книги из ГПНТБ / Фабрикант, В. Л. Элементы устройств релейной защиты и автоматики энергосистем и их проектирование учеб. пособие

системной автоматики имеют электрический характер. В тех ред­ ких случаях, когда используется какая-либо неэлектрическая ве­ личина, обычно она преобразовывается в электрическую при по­ мощи специальных аппаратов, называемых д а т ч и к а м и . Так, в газовой защите трансформатора скорость масла превращается в электрическое сопротивление контакта при помощи датчика — га­ зового реле. Блок-контакт выключателя также является датчиком.

В данном курсе рассматриваются только устройства, имеющие на входе электрические сигналы. Если устройство должно реаги­ ровать на неэлектрическую величину, то в качестве входного рас­ сматривается электрический сигнал соответствующего датчика. Сами датчики в данном курсе не рассматриваются.

§1.2. Выходные сигналы устройств релейной защиты и системной автоматики

Существуют следующие виды выходных сигналов устройств релейной защиты и системной автоматики: 1) сигнал на отключение выключателя; 2) сигнал на включение выключателя; 3) сигнал «прибавить», под влиянием которого должна возрасти регулируемая величина (напряжение, частота); 4) сигнал «уба­ вить», под влиянием которого та же величина должна уменьшить­ ся; 5) световой или звуковой сигнал, который должен привлечь внимание персонала к какому-то явлению. Выходной сигнал мо­ жет и отсутствовать.

Обычно сигнал осуществляется определенным значением на­

нительными механизмами являются привод выключателя с отклю­ чающей и включающей системами, двигатель механизма измене­ ния скорости вращения генератора, увеличивающий или умень­ шающий его скорость, и др. Исполнительные механизмы в данном курсе не рассматриваются.

В задачу настоящего курса входит рассмотрение методов про­ ектирования элементов устройств, предназначенных для преобра­ зования входных электрических сигналов — непрерывных или дис­ кретных — в выходные электрические дискретные сигналы, пере­ численные выше.

8

Устройства релейной защиты и системной автоматики имеют чаще всего два варианта выходного сигнала, например: 1) «от­ ключить» и «отсутствие сигнала» или 2) «прибавить» и «убавить». По-видимому, наибольшее количество вариантов выходного сиг­ нала — шесть. Ограниченное количество возможных вариантов выходного сигнала является' отличительной особенностью устройств релейной защиты и автоматики энергосистем.

§1.3. Структура устройств релейной защиты и системной автоматики

Рассмотрим случай (рис. 1.1), когда на вход устройства подаются непрерывные величины. Информация об этих величинах

ной из фаз ток превышает заданное зна­ чение. Для этого в защите имеются токовые измерительные орга­

ны (реле). К каждому из этих органов подводится ток одной из фаз. Орган замыкает свой контакт, если ток этой фазы превышает

заданное значение.

Таким образом, измерительный орган перерабатывает непре­ рывный сигнал на входе (например значение тока) в дискретный сигнал на выходе (нулевое или бесконечное сопротивление кон­

такта).

К измерительным органам относятся также: реле напряжения, действие которого зависит от значения данного напряжения; реле направления мощности, действие которого зависит от угла между напряжением и током; реле сопротивления, действие которого зависит от отношения напряжения к току, а также от угла между ними; реле частоты, действие которого зависит от частоты и др.

9

Часто измерительный орган ИО (см. рис. 1.1) состоит из двух частей.

Первая часть — и з м е р и т е л ь н а я с х е м а ИС — преоб­ разует поступающие на вход непрерывные сигналы в непрерывные же, но такие, которые могут быть использованы как входные для второй части измерительного органа — схемы сравнения СС.

