3.1. Устройства релейной защиты распределительных сетей.

Категория: Д.Т. Комаров "Автоматизация электрических сетей 0,38-35 кВ в сельских районах"

Автоматизация должна базироваться, как правило, на основе серийно выпускаемых аппаратов. Устройства ав­томатизации на базе полупроводниковых элементов, имеющие улучшенные технические характеристики, но более сложные по сравнению с устройствами на электро­механических реле, должны использоваться в тех слу­чаях, когда не могут быть применены более простые устройства. Аппаратура для автоматизации распредели­тельных сетей должна комплектоваться совместно с первичной аппаратурой, имеющейся в типовых ячейках распределительных устройств. Устройства автоматиза­ции, изготавливаемые силами энергосистем, могут внедряться только при условии, если их технические харак теристики и надежность не хуже соответствующих па раметров серийно выпускаемых изделий.

Объектами автоматизации распределительных электрических сетей являются: распределительные устройства 10, 35, НО кВ трансформаторных подстанций 35— 110 кВ; линии напряжением 10—35 кВ с пунктами секционирования и резервирования; закрытые трансформа- торные подстанции 10/0,4 кВ и распределительные пункты 10 кВ; распределительные устройства напряжением 0,4 кВ ЗТП, комплектных ТП; вводные распределительные устройства потребителей; диспетчерские пункты районов электрических сетей.
В настоящее время промышленными предприятиями (ПО «Союзэнергоавтоматика», центральными лабораториями некоторых энергосистем и др.) выпускается ряд новых технических средств, позволяющих широко осуществлять автоматизацию и телемеханизацию распределительных сетей. Ниже приводится краткое описание новых технических средств, выпускаемых заводами серийно и дающих наибольший экономический эффект при их применении.

Обеспечить нормальное функционирование элек­трических сетей невозможно без оснащения их надеж­ной, чувствительной, селективной и быстродействующей релейной защитой. Применяемые в сельских электриче­ских сетях устройства релейной защиты должны быть максимально просты, надежны, экономичны н удобны в эксплуатации. При конструировании их должна быть предусмотрена возможность оперативной замены дефектных узлов, простого опробования правильности дей ствия основных цепей защиты, а при необходимости — возможность изменения параметров срабатывания за щиты без применения измерительных приборов.
Максимальные токовые защиты линий 6—10 кВ. Основными особенностями, определяющими выбор устройств релейной защиты в распределительных сетях, являются низкий уровень токов КЗ, которые во многих случаях соизмеримы с максимальными токами нагрузки, а также трудности согласования характеристик устройств релейной защиты линий и характеристик предо хранителей высшего и низшего напряжений силовых трансформаторов.

---

Для защиты линий 6—10 кВ от КЗ наиболее часто применяют устройства максимальной токовой защиты, выполненные на встроенных в привод реле прямого действия или индивидуальных токовых реле, дешунтирующих при срабатывании электромагнита отключения при вода. Наиболее распространенной является защита, выполненная по схеме неполной звезды (рис. 3, а). При необходимости выполнения отсечки последовательно с реле РТВ устанавливают реле РТМ, имеющее большую уставку по току срабатывания без замедления.

Рис. 3. Двухступенчатая токовая защита на реле РТВ, РТМ, выпол­ненная по схеме неполном звезды (а), и максимальная токовая за­щита на реле типа РТ-85 (б)

Недостатками этой схемы являются: большой разброс токов и времени срабатывания, что часто приводит к невозможности надежного согласования действия устройств защиты; большая потребляемая мощность. По­этому в сетях 6—10 кВ широко применяются устройства максимальной токовой защиты на индукционных реле с ограниченно зависимой характеристикой срабатывания типа РТ-85 (рис. 3,6). При КЗ на линии реле с выдерж­кой времени переключает свои контакты. При этом про­исходит дешунтирование электромагнита отключения РТМ, встроенного в привод выключателя. Реле РТМ обтекается полным током вторичной обмотки трансфор­матора тока, воздействует на механизм отключения при­вода выключателя, и выключатель отключается. Реле РТ-85 имеет отдельный электромагнитный элемент мгно­венного действия, предназначенный для использования в качестве токовой отсечки, и механический сигнализа­тор срабатывания, что позволяет не устанавливать до­полнительное указательное реле.

Рис. 4. Принципиальная электрическая схема МТЗ типа ТЗВР.

