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]

РЕЛЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ДИОДНЫХ СХЕМАХ СРАВНЕНИЯ АБСОЛЮТНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ДВУХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН


Принципы выполнения. Полупроводниковые PC, основанные на сравнении абсолютных значений двух электрических величин, обычно выполняются посредством сравнения этих величин после их выпрямления диодными выпрямителями. В качестве сравниваемых величин служат напряжения U1 и U2,образованные из UIр по (11.14). Принцип устройства и работы PC, построенных на сравнении двух выпрямленных напряжений, поясняется схемой на рис.11.16, уточняющей схему на рис.11.15 в части выполнения структуры УФ и схемы сравнения. Реле состоит из суммирующих устройств 1 и 2,формирующих напряжения U1 и U2 по (11.14), двухполупериодных выпрямителей на полупроводниковых диодах 3 и 4,образующих схему сравнения 5 на балансе напряжений или токов, и реагирующего органа 6, выдающего сигнал о срабатывании PC [52, 53].



Входные сигналы UIрпоступают на входные блоки 1 и 2 (рис.11.16). Эти блоки преобразуют UIрв пропорциональные им синусоидальные напряжения КUUKIIpи производят их геометрическое сложение. В результате на выходе блоков 1 и 2 появляются два синусоидальных напряжения U1 и U2.Каждое из них выпрямляется диодными выпрямителями 3 и 4. Напряжения |U1| и |U2|,полученные на выходе выпрямителей (или пропорциональные им токи |I1| и |I2|), подводятся к схеме сравнения 5, где вычитаются один из другого. На выходе схемы сравнения образуется напряжение |Uвых| = |U1||U2|или ток |Iвых| = |I1| – |I2|, которые поступают на вход РО 6,выполненного в виде нуль-индикатора (НИ), реагирующего на знак Uвых. При |U1| > |U2|напряжение Uвых имеет положительный знак, и РО срабатывает.




В нормальном режиме напряжение Upравно номинальному, а ток Iр равен току нагрузки. Он сравнительно мал, поэтому U2 = |KU2Up – KI2Ip| превосходит Ul = |KI1Ip|и PC не работает. При КЗ в зоне действия реле ток Iр возрастает, а напряжение Uр снижается, в результате U1становится больше U2,и PC приходит в действие. При КЗ за пределами зоны (хотя ток Ip увеличивается, Uр – уменьшается) параметры схемы PC и уставки подобраны так, чтобы напряжение U2превосходило U1, поэтому PC не может сработать. Напряжение U1называется рабочим, поскольку под его воздействием PC срабатывает, а напряжение — противодействующее срабатыванию, U2 — тормозным.

Таким образом, поведение реле, построенных по рассмотренной функциональной схеме, зависит от соотношения значений сравниваемых напряжений UU2:реле срабатывает, если Ul > U2,и не действует, если Ul< U2.По этой схеме можно выполнить PC с характеристиками срабатывания в виде окружности, проходящей через начало координат, окружности с центром в начале координат или смещенной относительно него в I либо III квадрант комплексной плоскости, как показано на рис.11.14, а-в. На базе этой же схемы можно получить PC с эллиптической характеристикой (в виде овала). Реле сопротивления, построенные на подобном принципе, используются в ДЗ панели типа ЭПЗ-1636, выпускаемой ЧЭАЗ, и широко применяются в отечественных энергосистемах (так как более 90% ДЗ еще находятся в эксплуатации), поэтому ниже на рис.11.17 и 11.18 кратко рассматриваются конкретные схемы этих PC.

