В брошюре изложены принципы действия защит линий 110-220 кВ с высокочастотными каналами:дифференциально-фазной защиты типа ДФЗ 201 и высокочастотной блокировки дистанционной и токовой направленной защиты нулевой последовательности на панели ЭПЗ 1643-69. Приведены описания схем релейных и высокочастотных частей указанных защит.

Рассмотрены техническое обслуживание, высокочастотные измерения, проверка ВЧ каналов и эксплуатация этих защит. ...

1. Дифференциально-фазная высокочастотная защита ДФЗ-201

2. Высокочастотная блокировка дистанционной защиты и токовой направленной защиты нулевой последовательности типа ЭПЗ-1643-69

3. Высокочастотные каналы релейной защиты

4. Проверка релейной части ДФЗ-201 при новом включении

5. Проверка релейной части ВЧ блокировки дистанционной защиты и токовой направленной защиты нулевой последовательности типа ЭПЗ-1643-69 при новом включении

6. Проверка ВЧА типа упз-70 при новом включении

7. Проверка элементов ВЧ тракта при новом включении

8. Проверка ВЧ каналов при новом включении

9. Обслуживание ВЧ защит

ПРЕДИСЛОВИЕ

Высокочастотные (ВЧ) защиты получили широкое распространение на линиях 110-220 кВ и более высоких напряжений. В числе разновидностей эксплуатируемых защит значительное место занимают защиты, снятые с производства (дифференциально-фазные типов ДФЗ-2, ДФЗ-402, ДФЗ-501 и высокочастотные блокировки типа ПВБ). Панели ДФЗ-2 и ВЧ блокировки предназначены для работы с высокочастотным аппаратом (ВЧА) типа ПВЗК , а панели ДФЗ-402 и ДФЗ-501 - с ВЧА типа ПВЗД .

В настоящее время выпускаются дифференциально-фазные защиты типов ДФЗ-201, ДФЗ-504, ДФЗ-503 и ВЧ блокировки дистанционных и токовых направленных нулевой последовательности защит . Эти защиты предназначены для совместной работы с ВЧА типа УПЗ-70, которые по сравнению с ПВЗК и ПВЗД обладают расширенным диапазоном рабочих частот, уменьшенным остаточным напряжением на выходе передатчика, усовершенствованной схемой управления, меньшими габаритами и массой, имеют блочную конструкцию. В них применен печатный монтаж, на выходе передатчика использован линейный фильтр.

Совсем недавно промышленностью начат выпуск нового приемопередатчика типа АВЗК-80, выполненного на полупроводниковых элементах. Этот ВЧ аппарат может быть использован со всеми релейными схемами ВЧ защит, выпускаемых в данное время.

Надежное функционирование высокочастотных защит обеспечивает устойчивую работу электроприемников потребителей. Поэтому в комплексе мероприятий по повышению надежности снабжения потребителей электроэнергией особое место занимает качество наладки и эксплуатации устройств релейной защиты и электроавтоматики и, прежде всего, основных ВЧ защит линий.

Наиболее качественно и в то же время с меньшими трудозатратами наладочные работы можно выполнить при условии, что весь объем работ по вводу в эксплуатацию комплектов ВЧ защит производится одной комплексной бригадой. Более широкому внедрению такой организации наладочных работ в значительной степени может способствовать публикация книги, в которой излагаются вопросы наладки как релейных, так и высокочастотных частей ВЧ защит.

8.1.Какие виды защит применяются на ВЛ-110-220 кВ?

Сети, как правило, работают с глухозаземленными нейтралями. Поэтому защиты выполняются как от многофазных (за исключением двойного замыкания на землю в разных точках), так и от однофазных КЗ. Сети часто имеют сложную конфигурацию, несколько источников питания. Поэтому для защиты от многофазных КЗ (включая двойного замыкания на землю в одной точке) часто применяются дистанционные ступенчатые защиты с разными характеристиками органов сопротивления, снабжаемые блокировками от качаний и нарушений вторичных цепей. От замыканий на землю применяются не дистанционные защиты, а токовые многоступенчатые направленные защиты нулевой последовательности.

