Общие принципы выполнения реле сопротивления, используемых в ДЗ в качестве измерительных органов, и требования к их конструкциям

Элементные базы изготовления PC. Первоначально PC, как и другие виды реле, выполнялись на электромеханиче­ских элементах главным образом на индукционном принципе. С развитием полупроводниковой техники получили широкое применение статические конструкции PC сначала на полупро­водниковых приборах, выполняемые из отдельных (дискрет­ных) элементов: транзисторов, диодов, резисторов, конденса­торов.

В 70-х годах отечественная промышленность перешла на вы­пуск PC только на выпрямленном токе с использованием дис­кретных полупроводниковых приборов. В связи с развитием микроэлектронной техники на базе интегральных микросхем (ИМС) последние стали применяться в качестве новой элементной базы при построении PC. Использование ИМС, а также элементов вычислительной техники открыло пути дальнейшего совершенствования характеристик и параметров ИО ДЗ. Появи­лась возможность уменьшения габаритов, потребления, выпол­нения PC с характеристиками сложной формы, а также повыше­ния надежности реле, в частности за счет внедрения автомати­ческих схем непрерывного контроля исправности измеритель­ных и логических элементов ДЗ. Отечественная промышлен­ность в 80-х годах начала выпуск PC с улучшенными параметра­ми на интегральных операционных усилителях. Значительные успехи в широком применении сверхбольших ИМС (СБИМС) и создании на их основе микропроцессоров и микроЭВМ позволяют приступить и в нашей стране к применению дистанцион­ных защит на микропроцессорной базе. Разработка и изготов­ление таких отечественных РЗ уже начаты [20, 21].

Принципы выполнения статических PC. Все разновидности PC основаны на сравнении абсолютных значений или фаз двух или нескольких электрических величин. Эти величины пред­ставляют собой синусоидальные напряжения U _1, U _2,..., U _n[ U ₁= U _{1 m}sin t, U ₂= U _{2 m}sin ( t + ) и т. д.]. Каждое из них являет­ся линейной функцией напряжения U _Р, и тока , измеряемых в месте установки РЗ. Сравниваемые напряжения образуются из U _Р и по выражениям, аналогичным (2.38):

U ₁ = К_{U 1} U _Р + К _{I 1} I _Р ;

U ₂ = К_{U 2} U _Р + К _{I 2} I _Р ;

……………………… (11.14)

U _n = К_{U n} U _Р + К _{I n} I _Р ;

Коэффициенты К_{U 1}- К_{U n}(11.14) являются постоянными величинами. Их значения определяют форму и уставки харак­теристики срабатывания. Коэффициенты К _{I 1}- К _{I n}представля­ют собой комплексы, имеющие размерность сопротивлений, a К_{U 1} - К_{U n}- действительные числа.

Реле сопротивления с характеристиками срабатывания в ви­де окружности, эллипса (овала) и прямой линии (рис. 11.14, а-г, ж) выполняются по принципу сравнения двух напряжений U ₁и U ₂по (11.14). Для получения реле с характеристикой в форме треугольника или четырехугольника (рис. 11.14, е,д)производится сравнение трех или четырех напряжений U _1, U _2, U _3, U ₄.

Напряжение U ₁– U _nцелесообразно выразить через сопротив­ления , поскольку поведение PC зависит от их значений. Для этого следует преобразовать правую часть уравнений (11.14), вынеся за скобки I _Р и коэффициент К_U при U _Р, тогда с учетом того, что U _Р = I _Р , получим:

U ₁ = К_{U 1} I _Р = К_{U 1} I _Р ( - );

……………………………………………….. (11.14а)

U _n = К_{U n} I _Р = К_{U n} I _Р ( - ).

Здесь принято, что = ,..., Z_n = . Сопротивления и Z_n являются постоянными комплексными величи­нами, определяющими форму характеристики и уставки сра­батывания реле.

Реле сопротивления на полупроводниковых элементах вы­полняются на сравнении абсолютных значений и на сравнении фаз. Последние более быстродействующие (они могут срабаты­вать в течение полупериода промышленной частоты, т. е. с t 0,01 с) и проще в исполнении. Поэтому PC, построенные на сравнении фаз, находят все более широкое применение. Ниже рассмотрены принципы построения PC обоих видов.

Общая структурная схема дистанционного органа. Реле со­противления, выполняющие функции ДО, построенные на сравнении фаз или абсолютных значений электрических вели­чин, выполненные на полупроводниках в виде дискретных элементов или ИМС, имеют одинаковую структурную схему (рис. 11.15). Рассматривается общий случай сравнения п напря­жений U ₁- U_n, образованных по (11.14). Реле состоит из четырех частей: 1 - преобразователей напряжения П_U (ПТН) и тока П_I (ПТТ или ПТР); 2 - устройств формирования сравниваемых на­пряжений УФ; 3 - устройства УС, осуществляющего сравнение электрических величин по абсолютному значению или по фа­зе; 4 - реагирующего и исполнительного органа РО.

Напряжение U _Ри ток I _Р от измерительных ТТ и ТН подводят­ся к П _Uи П _I, которые преобразуют исходные величины U _Р, и I _Р в пропорциональные им напряжения: U _H= K _U U _Р и U _T = K _I I _Р. Эти напряжения по (11.14а) подаются к формирователям УФ. Каждый формирователь представляет собой сумматор, преобразующий входные напряжения в сравниваемые величины по (11.14)и осуществляющий их суммирование. Например, в сумматоре n образуется два напряжения K _{U n} U _Ри K _In I _Р, они суммируются, и на выходе УФ появляется напряжение U _n = K _{U n} U _Р + K _In I _Р по (11.14). Аналогично образуются напряжения на выходе остальных сумматоров. В зависимости от принципа работы PC в состав устройства формирования могут входить выпрямители синусоидальных величин, получаемых от преоб­разователей U _Р и I _Р, ичастотные фильтры, подавляющие токи высших гармоник. Напряжения U ₁- U_n с выхода УФ поступают на вход схемы сравнения УС. Здесь производится их сравнение по модулю или по фазе в соответствии с заданным условием (алгоритмом) срабатывания PC. В результате на выходе УС появляется напряжение U _вых, значение или знак которого за­висит от соотношения абсолютных значений или от фаз срав­ниваемых величин. Выходной сигнал поступает на РО. При определенных значениях амплитуд или фаз сравниваемых на­пряжений, соответствующих повреждению в зоне действия PC, на выходе РО появляется сигнал о срабатывании реле в виде U _вых > U _c.p.

Основные требования к ДО (PC). 1. Реле сопротивления I ступени должны быть быстродействующими: t _cp = 0,01 0,02 с в сетях 500 кВ, t _cp = 0,02 0,04 с в сетях 110-220 кВ.

2. Реле сопротивления, выполняющие функции ИО I, II и III ступеней ДЗ, должны иметь высокую точность при срабаты­вании в конце зоны их действия: Z = Z _y - Z _c.p.

3. Измерительные органы II ступени должны иметь k _воз= Z _B / Z _c.p 1,05 1,1, что позволит повысить их чувствитель­ность.

4. Реле сопротивления не должны работать в переходных ре­жимах при наличии в токе и напряжении апериодических со­ставляющих и составляющих с частотой, отличающейся от 50 Гц.

5. PC должны обладать высокой помехоустойчивостью, ис­ключающей их ложное срабатывание от воздействия внешних и внутренних помех.

6. PC должны быть надежными и простыми в эксплуатации, иметь возможно меньшее потребление мощности в цепях тока.