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]

СХЕМЫ ТРЕХ ОСНОВНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ PC, ПОСТРОЕННЫХ НА СРАВНЕНИИ ФАЗ

Реле сопротивления состоит из функциональных элементов, входящих в состав общей структурной схемы PC (см. рис.11.15) и структурной схемы (рис.11.22). Схемы этих элементов однотипны, они применяются с небольшими изменениями в реле на сравнении фаз двух, трех и четырех сравниваемых величин.

Преобразователи напряжения и тока воспринимают сигналы (Up и Iр), поступающие от ТН и ТТ, уменьшают их и превращают в напряжения, пропорциональные Up и Iр и совпадающие с ними по фазе. В качестве преобразователей используются промежуточные ТН (ПТН) и ТТ (ПТТ), их упрощенные схемы приведены на рис.11.24.

Промежуточные ТН. Первичная обмотка w1 промежуточного ПТН (рис.11.24, а) включается на междуфазное напряжение Up = Uмф.Вторичное напряжение на зажимах 1 и 2 ПТН Uвых = KнUр,где Кнкоэффициент преобразования (трансформации ПТН) Uвх в Uвых. Промежуточное ТН работает в режиме, близком к холостому ходу, поэтому Кн = Uвых/Uвх = w2/w1и выбирается таким, чтобы Uвых не превышало значения, допустимого для полупроводниковых элементов схемы. Вторичная обмотка ПТН обычно замкнута на делитель напряжения R. Изменение уставки срабатывания PC осуществляется двумя способами: ступенями — изменением ответвлений на w2 и плавно — изменением сопротивления R:

                                                                                 (11.22)

где Крег = 1, если движок делителя находится в точке 1'; КпрU = КрегКн — результирующий коэффициент преобразования Up.

Промежуточные ТТ. Первичная обмотка ПТТ состоит из двух секций с одинаковым числом витков w1. Каждая секция включается на ток соответствующей фазы (в ДЗ от междуфазных КЗ — по табл. 11.1) так, чтобы создаваемые ими МДС были направлены встречно (рис.11.24, б). Преобразователи тока должны преобразовывать входной ток Iрв пропорциональное ему вторичное напряжение UПТТ = Ip, длячего вторичная обмотка ПТТ замыкается на резистор R(рис.11.24, б), с которого снимается Uвых = Iвых R. С учетом коэффициента трансформации Kтполучим

                                                             (11.23)

где .

Как и в ПТН, регулирование уставки может осуществляться ступенчато — регулированием Кт либо плавно — изменением R.

На рис. 11.24, в изображена схема ПТТ, применяемая в ДЗ ЩДЭ-2801, выпускаемой ЧЭАЗ. Выходное напряжение снимается с делителя R1 и R2, средняя точка которого соединяется с нулевой шинкой. Потенциалы точек 1 и 2 имеют противоположную полярность относительно нулевой шинки. Это позволяет получить два напряжения разной полярности (+UТ1 и –UТ2), которые, как было показано в §11.7, необходимы для получения особых точек, определяющих характеристику срабатывания. Регулирование уставки PC производится включением параллельно делителю R1-R2 резисторов R4 иR5 переключателями SB1 и SB2.




В схеме установлен варистор R3,сопротивление которого уменьшается с увеличением приложенного к нему напряжения. При больших токах Iр варистор ограничивает уровень Uвых. Общим требованием для всех преобразователей является точность преобразования, которая обеспечивается при работе преобразователей в линейной части характеристики Uвых= f(Uвх). Выходное напряжение ПТН и напряжения с выхода ПТТ UT1 и UT2 передаются на следующий элемент ИО, формирующий из этих напряжений сравниваемые напряжения по (11.14).

Устройство формирования сравниваемых напряжений (УФ). Получив с выхода ПНТ и ПТТ преобразованные значения Up и Ip, в виде напряжений KпрUUКпрIIр,устройство формиро­ания производит их сложение с помощью сумматора, построенного на инвертирующем ОУ (рассмотренном в § 2.5). В результате этой операции на выходе сумматора должно быть получено одно из п сравниваемых напряжений типа U1, U2, ...,Uj,...,Un,построенных по выражениям (11.14), например напряжение Uj:

                                                                   (11.24)

Координаты особой точки на плоскости Z,соответствующей данному напряжению Uj,как уже отмечалось, определяются вектором сопротивления Zj= КIj/KUj.

