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

круговой характеристикой, симметрично расположенной относи­ тельно начала координат, легко может быть реализован с по­ мощью схемы сравнения двух переменных величин по абсолютно­ му значению. В качестве элемента, ограничивающего характери­ стику в заданном диапазоне углов, можно использовать реле соп­ ротивления блокирующего типа. Однако наилучшие результаты могут быть получены с помощью фазосравнивающих схем. Устрой­ ство, позволяющее реализовать угловую характеристику реле, в котором предусматривается раздельная регулировка уставок из­

лизовать угловую характеристику вида рис. 109, ж, включает в себя измерительный и блокирующий (фазовый) элементы, логи­ ческую схему совпадения и элемент, преобразующий выходной импульсный сигнал в удобный по форме для дальнейшего исполь­ зования. Наличие такого элемента, а также способ его выполнения определяются типом и.способом выполнения фазосравнивающей схемы.

Для реализации угловой характеристики вида рис. 109, и в реле предусматриваются два измерительных элемента ZI и ZII, два блокирующих элемента (фазоограничивающий ф и токовый Л, логические схемы И и ИЛИ, схема преобразования и реле време­ ни РВ (для защит, применяемых во второй ступени).

В качестве измерительных реле могут быть использованы реле сопротивления, работа которых основана на сравнении двух элект­

рических величин Ei и Е2, формируемых из тока / и напряжения

U защищаемой линии. Предусматривается, что действие их соот­ ветствует уравнению, описывающему заданную характеристику.

180

Такие элементы выполняют, используя в основном два принципат сравнение электрических величин по абсолютному значению или

по фазе.

Реле с круговой характеристикой, симметрично расположенной относительно начала осей координа-т, наиболее просто выполнить, если использовать принцип сравнения двух электрических вели­ чин по абсолютному значению.

Тогда уравнение линии, ограничивающей характеристику, при­

ложенную относительно начала осей координат при условии к2 — = к3 = 0. Тогда

[ кх[] | — [ kJ \ =0, или j к1II | — | Кх I ] =0.

Реле, работа которого описывается этим уравнением, должносодержать узлы получения абсолютных значений электрических величин, пропорциональных первичному току и напряжению, схему сравнения этих величин и чувствительный нуль-индикатор.

Поскольку E\ = K\U, а Е2 = к^1, то при Е 1= Е2

и

}

В реальных условиях реле сработает в том случае, когда на­ пряжение на выходе схемы выпрямления, пропорциональное пер­ вичному току фидера Пт= кт/ ф, превысит напряжение на выходе схемы выпрямления, пропорциональное напряжению на шинах тяговой подстанции /п,ст, и при этом будет обеспечено некоторое до­ полнительное UСр, равное напряжению срабатывания нуль-индика- тора. (Величина t/cp по существу определяет чувствительность схемы: с уменьшением Прс чувствительность повышается).

Это можно записать так:

-18L

сгавляет собой полное сопротивление фидера, приведенное к вторич­ ным обмоткам измерительных трансформаторов тока. После преобра­ зования получаем уравнение срабатывания измерительного элемента

Характеристика срабатывания представляет собой гиперболу, смещенную относительно оси тока.

Впрактических схемах электронных реле абсолютные значе­ ния переменных величин получают с помощью различных схем выпрямления. Преимущественное распространение получили диод­ ные мосты. Сравнение абсолютных значений полученных величин осуществляется специальными схемами сравнения, при этом на­ ибольшее распространение получили схемы, выполненные на цир­ куляцию токов или равновесие напряжений. Возможны и другие способы сравнения выпрямленных напряжений. Результаты иссле­ дований различных авторов, проведенных в этом направлении, по­ казали, что наилучшими показателями обладают схемы сравнения

сциркулирующими токами. При разработке реле сопротивления для защиты тяговых сетей переменного тока в качестве исходной была выбрана схема с двухполупериодным выпрямителем, выпол­ ненная на циркуляцию токов.

