Дистанционная защита типа шдэ-2801, выполняемая на имс

Дистанционная защита типа ШДЭ-2801 предназначена для РЗ ЛЭП 110-330 кВ от междуфазных КЗ [60]. Конструктивно ДЗ размещается в шкафу вместе с комплектом четырехступенчатой НТЗ НП и токовой отсечкой от междуфазных КЗ. В таком исполнении эти РЗ дополняют друг друга и служат полноценной защитой ЛЭП 110-330 кВ от всех видов КЗ. Ниже рассматривается только ДЗ. Ее упрощенная схема, поясняющая работу измерительной и логической частей, приведена на рис.11.43. Принципиальные схемы ИО рассмотрены в §11.9, поэтому на схеме они показаны в виде функциональных элементов. Логическая схема изображена с некоторыми упрощениями.

Измерительная часть (ИЧ) ДЗ ШДЭ-2801 имеет три ступени, каждая из которых состоит из трех ДО KZ.AB, KZ.BC, KZ.CA, включенных на междуфазные напряжения и разность фазных токов согласно табл. 11.1.

Дистанционные органы построены на принципе сопоставления времени несовпадения мгновенных значений сравниваемых напряжений с временем их совпадения по схеме, приведенной на рис.11.27. Характеристика срабатывания ДО I ступени имеет форму окружности, проходящей через начало координат с углом максимальной чувствительности φ_м.ч = 75° (см. рис.11.14, б). Дистанционный орган II ступени имеет характеристику срабатывания в виде четырехугольника, смещенного в III квадрант не более чем на 6% значения сопротивления срабатывания вектора Z_y,расположенного под углом 75° относительно оси координат +R (см. рис.11.14, д); дистанционный орган III ступени выполняется с характеристикой срабатывания в виде треугольника, одна из вершин которого Z₁ совмещена с началом координат (см. рис.11.14, е). Для обеспечения надежного действия ДО I и III ступеней при КЗ вблизи места установки ДЗ в схеме этих органов предусмотрен контур памяти, формирующий поляризующее напряжение U_п.

Первая ступень ДЗ работает без выдержки времени. Вторая ступень имеет два органа времени: один используется для действия II ступени с малой выдержкой времени (0,5-1,5 с), второй — с большим временем: t > 1,5 с. Третья ступень имеет один орган времени и работает с большой выдержкой времени, равной нескольким секундам.

В схеме ДЗ предусмотрена возможность ускорения действия II и III ступеней до t = 0 при включении выключателя защищаемой ЛЭП от ключа управления или от АПВ, а также оперативного ускорения этих же ступеней, вводимого с помощью переключателей в определенных режимах для ускорения отключения КЗ. Предусмотрено блокирование действия всех ступеней ДЗ при повреждениях в цепях ТН с помощью устройства УБН,которое реагирует на нарушение баланса фазных напряжений вторичных обмоток ТН, соединенных в звезду, и обмоток, соединенных в разомкнутый треугольник. В схеме ИЧ имеется устройство, блокирующее действие ДЗ при качаниях (УБК). Пусковой орган УБК реагирует на различные скорости приращения вектора тока обратной ΔI₂/Δt и прямой ΔI₁/Δt последовательностей при КЗ и качаниях. Схема и действие такого устройства рассмотрены в гл. 12. Пусковой орган имеет два выходных органа: чувствительный РО1 и грубый РО2;последний в 2-3 раза грубее PO1.При качаниях и в режиме нагрузки УБК запрещает действие I и II ступеней, если последняя имеет выдержку времени t < 1 с. При КЗ, вследствие внезапного появления и резкого увеличения ΔI₂ и ΔI₁, УБК срабатывает и вводит заблокированные ступени в действие на время, необходимое для их срабатывания (0,2-0,4-0,6 с). По истечении этого времени
УБК вновь выводит их из работы (до следующего КЗ или появления несимметричного режима).

В рассматриваемой схеме ДЗ предусмотрена возможность использования УБК в качестве дополнительного пускового органа для медленно действующих II и III ступени. Такой ПО вводит II и III ступени при КЗ на время t = 3 ÷ 12сине позволяет им работать при больших перегрузках на защищаемой ЛЭП, а также при повреждениях в цепях ТН.

В схемах ДО и блокирующих устройств измерительной части ДЗ ШДЭ-2801 используются ОУ серии К553У-Д2. Для их работы требуется источник питания с напряжением постоянного тока ± 15 В.

