Принципы выполнения фиксирующих приборов двустороннего замера

В СССР были разработаны и выпущены фиксирующие приборы (ФП) более чем 20 конструкций. В них были использованы различные принципы запоминания значений электрических величин - магнитный, механический, электрический и т.д. Для приборов на электромеханической или на полупроводниковой элементной базе окончательно утвердился электрический принцип, основанный на зарядке конденсатора. Он и положен в основу приборов типа ФИП и ЛИФП [5].

Функциональная схема фиксирующего прибора представлена на рис.7. Входная величина (ток или напряжение) поступает на пусковой орган, который при превышении этой величиной определенной уставки приводит в действие комплект задержки и управления (КЗУ)- элемент, управляющий в дальнейшем всей работой прибора. КЗУ с небольшой задержкой по времени (временем отстройки) подключает входную величину к кратковременной памяти (запоминающему конденсатору) на определенное время - время фиксации. Очевидно, время фиксации должно закончиться еще до момента отключения короткого замыкания. Дальнейшая работа прибора может идти в более медленном темпе.

Рис.7. Функциональная схема прибора и его внешние связи

При селективном пуске КЗУ ожидает от аварийной сигнализации подстанции сообщения об отключении данной линии. Если сообщение не придет, кратковременная память будет сброшена. Если сообщение придет, произойдет перенос информации из кратковременной в долговременную память. В приборах ФИП время отстройки регулируется в пределах 30-80 мс, время фиксации 50-120 мс, время ожидания от аварийной сигнализации – 2-3 секунды.

Долговременная память энергонезависима и может хранить информацию практически бесконечно пока лицо оперативного персонала не считает ее с индикатора и не даст сигнал сброса показаний прибора. После сброса прибор готов к повторному действию.

Принцип работы кратковременной памяти поясняется рисунками 8 и 9. Согласно рис.6 входная величина через входной трансформатор поступает на пусковой орган (ПО). В нормальном режиме входная величина мала (обусловлена только небалансом фильтров обратной или нулевой последовательности). При КЗ она резко возрастает, пусковой орган срабатывает. При этом обеспечена естественная одновременность пуска приборов на двух концах линии. ПО приводит в действие КЗУ, который с временем отстройки подключает конденсатор С1 на заряд от входной величины. При одинаковом времени отстройки на двух концах линии приборы начинают фиксацию одновременно.

На рис.9 показано изменение во времени входного тока (3Iо) и напряжения на конденсаторе (Uс) в случае, когда входной ток содержит значительную апериодическую составляющую. Видно, что время отстройки совместно с замедленным зарядом конденсатора могут устранить влияние апериодической составляющей, если она к концу времени фиксации затухнет. Согласно данным (Электротехнический справочник, т.3, кн.1, Энергоатомиздат, 1988, табл.35.5) постоянные времени затухания апериодической составляющей вблизи станций равны 0,2-0,54 с, в глубине сетей 0,02-0,03 с. Следовательно, вблизи станций рассмотренный способ не гарантирует отстройки от апериодической составляющей, в сетях - гарантирует. По окончании времени фиксации напряжение на конденсаторе пропорционально входной величине - фиксация завершена.

Принцип перевода информации из кратковременной памяти в долговременную пояснен рисунками 10 и 11. Согласно рис.10 измерение напряжения на конденсаторе кратковременной памяти С1 происходит путем периодического разряда его на конденсатор С2. В приборе предусмотрен своеобразный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который то подключает С2 к С1, то отключает его и разряжает. Если перед i-м подключением напряжение на С1 было U_C1,i , то количество электричества в конденсаторе было Q=C₁ *U_С1,i . После подключения напряжение уменьшится до U_C1,i+1 , а количество электричества сохранится:

C₁

(C₁ +C₂ )* U_C1,i+1 = C₁ *U_C1,i , или U_C1,i+1 = U_C1,i ———— .

C₁ + C₂

Процесс снижения напряжения по мере подключения считывающего конденсатора пояснен рисунком 11. Он продолжается, пока напряжение на конденсаторе не снизится до некоторого наперед заданного значения Uк. Можно показать, что число разрядов N для амперметра определяется формулой:

N (I₀ / I_Н.ПР. ), (11) где α = С₁ /С₂ , I₀ - значение входного (измеряемого тока), I_Н.ПР. - нижний предел измерения фиксирующего амперметра. Из формулы следует, что шкала прибора логарифмическая, что обеспечивает большую кратность диапазона измеряемых токов, но низкую точность при больших значениях измеряемой величины. Так производится преобразование в приборах ФИП. Полученное на индикаторе число разрядов приходится переводить в килоамперы с помощью градуировочных характеристик.

Приборы ЛИФП отличаются линейной шкалой, что и отмечено в первой букве сокращенного названия. Шкала становится линейной, если разряд конденсатора вести равными порциями электричества - импульсами постоянной длительности и постоянного по величине разрядного тока.

Технические данные приборов ФИП и ЛИФП приведены в таблице 1.

Таблица 1

Прибор	Предел измерения тока, А	Кратность диапазона, о.е.	Входное сопротивление, Ом
Нижний	Верхний
ФИП, ФИП-1, ФИП-2	0.2 0.4 1.0 2.0			3.0 0.8 0.12 0.05
ЛИФП	0.2 0.4 1.0 2.0			0.1 0.08 0.05 0.05

Фиксирующие амперметры отличаются от фиксирующих вольтметров количеством витков и сечением первичной обмотки входного трансформатора.

У фиксирующих вольтметров диапазон измеряемого напряжения от 5 до 250 В, входное сопротивление не менее 3,3 кОм.

В настоящее время приборы типа ФИП и ЛИФП не выпускаются. Но вместо них могут устанавливаться микропроцессорные приборы – как предназначенные для одностороннего замера, так и специально предназначенные для двустороннего замера.

Микропроцессорный прибор одностороннего замера кроме основной информации – вида КЗ, времени, расстояния – выдаёт дополнительную – токи и напряжения всех последовательностей. В случае недостоверности информации о расстоянии (например, при наличии у линии сложной взаимоиндукции) можно установить такие приборы на двух сторонах и считать расстояние по формулам двустороннего замера по составляющим обратной последовательности.

Специально для двустороннего замера выпускается микропроцессорный прибор ИМФ-2. Индикатор микропроцессорный фиксирующий ИМФ-2 предназначен для фиксации тока и напряжения нулевой последовательности сразу на трех воздушных линиях напряжением 110-750 кВ. Подключается к измерительным трансформаторам напряжения к выводам 3U₀ и к цепям переменного тока 3I₀ . Рабочий диапазон напряжений от 2 до 200 В, токов – либо от 0,4 до 40 А, либо от 2 до 200 А в зависимости от номинала вторичных токов трансформаторов тока. Обеспечивает вывод на индикатор следующей информации:

- номер линии, на которой произошло КЗ и время от момента КЗ;

- действующее значение тока нулевой последовательности поврежденной линии;

- действующее значение напряжения нулевой последовательности поврежденной линии.

Сохраняется информация о четырех последних КЗ. Она может считываться в любом порядке по желанию оператора.

Время фиксации устанавливается в пределах 40 – 90 мс. Средняя аппаратная погрешность измерения значений тока и напряжения в рабочем диапазоне не превышает 3%. Входное сопротивление токовых цепей не превышает 0,05 Ом. Потребление входных цепей напряжения не превышает 1,5 ВА на фазу при напряжении 58 В. Хранение информации обеспечивается на время до 10 часов после полного исчезновения оперативного тока.