Вустройстве защиты применено реле сопротивления повышен­ ного быстродействия (см. рис. 59). Оно состоит из нуль-индикато­

ра и трансформаторов Тр1 и Тр2, один из которых подключен к трансформатору напряжений, и выпрямительных элементов В1 и В2. Для исключения зависимости его уставки от напряжения пита­ ния последнее стабилизируется стабилитроном Д1 и диодами Д2 и ДЗ, имеющими разные температурные коэффициенты изменения падающего на них напряжения. Для выравнивания характеристи­ ки срабатывания реле ZCp = f(ICp) и уменьшения тока точной ра­ боты потенциал общей точки схемы сравнения смещен относительно напряжения питания (введен резистор Rcu) на величину 0,1—0,2В.

Характеристика срабатывания фазоограничивающего элемента выражается системой уравнений:

| ZCP = Z cos срусх -ь j Z sin cpyCT= Zey>ycT;

I ZCT= — Z cos cpMaKC+ JZ sin срмакс = — Ze1VmKC.

При разработке фазоограничивающего элемента, действие ко­ торого подчиняется этой системе уравнений, был использован им-

182

пульсный метод [20, с. 5—26]. По этому методу одна из переменных преобразуется в импульсы, соответствующие зоне работы реле. В частности, формируются импульсы шириной 45—50° (от фуст до Фмакс), которые сдвинуты относительно момента перехода синусои­ ды напряжения через нулевое значение также на 45—50°, что со­ ответствует фустДругая переменная— ток преобразуется в ко­ роткие импульсы шириной 1—2°, соответствующие нулевому зна­ чению синусоиды тока. Совпадение этих импульсов с импульсами, соответствующими зоне работы реле, свидетельствует об аварий­ ном режиме работы контактной сети, а несовпадение их свойст­ венно тяговому режиму ее работы.

Реле срабатывает, если и измерительный, и фазоограничивающий элементы изменяют свое состояние; на выходе логической, схемы совпадения появляется серия импульсов, которая после соответст­ вующего преобразования может быть использована для возбужде­ ния выходных элементов защиты. В том же случае, если преобра­ зование динамического сигнала (серии импульсов) в статический происходит непосредственно на выходе фазоограничивающего эле­ мента защиты, логическая операция «И» может быть реализована либо за выходом измерительного и фазоограничивающего элемен­ тов без применения отдельного преобразователя импульсов, либо путем блокировки измерительного элемента защиты с выхода фа­ зоограничивающего элемента.

§ 37. Защита фидеров контактной сети электрических железных дорог переменного тока с телеблокировкой

Применение электронных защит вызвано тем, что существую­ щие устройства защиты, которые базируются на электромеханиче­ ских реле, не обеспечивают необходимого быстродействия и не предотвращают пережога контактной сети.

Обычно при защите, селективной по отношению к повреждению на участке подстанция — пост секционирования, вторые ступени защиты выполняют с выдержкой времени, как правило, составляю­ щей 0,5 с. В этом случае время отключения повреждения может увеличиться до 0,6—0,8 с, что значительно превосходит время, не­ обходимое для пережога контактного провода: при /к,3 = 3000 А

снижается до 0,16 с.

Электронные устройства защиты контактной сети от токов к. з. обладают большим быстродействием, чем электромеханические устройства защиты. Это быстродействие достигается применением электронных пусковых и измерительных органов защиты (их время действия меньше, чем у аналогичных электромеханических уст­

183

ройств), исключением промежуточных реле, бесконтактным отклю­ чением высоковольтных выключателей и применением частотной блокировки (телеблокировки) между смежными выключателями подстанции и поста секционирования.

Защита выпускается в двух основных модификациях: защита УЭЗФ, предназначенная для фидеров, осуществляющих питание станционных и деповских путей, и УЗТБ-71 —для фидеров, осуще­ ствляющих питание междуподстанционной зоны. УЗТБ-71 пред­ ставляет собой комплект защит, дополненный ускоренным устрой­ ством телеблокировки. Комплекты электронной защиты устанавли­ вают на каждом фидере, осуществляющем питание контактной ■сети и на посту секционирования. Связь между устройства|Ми теле­ блокировки осуществляется по линии связи, применяемой для уст­ ройств телемеханики (рис. 113).