Как видно из рис.11.25, напряжения с промежуточных трансформаторов ПТН (TVL) и ПТТ (TAL)передаются на инвертирующий вход ОУ по отдельным цепям, в которые включаются (в общем случае) комплексные сопротивления Zl и Z2, а в цепь ОС вводится сопротивление Zoc. Неинвертирующий вход соединяется с нулевой точкой. При появлении на И-входе напряжений от промежуточных трансформаторов ОУ осуществляет их суммирование с усилением каждого входного сигнала в Kп pаз (где Кп коэффициент передачи, равный коэффициенту усиления инвертирующего ОУ). Его значение (см. § 2.5) определяется отношением сопротивления ZOCк сопротивлению цепи, по которой поступает данный сигнал. В рассматриваемой схеме для сигнала от ПТН Кп ПТН = ZOC/Z1, а для сигнала, идущего от ПТТ, Кп ПТН = ZOC/Z2.

В результате сложения входных сигналов с умножением их на удельный коэффициент передачи Ку.П на выходе суммирующего ОУ формируется заданное напряжение, например Uj,в соответствии с (11.24) и (11.14):

                                                  (11.25)

Сопоставляя (11.25) и (11.24), можно установить, что в сформированном напряжении Uj коэффициенты KUjи КIjимеют следующий вид:

                                                               (11.25a)

а вектор особой точки j

                                                                                                      (11.25б)




Аналогично формируются все остальные njсравниваемые величины. Количество формируемых величин (напряжений типа Uj) зависит от формы характеристики срабатывания (например, для окружности п = 2, для четырехугольника п = 4).

Из (11.25) и рис.11.25, а следует, что коэффициенты при UIpреализуются посредством коэффициентов преобразования напряжения и тока (Up, и Ip),применяемых в вспомогательных измерительных трансформаторах, и сопротивлений Z1,ZZ3 в цепях тока и напряжения сумматора на ОУ. Эти величины определяются при разработке дистанционных органов защиты и остаются неизменными в процессе эксплуатации. Эксплуатационный персонал может регулировать только уставки ИО. Коэффициенты КUjв (11.14) являются действительными числами и реализуются в виде сопротивления резисторов Rн, а коэффициент КIjдолжен быть комплексной величиной и реализовываться активным сопротивлением резистора Rт и реактивным сопротивлением X, обычно выполняемым в виде конденсатора (рис.11.25, б). Активные и реактивные составляющие KIопределяют значения координат jX и Rособых точек, например точки 1,показанной на рис.11.25, в.

Из (11.25а) следует, что коэффициенты KUjи КIjобразуются с помощью входных сопротивлений в схеме сумматора (Z1, Z2, Z3) и параметров элементов ПНТ и ПТТ. Определив значения KUj и KIj,можно найти значение Zjи координаты особой точки j на комплексной плоскости R, jX.

В общем случае положение точки на комплексной плоскости определяется вектором комплексного сопротивления Zn = –KIn/KUn. Необходимые значения KUnи KIn для получения требуемого Unнаходятся по (11.25 б) соответствующим подбором величин, определяющих эти коэффициенты. Для образования КUв выражениях (11.14) и (11.14а) служит резистор Rн,включенный в цепь, питаемую напряжением ПТН, а для образования KIрезистор Rт (рис.11.25) и конденсатор ХC.По типовой схеме на рис.11.25 выполняются сумматоры напряжений U1 и U2,а значения этих напряжений и коэффициентов KUnи КIn определяются выражениями (11.25). С выхода сумматоров УФ n сформированных напряжений U1Un поступают на схему сравнения их фаз.



Схема сравнения фаз СС, применяемая в отечественных ДО обычно выполняется на времяимпульсном принципе. В §11.10 пояснено, что условием срабатывания подобного ДО является наличие непрерывного (в течение не менее полупериода промышленной частоты) несовпадения знаков мгновенных значений п сравниваемых величин.

С учетом этого рассматриваемая схема сравнения состоит (рис.11.26, а) из формирователя импульсов несовпадения ФИН,выявляющего длительность несовпадения знаков сравниваемых напряжений U1Un, поступающих на вход СС, и реагирующего органа РО,на вход которого приходит сигнал ФИН о наличии несовпадения знаков U1 Un.Реагирующий орган сравнивает длительность этого сигнала tнс с заданной величиной ty или с длительностью сигнала о совпадении tc.

Схема сравнения выдает сигнал о срабатывании ДО, если tнс ≥ ty.