В случаях, когда по условиям обеспечения устойчивости системы и ответственных потребителей требуется действие защиты на всей длине защищаемого участка без выдержки времени (на шинах станций и узловых подстанций Uост при 3-х фазном КЗ ≤ 0,6÷0,7 Uном), возможны два решения вопроса: дополнение ступенчатых защит устройствами ВЧ блокировки или передачи отключающих сигналов и использование в качестве основной отдельной продольной защиты с абсолютной селективностью. Предпочтение отдается второму варианту, обеспечивающему независимость в эксплуатации и более совершенное ближнее резервирование.

На тупиковых линиях иногда удается использовать и более простые токовые ступенчатые защиты..

8.2. Какие защиты называются дистанционными?

Дистанционными называются защиты с относительной селективностью, выполняемые с использованием измерительных органов сопротивления – органов, характеристической величиной для которых по ГОСТ является заданная функция выраженных в комплексной форме отношений воздействующих напряжений к воздействующим токам.

Практически работа дистанционных защит при КЗ определяется не только расстоянием до места повреждения, но и рядом других искажающих факторов – переходными сопротивлениями, наличием между местами их включения и КЗ источников питания и нагрузок, сдвигами по фазе между ЭДС источников питания, неоптимальным сочетанием воздействующих величин органов сопротивления и т.д..

8.3. Назовите типы панелей используемые для защиты ВЛ-110-220 кВ.

В настоящее время используются электромеханические, полупроводниковые и микропроцессорные типы панелей защит. К ним относятся панели снятые с производства но до сих пор находящиеся в эксплуатации: ПЗ-157, ПЗ-158, ПЗ-152, ПЗ-153, ПЗ-164А, ПЗ-2, ПЗ-201, ДФЗ-2,

Выпускаемые промышленностью ЭПЗ-1636; ШДЭ-2801(2); ПДЭ-2802; ДФЗ-201; ЭПЗ 1637-91(для выполнения поперечной дифференциальной токовой направленной защиты параллельных ЛЭП); ЭПЗ 1639 91 (для выполнения продольной дифференциальной токовой защиты 1-й или2-х ЛЭП); ЭПЗ 1643 (ВЧ блокировка ДЗ и от замыканий на землю); ШДЭ 2803 (ДЗ и токовая защита линий с комплектами УРОВ); ШЭ2607 011021 (шкаф защиты линии и автоматики управления линейным выключателем); ШЭ2607 031 (направленная защита линии с ВЧ блокировкой); ШЭ2607 081 (дифференциально-фазная защита линии). Шкафы серии ШЭ2607 выполнены на микропроцессорных терминалах серии БЭ2704.

8.4. Как выбираются ступени защиты нулевой последовательности от замыканий на землю одиночных линий 1110-500 кВ с двухсторонним питанием без ответвлений?

Согласно Руководящего указания по РЗ №12 ток срабатывания первой ступени при выполнении ее без выдержки времени выбирается по условиям отстройки от утроенного тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты:

При замыкании на землю на шинах противоположной подстанции;

В кратковременном неполнофазном режиме, возникающий при неодновременном включении фаз выключателя;

В неполнофазном режиме, возникающем в цикле ОАПВ на защищаемой линии.

Ток срабатывания второй ступени защиты выбирается по условиям:

Отстройки от утроенного тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты при замыкании на землю за предыдущим автотрансформатором на стороне его смежного напряжения;

Отстройки от утроенного тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты в неполнофазном режиме, возникающим в цикле ОАПВ на защищаемой или предыдущей линии, а также в длительном неполнофазном режиме на предыдущей линии.

Вторая ступень обычно защищает всю линию и работает с выдержкой времени 0,4-0,5 с.

Ток срабатывания третьей ступени выбирается по условию согласования с защитой предыдущей линии (со второй или третьей ее ступенью) или защитой от замыканий на землю предыдущего автотрансформатора, установленной на стороне смежного напряжения.

Ток срабатывания четвертой ступени должен быть отстроен от тока при внешних замыканиях между фазами, если рассматриваемая ступень защиты нулевой последовательности имеет выдержку времени, равную или меньшую, чем защита от замыканий между фазами на поврежденном элементе.