Рис. 4. Принципиальная электрическая схема МТЗ типа ТЗВР.

Устройство максимальной токовой защиты типа ТЗВР. Наиболее сложно при выполнении защиты совре­менных распределительных сетей 6—10 кВ решается вопрос согласования действия последовательно установ­ленных комплектов защит на пунктах секционирования, АВР, в ячейках отходящих линий между собой и с за­щитами питающих линий 35—ПО кВ. Устройство типа ТЗВР позволяет согласовать действие большого числа последовательно установленных комплектов защиты практически без накопления выдержки времени. Прин­ципиальная электрическая схема показана на рис. 4.
Устройство ТЗВР предназначено для защиты линий 10 кВ от всех видов коротких замыканий. Устройство может устанавливаться в ячейках КРУ и КРУН отхо­дящих линий 10 кВ подстанций 110—35/10 кВ всех ти­пов, а также в шкафах распределительных пунктов, пунктов секционирования и включения резерва, где при изменении режима работы линии не требуется изменение уставок срабатывания защиты по току и времени. При использовании устройства обеспечивается повышение быстродействия и чувствительности защиты.
Устройство обладает следующими преимуществами: позволяет обеспечить согласование большого числа смежных защит без накопления выдержки времени; с достаточной точностью аппроксимирует возможные кри­волинейные амперсекундные характеристики; обеспечи­вает простоту расчета и выбора необходимой характе­ристики; позволяет выполнить при помощи одного эле­мента максимальную токовую защиту и токовую отсечку.
В комплекте с блоками АПВ устройство КРЗА-С обеспечивает выполнение двукратного автоматического повторного включения и питание электромагнита отклю­чения привода выключателя при работе блока защиты ТЗВР. Устройство подключается к присоединениям, обо­рудованным двумя трансформаторами тока. Цепи опро­бования работоспособности подключаются к однофазному переменному напряжению 220 В частоты 50 Гц.
В зависимости от комплекта поставки в состав уст­ройства может входить один или два блока: блок защи­ты ТЗВР или блок защиты и блок автоматического по­вторного включения и питания электромагнита отклю­чения привода выключателя устройства КРЗА-С.
Блок защиты включает односистемную максимальную токовую защиту с ограниченно зависимой регулируемой времятоковой характеристикой и токовую отсечку. Блок имеет элементы оперативного опробования работоспо­собности.
За счет возможности изменения в широких пределах времятоковой характеристики защиты ее использование позволяет согласовать комплекты зашит последователь­но расположенных участков линий без накопления вы­держки времени на головном участке.
Комплектное устройство релейной защиты и автома­тики пунктов секционирования линий 10 кВ типа КРЗА-С предназначено для защиты секционированных распре­делительных линий 10 кВ с сетевым резервированием от всех видов междуфазных коротких замыканий и для выполнения двукратного АПВ линий 10 кВ. Принципи­альная схема приведена на рис. 5.
Устройство применяется на пунктах секционирования 10 кВ всех имеющихся типов, устанавливаемых на ли­ниях с сетевым резервированием и на радиальных ли­ниях в тех случаях, когда максимальные токовые защи­ты не обеспечивают требования чувствительности и се­лективности действия.
В состав устройства входят два блока: блок релей­ной защиты и блок автоматического повторного вклю­чения и питания электромагнита отключения привода выключателя.
Блок релейной защиты включает односнстемпую двухступенчатую дистанционную защиту с первой сту­пенью — дистанционной отсечкой, второй ступенью — дистанционной защитой, время срабатывания которой возрастает пропорционально увеличению сопротивления на зажимах устройства.
Применение защиты такого типа на пунктах секцио­нирования наиболее эффективно, так как при этом по­вышается чувствительность и одним комплектом обеспе­чивается селективная защита участков секционирован­ных линий в различных режимах их питания.
Блок АПВ включает устройство двукратного автома­тического повторного включения с регулируемыми вре­менами бестоковых пауз I и II циклов и автономный блок питания электромагнита отключения привода вы­ключателя.
При применении устройства па пунктах секциониро­вания линий 10 кВ любого типа не требуется установка никакой другой аппаратуры релейной защиты и автоматики.

Рис. 5. Принципиальная схема комплектного устройства релейной защиты и автоматики пунктов секционирования линий 10кВ типа КРЗА-С.

