Блокирующее устройство, реагирующее на несимметрию токов или напряжений сети

Характерным признаком, отличающим симметричные качания от КЗ, служит появление кратковременной несимметрии токов и напряжений при КЗ.

При двухфазных и однофазных КЗ токи и напряжения всегда несимметричны (см. §1.3).

При металлических трехфазных КЗ равенство сопротивлений фаз не нарушается, поэтому токи и напряжения в этом режиме симметричны. Однако исследования и опыт эксплуатации показывают, что трехфазные повреждения обычно начинаются с замыкания одной или двух фаз, а затем переходят в трехфазные КЗ. Такое положение имеет место даже при включении ЛЭП на трехфазную закоротку, вследствие разновременности замыкания фаз контактами выключателя. Помимо этого и при одновременном замыкании трех фаз вследствие переходных процессов, возникающих в первичных и вторичных цепях измерительных трансформаторов, появляется кратковременная несимметрия вторичных величин. В результате по отмеченным причинам в начальный момент трехфазного КЗ кратковременно возникает несимметрия. Наиболее четким признаком несимметрии, а следовательно, и КЗ является появление составляющих ОП (U₂ и I₂) в токах и напряжениях. Поэтому устройства, отличающие КЗ от качания по появлению несимметрии, выполняются реагирующими на составляющие ОП. Принцип действия такого блокирующего устройства состоит в том, что оно разрешает работать РЗ при КЗ, когда появляются составляющие ОП, и запрещает ей действовать на отключение, если I₂ и U₂ не появлялись, блокируя таким образом РЗ при качаниях и симметричной нагрузке.

Блокировки при качаниях, реагирующие на абсолютные значения I₂ и U₂, пока имеют преимущественное распространение в отечественных ДЗ. Они выполнены на электромеханических реле с готовностью к повторному пуску через определенное время после отключения КЗ. Серийно выпускаются устройства блокировки при качаниях (УБК) двух типов: КРБ-125 с ПО, реагирующими на U₂ и 3I₀, и КРБ-126 с ПО, реагирующими на I₂ и 3I₀.

Принципиальная схема блокирующего устройства типа КРБ с возвратом и готовностью к действию через определенное (заданное) время t_B. На рис.12.4, а, б приведены схемы блокирующего устройства с токовым ПО, реагирующим на ток I₂ и дополнительно, для повышения чувствительности при КЗ на землю, на ток I₀.

Схема ПО (рис.12.4, а). Ток I₂ получается с помощью фильтра ОП Ф2, на выход которого включен понижающий трансформатор ТА2. Ток 3I₀ получается от промежуточного трансформатора тока ТА0, который включен в рассечку нулевого провода ТТ. Токи I₂ и 3I₀ выпрямляются VS1 и VS2, суммируются и подаются в обмотку Р исполнительного реле пускового органа КА. В качестве исполнительного реле служит поляризованное реле с двумя обмотками: рабочей Р и тормозной Т. Тормозная обмотка Т питается выпрямленным током одной из фаз I_ф и противодействует срабатыванию реле. Ток рабочей обмотки (I₂, + kI₀) действует на срабатывание.

Ток срабатывания реле КА (рис. 12.4, б) зависит от тормозного тока I_Т = I_ф и выражается уравнением: I_с.р = I_н + k_тI_т, где k_т — коэффициент торможения; I_н — ток срабатывания реле при отсутствии торможения, которое предусмотрено для предотвращения ложной работы ПО блокировки во время качаний. При КЗ I₂ и I₀ достаточно велики, поэтому несмотря на торможение реле должно надежно срабатывать. Чувствительность ПО и коэффициент торможения k_т регулируются изменением витков трансформаторов ТА1, ТА2 и ТА0. Конденсатор С6 и дроссель L2 сглаживают кривую выпрямленного тока. Конденсатор С4 и дроссель L1 фильтруют токи высших гармоник (главным образом 5-й), которые могут вызвать появление токов небаланса в рабочей обмотке ПО, так как соотношение сопротивлений плеч фильтра Ф2 подобрано для частоты 50 Гц. Трансформаторы ТА2 и ТА0 служат для уменьшения токов I₂ и I₀ до значений, безопасных для выпрямителей VS1 и VS2.

Логическая схема устройства показана на рис.12.4, в. Она одинакова для устройств, реагирующих как на ток, так и напряжение ОП. В состав схемы входит промежуточное реле КL1, осуществляющее пуск и вывод из работы блокируемой РЗ по команде ПО устройства КА, реле времени КТ и промежуточное реле KL2 с замедленным возвратом (на время Δt ≈ 0,2 ÷ 0,3 с), выполняющие операции по прекращению пуска РЗ через время Δt, достаточное для ее срабатывания, по запрету повторного пуска РЗ в течение заданного времени t_гот и по восстановлению готовности всех реле логической схемы к новому пуску.