Логическая часть ДЗ построена на логических микросхемах серии К-511, которые обладают повышенной помехоустойчивостью, что и обусловливает целесообразность их применения в схемах РЗ. В схеме рис.11.43 микросхема К-511 применяется в качестве логического элемента, выполняющего как операции И-НЕ, так и ИЛИ-НЕ.

В первом случае в исходном режиме на входе ЛЭ (микросхемы К-511) дежурит сигнал на уровне логического 0, а на выходе — сигнал единичного уровня в виде напряжения U¹_вых ≈ 12 В. Для переключения на все входы ЛЭ необходимо одновременно подать логический сигнал, тогда на выходе элемента вместо 1 появится логический сигнал 0 в виде напряжения U⁰_вых ≈ 0,3 ÷ 0,4 В. Это означает, что ЛЭ выполнил операцию И-НЕ. Если же в исходном режиме на входах ЛЭ (микросхемы) присутствуют сигналы 1, то для переключения ЛЭ достаточно подать хотя бы на один из его входов нулевой сигнал, в результате которого на выходе появится логический сигнал, означающий, что ЛЭ выполнил операцию ИЛИ-НЕ.

На рис.11.43 на каждом ЛЭ (микросхеме) согласно принятой условности показана операция, выполняемая микросхемой при положительной логике (в данном случае знаком операции И-НЕ). Для облегчения рассмотрения схемы рядом с прямоугольником ЛЭ указана выполняемая им операция в данной схеме, а внутри прямоугольника дается буквенное обозначение, принятое в схемах завода-изготовителя.

В качестве элементов времени в схеме используются бесконтактные элементы, выдержки времени которых определяются временем заряда конденсаторов. В качестве исполнительных элементов, выполняющих переключения в цепях отключения выключателей и сигнализации, применяются герконовые реле РПГ-2.

Принципы построения логической схемы (рис.11.43). Логическая схема имеет три основных канала, по элементам которых проходят соответственно сигналы от ДО (K-Z)I, II, III ступеней ДЗ на элементы четвертого общего выходного канала, формирующего выходной сигнал о срабатывании ДЗ, воздействующей на отключение ЛЭП.

Канал I ступени образован из логических элементов ИЛИ-НЕ 1 (D1.1)*, И-НЕ 1 (D2.3),усилителя мощности в виде транзистора VT и диода VD13. Сигнал о срабатывании этой ступени контролируется УБК. Блокирующий сигнал УБК через элемент ИЛИ-НЕ 3 (D5.4)поступает на вход D2.3.

Канал II ступени состоит из логического элемента ИЛИ-НЕ 2 (D2.1),выходной сигнал которого расходится по двум параллельным цепям. Одна цепь, предназначенная для работы II ступени с малой выдержкой времени, выполняется с помощью элемента И-НЕ 2' (D3.1),элемента времени DT1.1 с малой уставкой t^'_II и диода VD12. Эта цепь блокируется УБК,подающим сигнал через вспомогательный логический элемент D5.4 на вход D3.1. Вторая цепь состоит из элемента И-НЕ 2" (D3.2),элемента времени DT2.1,диода VD10.

Всостав канала III ступени входят элементы ИЛИ-НЕ 3 (D2.2), И-НЕ 3' (D4.1),элемент времени DT2.2,диод VD9.

Сигналы о действии ДЗ, выходящие из I, II или III канала, приходят на общую сборную шинку СШ, откуда по IV выходному каналу, образованному из элементов D7.2 и D4.2,поступают на выходное промежуточное реле KL4.При срабатывании это реле передает команду на отключение выключателя. Прохождение сигналов о действии ДЗ по каналам I, II, III ступеней возможно только при наличии разрешающих сигналов, поступающих от УБК и УБН,а по выходному каналу при наличии двух разрешающих сигналов: одного от устройства функционального контроля, контролирующего правильность поведения элементов I, II и III каналов, и второго — от устройства, подтверждающего срабатывание ДО какой-либо ступени.

Все полупроводниковые элементы логической схемы и ИО питаются напряжением ± 15 В, получаемым от блока питания (БП) БРЭ-2801, который имеет вывод для питания шинки нулевого потенциала. Для питания электромеханических реле блока отключения и сигнализации используется напряжение 24 В, получаемое также от БП БРЭ-2801.

Для облегчения понимания действия логической части на входах и выходах всех элементов схемы показаны логические сигналы (0 или 1), присутствующие на них при недействии ДО, УБК, УБН и устройства функционального контроля, что имеет место при нормальном режиме защищаемой сети и исправном состоянии контролируемых элементов ДЗ.