Третья и четвертая ступени резервируют 1-ю и 2-ю и осуществляют функции дальнего резервирования. Их срабатывание (кроме ускоряемых при включении) дает основание предполагать наличие неисправности в цепях 1-й или 2-й ступеней, возможен также отказ выключателя или защит на смежном элементе.

3-я и 4-я ступени, как наиболее чувствительные, могут срабатывать при неполнофазном режиме. Допускается в этом случае выводить сработавшие ступени. В большинстве случаев не удается обеспечить селективность при неполнофазном режиме..

Бурное развитие электрических сетей сегодня требует большого числа высокоэффективных защит воздушных линий (ВЛ), используемых для передачи электроэнергии.

К основным требованиям, которые предъявляются к подобным устройствам можно отнести следующие моменты:

Удобство в использовании;
- минимальная цена;
- компактность;
- универсальность;
- селективность.

Обладая такими свойствами, современные виды защит высоковольтных линий способны надёжно сохранять их от всех видов коротких замыканий.

Разновидности . Из наиболее распространённых типов можно выделить следующие:

Дистанционная защита (ДЗ) . В сетях, имеющих сложную конфигурацию, для защиты от коротких межфазных замыканий применятся ДЗ , которая выполняет измерение полного сопротивления ВЛ от измерительных трансформаторов напряжения на подстанциях до непосредственного места возникновения КЗ.

Так как данное сопротивление пропорционально дистанции (расстоянию) до мест короткого замыкания, то и защита получила название дистанционной.

Она сложнее обычных токовых и имеет следующие преимущества:

Зона её действия всегда остаётся постоянной вне зависимости от режима сети и величин токов КЗ;
- имеет направленность действия.

В целях обеспечения селективности действия дистанционной защиты на смежных ВЛ время их действия делают зависимым от расстояния до места возникновения короткого замыкания: дальше КЗ – больше время срабатывания.

Защита выполняется по ступенчатому принципу, когда каждая последующая ступень имеет большую выдержку отключения по времени.

Токовая защита нулевой последовательности (ТЗНП) . При коротких замыканиях на землю применятся ТЗНП, которая использует факт появления в напряжениях и токах нулевой последовательности при таких КЗ в сетях, работающих в режиме глухозаземлённой нейтрали у трансформаторов.

Как известно, составляющие нулевой последовательности выделяются из фазных величин простой геометрической суммой векторов данных величин.

При этом, нулевой провод токовых цепей, которые собраны по схеме полной звезды – это не что иное, как фильтр токов нулевой последовательности. Поэтому ТЗНП выполняется на электромагнитных реле, включённых в нулевой провод.

Селективность на смежных ВЛ обеспечивается также как и у ДЗ, когда время действия защиты зависит от расстояния до места короткого замыкания, то есть, чем меньше ток срабатывания, тем дальше точка короткого, тем больше время срабатывания.

Аннотация

Релейная защита является важнейшей и наиболее ответственной частью автоматики, применяемой в современных энергосистемах. Релейная защита изучает вопросы по автоматической ликвидации повреждений и ненормальных режимов.

Задачи релейной защиты, ее роль и значение в обеспечении надежной работы энергосистем и бесперебойного снабжения электроэнергией потребителей. Это обусловлено усложнением схем и ростом электросетей. В связи с этим требованиям к быстроте действия, селективности, чувствительности и надежности работы релейной защиты увеличиваются. Все большее распространение получают устройства релейной защиты с использованием полупроводниковых приборов. Их применение открывает больше возможностей для создания быстродействующих защит.

В настоящее время разрабатываются устройства релейной защиты на микропроцессорной основе, что позволит еще больше увеличить быстродействие защит.

Параметры защищаемого оборудования

Параметры защищаемого генератора.

Имеют место обозначения:

Т - турбогенератор;

ВФ - водородное форсированное охлаждение;

63 - активная мощность, МВт;

2 - количество полюсов ротора;

Е - единая унифицированная серия;

У - климатическое исполнение - умеренный климат;

Параметры защищаемой воздушной линии.

Выбор защит линии 110 кВ

2.1 Защиты линии 110 кВ W 5 .