Устройство подключается к присоединениям оборудованным двумя трансформаторами тока и двумя од нофазными или одним трехфазным трансформатором напряжения. Устройство по сравнению с другими аналогичными по функциям имеет следующие отличия:

• новышенная чувствительность;
• четкая работа без накопления выдержки времени одним комплексом, не требующим переключений при изменении режима питания секционированных линий с сетевым резервированием;
• стабильность выдержек времени, малая емкость накопительных конденсаторов, простота конструктивного выполнения двукратного АПВ с независимой выдержкой времени бестоковой паузы каждого цикла.

Устройство максимальной истребленной токовой за щиты двухстороннего действия ЛТЗ предназначено тля защиты секционированных линий 6—20 кВ с двухсторонним питанием и сетевым резервированием при междуфазных коротких замыканиях. Его можно применять также для защиты при указанных коротких замыканиях линий с односторонним питанием и силовых трансфор­маторов напряжением 6—35 кВ, содержащих трансфор­маторы тока.
По условиям эксплуатации устройство может уста­навливаться в пунктах секционирования и пунктах авто­матического включения резерва секционированных ли­ний, а также в шкафах наружной установки, на шинах и панелях релейной защиты подстанций.
Устройство состоит из двух блоков: релейного (БР) и блока питания (БП). Блок БР содержит элементы логи­ческой части устройства, выполненный по электрической функциональной схеме, приведенной на рис. 6. Схема содержит преобразователь 1 вторичного тока фазы А, преобразователь 2 вторичного тока фазы С, канал тока первой ступени 3, канал тока второй ступени 4, реле времени 5, реле направления мощности 6, выходной ор­ган 7, элемент сигнализации о срабатывании первой ступени 8, элементы сигнализации о срабатывании вто­рой ступени 9, 10 в зависимости от направления переда­ваемой в линии мощности при срабатывании защиты, формирователь пилообразных импульсов 11, логический элемент ИЛИ 12.
Каждый из каналов тока содержит логический элемент ИЛИ 13, пороговый орган 14 и импульсно-потенциально-потенциальный преобразователь 15.
Реле времени содержит элемент пуска и возврата 16, интегрирующую RС-цепь 17, реагирующий элемент 18, времязадающий орган первой ступени 19 и времязадающие органы по времени срабатывания второй ступени в зависимости от направления мощности 20 и 21.

Рис. 6. Электрическая функциональная схема устройства ЛТЗ

Специфической особенностью устройства является то, что оно автоматически переходит на заданные уставки срабатывания второй ступени по току и времени в зави­симости от направления мощности, передаваемой по за­щищаемой линии. В соответствии с направлением мощ­ности в линии подготавливается к действию один из элементов сигнализации о срабатывании второй ступени 9 или 10. Для получения необходимой времятоковой характеристики срабатывания второй ступени устройство содержит формирователь настраиваемых импульсов пилообразной формы.
Направленная защита от замыкания на землю типа 1I3P предназначена для защиты от замыканий на землю в распределительных сетях 6—10 кВ с изолированной нейтралью.
Принцип действия устройства основан на сравнении угла сдвига фаз между напряжением С/о и током /о с заданным значением.
Устройство (рис. 7) состоит из фильтра токов нуле­вой последовательности ФТНП, выполненного с исполь­зованием накладных датчиков тока, фазосравнивающего и исполнительного органов. Питанием усилителя явля­ется напряжение нулевой последовательности, преобра­зованное в одиополярные импульсы. Усилитель подклю­чается к вторичной обмотке разделительного трансформатора Т1 через диод VD8 и стабилитроны VDo и VD6. Исполнительным органом устройства является поляризованное реле К.5, включенное между коллекторами транзисторов.

Рис. 7. Направленная защита от замыкания на землю типа 1I3P

Устройство типа УПЗС предназначено для применения в качестве переключающего устройства комплектов максимальных токовых защит на секционирующих пунктах, оборудованных максимальной токовой защитой на реле РТВ и РТ-85, линий 10 кВ с сетевым резервированием и в качестве устройства одностороннего автомати­ческого включения резерва на двухтрансформаторных подстанциях, пунктах сетевого АВР, трансформаторных подстанциях с местным АВР, питающих потребителей первой категории. Схема устройства приведена на рис. 8.
Устройство содержит два полупроводниковых реле времени, срабатывающих при исчезновении напряжения питания или снижении его уровня ниже 20 % номинанального.
Фактором, на который реагирует устройство УПЗС, является отсутствие напряжения питания в течение интервала времени, равного времени срабатывания сете­вого АВР. Исключается установка второго трансформа­тора напряжения, существенно упрощается методика наладки и эксплуатации.

