в схеме ФТОП, имеют следующие соотношения:

Векторная диаграмма фильтра, когда на его входные зажимы 1, 2, 3 подана система токов прямой последовательности показана на рис. 6-21, б.

В левом плече ФТОП (рис. 6-21, а) проходит ток который разветвляется на два тока Первый из этихтоков отстает от тока а второй опережает его. Величины этих токов и

угол между ними определяются соотношением активного и емкостного сопротивлений в плече.

Аналогичная картина имеет место и в правом плече, где ток делится на два тока В результате на выходе ФТОП через зажимы m — n будет проходить сумма токов Поскольку эти токи, как видно из рис. 6-21, б, равны по величине и противоположны по направлению, ток на выходе фильтра будет равен нулю.

При подаче же на входные зажимы ФТОП системы токов обратной последовательности на выходе фильтра будет проходить значительный ток, что определяется векторной диаграммой, показанной на рис. 6-21, в.

Таким образом, рассмотренный ФТОП удовлетворяет поставленным выше условиям. Если на его входные зажимы будет подана несимметричная система токов, ФТОП не пропустит токов прямой и нулевой последовательностей и в реле будет проходить ток, пропорциональный по величине только току обратной последовательности на входе фильтра.

Кроме упомянутых выше элементов, в комплект фильтр-реле РТФ-2 входят: стабиливольты Ст, ограничивающие величину напряжения на выходе фильтра, два реле Р1 и Р2, включенные через выпрямитель В, миллиамперметр для измерения тока небаланса на выходе фильтра с добавочными сопротивлениями R и шунтирующей кнопкой К.

Абсолютная величина тока на выходе ФТОП зависит от величины сопротивления подключенной нагрузки. Для максимальной отдачи фильтром мощности должно соблюдаться условие

где zH — сопротивление нагрузки; zф, х. х — сопротивление холостого хода фильтра, которое измеряется с его выходных зажимов при разомкнутых входных.

Фильтр-реле РТ-2. Схема ФТОП, примененного в РТ-2, показана на рис. 6-22, а. Фильтр состоит из трансформатора Tф с двумя первичными обмотками, включенными на фазные токи, и активного сопротивления R, включенного на ток третьей фазы.

Кроме того, в фильтр входит трансформатор TK, который подключается к схеме замыканием зажимов 9 и 11 для компенсации токов нулевой последовательности в тех случаях, когда реле с рассматриваемым фильтром используется в сетях с заземленной нейтралью. Этот же трансформатор ТK позволяет использовать данный фильтр как проходной, когда цепи суммы токов собираются на другой панели.

Рассмотрим сначала, как будет работать ФТОП в сетях с изолированной нейтралью, где отсутствуют токи нулевой последовательности. В этом случае трансформатор ТK не используется и зажимы 9—11 остаются разомкнутыми. Токовые цепи подключаются к зажимам 1, 3, 5.

На рис. 6-22, б показана векторная диаграмма токов прямой последовательности. При этом через зажимы ФТОП 1, 3, 5 .проходят токи прямой последовательности, соответственно Когда токи прямой последовательности проходят по первичным обмоткам трансформатора Tф, на его вторичной обмотке наводится э. д. с, пропорциональная разности токов Поскольку трансформатор Tф имеет воздушный зазор, э. д. с. на его вторичной обмотке опережает вектор на угол 90° (рис. 6-22, б):

где N — коэффициент трансформации.

Падение напряжения на сопротивлении R совпадает по направлению с вектором тока и равно по величине

Рассмотрим теперь контур abcmnd (рис. 6-22, а) с реле, которое подключено одним зажимом к активному сопротивлению, а вторым — к вторичной обмотке трансформатора Tф. Ток, проходящий в этом кон туре, а следовательно, и в реле определяется согласно следующему выражению:

где Zр — сопротивление реле.

Параметры фильтра: величина сопротивления R и коэффициент трансформации N подбираются так, чтобы э. д. с. трансформатора Eт и падение напряжения на сопротивлении R lC1 R были равны по величине

Для этого необходимо, чтобы соблюдалось равенство:

Поскольку векторы совпадают по направлению (рис. 6-22 б,) и равны по величине (6-40), разность этих величии согласно (6-39) будет равна нулю. Таким образом, при подаче на входные зажимы ФТОП токов прямой последовательности напряжение на выходе фильтра и ток в реле равны нулю.

По другому обстоит дело при подаче на входные зажимы 1, 2, 3 фильтра токов обратной последовательности (рис. 6-22, в).

В этом случае векторы находятся в противофазе, вследствие чего на выходе ФТОП появится значительное напряжение равное разности напряжения и э. д. с. Под действием напряжения через реле пойдет ток.

При использовании РТ-2 в сетях с заземленной нейтралью необходимо токовые цепи подключить к зажимам 1, 3, 5, 7 и соединить зажимы 9—11. Тем самым будет введен в работу компенсирующий трансформатор TK. Поскольку первичная обмотка этого трансформатора включена в нулевой провод токовых цепей, он не будет оказывать никакого влияния на прохождение токов прямой и обратной последовательностей и картина будет такой же, как рассмотрено выше для сети с изолированной нейтралью.

Токи же нулевой последовательности будут проходить в каждой фазе, а суммарный ток 3I0, замыкаясь через нулевой провод, пройдет по первичной обмотке трансформатора TK. Нулевые составляющие токов, проходящие в фазах А и В, не окажут никакого влияния на работу ФТОП, так как разность их, создающая напряжение на вторичной обмотке Tф, будет равна нулю. Ток IC0 фазы С создаст падение напряжения на активном сопротивлении которое будет компенсировано подпиткой от тока подаваемой встречно на это же сопротивление с вторичной обмотки трансформатора TK, поскольку его коэффициент трансформации равен трем:

Таким образом, токи нулевой последовательности будут исключены и влияния на работу фильтра не окажут.

Фильтры реле РТФ-1 и РТ Ф-3. На выходе этого фильтра (сопротивления R1, и R2 на рис. 6-23, a) осуществляется сравнение напряжений, создаваемых на вторичной обмотке трансформатора тока ТТ и трансформатора, имеющего воздушный зазор, или, как его называют, транcреактоpа ТX. В первом из них магнитный поток создается разностью токов а во втором Благодаря этому исключаются токи нулевой последовательности.

На рис. 6-23, б приведена векторная диаграмма ФТОП при подведении к нему токов прямой последовательности Напряжение совпадает с током

В трансреакторе наводится э. д. с. опережающая на 90°, а напряжение на зажимах вторичной обмотки отстает от на угол Напряжения находятся в противофазе.

Как следует из рис. 6-23, а, ток в реле проходит под действием суммы напряжений При подведении к входным зажимам фильтра токов прямой последовательности сумма этих напряжений равна нулю и ток в реле не проходит, так как при настройке подбором величин сопротивлений R1 и R2 обеспечивается равенство напряжений UR1 и UR2.

При подаче на вход ФТОП токов обратной последовательности (рис. 6-23, в) в реле будет проходить ток, так как сумма напряжений UR1 и UR2 будет иметь большую величину.

8 Июнь, 2009              21114              ]]>Печать]]>
4 / 16 ( Хорошо )

Добавить комментарий

Ваше имя

Текст

Контрольный вопрос

Дva plus trи ? (цифрой)

Вверх страницы