/
Author: Овчаренко Н.И.
Tags: электротехника электроэнергетика электроника электричество релейная защита журнал энергетик
ISBN: 0013-7278
Year: 1999
Similar
Text
biblem
elekbomonter
Библиотечка электротехника
Н. И. Овчаренко
МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ
КОМПЛЕКСЫ
РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
И АВТОМАТИКИ
РАСП РЕДЕЛ ИТЕЛ ЬН ЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СЕТЕЙ
ПРИЛОЖЕНИЕ К ЖУРНАЛУ
©нететж
"Библиотечка электротехника"
в первой половине 2000 г.
1. Аржанников Е. А. Чухин А. М. Автоматизированный
анализ аварийных ситуаций энергосистем.
2. Алексеев Б. А., Борозинец Б. В. Определение местных
перегревов в турбогенераторах по продуктам пиролиза
изоляции в охлаждающем газе.
3. УдрисА П. Панель релейной звщиты типа ЭПЗ-1636
для ВЛ 110-220 кВ.
4. Шуин В. А., Гусенков А. В. Защиты от замыкании на
землю в электрических сетях 6-10 кВ.
5. Бажанов С. А. Инфракрасная диагностикв электро-
оборудования распределительных устройств.
6. Шабад М. А. Автоматизация распределительных
электрических сетей с использованием цифровых
реле.
ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ
на “Библиотечку электротехника”
В России подписку должны оформить
в любом почтовом отделении связи.
Издание можно найти в объединенном каталоге
Госкомсвязи РФ "Подписка-2000”
(Российские и зарубежные газеты и журналы)
Индексы “Библиотечки электротехника”
— приложения к журналу “Энергетик":
88983 — для предприятий и организаций;
88982 — для индивидуальных подписчиков.
“Библиотечка электротехника” включена также
в подписные каталоги других стран СНГ
по договорам с АО ' Агентство по распространению
зарубежных изданий" (АРЗИ).
Справки, где принимается подписка в этих государствах,
по телефонам АРЗИ в Москве: (095) 280-83-65, 280-94-65.
Библиотечка электротехника
— приложение к журналу "Энергетик"
Основана в нюне 1998 г.
Выпуск 7(10)
Н. И. Овчаренко
МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ
КОМПЛЕКСЫ
РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
И АВТОМАТИКИ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
Москва
НТФ “Энергопрогресс”, “Энергетик”
1999
УДК 621.311.078(075.8)
ББК 31.27-05
0-35
Главный редактор журнала “Энергетик” А. Ф. ДЬЯКОВ
РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
“Библиотечки электротехника”
В. А. Семенов (председатель), И. И. Батюк (зам. председателя),
Б. А. Алексеев, К. М. Антипов, Г. А. Безчастнов, А. Н. Жулев,
В. А. Забегалов, В. X. Ишкин, Ф. Л. Коган, В. И. Кочкарев,
В. В. Лисицын, Л. Г. Мамиконянц, Л. Ф. Плетнев, В. И. Пуляев,
Ю. В. Усачев, М. А. Шабад
Овчаренко Н. И.
0-35 Микропроцессорные комплексы релейной защиты н автоматики
распределительных электрических сетей. — М.: НТФ “Энергопрог-
ресс”, 1999 — 64 с.; нл. [Библиотечка электротехника, приложение к
журналу “Энергетик”; Вып. 7(10)].
Изложены принципы действия и выполнение микропроцессорных интегри-
рованных автоматических устройств, используемых в системах собственных
иужд электрических станций и в распределительных электрических сетях,
выпускаемых И Л Ф "Радиус” (г. Москва), НТЦ “Механотроника” (г. С-Петер-
6ypi) и совместным предприятием “АББ Реле-Чебоксары”.
ISSN 0013-7278 © НТФ “Энергопрогресс”, '‘Энергетик”, 1999.