Рис. 8. Схема устройства типа УПЗС

При использовании устройства в качестве АВР пуск реле времени осуществляется замыкающими контакта­ми промежуточного реле, контролирующего напряжение на рабочем вводе.
Устройство применяется в распределительных сетях 0,38—35 кВ, его особенности состоят в том, что выпол­нение селективной защиты на пункте секционирования происходит без применения реле направления мощности; выполнение АВР с выдержкой времени, регулируемой до 80 с после исчезновения напряжения, что позволяет со­гласовать работу АВР в сетях с действием двукратного АПВ.
Дистанционная защита типа БРЭ 2701 предназначена для использования в качестве основной пли резервной защиты линий 10—35 кВ сельскохозяйственного назна­чен!: я с одно- или двухсторонним питанием, а также для определения расстояния до места повреждения на линии.
Блок дистанционной защиты включает: односистемную трехступенчатую дистанционную за­щиту, предназначенную для действия при всех видах коротких замыканий между фазами, а также двойных замыканий на землю. Защита имеет две дистанционных ступени и третью максимальную направленную. Дистан­ционная защита имеет токовые пусковые органы, поэто­му может применяться лишь на линиях, на которых при достаточной чувствительности токовых органов обеспечивается отстройка от токов нагрузки. Имеется токовый пуск, дистанционная защита не нуждается в блокировке при нарушении цепей напряжения; устройство фиксации мест междуфазных замыканий, предназначенное для определения расстояний до места повреждения в пределах первого участка линии; автономный блок питания от цепей измерительных трансформаторов тока и напряжения.

Рис. 9. Функциональная схема блока дистанционной защиты БРЭ

Функциональная схема блока дистанционной защиты БРЭ 2701 приведена на рис. 9. При коротком замыкании к блокам датчиков тока БДТ1 и БДТ2 подводятся соот­ветствующие токи фаз и ток нулевой последовательно­сти. При этом па выходе БДТ1 формируются соответст­вующие сигналы kIА, klc, kI0, подводимые к блокам реле тока РТЛ, РТС, PT0. В соответствии с видом замы­кания срабатывают определенные реле тока и через повторители блока БРП производят соответствующие переключения таким образом, что на выходе БРП появ­ляется сигнал kl, пропорциональный току поврежденных фаз, а также сигналы U и Un, пропорциональные соот­ветственно напряжениям поврежденных и неповрежден­ных фаз. Сигнал kl через блок ВТК поступает на вход блока реле сопротивления БРС, а также на вход БД устройства фиксации. На выходе БДН формируются также сигналы kuU и Un, пропорциональные соответст­венно сигналам U и Un. Сигнал kvU поступает на входы БРС и БД, а сигнал Uп — па соответствующий вход БРС. При наличии замыкания в зоне действия БРС сра­батывает с выдержкой времени I, II или III ступеней в зависимости от удаленности места замыкания, через БРП и БВР действует на выключатель линии (ДТ1— ДТ4 — элементы времени).
На выходе блока деления БД формируется сигнал, длительность которого пропорциональна расстоянию до места замыкания. Указанный сигнал фиксируется бло­ком фиксации БФ и запоминается на длительное время. Таким образом, по показаниям БФ можно судить о рас­стоянии до места замыкания. В БФ запоминается также сигнал с выхода БВР о срабатывании защиты, а также сигнал с выхода РТ0 о наличии двойных замыканий па землю (при условии срабатывания защиты).
С помощью блока тестового контроля ВТК возмо­жен контроль исправности блока дистанционной защиты. В режиме теста исключается возможность срабатывания выходных реле БВР через выходные контакты БРП и обеспечивается срабатывание реле РТА, РТг, РТ0 и, следовательно, их повторителей в БРП. При этом к вхо­дам БД и БРС подводится сигнал ki-U, а вместо сигнала kif подводится сигнал kuU. При этом БРС срабатывает, в блоке БФ фиксируется соответствующее контрольное число, а в блоке БТК загорается светодпод, что свиде­тельствует об исправности блока дистанционной защиты.