Назначение и действие элементов схемы (рис.11.43). Логические элементы D1.1, D2.1, D2.2 объединяют сигналы трех дистанционных органов каждой ступени (по схеме ИЛИ). В нормальном режиме на входе этих элементов присутствуют сигналы 1, поступающие от недействующих ДО,а на *В скобках указаны обозначения элементов, принятые в схемах завода-изготовителя.

их выходе сигналы 0. При срабатывании ДО любой ступени на входе упомянутых выше логических элементов (ИЛИ-НЕ) соответствующей ступени появляется логический сигнал 0, а на выходе — 1. Выходные сигналы ИЛИ-НЕ 1, 2, 3 (D1.1, D2.1, D2.2 соответственно) поступают на D2.3, D3.1, D3.2, D4.1. Эти элементы служат для блокирования действия ДО в нормальном режиме и при качаниях. В этом режиме на вход указанных элементов от УБК подается единичный сигнал, а при КЗ блокировка при качаниях подает сигнал нулевого уровня, разрешающий передачу сигнала о действии ДО на следующие логические элементы (VT и элементы времени DI).

При исправном состоянии цепей напряжения от УБН на вход логических элементов И-НЕ 1, 2, 2', 3' приходит сигнал 1, разрешающий им работать. Если же в цепях напряжения возникает повреждение, то УБН посылает сигнал на уровне логического 0, запрещающий элементам И-НЕ действовать.

Блокировка при качаниях (УБК)имеет два выхода, один от чувствительного РО1,второй от грубого РО2 с одинаковым уровнем ЛС. Эти сигналы передаются по двум разным цепям БКI и БКII. По цепи БК1 через вспомогательный логический элемент D5.4 блокируется первая ступень и вторая — с малой выдержкой времени t^'_II. В нормальном режиме и при качаниях на вход элемента D5.4,выполняющего операцию ИЛИ-НЕ, приходит сигнал 1. При этом на выходе D5.4 присутствует сигнал 0, запрещающий действовать элементам И-НЕ 1 и И-НЕ 2'. При КЗ УБК приходит в действие, посылая по цепи БКI кратковременно (в течение Δt = 0,2; 0,4; 0,6 с) логический сигнал 0 на вход D5.4,последний переключается, и на его выходе возникает единичный сигнал, разрешающий элементам И-НЕ 1 и И-НЕ 2' сработать и осуществить кратковременный пуск I и II ступеней. По истечении времени пуска Δt,достаточного для действия I ступени, разрешающий сигнал прекращается, и по цепи БКI на входы элементов D2.3 и D3.1 вновь приходит блокирующий нулевой логический сигнал. Пуск ДЗ на 0,2 с недостаточен для срабатывания II ступени с малой выдержкой времени t_II = 0,2 ÷ 0,6 с. Поэтому в схеме предусмотрено продление пуска подачей с выхода элемента D3.1 сигнала 0 на второй вход D5.4. При наличии этого сигнала элемент D5.4 (действующий по схеме ИЛИ-НЕ) продолжает выдавать разрешающий единичный сигнал, удерживающий в сработанном состоянии элемент D3.1. Возврат D5.4 и D3.1 происходит при возврате ДО II ступени в начальное состояние.

По цепи БКII УБК производит пуск II ступени, действующей с большей уставкой t^''_II и III ступени — с t_III. В нормальном режиме и при качаниях по цепи БКII УБК посылает блокирующий сигнал 1, а при КЗ — разрешающий сигнал 0 в течение t = 6 ÷ 12с. Эти сигналы поступают через вспомогательные инвертирующие элементы D6.1 и D6.3 на вход D3.2 и D4.1. В первом режиме при отсутствии КЗ логический сигнал 0 БК запрещает переключение обоих ЛЭ, блокируя этим прохождение, сигналов ДО II и III ступеней. Во втором режиме (при КЗ) логический сигнал 1 разрешает переключение D3.2 и D4.1. Поэтому при действии ДО II или III ступени на выходе D3.2 или D4.1 появляется сигнал 0 о пуске соответствующей ступени.

Возможны случаи, когда БК может запуститься скорее, чем начнет работать II или III ступень, и тогда пуск, осуществляемый БК, прекратится раньше, чем сработает блокируемая ступень. Для исключения этого в схеме предусмотрена подача сигнала с выхода D3.2 и D4.1 на вход D6.1 и D6.3,удерживающего их в сработанном состоянии до возврата ДО II или III ступени.

