Устройство блокировки защиты при качаниях, реагирующее на ток или напряжение обратной последовательности

МЕРЫ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ НЕПРАВИЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ ЗАЩИТЫ ПРИ КАЧАНИЯХ

Как следует из сказанного, при качаниях возникают условия для неправильных хаотических действий защиты, которые при­водят к тяжелым авариям. Весьма важным требованием, предъяв­ляемым к защите, является недействие ее при качаниях. Некоторые защиты, например дифференциальные, не реагируют на кача­ния по своему принципу действия. Большинство же защит вос­принимает качания как симметричное к. з., и поэтому требуются специальные меры, предотвращающие возможность их ложной работы. В качестве таких мер используются три способа.

Первый из них, наиболее простой, состоит в том, что параметры срабатывания пусковых реле защиты выбираются с таким расче­том, чтобы они не действовали при качаниях. С этой целью у токо­вых защит ток срабатывания выбирается больше максимального тока качания I_{с. з} > I_кач, а у дистанционных защит z_{с. з} должно быть меньше минимальной величины сопротивления, возможной в данной точке сети при качаниях. Последнее условие можно выполнить, если электрический центр лежит за пределами зоны действия защиты. Практически этот путь предотвращения ложной работы защиты при качаниях применим только для токовых отсе­чек и иногда для первых зон дистанционных защит. В каче­стве второго способа служит отстройка от качаний при помощи выдержки времени порядка 1—2 с. Это мероприятие применимо в тех случаях, когда указанное замедление защит допустимо по условиям устойчивости и бесперебойного питания потребителей. И, наконец, третьим способом предот­вращения ложной работы защит при качаниях является приме­нение блокировок, выводящих защиту из действия при возникно­вении качаний.

Блокирующие устройства должны удовлетворять двум основ­ным требованиям: 1) выводить защиту из действия при качаниях, возникших как в нормальном режиме, так и при к. з., и 2) не должны препятствовать работе защиты, если во время качаний на защищаемом ею участке возникает к. з.

В СССР разработаны два типа блокирующих устройств: одно отличает к. з. от качаний по появлению несим­метрии тока или напряжения сети, а второе — по скоро­сти изменения тока, напряжения или сопротивления в месте установки защиты.

Устройство, изображенное на рис. 13-4, отличает качания от к. з. по появлению тока или напряжения обратной последователь­ности в сети. Для этой цели используется реле Н₂, включенное через фильтр тока или напряжения обратной последовательности. При качаниях токи и напряжения симметричны и не содержат составляющих обратной последовательности. Следова­тельно, в этом случае реле обратной последовательности не будет действовать.

При двухфазных и однофазных к. з. токи в напряжения несимметричны и содержат значительную состав­ляющую обратной последовательности, под действием которых реле Н₂ приходит в действие.

При трехфазных к. з. токи и напряжения симмет­ричны, и поэтому U₂ и I₂ = 0. Однако исследования и практика эксплуатации показывают, что в начальный момент трехфазного к. з. из-за неодновременного замыкания трех фаз появляется ток и напряжение обратной последовательности.

Трехфазные повреждения обычно начинаются с замыкания одной или двух фаз и затем переходят в трехфазное. Такое поло­жение имеет место даже при включении на трехфазную закоротку вследствие разновременности замыкания контактов выключателя.

Кроме того, исследования показывают, что и при одновременном замыкании трех фаз кратковременно появляется ток в реле обрат­ной последовательности за счет переходных процессов в фильтрах, обусловленных, во-первых, внезапным изменением тока или напряжения в первичной цепи и, во-вторых, появлением аперио­дической составляющей в токе и напряжении при к. з. В резуль­тате отмеченных причин в начальный момент трехфазного к. з. на выходе фильтра появляются напряжение и ток обратной последовательности; они быстро затухают, однако продолжи­тельность их появления достаточна для действия пускового реле Н_г. Из сказанного следует, что к. з. в отличие от качаний всегда сопровождаются длительным или кратковременным появлением U₂ и I₂.

Принцип действия блокировки с реле обратной последователь­ности состоит в том, что она разрешает работать защите при появлении тока или напряжения обратной последовательности и не позволяет ей производить отключение, если несимметрия, характеризуемая появлением U₂ и I₂, отсутствует.

Такая блокировка работает как пусковой орган, пускающий защиту только при к. з. и не действующий при нагрузке и кача­ниях. Для действия при трехфазных к. з. схема блокировки вы­полняется с фиксацией кратковременной не­симметрии. Имеются два варианта схем, различающихся по способу их возврата в начальное состояние после к. з.: с бы­стрым возвратом после отключения к. з. и с воз­вратом через определенное время после пре­кращения к. з.