Для надежного действия блокирующего устройства при трехфазном КЗ пусковой орган КА и промежуточное реле КL1 должны иметь повышенное быстродействие (0,009 с), позволяющее им реагировать на кратковременную несимметрию, появляющуюся в начальный момент этого повреждения. Чтобы обеспечить это условие, применяется особая схема пуска КL1, позволяющая улавливать кратковременное срабатывание ПО (КА) и фиксировать его на время, необходимое для действия РЗ. Для этого в исходном режиме обмотка КL1 непрерывно питается током через замкнутые контакты КА.1 и KL1.2 (рис.12.4, в). Реле KL1 находится в сработанном состоянии, контакт KL1.1, осуществляющий пуск РЗ, разомкнут. Контакт KL1.2 замкнут. Контакт KL1.3, пускающий реле времени КТ, разомкнут. Промежуточное реле KL2 обтекается током и находится в сработанном состоянии — его контакты разомкнуты.

При КЗ появляются составляющие ОП и НП; ПО срабатывает, его контакт КА.1 размыкает цепь обмотки KL1, подвижная система которого возвращается, контакт KL1.2 размыкается, и KL1 остается в обесточенном состоянии независимо от положения контакта КА.1, фиксируя таким образом его кратковременное действие. После обесточения обмотки KL1 контакт KL1.1 замыкает цепь отключения блокируемой РЗ, разрешая ей срабатывать, а KL1.3 подает ток в обмотку реле времени КТ, которое приходит в действие. Его мгновенный контакт КТ.2 замыкается, обеспечивая самоудерживание реле КТ, второй мгновенный контакт КТ.1 размыкается, прерывая ток в обмотке промежуточного реле KL2 (рис.12.4, в). Якорь этого реле отпадает с замедлением, через время Δt ≈ 0,2 ÷ 0,3 с контакт KL2.1 замыкается, подавая ток в обмотку реле KL1. Последнее вновь срабатывает и выводит блокируемую РЗ из действия. При этом повторный пуск РЗ при срабатывании КА будет исключен, так как контакт КА.1 зашунтирован контактом KL2.1.

Возврат схемы в начальное состояние (готовности к действию) происходит после замыкания контакта реле времени КТ.3, который шунтирует обмотку реле времени, и оно, а следовательно, и KL2 возвращаются в исходное положение. После этого логическая схема готова к повторному действию.

Для исключения ложной работы ПО от небалансов при качании, а на участках с несимметричной нагрузкой и от составляющих ОП уставка срабатывания ПО отстраивается от этих величин. Это загрубляет блокирующее устройство. Кроме недостаточной чувствительности ПО, реагирующий на абсолютные значения U₂ или I₂, имеет два принципиальных недостатка: такой ПО может сработать не только при КЗ, но и при операциях по включению и отключению выключателей на симметрично нагруженных элементах сети, вследствие появляющейся кратковременной несимметрии, вызванной разновременностью замыкания и размыкания фаз контактами выключателя. Если указанная коммутация произойдет во время качаний или перегрузки, то ПО вводит в действие блокируемую РЗ, и она может подействовать ложно. Возможен отказ ПО при трехфазном КЗ, когда начальная несимметрия отсутствует или ее продолжительность недостаточна для срабатывания ПО.

Блокировка при качаниях с пуском от тока I₂ не действует в симметричных режимах сети при любых неисправностях в цепях ТН и может благодаря этому служить блокировкой ДЗ от повреждений в цепях напряжения. Блокировка от качаний с пуском от U₂ таким свойством не обладает. Поэтому БК с токовым пуском часто используется как блокирующее устройство при качаниях I ступени и пусковое устройство II и III ступеней ДЗ.

Такой пуск медленнодействующих ступеней предупреждает их ложное срабатывание при неисправности в цепях напряжения, в том числе и при одновременном исчезновении напряжения на трех фазах первичной стороны ТН.

Выбор уставок ПО блокировки, выполненных по рис.12.4. Реле напряжения или тока должно быть отстроено от максимальных небалансов, возникающих на выходе фильтра при симметричных режимах, и надежно работать при двух и однофазных КЗ в конце зоны блокируемой ступени. По первому условию:

(12.5)

где U_нб.ф — напряжение небаланса на выходных зажимах фильтра Ф2 при максимальном значении рабочего напряжения, а I_нб.ф — вторичный ток небаланса фильтра при максимальном значении токов качания.

По второму условию:

(12.6)

где U_2min и I_2min — минимальные напряжение и ток ОП при КЗ в конце зоны блокируемой РЗ; k_ч — коэффициент чувствительности, равный 1,5.

При недостаточной чувствительности реле ОП применяется комбинированный пуск от U₂ + kI₀ или I₂ + kI₀, а также торможение от тока фазы.

Выдержка времени на возврат БК в исходное положение (контакт КТ.3 на рис.12.4, в) определяется по следующему выражению:

(12.7)

где t_OТКЛ1 и t _OТКЛ2 — наибольшее время отключения КЗ первый раз и после АПВ соответственно; t_АПВ — время действия АПВ.