Действие элементов схемы при КЗ. При междуфазном повреждении в пределах I ступени логический сигнал 0, возникающий при этом на выходе блокирующего элемента D2.3,поступает на диод VD13,последний открывается, и логический сигнал 0 о срабатывании I ступени ДЗ появляется на входе D7.2 выходного канала IV (рис.11.43).

При КЗ в пределах II и III ступеней выходные сигналы с D3.2 (или D3.1)и D4.1 поступают соответственно на элементы времени DT1.1 (или DT2.1 и DT2.2). По истечении установленных на них выдержек времени t^''_II (или t^'_II), t_III на входе каждого элемента времени появится неинвертированный сигнал 0 в виде напряжения U⁰_x = 1 ÷ 1,5 В. Под действием этих сигналов принимающие их диоды VD9-VD11 открываются, и сигналы о действии И или III ступени приходят на диодную сборную шинку СШ. Диоды VD9-VD13 установлены для разделения цепей, по которым приходят сигналы. При отсутствии КЗ на катодных входах диодов VD9-VD13 присутствуют единичные логические сигналы, полученные с выходов элементов времени и транзистора VT I ступени, поэтому все диоды заперты, а на сборной шинке СШ дежурит сигнал 1 в виде напряжения E_п ≈ 13 В, получаемого от источника питания полупроводниковых элементов через VD5 и R3. Со сборной шинки СШ сигнал поступает на выходной элемент D4.2 через элемент ИЛИ-НЕ D7.2,осуществляющий инвертирование входного сигнала. Выходной элемент D4.2 воздействует на промежуточное реле KL4.В нормальном режиме на выходе D4.2 дежурит сигнал 1 в виде U¹ = + 15 В, поэтому KL4 не действует.

При появлении сигнала о срабатывании ДЗ на выходе D4.2 возникает сигнал 0 в виде напряжения U⁰ ≈ 0,3 В. На обмотке KL4 появляется напряжение U = Е_п – U⁰,реле срабатывает, передавая сигнал о срабатывании ДЗ на блок управления, выходное реле которого РП-220 подает команду на отключение выключателя.

Из схемы видно, что сигнал о действии любой ступени ДЗ, поступающий с выхода D7.2 в виде логического сигнала 1 на вход D4.2,может пройти на KL4 при условии, что на два других входа D4.2 придут сигналы 1 от D7.1 (на схеме не показан) и D4.3,которые являются выходными элементами двух устройств, контролирующих правильность функционирования элементов схемы.

Функциональный контроль комплекта дистанционной защиты основан на следующем положении. При правильном функционировании элементов устройства релейной защиты (любой) сигнал, соответствующий срабатыванию ее измерительных и логических органов, не может продолжаться в течение времени, превышающего время действия наиболее медленно работающей III ступени защиты или время вывода из действия защиты блокировкой при качаниях (УБК),имеющей выдержку времени t_cp.max.Поэтому если появится сигнал о срабатывании с большим временем: t_cp > t_cp.max, то это означает, что какой-то элемент схемы защиты неисправен.

В данной схеме ДЗ контролируется длительность сигнала (с помощью специального элемента времени) на выходе логических каналов I, II, III ступеней, чем осуществляется контроль ДО и всех логических элементов каждого из названных каналов, а также длительность выходного сигнала УБК (БКI и БКII)и УБH.

Основным элементом схемы контроля является логический элемент D1.2*,выполняющий функции ИЛИ-НЕ. На его вход приходят сигналы о срабатывании, получаемые с диодной сборки (VD9-VD13)через диод VD5,два сигнала от УБК и сигнал УБН. Выходной сигнал D1.2* действует на орган времени DT4,работающий с выдержкой времени 10-13 с: t_DT4 > t_III, t_убк и t_убн. При срабатывании орган времени приводит в действие логический элемент D4.3*,который блокирует действия выходного элемента D4.2 и пускает промежуточное реле KL3,подающее соответствующий сигнал о действии функционального контроля (ФК).

В нормальном режиме все четыре сигнала на входе D1.2* ИЛИ-НЕ имеют уровень сигнала 1, при этом на выходе присутствует сигнал 0, элемент времени DT4 не действует, и на входе D4.2 дежурит сигнал 1, разрешающий выходному элементу действовать, если на его вход поступит сигнал о срабатывании ДЗ.

