книги из ГПНТБ / Электронные устройства релейной защиты и автоматики в системах тягового энергоснабжения

исключения этого предусматривается устройство, принудительно выключающее все открывающиеся тиристоры, если ток управления протекает более длительное время, чем необходимо (рис. 105). Для этого в общий провод напряжения ПО В врезан дроссель Др, который связан с дополнительным тиристором Т, открывающимся, когда ток управления протекает дольше, чем это необходимо для самого медленнодействующего привода. Закрывается тиристор сам после спада тока через него до величины меньшей тока удер­ жания.

Для того чтобы создать необходимое обратное напряжение, приложенное к открывшимся тиристорам, все катушки соленои­ дов отключения Д —Ln, контакторов и другие должны быть зашунтированы диодами с ограничивающими резисторами сопро­ тивления 5—10 Ом.

Определенные трудности возникают при выполнении цепей соб­ ственных нужд. Поскольку контактор включения имеет цепочку самоподхвата, тиристор 77 при включенном контакторе должен быть открыт (рис. 104, б). Для отключения контактора следует выключить этот тиристор, использовав, например, дополнительный тиристор Т2 и конденсаторную связь между ними. Сопротивление резистора Rr должно быть таким, чтобы ток через тиристор Т2 был меньше его тока удержания. Тогда при включении тиристо­ ра Т2 конденсатор С разряжается, в цепи тиристора 77 кратко­ временно прерывается ток и тиристор выключается. После того как с тиристора Т2 будет снят управляющий импульс, он также выключится, поскольку ток через него будет недостаточен для удержания его в возбужденном состоянии.

Ячейки отображения. В системе элементов «Сейма» для осу­ ществления световой сигнализации применяются магнито-тиратрон- ные ячейки. В однопозиционных ячейках (рис. 106) магнитный

170

§ 35. Оптимизация угловой характеристики защиты фидеров контактной сети 27,5 кВ

Характерной особенностью тяговых сетей переменного тока являются большие расстояния между тяговыми подстанциями и большие распределенные нагрузки, постоянно изменяющиеся как по величине, так и по месту приложения. При этом максимальные возможные токи нагрузки могут превосходить токи удаленных ко­ ротких замыканий. В ряде случаев в цепь к. з. могут быть включе­ ны такие нелинейные элементы, как отсасывающие трансформа­ торы, учет сопротивлений которых при коротких замыканиях вы­ зывает определенные трудности. Указанные обстоятельства в зна­ чительной степени усложняют расчет и выбор устройств релейной защиты фидеров контактной сети.

При выборе устройств защиты для фидеров контактной сети следует учитывать, что тяговая сеть может иметь значительное разветвление и, кроме того, возможны вынужденные режимы ра­ боты системы тягового энергоснабжения, при которых могут меняться схемы питания и секционирования тяговой сети, сни­ жаться установленная мощность подстанций в результате вывода из работы одного из трансформаторов, а иногда вследствие выпа­ дения одной из подстанций при ремонтно-ревизионных и восста­ новительных работах. В этих условиях устройства защиты должны обладать достаточной чувствительностью, для того чтобы обеспе­ чить своевременное селективное отключение поврежденного уча­ стка контактной сети независимо от схем питания и секциониро­ вания тяговой сети, а также независимо от мощности питающей системы.

В большинстве случаев простые токовые защиты неэффектив­ ны и удовлетворительные результаты могут быть получены лишь при использовании дистанционных защит со специальными угло­ выми характеристиками. Характеристики защит выбирают с уче­ том особенностей изменения токов фидеров контактной сети в тя­ говом и аварийном режимах работы системы энергоснабжения.

Для тяговых сетей переменного тока 27,5 кВ характерно то, что угол фазового сдвига тока тягового режима составляет 20— 40°, а при коротких замыканиях он увеличивается до 60—65°. При нагрузке и удаленном установившемся к. з. угол фазового сдвига тока обычно составляет 50—55°. В начальный момент короткого

172

режимов позволяет широко использовать в устройствах релейной защиты тяговых сетей переменного тока фазочувствительные и на­

правленные элементы.