 



Направленное PC с круговой характеристикой срабатывания (рис.11.17, б) основано на сравнении двух напряжений U1 и U2,образованных по (11.14), в которых для получения характеристики срабатывания в виде окружности, проходящей через начало координат, принято, что KUl= 0, а при Iркоэффициент КI1 = КI2= – КI. Сучетом этого выражения сравниваемых величин имеют следующий вид:

                                                                           (11.15)

Сравниваемые напряжения: рабочее U1 (действующее на срабатывание) и тормозное U2 (ему противодействующее) формируются преобразователями (тока Iр и напряжения Up) и сумматором, состоящим из вспомогательного трансформатора напряжения TV1 и трансреактора TAV1 сдвумя первичными w1 и вторичными w2 обмотками. Обе пары первичных и вторичных обмоток TAV1 имеют одинаковое число витков. Каждая вторичная обмотка замкнута на одинаковые активные сопротивления R9,R11 или R10,R12. Примем, что рассматриваемое PC включено на UAB Iр = IA – IB (Реле, включенные на фазы ВС и СА,выполняются аналогично). Напряжение Up трансформируется на вторичную сторону TV1,образуя напряжение КUUр,где КUкоэффициент трансформации TV1. Под действием токов IA и IB в каждой вторичной обмотке трансреактора TAV1 индуцируются одинаковые ЭДС Е = –jKIIp,пропорциональные разности первичных токов, сдвинутые от него на 90° (рис.11.17, в). Под действием ЭДС Е в контурах вторичных обмоток возникают одинаковые токи Iт = E/(R + jX) = Iр, отстающие от Е на угол δ, определяемый отношением Xи Rвторичного контура. Напряжения U'2= U''2 = IтRт сдвинуты относительно ЭДС E на угол δ, так же как и ток Iт (рис.11.17, в). С учетом того, что Iт = Iр, напряжение U1 = KIIp. Здесь KIкоэффициент преобразования тока Iр в напряжение Uт,представляет собой комплексную величину, сдвинутую относительно вектора Iр на угол φ = 90°– δ. Модуль КI и угол сдвига φ зависят от параметров трансреактора (отношения витков w1/w2, Хμ, ветви намагничивания TAV,сопротивления Rт).Напряжения Uн,Uт(рис.11.17, а), полученные со вторичных зажимов TV1 и TAV1, используются для образования U1 и U2. Рабочее напряжение U1 = KIIp подводится к выпрямителю VS1. Тормозное напряжение U2образуется геометрическим суммированием Uн = КUUри Uт =KIIp.Полученное таким образом напряжение U2, = KUUp – KIIp подается на вход выпрямителя VS2. Выпрямленные напряжения |U1|и |U2|сопоставляются по значению в схеме сравнения на балансе напряжений. Результирующее напряжение на выходных зажимах схемы сравнения Uвых = |U1|– |U2|.Реагирующий орган, подключенный к выходным зажимам, является нуль-индикатором (НИ) ЕА, реагирующим на знак Uвых. В качестве НИ может служить высокочувствительное магнитоэлектрическое реле (см. §2.14). В последних отечественных конструкциях ДЗ нуль-индикатор выполняется с использованием интегральных операционных усилителей (ОУ) (см. §2.19).

Для сглаживания пульсации Uвых устанавливается частотный фильтр-пробка L1C4(рис.11.17, б), который не пропускает в ЕА переменную составляющую 100 Гц. В результате этого на вход ЕА поступает Uвых схемы сравнения, равное разности постоянных составляющих выпрямленных напряжений |U1|и |U2|,иначе говоря, разности их средних значений за период переменной составляющей (100Гц). Реле (НИ) срабатывает при |U1|> |U2|. Начало действия реле характеризуется равенством |U1|= |U2|, или

                                                                                         (11.16)

Это условие действия реле на грани его срабатывания можно выразить через Zc.p. Разделим для этого обе части равенства (11.16) на КIр, учтя, что Zp = Up/Ip,удовлетворяющее условию (11.16), является Zc.p:



После преобразования получим

                                                                                        (11.16a)

Уравнение (11.16 а) является характеристикой срабатывания направленного PC, имеющего форму окружности, проходящей через начало координат (см. рис.11.14, б). Радиус этой окружности Rравен |КI/KU|; вектор КI/KU определяет положение центра окружности относительно начала координат на комплексной плоскости R,jXс заданной уставкой Zy.