На одиночных линиях с односторонним питанием согласно ПУЭ (п.3.2.110) предусматриваться ступенчатые токовые защиты:

1. От междуфазных к.з. комплект, состоящий:

а) из токовой отсечки и максимальной токовой защиты с выдержкой времени (для тупиковых линий)

2. От замыканий на землю комплект, состоящий:

а) из токовой отсечки нулевой последовательности и максимальной токовой защиты с выдержкой времени нулевой последовательности (для тупиковых линий)

Расчет защит линии 110 кВ.

3.1 Схема замещения прямой последовательности

Расчет выполняем в именованных единицах при U баз =115кВ

Приложение 1

Сопротивление системы:

Сопротивление генераторов:

Сопротивление линий:

Сопротивление трансформаторов без учета регулирования напряжения

Сопротивление трансформаторов Т1,Т2 с учетом РПН

ТДТН–40000/110/10

U ном.нн =11 кВ

U к. m in =9.52%= U к(–РО)

U к.ном =10,5%

U к. m ax =11.56%= U к(+РО)

Сопротивление трансформатора Т1,Т2 при крайней ступени «отрицательного» регулирования

где =1-0,12=0,88

Сопротивление трансформатора Т1,Т2 на 10-й ступени «положительного» регулирования

где =1+0,1=1,1

Сопротивление трансформатора Т5

ТДТН–25000/110/10

U ном.вн =115 кВ ±12% (±12 ступеней)

U ном.нн =11 кВ

U к(–РО) =9.99%

U к.ном =10,5%

U к(+РО) =11.86%

Сопротивление трансформатора Т5 при номинальных данных

Сопротивление трансформатора Т5 при крайней ступени «отрицательного» регулирования

где =1-0,12=0,88

Сопротивление трансформатора Т5 на 10-й ступени «положительного» регулирования

где =1+0,1=1,1

3.2 Схема замещения нулевой последовательности.

Выбор режимов работы нейтралей 110 кВ трансформаторов:

1. На ТЭЦ принят режим глухозаземленных нейтралей Т1 и Т2.

2. На транзитной ПС принимаем режим: один трансформатор 25 МВА с глухозаземленной нейтралью, второй трансформатор – нейтраль заземлена через разрядник (Т3 и Т4)

3. На тупиковой ПС трансформатор Т5 работает с нейтралью заземленной через разрядник..

При составлении схемы учитываются сопротивления тех элементов, по которым проходят токи нулевой последовательности (схема представлена в приложении 2)

Приложение 2

Сопротивление нулевой последовательности системы:

Сопротивление нулевой последовательности линии:

К ЛЭП =3,0 для 2-х цепных линий с грозозащитным тросом

К ЛЭП =2,0 для одноцепных линий с грозозащитным тросом

Сопротивление трансформаторов

3.3 Расчет токов короткого замыкания в точках К 1 ,К 2 ,К 3 для выбора настройки МТЗ линии W 5 .

Сворачиваем схему замещения прямой последовательности приведенной к точкам К3

Точка К1

Точка К2

X 21 =X рез =X 20 +X 11 =12,5+15=22,5 Ом

Точка К3

Нормальный режим:

X 22 =X рез =X 21 +X 12 сред =22,5+55,5=78 Ом

Максимальный режим:

X 22 =X рез =X 21 +X 12 min =22,5+74,4=96.9 Ом

Выбираем комплект КЗ-9 для I ступени (ТО) и выбираем два комплекта КЗ-14 для II и III ступеней МТЗ с выдержками времени.

1 ступень

Ток срабатывания I ср выбирается из условия отстройки от тока 3-х фазного КЗ в точке К 3 в максимальном режиме.

Принимаем:

Выбираем реле РТ 140/50 с последовательным соединением обмоток.

Чувствительность I ступени при 2-х фазном КЗ в конце линии

t ср =0,1 сек – для отстройки от t ср разрядников установленных на линии.