Иногда подаваемые на вход напряжения и токи содержат ряд параметров. Одни из этих параметров должны влиять на действие данного органа, влияние других необходимо исключить. Для этого из подведенных напряжений и токов формируются новые непре­ рывные величины, зависящие только от интересующего нас пара­ метра. Так, из трех фазных напряжений или токов выделяется, например, составляющая обратной последовательности. Из несину­

Иногда из ряда величин необходимо получить одну, составлен­ ную по определенному закону. Так, из напряжения U и тока / по­

лучается напряжение, пропорциональное U+ kl, где k — задан­ ный комплексный коэффициент. Частным случаем такого преобра­ зования является упоминавшееся уже выделение какой-либо симметричной составляющей.

Второй частью измерительного органа является с х е м а с р а в ­ н е н и я С С. На вход этой схемы подаются подготовленные изме­ рительной схемой непрерывные величины. В зависимости от соот­ ношения этих величин на выходе появляется или не появляется определенный стандартный сигнал. Таким образом, схема сравне­ ния преобразует непрерывные сигналы на входе в дискретный сиг­ нал на выходе. Так, сигнал на выходе схемы сравнения двух вели­

чин Ёх и Е2 по абсолютному значению появляется при ЕХ> Е 2 и не появляется при ЕХ< Е 2. Сигнал на выходе схемы сравнения двух

величин Ёх и Е2 п о фазе появляется, если угол между этими ве­ личинами находится в заданном диапазоне, и не появляется, если угол находится за пределами этого диапазона.

ния и токи на входе превращаются в синусоидальные же напря­ жения или токи на выходе. Под преобразующей частью понимает­ ся часть, преобразующая характер изменения во времени или род величины, например синусоидальные токи и напряжения превра-

10

1. Э л е м е н т ы , п р е о б р а з у ю щ и е н е п р е р ы в н ы е в х о д н ы е в е л и ч и н ы в н е п р е р ы в н ы е в ы х о д н ы е .

Функция преобразования может быть задана в аналитической или графической форме. Графическая форма приемлема, если

входная величина одна или если график дает зависимость выход­ ной величины от аналитически выраженной функции входных.

Так, в продольной дифференциаль­ ной защите ДЗЛ, э. д. с. Е, используе­ мая для сравнения, зависит по некото­ рому закону (рис. 1.2) от функции то­

величин, при которых выходная имеет каждое из возможных значений. Так, сопротивление RK контакта токового реле зависит от тока I в его обмотке. Если ток / велик, то контакт реле замыкается и сопротивление его RKстановится ма­ лым. Если же ток мал, то контакт остается разомкнутым и RK очень велико.

12

Изменение положения контакта (рис. 1.3) происходит при не­ котором значении тока / Ср (/Ср — ток срабатывания реле). Харак­ теристика рис. 1.3 идеализирована. В действительности возможно колебание значения входной величины, при которой происходит скачок выходной, или непрерывное изменение выходной величины в некотором (небольшом) диапазоне изменения входной.

При двух входных величинах изображение функции преобразо­ вания сложнее. Еще более усложняется это изображение при чис­ ле входных величин более двух (см. главу вторую).

Как и в предыдущем случае, выходная величина обычно имеет одно из двух заданных значений. То или иное значение выходной величины зависит от комбинации входных, а иногда и от времени их появления. Функция преобразования должна определять, при каких именно комбинациях входных сигналов появляется тот или иной выходной, а также изменение выходного сигнала во времени в зависимости от аналогичных зависимостей входных.

Так, в реле времени сопротивление контакта резко уменьшает­ ся, спустя заданное время t7 после появления сигнала на входе и вновь возрастает сразу после снятия сигнала на входе (рис. 1.4).

§1.5. Направленность элементов. Обратные связи

Вбольшинстве случаев элементы схем релейной защиты

13

Г Л А В А В Т О Р А Я

ПРИНЦИПЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ

§2.1. Классификация измерительных органов

Измерительные органы по числу подведенных электри­ ческих величин могут быть разделены на следующие группы:

1. О р г а н ы с о д н о й э л е к т р и ч е с к о й в е л и ч и н о й . В ряде случаев к измерительному органу подводится одна элек­ трическая величина — ток или напряжение. При этом несущест­ венно, является ли эта величина непосредственно фазным током или напряжением. Она может быть и линейной функцией различ­ ных токов и напряжений. Так, к числу органов с одной электри­ ческой величиной следует отнести реле, реагирующее на: а) раз­ ность токов двух фаз; б) напряжение обратной последовательно­

сти; в) компенсированное напряжение 0 —IZ (где Z — заданная величина); г) производную напряжения по времени dU/dt и др.