Сопротивление срабатывания Zc.p направленного PC непостоянно, изменяется с изменением φр (угла сопротивления Zp), что видно из рис.11.17, г. При φр = φм.ч сопротивление Zc.p имеет максимальное значение . Угол вектора Zc.p mахравен углу вектора КI, это означает, что φм.ч = 90° – δ и определяется параметрами Xи R трансреактора TV1 (рис.11.17, а).

При всех других значениях φрφм.ч,

Уставка срабатывания Zy направленного PC задается модулем . B конструкции реле предусматривается регулирование уставки Zy изменением значений КUи модуля |КI|. Это осуществляется изменением коэффициента трансформации TV1 (изменением числа вторичных витков) и числа витков первичной обмотки TAV1.

Угол вектора Zcp max = Zy, т.е. (φм.ч изменяется подключением сопротивлений R9-R12: включение R9 и R11 соответствует φм.ч = 65°, а R10 и R12 — φм.ч = 80°. Регулирование должно производиться как в рабочем, так и в тормозном контуре схемы одинаково для обеспечения равенства . Соответствующие переключения при этом выполняются и в цепи первичной обмотки TV1 изменением числа ее витков.

Мертвая зона и зона нечеткого действия реле. При КЗ в непосредственной близости от места установки ДЗ (рис.11.18, а) направленное PC может отказать в работе при КЗ в точке К1 или сработать неселективно при КЗ в точке К2. Причиной неправильной работы является нарушение условия действия PC, определяемого выражением (11.16 а), вызванное снижением до нуля напряжения Up(при близких КЗ), а также неточным равенством коэффициентов преобразования тока Iр трансреактора TAV1 (см. рис.11.17, а). В результате характеристика реле может сместиться в I или III квадрант, что приведет соответственно к отказу или неселективному действию реле при КЗ в зоне смещения характеристики (точки К1 и К2 на рис.11.18, а).

Для устранения мертвой зоны и зоны нечеткой работы реле в рабочий и тормозной контуры реле вводятся дополнительно по значению одинаковые ЭДС "памяти" Eп, создаваемые трансреактором TAV2.

С учетом этого условие срабатывания реле (11.16) примет вид

                                                                         (11.17)

а при близких КЗ, когда Uр = 0, условие (11.17) превращается в следующее:

                                                                           (11.17а)

При этом условии PC работает, как РНМ с поляризующим напряжением Еп(вместо Uр= 0), с характеристикой срабатывания, приведенной на рис.11.18,6. Чтобы сохранить круговую характеристику при всех КЗ, при которых Uр > 0 с добавлением дополнительной ЭДС Еп по (11.17), последняя должна совпадать по фазе сUp и иметь возможно меньшее значение — не превышать 2-3% нормального уровня Uр и оставаться неизменным при К(2)между фазами, напряжение которых Uр, подводится к данному PC. Для выполнения этих условий на вход TAV2 (рис.11.17, а) подается напряжение фазы, не подводимой к TV1. Например, если Up = UAB, то Uп = UCo. Поскольку напряжение UCсдвинуто относительно междуфазного напряжения повредившихся фаз (UAB)(рис.11.18, г), чтобы обеспечить совпадение по фазе вторичной ЭДС Епс Uр, в цепь первичной обмотки TAV2 введен конденсатор С6,емкостное сопротивление которого в сочетании с индуктивностью первичной обмотки трансреактора образует резонансный контур, настроенный в резонанс при f = 50 Гц. При такой схеме ток в первичной обмотке IПсовпадает по фазе с напряжением Uп = UCo, подведенным к TAV2,авторичная ЭДС Еп отстает на 90° от вызвавшего ее тока Iп и совпадает по фазе с Uр = UAB.

При трехфазных КЗ, когда все напряжения снижаются до нуля, ЭДС Епподдерживается некоторое время за счет разряда конденсатора С. При этом ЭДС памяти создает быстро затухающий ток IСв обоих контурах (рис.11.18, д), обеспечивая работу PC при исчезновении напряжения.