2 ступень

Ток срабатывания I ср выбирается из условия отстройки от максимального рабочего тока защищаемой линии

К отс =1,2÷1,3 – коэффициент отстройки

К сз =2÷3 – коэффициент самозапуска электродвигателя

К воз =0,8 – коэффициент возврата реле РТ-40 (РТ-140)

Чувствительность II ступени к 2-х фазному КЗ в точке К 3 в минимальном режиме:

Аналогично в нормальном режиме

Время срабатывания выбирается из условия согласования с МТЗ трансформатора на стороне 110 кВ

Принимаем:

3 ступень

Ток срабатывания I ср выбирается из условия обеспечения К ч ≥ 1,2 при КЗ в точке К 3 в максимальном режиме.

Выбираем реле РТ-140/10 с параллельным соединением обмоток

Выбираем реле времени РВ-132

3.4 Расчет защиты от замыкания на землю

Сворачиваем схему замещения нулевой последовательности и определяем токи однофазного КЗ в точках К 1 и К 2 в различных режимах

Максимальный режим	Минимальный режим

Схема замещения принимает вид

Максимальный режим	Минимальный режим
Для точки КЗ К 1
Для точки КЗ К 2
Точка КЗ К 1
Точка КЗ К 2

Выбираем комплект КЗ-115, содержащий 3 токовых реле и два реле времени. Реле направления мощности нулевой последовательности не используем.

3.5 Выбор настройки токовой защиты от замыкания на землю

I ступень

Ток срабатывания выбираем по условию обеспечения требуемой чувствительности при КЗ на землю в конце линии в минимальном режиме (точка К 2)

К 4 =1,5 – требуемый коэффициент чувствительности.

Принимаем

Выбираем реле РТ-140/50 с параллельным соединением обмоток.

II ступень

Настройку II ступени выбираем из условий согласования со своей I ступенью (резервирование защит)

Принимаем

Выбираем реле РТ-140/20 с параллельным соединением обмоток.

III ступень

Настройку III ступени выбираем по условию отстройки от максимального тока небаланса протекающего через защиту при 3-з фазном КЗ за трансформатором (точка К 3).

К отс =1,25 – коэффициент отстройки

К пер =1,0 – коэффициент учитывающий увеличение тока небаланса в переходном режиме

К нб =0,05÷1 – коэффициент небаланса

I (3) =852 (А) – расчетный ток КЗ

I ном.тр-ра =125 (А)

Принимаем

Выбираем реле РТ-140/10 с параллельным соединением обмоток.

Бесперебойная и надежная транспортировка электроэнергии к потребителям - это одна из основных задач, постоянно решаемых энергетиками. Для ее обеспечения созданы электрические сети, состоящие из распределительных подстанций и соединяющих их линий электропередач. Для перемещения энергии на большие расстояния используются опоры, к которым подвешиваются соединительные провода. Они изолированы между собой и землей слоем окружающего воздуха. Такие линии по виду изоляции называют воздушными.

Если расстояние транспортной магистрали небольшое или в целях безопасности необходимо спрятать линию электропередач в земле, то используются кабели.

Воздушные и кабельные линии электропередач постоянно находятся под напряжением, величина которого определена структурой электрической сети.

Назначение релейной защиты ЛЭП

В случае повреждения изоляции любого места кабельной или протяженной воздушной ЛЭП приложенное к линии напряжение создает ток утечки или короткого замыкания через нарушенный участок.

Причинами нарушения изоляции могут стать различные факторы, которые способны самоустраниться или продолжать свое разрушительное воздействие. Например, пролетающий между проводами воздушной ЛЭП аист создал междуфазное замыкание своими крыльями и сгорел, упав рядом.

Или дерево, выросшее очень близко от опоры, во время бури порывом ветра повалено на провода и закоротило их.

В первом случае короткое замыкание возникло на короткий промежуток времени и исчезло, а во втором - нарушение изоляции носит длительный характер и требует устранения обслуживающим электротехническим персоналом.

Такие повреждения способны нанести большой ущерб энергетическим предприятиям. Токи возникающих коротких замыканий обладают огромной тепловой энергией, способной сжечь не только провода подводящих линий, но и разрушить силовое оборудование на питающих подстанциях.

По этим причинам все возникающие повреждения на ЛЭП необходимо мгновенно ликвидировать. Это достигается снятием напряжения с поврежденной линии на питающей стороне. Если же такая ЛЭП получает питание с обеих сторон, то они обе должны отключить напряжение.