Формирователь импульсов несовпадения (рис.11.26, б). Основными элементами схемы ФИН являются: двухполупериодный диодный селектор (избиратель) положительных и отрицательных сигналов, выполняемый на основе диодной сборки VD'1,VD'2, ...,VD'n(селектор положительных сигналов) и сборки VD''1,VD''2, ...,VD''n(селектор отрицательных сигналов) и операционный усилитель ОУ, формирующий выходные сигналы (импульсы напряжения отрицательного знака при несовпадении знаков сравниваемых величин и положительного — при их совпадении). Инвертирующий вход 1 ОУ подключается к селектору положительных сигналов С(+) и напряжению источника питания отрицательной полярности –Еп = 15В в точке т делителя напряжения R1-R3, а неинвертирующий вход 2 ОУ —к селектору отрицательных сигналов С(–)и напряжению источника питания положительного знака +Еп = 15В в точке п делителя R2-R4. Для получения необходимых уровней напряжения в точках т и п делителей напряжения значения их сопротивления выбираются по условию R1 =R2,R3 = R4, при этом R3 и R4 >> R1 и R2.

Между точками т и п делителей и входами 1 и 2 ОУ подключены диоды VD1,VD2, которые ограничивают уровень напряжения на входе ОУ. Диод VD1 открывается только при появлении положительного входного напряжения на шинке С(+), возникающего под воздействием мгновенного значения входного сигнала, достаточного для открытия диодов VD1' – VD'n.Аналогично под воздействием отрицательного входного напряжения открывается диод VD2.

Рассмотрим кратко работу схемы ФИН в режиме совпадения знаков входных сигналов и при их несовпадении. Следует учесть, что ОУ включен по дифференциальной (без ОС) схеме и поэтому работает в нелинейной насыщенной части входной характеристики. При появлении входного напряжения Uвх = U2 U1 выходное напряжение ОУ Uвых = ± UOУ max =12÷13 В. Знак Uвых определяется знаком U2 U1:при +U2 > U1 Uвых имеет положительный знак; при U1 > U2— отрицательный. При несовпадении знаков мгновенных значений сравниваемых напряжений на вход селектора поступают одновременно разнополярные сигналы. Под действием наибольшего напряжения положительного знака открывается соответствующий диод положительного селектора (например, если наибольшим в данный момент является +U2,то открыт диод VD2'). В этот же момент времени наибольшее входное напряжение отрицательного знака откроет один из диодов VD1",…,VD''nселектора отрицательной полярности. Под действием появившихся на выходе С(+) и С(–)напряжений откроются диоды VD1 и VD2 соответственно.

С учетом этого напряжения на инвертирующем входе 1 и неинвертирующем 2 будут равны падению напряжения в открытых диодах VD1 и соответственно в VD2,но различными по знаку (на входе 1 "+", на входе 2 "-").

Напряжения U1 = +ΔUo VD1,U2= ΔUo VD1 а дифференциальное входное напряжение U2U2 = –ΔUo VD1 (+ΔUo VD1) = = –2ΔUo VD1. В соответствии с этим на выходе ОУ установится напряжение отрицательного знака Uвых = –UOУ max.

Рассматривая схему на рис.11.26, б при совпадении знаков входных сигналов (сначала положительных, а затем отрицательных) и определяя, как и в предыдущем режиме, работу селектора и диодов VD1 и VD2, можно показать, что входное напряжение U2 – U1будет иметь положительный знак, соответственно положительным по знаку будет выходной сигнал ОУ:

Uвых = +UОУ mах.

Из приведенного рассмотрения следует, что на выходе схемы ФИН при несовпадении знаков сравниваемых напряжений появляется сигнал отрицательного знака, а при совпадении —сигнал положительного знака.

Эти сигналы поступают на реагирующий орган (РО) схемы сравнения, где на основе их сопоставления выдается соответствующий сигнал (о действии или недействии ИО сопротивления ДЗ).

Таким образом, в течение каждого полупериода изменения UU2на выходе схемы ФИН появляется положительный сигнал Uвых = +Ucпри совпадении знаков сравниваемых величин и отрицательный сигнал –Uнс во время их несовпадения. Продолжительность положительного сигнала равна времени совпадения tc,а отрицательного — времени несовпадения tнс = Т/2 – tc.Выходные сигналы отрицательной и положительной полярностей поступают на вход схемы РО, производящего сравнение их длительности.

Реагирующие органы. При рассмотрении структурной схемы формирования импульсов отмечалось, что имеется два варианта исполнения реагирующего органа: РО1, в котором осуществляется сравнение времени несовпадения tнс с заданным временем (уставкой) ty,и РО2, сравнивающего tнс с tc.




Реагирующий орган РО1 (рис. 11.27, а). Схема РО1 состоит из элемента выдержки R1-C1 tc.p до 0,1 с), транзистора VT1,входного и выходного логических элементов И-НЕ (выполняющих функции инвертора), D1,D2 и диода VD2,разрешающего при несовпадении знаков сравниваемых напряжений пуск элемента задержки. При совпадении знаков мгновенных значений сравниваемых напряжений с выхода ФИН на вход реагирующего органа поступает сигнал +Uc (логическая 1). При этом диод VD1 открывается, на выходе D1 появляется сигнал на уровне логического 0, потенциал в точке 1 имеет нулевой уровень, VT1 открывается, потенциал в точке 2 становится равен логическому 0, а на выходе D2 логической 1. Это означает, что ИО не действует. Конденсатор С1 разряжен, так как потенциал на его обкладках равен нулю.