От абсолютного значения подведенной величины и зависит по­ ведение органа, который поэтому и называют органом с одной электрической величиной. Поведение этого органа зависит от одной вещественной величины.

2. О р г а н ы с д в у м я э л е к т р и ч е с к и м и в е л и ч и н а м и . Это измерительные органы, действие которых зависит от двух вещественных величин. Часто это орган, зависящий от отношения двух синусоидальных электрических величин, выражаемого комп­

чать два напряжения или два тока. Каждая из этих величин мо­ жет представлять также линейную функцию нескольких напряже­ ний или токов.

3. О р г а н ы с т р е м я и б о л е е э л е к т р и ч е с к и м и в е л и ­

Как уже указывалось в § 1.3, измерительный орган в общем случае состоит из двух частей: измерительной схемы, пре-

15

образующей непрерывные сигналы на входе в непрерывные же сигналы на выходе, более удобные для использования в схемах сравнения, и схемы сравнения, преобразующей непрерывные сигна­ лы в дискретные. Осуществление измерительной схемы зависит от принципа схемы сравнения. Поэтому прежде всего следует рас­ смотреть эти принципы.

В настоящее время применяются в основном два принципа схем сравнения: 1) сравнение двух электрических величин по их абсо­ лютному значению; 2) сравнение двух электрических величин по фазе.

Сравнение двух электрических величин по их абсолютному зна­ чению может быть применено как для постоянного, так и для сину­ соидального тока. Может производиться сравнение между собой синусоидальных величин разных частот или сравнение действую­ щего значения (среднего значения, амплитуды) синусоидальной

и другое значение (схема не действует) при невыполнении условия (2.1), где Е\ и Е2 — сравниваемые абсолютные значения величин.

Сравнение двух электрических величин по фазе может быть применено лишь для синусоидальных величин одной и той же ча­ стоты. Схема действует при

и не действует при невыполнении условия (2.2), где £i и — век­

торы сравниваемых синусоидальных величин; (Еь Е2) — угол, на

который величина Е2 отстает от величины Е i по фазе; cpi и ср2 — заданные постоянные углы.

§2.3. Зона действия органа

содной электрической величиной

числовой оси, соответствующих действию органа, является изо­

16

чение называется п а р а ме т р о м (напряжением, током) с р а б а ­

ты в а н и я Р Ср.

Вэтом случае зона действия изображается либо лучом, ухо­

дящим из точки, соответствующей параметру срабатывания, в бесконечность (максимальный орган, рис. 2.1, а), либо отрезком между точками, соответствующими нулевому значению и параметру

действия

Рис. 2.1. Изображение зоны действия органа с одной электрической величиной:

а—максимального: б—минимального; в—с действием в заданном диапазоне: г—с действием вне заданного диапазона

срабатывания (минимальный орган, рис. 2.1, б). Возможны и та­ кие органы, которые должны действовать в определенном задан­ ном диапазоне значений подведенной величины (рис. 2.1, в) или вне заданного диапазона (рис. 2.1, г). Зона действия может со­ стоять и из нескольких отрезков числовой оси.

Во всех случаях зона действия органа с одной электрической величиной изображается отрезками или лучом прямой линии, а границы зоны — точками на этой прямой.

§2.4. Принципы осуществления измерительных органов с одной электрической величиной

Измерительные органы с одной электрической величиной можно разделить на две группы: 1) реагирующие на абсолютное значение подведенной величины; 2) реагирующие на частоту под­

некоторой стабильной постоянной величиной С. Орган действует при выполнении условия f( U ) > C или f(U )< C . Существенной при этом является именно стабильность постоянной величины. Важно, чтобы зависимость этой величины от температуры, времени и про­

17