Функции постоянного отслеживания электрических параметров состояния всех линий электропередач и снятия с них напряжения со всех сторон при возникновении любых аварийных ситуаций возложены на сложные технические системы, которые называют по сложившейся традиции релейными защитами.

Прилагательное «релейные» образовано от элементной базы на основе электромагнитных реле, конструкции которых возникли с появлением первых линий электропередач и совершенствуются до наших дней.

Широко внедряемые в практику энергетиков модульные защитные устройства не исключают пока полную замену релейных устройств и по сложившейся традиции тоже заносятся в устройства релейных защит.

Принципы построения релейных защит

Органы контроля состояния сети

Для отслеживания электрических параметров линий электропередач необходимо иметь органы их измерения, которые способны постоянно контролировать любые отклонения нормального режима в сети и, одновременно, отвечать условиям безопасной эксплуатации.

В линиях электропередач всех напряжений эта функция возложена на измерительные трансформаторы. Они подразделяются на трансформаторы:

тока (ТТ);

напряжения (ТН).

Поскольку качество работы защит имеет первостепенное значение для надежности всей электросистемы, то к измерительным ТТ и ТН предъявляются повышенные требования по точности работы, которые определяются их метрологическими характеристиками.

Классы точности измерительных трансформаторов для использования в устройствах РЗА (релейных защит и автоматики) нормированы величинами «0,5», «0,2» и «Р».

Измерительные трансформаторы напряжения

Общий вид установки трансформаторов напряжения на ВЛ-110 кВ показан на картинке ниже.

Здесь видно, что ТН устанавливаются не в любом месте протяженной линии, а на распределительном устройстве электрической подстанции. Каждый трансформатор подключается своими первичными выводами к соответствующему проводу ВЛ и контуру земли.

Преобразованное вторичными обмотками напряжение выводится через рубильники 1Р и 2Р по соответствующим жилам силового кабеля. Для использования в устройствах защит и измерений вторичные обмотки соединяются по схеме «звезда» и «треугольник», как показано на картинке для ТН-110 кВ.

Для снижения и точной работы релейной защиты используется специальный силовой кабель, а к его монтажу и эксплуатации предъявляются повышенные требования.

Измерительные ТН создаются под каждый вид напряжения линии электропередачи и могут включаться по разным схемам для выполнения определенных задач. Но все они работают по общему принципу - преобразование линейной величины напряжения ЛЭП во вторичное значение 100 вольт с точным копированием и выделением всех характеристик первичных гармоник в определенном масштабе.

Коэффициент трансформации ТН определяется соотношением линейных напряжений первичной и вторичной схемы. К примеру, для рассматриваемой ВЛ 110 кВ его записывают так: 110000/100.

Измерительные трансформаторы тока

Эти устройства тоже преобразовывают первичную нагрузку линии во вторичные значения с максимальным повторением всех изменений гармоник первичного тока.

В целях удобства эксплуатации и обслуживания электрооборудования их тоже монтируют на распределительных устройствах подстанции.

Включаются в схему ВЛ не так, как ТН: они своей первичной обмоткой, которая обычно представлена всего одним витком в виде прямого токовода, просто врезаются в каждый провод фазы линии. Это хорошо видно на приведенной выше фотографии.

Коэффициент трансформации ТТ определяется соотношением выбора номинальных величин на этапе конструирования ЛЭП. Например, если линия электропередач рассчитывается на транспортировку токов 600 ампер, а на вторичной стороне ТТ будет сниматься 5 А, то применяют обозначение 600/5.

В энергетике принято два стандарта значений вторичных токов, которые применяются:

5 А для всех ТТ до 110 кВ включительно;

1 А для линий 330 кВ и выше.

Вторичные обмотки ТТ соединяются для подключения к устройствам защит по разным схемам:

полной звезды;

неполной звезды;

треугольника.

Каждое соединение имеет свои специфические особенности и применяется для определенных видов защит различными способами. Пример соединения трансформаторов тока линии и обмоток токовых реле в схему полной звезды показан на картинке.