Защита контактной сети выполнена двухступенчатой. В качест­ ве первой ступени применена дистанционная защита, которая при близких коротких замыканиях работает как токовая отсечка, а в качестве второй ступени — дистанционная направленная защита с раздельными уставками по модулю полного сопротивления Z и углу ф. Первая ступень защиты имеет зону действия, равную при­ мерно 80% расстояния между подстанцией и постом секциониро­ вания, вторая ступень — до шин соседней подстанции. Короткие замыкания вблизи подстанции в нормальных условиях отключает без выдержки времени первая ступень защиты, которая затем по телеблокировке воздействует на выключатель поста секциониро-

Рис. 113Принципиальная схема защиты фидера контактной сети с телеблокировкои

184

вания ii отключает его. При повреждении линии связи или устрой­ ства телеблокировки короткое замыкание будет отключено ди­ станционной направленной защитой поста секционирования (ре­ зервное действие). Защита дополнена ускоренной токовой отсеч­ кой, которая обеспечивает быстрое отключение повреждений, сопровождающихся большими токами.

В качестве пусковых и измерительных элементов в защите ис­ пользованы типовые функциональные элементы системы «Сейма»

[21, с. Г06—132).

Поскольку измерительный элемент, установленный в первой ступени защиты, представляет собой ненаправленное реле сопро­ тивления, то для исключения его ложной работы, которая может быть вызвана понижением напряжения на шинах тяговой подстан­ ции при коротком замыкании на соседнем фидере двухпутного уча­ стка, введено опорное напряжение, снимаемое с делителя Ri R2- Это напряжение через диод Д подводится к измерительному эле­ менту таким образом, что напряжение на его входе не может стать ниже величины, определяемой делителем, и реле сопротивления при близких коротких замыканиях превращается в токовое макси­ мальное. При больших значениях напряжения на шинах подстан­ ции, т. е. при удаленных к. з., измерительный элемент работает как реле сопротивления.

Напряжение перевода защиты в режим токовой отсечки опре­ деляется выражением:

приемника частотных импульсов. В отличие от устройства теле­ блокировки с временным импульсным признаком здесь предусмот­ рены независимые частотные каналы для каждой пары высоко­ вольтных выключателей. С -целью уменьшения количества эле­ ментов и повышения надежности использовано по одному комп­ лекту передатчиков и приемников на два фидера и осуществлена частотная манипуляция в передатчике. Устройство телеблокировки предназначено для работы по каналу телемеханики в диапазоне частот от 2000 до 2600 Гц. На более высоких частотах резко воз­ растает затухание сигнала телеблокировки в линии связи (осо­ бенно при непупинизированном кабеле) и обеспечить устойчивую работу приемников и передатчиков затруднительно.

Частоты передатчика телеблокировки, соответствующие двум соседним фидерам, отличаются от средней фиктивной частоты

1 8 5

передатчика на Af= ±45 Гц. Фильтры приемника и передатчика настраивают на средние частоты. Ширина полосы фильтров 120 Гд. Для телеблокировки используется следующий ряд частот (Гц)

Так как в настоящее время в качестве линий связи на железных дорогах переменного тока начали применять непуплнизированный кабель, имеющий большое затухание, то для обеспечения устойчи­ вой работы телеблокировки на линии связи необходимо устанав­ ливать линейные широкополосные усилители. С этой целью разра­ ботаны специальные усилители УД-72 и УФС-72.

Если посты секционирования не оборудуются устройствами за­ щиты, то между тяговыми подстанциями устанавливают три дуп­ лексных усилителя УД-72 через каждую XU длины междуподстанционной зоны, причем один из них располагают на посту секциони­ рования. Если же на посту секционирования предусмотрены уст­ ройства защиты, то можно установить только два дуплексных усилителя, в средней части зоны подстанция — пост секциони­ рования.

Усиление дуплексных усилителей составляет 0,4—0,7 Неп. Та­ кое малое усиление выбирается с тем, чтобы исключить возбужде­ ние усилителей. Дуплексные усилители включают в линию связи параллельно. При повреждении только одного дуплексного уси­ лителя несколько снижается уровень сигнала в линии связи. Уси­ лители на однопутных и двухпутных участках устанавливают одинаково.

На каждой подстанции должен быть предусмотрен симплекс­ ный усилитель с фильтром нижних частот УФС-72, ограничиваю­ щим частоты телеблокировки и пропускающим частоты ТУ. Фильтр усилителя пропускает частоты в диапазоне 0—1600 Гц. Его усиле­ ние на этих частотах составляет 1,4—1,6 Неп. Затухание, вносимое фильтром при частотах свыше 2000 Гц, более 2 Неп. Симплексный усилитель включается в рассечку линии связи.