Блокирующее устройство с быстрым возвратом (рис. 13-4) состоит из пускового реле Н₂ реагирующего на напряжение (или ток) обратной последовательности; промежуточного реле П_ф, фиксирующего срабатывание Н₂ и замыкающего при своем дейст­вии цепь отключения блокируемой защиты; реле времени В, осуществляющего возврат реле П_ф, и реле понижения напряже­ния Н₃, включенного на линейное напряжение и предназначен­ного для действия при трехфазных к. з.

Для обеспечения надежного действия блокирующего устрой­ства при симметричных трехфазных к. з. пусковое реле Н₂ должно быть особо быстродействующим, чтобы реагировать на появление кратковременной несимметрии, а промежуточное реле П_ф должно срабатывать даже тогда, когда реле Н₂ действует кратко­временно.

Чтобы достигнуть быстродействия, пусковое реле Н₂ рабо­тает на размыкание контактов. Необходимая быстрота действия реле П_ф получается при помощи особой схемы его пуска, позво­ляющей фиксировать появление кратковременной несимметрии. Для этой цели обмотка реле П_ф непрерывно питается током через замкнутые контакты реле Н₂ и П_ф. Таким образом, при нормаль­ном режиме сети реле П_ф находится в сработанном состоянии и держит контакты в положениях, показанных на рис. 13-4. При появлении несимметрии (длительной или кратковременной) реле Н₂ срабатывает и прерывает ток в обмотке реле П_ф. Последнее отпадает и размыкает контактом П_ф1 цепь своей обмотки, благо­даря чему реле П_ф остается в отпавшем состоянии независимо от положения контактов пускового реле Н₂. Отпав, реле П_ф замы­кает цепь защиты и пускает реле времени В, которое с выдержкой времени, достаточной для срабатывания защиты, замыкает свои контакты и подает ток в обмотку реле П_ф.

Реле П_ф срабатывает и вновь размыкает цепь защиты, запре­щая ей действовать.

Если к моменту срабатывания реле П_ф к. з. не прекратилось, то реле времени В удерживается в сработанном состоянии контак­тами реле Н₂ или Н₃ в зависимости от вида к. з. Благодаря этому промежуточное реле П_ф не может подействовать вновь и цепь отключения защиты остается разомкнутой, чем предотвращается возможность ложной работы защиты при качаниях, возникающих во время к. з.

Полный возврат блокировки и готовность ее к повторному действию наступают после возврата реле Н₂ и Н₃, т. е. немед­ленно после прекращения к. з.

Реле Н₃ может работать и при качаниях. Чтобы исключить при этом пуск реле времени В, в цепи, замыкаемой контактами реле Н₃, включено сопротивление r. Его величина выбрана такой, чтобы ограничить ток в реле времени до величины, достаточной для удержания его в сработанном состоянии, но недостаточной для его пуска.

Рассмотренная блокировка не исключает неправильной работы защиты в следующих случаях:

а) при качаниях, возникших в первый момент к. з., пока кон­такты реле П_ф еще не разомкнули цепь отключения защиты;

б) при появлении во время качаний несимметрии, вызванной включением или отключением выключателя или какой-либо иной причиной. В результате этой несимметрии блокировка замыкает цепь защиты и последняя может сработать от качаний;

в) при несинхронном включении линии от АПВ, так как в этом случае защита вводится в действие от появившейся в момент включения несимметрии и может сработать от качаний, возник­ших после включения;

г) при удаленных трехфазных к. з., при которых реле напря­жения Н₃ может не действовать, в то время как реле Н₂ оказывается чувствительным и срабатывает. В этом случае при отключении к. з. возможен повторный запуск блокировки от кратко­временного появления несимметрии, что может повлечь за собой неправильное действие защиты под влиянием возникших качаний.

Напряжение (или ток) срабатывания реле Н₂ выбирается из условия отстройки от небаланса в нормальном режиме и при качаниях и надежного действия при несимметричных к. з. в пределах защищаемого участка. Напряжение срабатывания реле Н₃ берется максимально возмож­ным по условию возврата реле при минимальном уровне рабочего напряжения