По рассмотренной схеме (рис.11.17, а) ЧЭАЗ выпускает PC, используемые вкачестве ДО I и II ступеней в РЗ типа ЭПЗ-1636. Третья ступень в комплекте этой защиты осуществляется с помощью PC типа КРС-1, схема которого приведена на рис.11.19, а.

Условие срабатывания реле КРС-1:

Для устранения мертвой зоны и четкой работы при малых значениях Up (при близких КЗ) характеристика срабатывания реле — окружность смещена в III квадрант на 6-12% Zc.p (в тормозной контур реле вводится резистор R14). Конструкции обоих PC подробно рассмотрены в [30]. Выполнение заданной уставки Zc.p осуществляется изменением числа витков первичных обмоток ТAV1 и числа витков вторичной обмотки TV1 (рис.11.19, б). В качестве НИ, реагирующего на знак тока в реле сопротивления ДЗ-2 и КРС-1, первоначально использовалось магнитоэлектрическое реле. Однако вследствие несовершенства его конструкции завод заменил его на НИ на полупроводниковых реле с ОУ (см. гл. 2 и рис. 11.20).

Направленное PC с эллиптической характеристикой срабатывания. С помощью PC III ступени РЗ типа ЭП1636 (рис.11.19, б) может быть реализована круговая и эллиптическая характеристика (см. рис.11.14, г), обеспечивающая лучшую отстройку ДО от токов нагрузки. Для получения эллиптической характеристики срабатывания PC используется дополнительная цепочка, состоящая из диода VD8 и активных сопротивлений R25-R27 (рис.11.19, б). Эта цепочка шунтирует РО, срезая положительные полуволны переменной составляющей разности мгновенных значений U1 и U2,благодаря чему и обеспечивается эллиптическая характеристика срабатывания реле, показанная на рис.11.14, г и 11.19, в.

Как видно из диаграммы, построенной на рис.11.19, в, точки С и 0 характеристики PC получаются, когда векторы U1 и U2либо совпадают по фазе, либо сдвинуты на угол 180°. В обоих случаях переменные составляющие на выходах VS1 и VS2 совпадают по фазе и, следовательно, их разность, прикладываемая к сглаживающему фильтру и НИ,близка к нулю. Когда вектор U2 сдвинут относительно вектора U1 на 90° (точки E и Dна рис.11.19, в), соответственно сдвинуты и мгновенные значения напряжений на выходах диодных мостов VS1 и VS2. Переменная составляющая разности мгновенных значений этих напряжений, приложенная к сглаживающему фильтру и НИ,получается в этом случае максимальной. Шунтирование переменной составляющей через цепочку VD8-R25-R27 равносильно уменьшению тока в НИ,действующего в сторону срабатывания. В результате рабочее напряжение U1уравновешивается меньшим значением U2и характеристика срабатывания PC сжимается (точки Dи E смещаются в положения D' и E') (рис.11.19, в). Промежуточным значениям углов между UU2соответствуют точки характеристики, располагающиеся на эллипсе с осями ОС и D'E' (рис.11.19, в). Регулировка эллипсности осуществляется с помощью сопротивлений R25-R27.Для уменьшения вибрации НИ при работе PC с эллиптической характеристикой параллельно НИ подключен конденсатор С5.



Реле сопротивления с характеристиками в виде окружности, смещенной относительно начала координат. Еcли принять в (11.15), определяющем характер связи U1 и U2 с Uр и Ip, ,то характеристика PC будет изображаться окружностью, смещенной относительно начала координат при в сторону III квадранта, а при  — в сторону I квадранта. Если же принять = 0, получим , a  — характеристика в виде окружности с центром в начале координат.




22 Сентябрь, 2011              5177              ]]>Печать]]>
0 / 0 ( Нет оценки )

Добавить комментарий

Ваше имя

Текст

Контрольный вопрос

Dвa pлюs тpi ? (цифрой)

Вверх страницы