При несовпадении знаков мгновенных значений сравниваемых напряжений на входе схемы появляется сигнал отрицательного уровня –Uнс (логический 0). В этом случае VD1 закрыт и на входе инвертора D1 присутствует сигнал, равный 0, а на выходе сигнал 1; потенциал точки 1 (а следовательно, и базы VT1) равен падению напряжения в открытом диоде VD2,транзистор остается открытым, на выходе схемы сохраняется единичный сигнал. Конденсатор С1 начинает заряжаться током, проходящим от источника питания через R2 и R1. Потенциал точки 1 (базы VT1)постепенно увеличивается, и, когда он становится равным потенциалу эмиттера, транзистор закрывается, потенциал точки 2 повышается до 1, D2 переключается, его выходной сигнал изменяется с 1 на логический 0, что соответствует срабатыванию PC. Это происходит при условии, что tнс > ty.

Схема возвращается в исходное состояние, как только снова наступает совпадение сравниваемых величин, благодаря снижению практически до нуля потенциала точки 1 и происходящему вследствие этого разряду конденсатора С1 по контуру) образованному диодом VD2 и связанным с нулевой шинкой выходному контуру D1. Время замедления ty задается сопротивлением резисторов R2 и R1 на уровне 10 мс. Напряжение срабатывания определяется порогом переключения инвертора D2. Реагирующий орган типа РО1 используется в PC II и III ступеней в ДЗ ШДЭ-2801. Для I ступени обычно применяется РО2.

Реагирующий орган РО2 имеет большее быстродействие (около Т/4). В этом органе осуществляется сравнение времени несовпадения tнс с tс (рис.11.27, б). Схема состоит из выпрямителя VS; стабилитрона VD7,уравнивающего значения отрицательных и положительных входных сигналов; интегратора А1 на ОУ (см. §2.19), сопоставляющего длительность сигналов (–tнс и + tс); порогового устройства в виде логического элемента D1, работающего в режиме ключа и выдающего сигнал срабатывания реле при tнс > tc. Выходные импульсы напряжения (+Ucи –Uнс) проходят через выпрямитель, и с помощью стабилитрона VD7 их амплитуды стабилизируются на одинаковом уровне Uс = Uнс. Постоянство и равенство значений обоих импульсов необходимо для обеспечения стабильности характеристик PC. При несовпадении знаков сравниваемых напряжений отрицательный сигнал в виде выпрямленного и стабилизированного отрицательного напряжения –Uнс поступает через диод VD5 и резистор R3 на И-вход 1 операционного усилителя А1.

Под действием этого напряжения начинается заряд конденсатора С1 через сопротивление R3,и на выходе ОУ интегратора возникает положительное напряжение, противоположное по знаку напряжению на входе ОУ. По мере заряда конденсатора С1 напряжение Uинт = UС1нарастает и поскольку в начальной части экспоненциальная характеристика заряда практически прямолинейна, то Uинт = UС1 = tнс. При достижении напряжением UС1 значения порогового напряжения Uплогического элемента D1 на выходе последнего появляется сигнал, означающий, что PC сработало.

Во время совпадения знаков U1 и U2 входное положительное импульсное напряжение +Uс после выпрямления и стабилизации через диод VD6 и R2 поступает на И-вход ОУ. Напряжение на обкладках конденсатора меняет полярность, и с этого момента начинается разряд конденсатора (или, иначе говоря, его заряд в обратном направлении) через R2. В процессе разряда напряжение на конденсаторе ΔUC1 уменьшается пропорционально времени tc.Для действия PC необходимо, чтобы за время tнс = Ktc (при котором отношение tнс/tc= К = 1) Uc достигло Uп (порога срабатывания D1). Скорости заряда и разряда С1,определяющие соотношение tнс и tc,зависят от значений R3 и R2,которые подбирают исходя из заданных значений К. Предусмотрена возможность изменения R2 переключателем.

Для получения характеристики в виде окружности необходимо иметь К = 1 или tнс = tc. В этом случае R2 = R3.При R2R3характеристика принимает вид овала.

 

22 Сентябрь, 2011              5196              ]]>Печать]]>
1 / 5 ( Отлично )

Добавить комментарий

Ваше имя

Текст

Контрольный вопрос

Dвa pлюs тpi ? (цифрой)

Вверх страницы