Блокирующее устройство с возвратом через определенное время t_В (рис. 13-5). Пусковое реле Н₂ реагирует на появление несимметрии. Как и на рис. 13-4, оно выполняется с помощью реле напряжения или тока обратной последовательности. Для фиксации кратковременной несимметрии при трехфазных к. з. служит промежуточное реле П_ф, находящееся в нормальных условиях под током. При срабатывании пускового реле Н₂ реле П_ф исчезает ток, якорь реле П_ф отпадает и оно срабатывает, про­изводя следующие операции: замыкает контакт П_ф3, разрешая работать защите, размыкает контакт П_ф1, предотвращая возврат реле П_ф при возврате Н₂; замыкает контакт П_{ф 2}, пуская реле времени В. Реле В приходит в действие, его мгновенный контакт В₁ (нижний) замыкается, обеспечивая самоудерживание реле В, второй мгновенный контакт В₂ размыкается, прерывает ток в обмотке реле /7_В. Якорь реле П_в с выдержкой времени по­рядка 0,2—0,3 с отпадает, при этом контакт реле П_в замыкается, восстанавливая ток в реле П_ф. Якорь последнего притягивается и блокирует соответствующие цепи защиты. Поскольку контакт П_в шунтирует контакт пускового реле Н₂, то блокировка не может подействовать до возврата реле П_в. Возврат реле П_в происходит после прекращения работы реле времени, осуществляемого с по­мощью контакта В₈, который замыкается по истечении установ­ленной на нем выдержки времени 1%. Это время принимается больше времени действия резервных защит сети для предотвращения действия блокировки в момент отключения к. з. от возникающей при этом несимметрии.

Недостатком схемы с возвратом через заданное время t_В яв­ляется то, что она выводит из действия защиту на несколько секунд после любой несимметрии в сети (включение и отключение выклю­чателя, действия разрядника и т. п.). Если в этот момент на защи­щаемой линии возникает повреждение, то блокируемая защита не сможет подействовать. Появление отмеченного недостатка может привести к тяжелой аварии, поэтому следует отдавать пред­почтение схеме с немедленным возвратом (рис. 13-4). Цепь, пока­занная пунктиром на схеме рис. 13-5, предусмотрена для предот­вращения многократного запуска блокировки при появлении U₂ из-за обрыва вторичных цепей трансформатора напряжения, пи­тающего фильтр напряжения обратной последовательности.

На рассмотренном принципе изготовляются блокировки от качания типов КРБ-123 и КРБ-126. Первая реагирует на появ­ление U₂ и I₀, а вторая — на I₂ и I₀.

Блокировка при качаниях типа КРБ-126 (рис. 13-0, а). Блокировка разре­шает работать защите при к.з. и выводит ее из действия при качаниях и в нормальном режиме. Пусковой орган блокирующего устройства 1РТ реагирует на ток обратной последовательности I₂ и дополнительно, для повы­шения чувствительности при к. з. на землю, на ток 3I₀. Ток I₂ получается с помощью фильтра обратной последовательности Ф₂, на выход которого вклю­чен понизительный трансформатор ТП. Ток 3I₀ получается от трансформа­тора тока 4 ТТ, который включен в рассечку нулевого провода трансфор­маторов тока.

Токи I₂ и 3I ₀ выпрямляются выпрямителями 2ВМ и ЗВМ, суммируются и подаются в обмотку Р исполнительного реле пускового органа 1РТ. В ка­честве исполнительного реле служит поляризованное реле с двумя обмот- ками: рабочей Р и тормозной Т. Тормозная обмотка Т питается выпрямлен­ным током одной из фаз /ф и действует на размыкание контактов реле 1РТ. Рабочая обмотка Р (питаемая током I₂ и 3I ₀) действует на замыкание кон­тактов.

Ток срабатывания реле 1РТ (рис. 13-6, б) зависит от величины тормоз­ного тока I_Т = I _ф и выражается уравнением I_с._р = 1₀ + k_ТI_Т, где k_т —-коэффициент торможения, зависящий от соотношения витков рабочей и тормозной обмоток; I₀ — ток срабатывания реле при отсутствии тор­можения.

Торможение предусмотрено для предотвращения ложной работы пуско­вого органа блокировки во время качаний. Качания являются симметричным режимом, и поэтому, как уже отмечалось, составляющие I₂ и I₀ в первичных токах качаний отсутствуют. Однако при больших токах качаний трансформа торы тока работают со значительными погрешностями, в результате чего вто­ричные токи качаний искажаются по величине и фазе и становятся несим­метричными, В них появляется составляющая обратной последовательности I₂. В результате этого, а также вследствие погрешности самого фильтра в реле появляется ток небаланса I_нб, под действием которого оно может сработать. Торможение с помощью тока фазы I_ф загрубляет реле и исключает возмож­ность его действия от I_нб в симметричных режимах. При к. з. токи I₂ и I₀ достаточно велики, поэтому несмотря на наличие торможения реле надежно работает (см. рис. 13-6, б).

Чувствительность пускового органа и коэффициент торможения k_Т регулируются изменением витков обмоток трансформаторов 1ТТ, ТП и 4-ТТ. Конденсатор 6С и дроссель 2Д сглаживают кривую выпрямленного тока. Конденсатор 4С и дроссель 1Д являются фильтром, отсасывающим токи высших гармоник (главным образом 5-й), которые могут вызвать появление токов небаланса в реле, так как соотношение сопротивлений плеч фильтра Ф₂ подобраны для частоты 50 Гц. Трансформаторы ПТ и 4ТТ предназначены для уменьшения величин токов I₂ и I₀ до значений, безопасных для выпрями­телей.