При появлении хотя бы одного логического сигнала 0 на входе D1.2* элемент переключается, на его выходе появляется сигнал 1, приводящий в действие элемент времени DT4. При правильном функционировании всех элементов ДЗ и отключении с заданным временем элемент DT4 не успеет сработать, так как уставка времени DT4 выбирается больше времени, установленного на ДЗ. В этом случае на выходе D4.3* сохранится сигнал 1, разрешающий сработать D4.2 при появлении сигнала 1 (о срабатывании ДЗ) на третьем входе D4.2.

Если же сигнал о действии ДЗ или УБК был ложным, то элемент времени DT4 сработает, на его выходе появится сигнал 1, D4.3* переключится и пошлет сигнал 0 о неисправности в схеме ДЗ на вход D4.2. На выходе последнего сохранится сигнал 1, не позволяющий KL4 сработать. При этом реле KL3,получив сигнал 0, подействует и подаст сигнал о неисправности.

Кроме функционального предусмотрен тестовый контроль,позволяющий обслуживающему персоналу проверять правильность действия всех ступеней ДЗ без подсоединения испытательных устройств. Проверка осуществляется нажатием переключателей, которые приводят в действие ДО всех ступеней всех фаз и связанные с ними элементы ЛЧ. Предварительно с помощью специального блока, ДЗ выводится из работы, при этом размыкаются цепи отключения и производится образование цепей, необходимых для проведения тестового контроля.

Для упрощения на рис.11.43 не показаны некоторые элементы, выполняющие вспомогательные функции, и их связи с рассматриваемой схемой. К ним относятся: ускорение действия II и III ступеней; возможность передачи с помощью ВЧ-канала от I ступени ДЗ импульса, разрешающего отключение ЛЭП с противоположной стороны с t = 0 с и получение аналогичных сигналов по ВЧ-каналам с противоположного конца защищаемой ЛЭП; продление действия I ступени от II при близких трехфазных КЗ, когда ДО I ступени срабатывает "по памяти"; сигнализация о действии каждой ступени и схема подачи команд на отключение выключателей.

Конструктивно ДЗ типа ШДЭ-2801 состоит из двух кассет А1 и А2,закрепленных на металлическом каркасе шкафа ШДЭ-2801. В кассете А1 размещается блок питания БРЭ-2801, осуществляющий питание оперативных цепей и полупроводниковых элементов ДЗ. В кассете А2 расположены остальные блоки ДЗ. В этом же шкафу расположена третья кассета A3,в которой находятся блоки МТЗ НП.

Технические данные ДЗ ШДЭ-2801. ДЗ предназначена для работы в диапазоне температур окружающего воздуха от –10 до +45 °С. Время действия I ступени при КЗ — не более 0,03 с. Мощность, потребляемая цепями переменного тока, 5 В·А на фазу; цепями переменного напряжения, подключенными к обмоткам ТН, соединенным в звезду, 4 В·А на фазу; цепями подключенными к обмотке разомкнутого треугольника, 3 В·А. Относительная основная погрешность по сопротивлению срабатывания ДО всех ступеней не превышает ± 10%. Относительная дополнительная погрешность, обусловленная изменением температуры окружающего воздуха в пределах от –10 до +45°С, не превышает ± 5%. Коэффициент возврата ДО всех ступеней — не ниже 1,05. Защита работает правильно при изменении напряжения постоянного тока от –20 до + 10% U_ном. Защита не срабатывает ложно при воздействии ВЧ-помех, имеющих форму затухающих колебаний частоты 1 МГц.

Разновидности ДЗ, выпускаемых ЧЭАЗ на ИМС. Помимо ДЗ ШДЭ-2801 завод выпускает ДЗ типа ШДЭ-2802, которая состоит из двух комплектов: основного и дополнительного резервного. Основной комплект выполняется так же, как и ДЗ ШДЭ-2801, резервный комплект состоит из двухступенчатой ДЗ. В схеме ДЗ предусмотрено разделение основного и резервного комплектов по цепям тока, напряжения и оперативного тока.

Для ЛЭП 500-750 кВ ЧЭАЗ выпускает ДЗ типа ПДЭ-2001, которая имеет три ступени, УБК и УБН. Схема ДЗ построена с учетом интенсивных переходных процессов, возникающих при коммутациях и КЗ на протяженных ЛЭП.

Для сетей 35 кВ с изолированной нейтралью выпускается односистемная трехступенчатая ДЗ типа ШДЭ-2701 с токовыми ПО. Для ЛЭП 10 и 35 кВ изготавливаются ДЗ типа ДЗ-10 с зависимой характеристикой выдержки времени. В качестве самостоятельных ИО для сетей 110 и 220 к В выпускается комплект из трех ДО БРЭ-2801.