Этот наиболее простой и распространенный фильтр гармоник используется во многих схемах релейных защит. В нем токи от каждой фазы контролируются индивидуальным одноименным реле, а сумма всех векторов проходит через обмотку, включенную в общий нулевой провод.

Способ использования измерительных трансформаторов тока и напряжения позволяет в точном масштабе переносить первичные процессы, происходящие на силовом оборудовании во вторичную схему для использования их в аппаратной части релейных защит и создания алгоритмов работы логических устройств по ликвидации аварийных процессов на оборудовании.

Органы обработки полученной информации

В релейных защитах основным рабочим элементом является реле - электротехнический прибор, который выполняет две основные функции:

отслеживает качество контролируемого параметра, например, тока и в нормальном режиме стабильно поддерживает и не изменяет состояние своей контактной системы;

при достижении критического значения, называемого уставкой или порогом срабатывания, мгновенно переключает положение своих контактов и находится в этом состоянии до тех пор, пока контролируемая величина не вернется в область нормальных значений.

Принципы формирования схем включения реле тока и напряжения во вторичные цепи помогает понять представление синусоидальных гармоник векторными величинами с изображением их на комплексной плоскости.

Внизу картинки показана векторная диаграмма для типичного случая распределения синусоид по трем фазам А, В, С при рабочем режиме электроснабжения потребителей.

Контроль состояния цепей тока и напряжения

Частично принцип обработки вторичных сигналов показан на схеме включения ТТ и обмоток реле по схеме полной звезды и ТН на ОРУ-110. Этот метод позволяет собрать вектора способами, изображенными ниже.

Включение обмотки реле в любую из гармоник этих фаз позволяет полностью контролировать происходящие в ней процессы и отключать схему из работы при авариях. Для этого достаточно использовать соответствующие конструкции релейных устройств тока или напряжения.

Приведенные схемы являются частным случаем многообразного использования различных фильтров.

Способы контроля проходящей по линии мощности

Устройства РЗА контролируют величину мощности на основе показаний все тех же трансформаторов тока и напряжений. При этом используются известные формулы и соотношения полной, активной и реактивной мощностей между собой и выраженные их значения через вектора токов и напряжений.

Здесь учитывается, что вектор тока формируется приложенной ЭДС к сопротивлению линии и одинаково преодолевает его активные и реактивные части. Но при этом происходит падение напряжения на участках с составляющими Ua и Up по законам, описанным треугольником напряжений.

Мощность может передаваться из одного конца линии в другой и даже менять свое направление при транспортировке электроэнергии.

Изменения ее направления возникают в результате:

переключений нагрузок оперативным персоналом;

качаний электроэнергии в системе благодаря воздействию переходных процессов и иных факторов;

возникновения аварийных режимов.

Работающие в составе РЗА реле мощности (РМ) учитывают колебания ее направлений и настраиваются на срабатывание при достижении критической величины.

Способы контроля сопротивления линии

Устройства релейной защиты, оценивающие расстояние до места возникшего короткого замыкания на основе замера электрического сопротивления, называют дистанционными, или сокращенно ДЗ защитами. Они тоже в своей работе используют цепи трансформаторов тока и напряжения.

Для измерения сопротивления применяется , описываемое для участка рассматриваемой цепи.

При прохождении синусоидального тока через активные, емкостные и индуктивные сопротивления вектор падения напряжения на них отклоняется в разные стороны. Это учитывается поведением релейным защит.

По этому принципу в устройствах РЗА работают многочисленные виды реле сопротивлений (РС).

Способы контроля частоты на линии

Для поддержания стабильности периода колебаний гармоник тока, передаваемого по линии электропередач, используются реле контроля частоты. Они работают по принципу сравнения эталонной синусоиды, вырабатываемой встроенным генератором, с частотой, получаемой от измерительных трансформаторов линии.

После обработки этих двух сигналов реле частоты определяет качество контролируемой гармоники и при достижении значения уставки изменяет положение контактной системы.

Особенности контроля параметров линии цифровыми защитами

Приходящие на замену релейным технологиям микропроцессорные разработки тоже не могут работать без вторичных величин токов и напряжений, которые снимаются с измерительных трансформаторов ТТ и ТН.