Схема оперативных цепей приведена на рис. 13-6, в, она выполнена аналогично схемам на рис. 13-4 и 13-5. В качестве реле, фикси­рующего появление несимметрии (реле П_ф в схемах на рис. 13-5 и 13-6), слу­жат реле 1РП_б и 2РП_б. Нормально, при отсутствии к. з., когда I₂ и I₀ = О, контакты пускового реле 1РТ замкнуты и, как видно из схемы на рис. 13-6, в, обмотки реле 1РП_б, и 2РП_б питаются током. При появлении к. з. возникает I₂, а при к. з. на землю и I₀. Пусковое реле 1РТ срабатывает, размыкая контак­том 1РТ₁ ток в обмотках 1РП_б и 2РП_б, в результате чего якоря обоих реле отпадают. При этом контакт реле 1РП_б размыкает цепь питания своей об­мотки, фиксируя тем самым появление тока I₂ и I₀, до тех пор пока не срабо­тает реле ЗРП_В, восстанавливающее ток в обмотках реле 1РП_б и 2РП_б. Контакты реле 2РП_б (2РП_{б 2}, 2РП_б3, 2РП_б4) замыкают блокируемые цепи защиты (например, первую, вторую зону защиты или всю защиту в це­лом), разрешая им работать. Реле 1РП_б, отпадая, пускает реле времени 1РВ₁. Последнее замыкает мгновенный контакт 1РВ₂, обеспечивая самоудержива­ние реле, и размыкает второй мгновенно действующий контакт 1РВ_г, который разрывает цепь тока промежуточного реле ЗРП_В. Реле ЗРП_В отпадает с за­медлением 0,2—0,3 с и шунтирует контакты 1РТ₁ и 1РП_б1, замыкая цепь реле 1РП_б и 2РП_б. В обоих реле появляется ток, они срабатывают и выводят защиту из действия (контакты 2РП_бг — 2РП_{б 4} размыкаются). Поскольку контакты 1РТ зашунтированы контактами ЗРП_В, то защита остается забло­кированной. Она не сможет подействовать, если 1РТ сработает снова. По истечении времени t_в, установленного на реле времени 1РВ, его контакт 1РВ₃ замкнется, зашунтирует обмотку 1РВ и реле 1РВ прекратит свою работу, при этом оно возвратится в начальное состояние и разомкнет кон­такты. После возврата 1РВ реле ЗРП_В сработает, разомкнет цепь, шунтирую­щую контакты 1РП_б1 и 1РТ₁, затем блокировка снова будет готова к действию.

Для осуществления схемы блокировки с быстрым возвратом используют­ся контакты реле 1РТ и реле минимального напряжения 1РН, шунтирующие обмотку реле времени 1РВ_б, при прекращении к. з. Реле 1РН включено на линейное напряжение и срабатывает при появлении трехфазного к. з. Вместо контакта реле 1РТ для шунтирования реле времени можно использовать пусковые реле блокируемой защиты.

Выбор уставок пусковых реле блокировки, выполненных по рис. 13-4 и 13-5. Реле напряжения или тока Н₂ должно быть от­строено от максимальных небалансов, возникающих на выходе фильтра, при симметричных режимах и должно надежно работать при двухфазных и однофазных к. з. в конце зоны блокируемой ступени защиты (например, если блокируется только первая зона дистанционной защиты, то при к.з. в конце этой зоны). По первому условию

U_2с.р.=k_НU_нб.ф или I_с.р = k_НI_нб.ф

где U_нб.ф — напряжение небаланса при максимальном значении рабочего напряжения, а I_нб.ф — ток небаланса при максимальном значении токов качания (1_кач достигает максимума при δ = 180°).

По второму условию

где U_2мин и I _2мин — минимальное напряжение и ток обратной последовательности при к. з. в конце зоны блокируемой защиты; к_ч — коэффициент чувствительности, равный 1,5.

При недостаточной чувствительности реле обратной последо­вательности применяется комбинированный пуск от U₂ и I₀ или блокировка с токовым пуском I₂ и I₀. В этой схеме предусмотрено торможение от тока в фазе. Оно используется, если токи качания и создаваемые ими небалансы очень велики. Торможение загруб­ляет реле и повышает, таким образом, отстройку его от I_нб.ф.

Напряжение срабатывания реле Н₃ выбирается максимально возможным по условию возврата при минимальном уровне рабочего напряжения

Выбор установок блокировки от качаний с пусковыми реле, реагирующими на I₂ и I₀ и имеющими торможение (блокировка типа КРБ-126), приведен в [Л. 81].

Дата добавления: 2014-12-23