Иногда короткие замыкания сопровождаются появлением в месте повреждения электрической дуги; активное сопротивление может оказать влияние на характер протекания процесса коротко­ го замыкания и вызывает некоторое изменение полного сопротив­

где Z,,3 и ф — полное сопротивление петли замыкания и аргу­ мент тока короткого замыкания без учета дуги.

Расчеты показывают, что при удаленных коротких замыканиях дуга оказывает незначительное влияние на изменение сопротивле­ ния петли короткого замыкания. Так, при ZKj3 = 65 0 m; ф к ,з = 65° и Rn= 5 Ом, что соответствует повреждениям у шин смежной под­ станции с током 500 А при дуге, длина которой достигает 1 м, изменение сопротивления петли короткого замыкания составляет 3,5%. При этом аргумент тока к. з. уменьшается с 65° до 60°30'.

Наибольшее влияние дуга может оказать при близких повреж­ дениях. Так, при Z,t3= 10 Ом, фк.з=50° и /?д= 1 Ом (/д>2000 А)

173

изменение сопротивления петли короткого замыкания составит 6%, а аргумент тока к. з. уменьшится с 50 до 46°. Изменение сопротив­ ления петли короткого замыкания при близких к подстанции пов­ реждениях существенного значения не имеет, поскольку такие пов­ реждения легко устраняются защитами, применяемыми в первой

ступени.

Анализ угловых характеристик реле при различных режимах работы тяговой сети сводится к сопоставлению характеристик срабатывания реле с сопротивлениями, получаемыми на их за­ жимах при повреждениях в различных точках защищаемой зоны, а также в нормальном тяговом режиме.

Исследование характеристик дистанционных реле следует про­ водить на плоскости полных сопротивлений в координатных осях X—R. Очевидно, что для получения области изменения полного сопротивления фидера при наличии рекуперирующих электрово-

174

зов и уравнительных токов между подстанциями (рис. 108) доста­ точно построить огибающую, которая может быть получена по пре­ дельным значениям полного тока как по абсолютному значению, так и по углу фазового сдвига. На поле рис. 108 нанесены точки, соответствующие токам коротких замыканий, полученным на осно­ вании экспериментальных данных.

Легко видеть, что определяющей частью этого поля при выборе характеристик защиты является область, расположенная между положительными осями X—R. Учитывая, что область, занимаемая нагрузочными сопротивлениями, и область, занимаемая сопротив­ лениями петли короткого замыкания, не накладываются друг на друга, можно указать зону, через которую должна пройти линия, ограничивающая идеальную характеристику пускового органа за­ щиты.

Это так называемая линия минимальных сопротивлений Zmm. Очевидно, что характеристика реле должна располагаться ниже линии к1тпг, ограничивающей область минимально воз­ можных полных сопротивлений Zmm тягового режима. С дру­ гой стороны, характеристика реле должна надежно охватывать все возможные точки концов векторов сопротивления области ре­ жимов коротких замыканий с учетом необходимого коэффициента

ZK3. макс — максимальное сопротивление, замеряемое защи­ той при к. з. в зоне ее действия.

Линия, соответствующая коэффициенту чувствительности, реко­ мендуемому в настоящее время для основных защит, будет опре­ делена как Zcp = 1,5 ZK,3, макс (линия hh на рис. 108).

Возникновение дуги в месте повреждения при заданной угло­ вой характеристике реле вызовет некоторое снижение коэффици­

Ограничение коэффициента чувствительности защиты свыше указанных пределов диктуется необходимостью отстроить реле от сопротивлений, обусловленных токами нагрузочных режимов. Сте­ пень отстройки будем характеризовать коэффициентом к0, равным от отношению расстояния рассматриваемой точки до центра осей координат к расстоянию от центра осей координат до линии, ограничивающей характеристику реле.

175

Отстройку можно считать достаточной, если это отношение

больше или равно 1,2.

Очевидно, что применение ненаправленного реле с круговой характеристикой, симметрично расположенной относительно нача­ ла осей координат (рис. 109, а), будет характеризоваться большим количеством ложных отключений и использование его в тяговых

сетях нецелесообразно.