Для работы цифровых защит информация о вторичной синусоиде обрабатывается методами дискретизации, которые заключаются в наложении на аналоговый сигнал высокой частоты и фиксации амплитуды контролируемого параметра в месте пересечения графиков.

За счет малого шага дискретизации, быстрых способов обработки и применения метода математической аппроксимации получается высокая точность измерения вторичных токов и напряжений.

Вычисленные таким способом цифровые величины используются в алгоритме работы микропроцессорных устройств.

Логическая часть релейных защит и автоматики

После того как первичные величины токов и напряжений передаваемой по ЛЭП электроэнергии смоделированы измерительными трансформаторами, выделены для обработки фильтрами и восприняты чувствительными органами релейных устройств тока, напряжения, мощности, сопротивления и частоты наступает очередь работы логических релейных схем.

В основу их конструкции положены реле, работающие от дополнительного источника постоянного, выпрямленного или переменного напряжения, которое еще называют оперативным, а питаемые им цепи - оперативными. В этот термин вложен технический смысл: очень быстро, без излишних задержек выполнять свои переключения.

От скорости работы логической схемы во многом зависит быстрота отключения аварийной ситуации, а, следовательно, степень ее разрушительных последствий.

По способу выполнения своих задач реле, работающие в оперативных цепях называют промежуточными: они получают сигнал от измерительного органа защиты и передают его коммутацией своих контактов исполнительным органам: выходным реле, соленоидам, электромагнитам отключений или включений силовых выключателей.

Промежуточные реле обычно имеют несколько пар контактов, которые работают на замыкание или размыкание цепи. Они используются для одновременного размножения команд между разными устройствами РЗА.

В алгоритм работы релейных защит довольно часто вводится задержка времени для обеспечения принципа селективности и формирования очередности определенного алгоритма. Она на период действия уставки блокирует работу защиты.

Этот ввод задержки создается с помощью специальных реле времени (РВ), обладающих часовым механизмом, влияющим на скорость срабатывания своих контактов.

Логическая часть релейных защит использует один из множества алгоритмов, созданных для разных случаев, которые могут возникнуть на линии электропередач конкретной конфигурации и напряжения.

В качестве примера можно привести всего лишь некоторые названия работы логики двух релейных защит, основанных на контроле тока ЛЭП:

токовая отсечка (обозначение быстродействия) без выдержки времени или с выдержкой (обеспечение избирательности РВ) с учетом направления мощности (за счет реле РМ) либо без него;

максимальная токовая защита , которая может быть наделена теми же контролями, что и отсечка в комплекте с проверкой минимального напряжения на линии или без нее.

В работу логики релейных защит часто вводятся элементы работы автоматики различных устройств, например:

однофазного или трехфазного повторного включения силового выключателя;

включения резервного питания;

ускорения;

частотной разгрузки.

Логическая часть защиты линии может быть выполнена в небольшом релейном отсеке прямо над силовым выключателем, что характерно для комплектных распределительных устройств наружной установки (КРУН) с напряжением до 10 кВ, или занимать несколько панелей 2х0,8 м в релейном зале.

Например, логика защит линии 330 кВ может размещаться на отдельных панелях защит:

резервных;

ДЗ - дистанционной;

ДФЗ - дифференциально фазной;

ВЧБ - высокочастотной блокировки;

ОАПВ;

ускорения.

Выходные цепи

Оконечным элементом релейной защиты линии служат выходные цепи. Их логика тоже строится на использовании промежуточных реле.

Выходные цепи формируют порядок работы выключателей линии и определяют взаимодействие с соседними присоединениями, устройствами (например, УРОВ - резервного отключения выключателя) и другими элементами РЗА.

У простых защит линии может быть всего одно выходной реле, срабатывание которого приводит к отключению выключателя. В сложных системах разветвленных защит создаются специальные логические цепи, работающие по определенному алгоритму.

Окончательное снятие напряжение с линии при возникновении аварийной ситуации осуществляется силовым выключателем, который приводится в действие усилием электромагнита отключения. Для его работы подводятся специальные цепи питания, способные выдерживать мощные нагруз ки.