На соседней междуподстанционной зоне частоты телеблокиров­ ки меняются. Повторение частот допускается через одну междуподстанционную зону, чем при повреждении фильтра в симплек­

сном усилителе исключается возможность ложной работы телебло­ кировки.

Схема управления передатчиком выполнена таким образом, что при одновременном срабатывании защит смежных фидеров в ли­ нию связи передаются сначала импульсы частотой f—Af, а затем спустя 50—60 мс — частотой f + Af; соответственно происходит от­ ключение сначала одного фильтра, а затем смежного.

Полное время работы устройства телеблокировки складывается из времен: возбуждения генератора, задержки в фильтре передат-

186

чика, распространения сигнала по линии связи, задержки в филь­ тре приемника, работы дискриминатора и его формирующих кас­ кадов, действия реле времени, предназначенного для отстройки от импульсных помех на входе фильтра приемника. Время отстройки от импульсных помех составляет 20—30 мс. При этом полное вре­ мя работы устройства телеблокировки составляет 40—50 мс. Вре­ менем распространения сигнала в линии связи и временем откры­ тия тиристоров можно пренебречь.

Полное время отключения поврежденного участка контакт­ ной сети со стороны подстанции и поста секционирования зависит от места повреждения и для одного выключателя может быть оп­ ределено как

10—30 мс; /мв — время отключения высоковольтного выключателя.

Время отключения смежного выключателя под воздействием телеблокировки определяется выражением

сети на большей части междуподстанционной зоны не превосхо­ дит 0,2 с, и лишь на 20% зоны это время составляет 0,2—0,21 с.

Применение электронных устройств защиты на участках, где защита междуподстанционной зоны выполнена без использования постов секционирования как защитных элементов, позволяет сни­ зить полное время отключения повреждения до 0,11 с, в то время как электромеханические устройства защиты обеспечивают время отключения 0,2 с.

§ 38. Защиты и автоматика фидеров контактной сети переменного тока 27,5 кВ

В аппаратуре «Сейма-3» предусмотрены следующие виды за­ щит (рис. 114) фидеров контактной сети от токов коротких замы­ каний: дистанционная ненаправленная с токовым пуском — первая ступень; дистанционная/ направленная 'с выдержкой вре|мени — вторая ступень; от перегрузки — максимальная токовая защита с выдержкой времени; (Максимальная токовая резервная защита с выдержкой времени; телеблокировка.

Д и с т а н ц и о н н а я з а щ и т а п е р в о й с т у п е н и реа­ гирует на повреждения на участке подстанция—пост секциониро-

187

ционный) и пусковой (токовый) органы этой ступени защиты лег-

. ко могут быть выведены из работы. В случае вывода дистанцион­ ного органа защита первой ступени превращается в максималь­

рой с т у п е н и настраивается до шин смежной подстанции и выполняется с выдержкой времени. Защита имеет раздельную ре­ гулировку уставок по модулю полного сопротивления и по углу. Для проверки чувствительности защиты при выборе уставки расчетной является схема параллельного питания на участке под­

батывает при длительном протекании по контактной сети больших токов;. В качестве пускового органа этой защиты используется токовое реле ДТ-ЗК, предусмотренное для пуска первой ступени дистанционной защиты, независимо вызывающее отключение масляного выключателя через собственное реле времени. Выдерж­ ка времени этой защиты может быть значительной.

М а к с и м а л ь н а я т о к о в а я р е з е р в н а я з а ­ щ и т а выполняется с выдержкой времени и по независимой цепи действует непосредственно на отключение масляного выклю­ чателя.

На фидере контактной сети предусмотрено однократное АПВ,

элементом ВТ (см. рис. 114). Тиристоры УВ1 и УВ2, расположен­ ные в цепи включения контактора соленоида включения масляно­ го выключателя, открываются и подают команду на включение выключателя. Запирание этих тиристоров осуществляется при разрыве контакта МВ, расположенного в цепи включения вы­ ключателя.

Отключение выключателя должно осуществляться от кнопки КОМ, по телеуправлению и от защит. При нажатии кнопки КОМ,

190