Наибольшее распространение в СССР и за рубежом как в тя­ говых, так и в распределительных сетях получили реле с круговой характеристикой, проходящей через начало осей координат (рис. 109, б, в). Характеристики такого вида позволяют при от­

Рис. 109. Угловые характеристики направленных реле сопротивления в комплексной плоскости полных сопротивлений

176

В настоящее время широкое распространение находят состав­ ные реле сопротивления — устройства, состоящие из нескольких ре­ ле, каждое из которых определяет одну из линий сложной харак­

ставными функциональными элементами. Основная их особенность заключается в том, что логическая связь осуществляется на выхо­ де составляющих элементов.

Составные реле защиты могут быть образованы с помощью ряда реле сопротивлений с круговыми характеристиками. Так, в отечественной практике и за рубежом применяют устройства, со­

окружности [18, с. 66]. Такая характеристика полностью отвечает условиям электрифицированных железных дорог, однако реали­ зация ее достаточно сложна. Удовлетворительные результаты мо­ гут быть получены при использовании характеристики в виде «лепестка» (см. рис. 109, з) или эллипса [19, с. 1—23]. Однако реле с подобными характеристиками имеют пониженную чувстви­ тельность при углах 50 и 80°, а также низкое значение коэффици­ ента отстройки при углах 20—45°, соответствующих наиболее ве­ роятным нагрузкам.

Хорошие результаты могут быть получены при использовании реле с лучевой характеристикой (рис. 109, ж), предусматриваю­ щей раздельную регулировку уставок по модулю полного сопро­ тивления и углу. Такое реле, дополненное полукруговой характе­

вдиапазоне углов, соответствующих рабочим токам (рис. ПО). При двухпутных участках, оборудованных постом секциониро­

вания, реле с полукруговой характеристикой может быть исполь­ зовано в качестве первой ступени защиты, а реле с лучевой ха­ рактеристикой— в качестве второй ступени. Полукруговая харак­ теристика в первой ступени защиты обеспечивается путем блоки­ ровки дистанционного реле с круговой характеристикой токовым реле. Это позволяет исключить «мертвую» зону, свойственную фазовым блокирующим органам. Осуществить такую блокировку возможно благодаря тому, что, несмотря на двустороннее питание, токи к. з. фидера контактной сети прямого и обратного напряжения для-зоны действия 1-й ступени защиты существенно отличаются.

Рассмотренная выше характеристика (см. рис. 109, ж) имеет еще одно важное преимущество — простоту настройки. Эта ха­ рактеристика может быть получена путем независимой настройки модуля сопротивления и угла всего по одной точке (для каждого параметра).

177

1

Кч

§ 36. Принципы выполнения электронной направленной защиты фидеров контактной сети 27,5 кВ

Среди большого количества различных реле сопротивления с угловыми характеристиками, отличающимися от окружности или одиночной прямой линии, можно выделить две основные группы: составные (см. стр. 177) и односистемные функциональные эле­ менты, сложная угловая характеристика которых формируется во входных цепях или в схеме сравнения нескольких величин..

Целесообразность применения элементов первой или второй группы для создания реле с заданной угловой характеристикой определяется назначением реле и требованиями, предъявляемыми к нему, видом угловой характеристики (ее конфигурацией, диапа­ зоном изменения составляющих), возможностью технической реа­ лизации реле наиболее простыми средствами. Так, характеристики а, б, в, з, изображенные на рис. 109, наиболее просто могут быть получены у реле, представляющих собой односистемные функцио­

метры большой Z" и малой Z' окружностей, а также угол наклона Фуст, мин) в зависимости от конкретных условий должны независимо изменяться в значительных пределах. В этом случае целесообраз­ но выполнить защиту в виде реле сопротивления, предусматриваю­

Это реле должно включать два измерительных элемента и эле­ мент направления, ограничивающий характеристику в заданном диапазоне углов. При этом измерительный элемент, обладающий

Рис. 111. Угловая характеристика электронной направленной защиты тяговых сетей переменного тока 27,5 кВ

179