Предисловие
Особенности процессов производства, передачи, распределения
и потребления электроэнергии обусловили развитие технических
средств автоматического управления ими еще в начальной период
становления электроэнергетики.
В настоящее время они образуют высокосовершенные комп-
лексы взаимодействующих автоматических устройств управления
нормальными режимами и противоаварийного управления элект-
роэнергетическими системами (ЭЭС) и системами электроснаб-
жения.
Прежде всего возникла и непрерывно совершенствовалась тех-
ника автоматического обнаружения коротких замыканий (КЗ) и
быстродействующего отключения поврежденных электроэнергети-
ческих объектов — техника релейной защиты (РЗ).
Первыми и простейшими устройствами автоматического от-
ключения КЗ были легкоплавкие электрические вставки — предо-
хранители. Они и до сих пор остаются техническими средствами
защиты от КЗ разветвленных промышленных и бытовых электри-
ческих сетей низкого (ниже 1000 В) напряжения.
К техническим устройствам собственно РЗ относятся появивши-
еся затем электромагнитные расцепители механизмов отключения
выключателей, действующие (срабатывающие) на их отключение
при КЗ — максимальные первичные и вторичные (включаемые в
электрическую цепь через трансформаторы тока) измерительные
реле тока с контактным выходом. На их основе и выполнялись токо-
вые ступенчатые устройства РЗ систем электроснабжения.
Технически высокосовершенные вторичные электромехани-
ческие измерительные реле тока и напряжения выпускаются и в
настоящее время Чебоксарским электроаппаратаым заводом (АО
ЧЭАЗ).
В эксплуатации находится большое количество и более сложных
электромеханических контактных измерительных реле с двумя
входными воздействующими величинами — напряжением и током.
На их основе функционируют токовые направленные и дистанци-
онные устройства РЗ систем электроснабжения.
3
Технические средства РЗ радикально изменились с появлением
полупроводниковых диодов, транзисторов и тиристоров. Были
разработаны и серийно выпускались бесконтактные полупровод-
никовые измерительные реле и устройства РЗ с более высокими
показателями, прежде всего их чувствительности и избирательности
(селективности) действия.
Важным достижением аналого-дискретной бесконтактной тех-
ники РЗ явилось создание Всероссийским научно-исследователь-
ским институтом (ВНИИР) унифицированных измерительных реле
и устройств РЗ на аналоговых и дискретных интегральных микро-
электронных элементах (микросхемах). Заводом АО ЧЭАЗ выпуска-
ются комплексы микросхемных измерительных реле и устройств РЗ
серий ЯРЕ2201 и ЯРЕ2202. Они характеризуются не только техниче-
ским совершенством, но и функционируют по новым принципам.
Подлинно технической революцией в РЗ явилось внедрение в
технику противоаварийного управления ЭЭС и системами электро-
снабжения, методов и бурно развивающихся технических средств
обработки информации цифровой вычислительной техникой.
Появившиеся в последнее время интегрированные микропроцес-
сорные автоматические устройства противоаварийного управления
системами электроснабжения выполняют не только функции за-
щитного отключения — РЗ, но и функции автоматики: автоматиче-
ской частотной разгрузки (АЧР), автоматики повторного (АП В) и
резервного (АВР) включений. Они являются интеллектуальными
информационными техническими средствами автоматического
управления, обладающими свойствами изменения настройки в
соответствии с аварийной сигуаиией (адаптации), самотестирова-
ния и самодиагностики и даже самосовершенствования, благодаря
гибкому программированию.
Широкие информационные и сервисные функции, совмести-
мость и связь с персональной ЭВМ оператора-диспетчера и с более
высоким уровнем иерархической автоматизированной системы
управления (АСУ) электроснабжением обеспечивают современный
уровень реализации, высокую эффективность и надежность функ-
ционирования противоаварийной автоматики (ПА).
В данной брошюре описываются разработанные объединенным
предприятием АОО “АББ Реле-Чебоксары”, научно-техническим
центром (НТЦ) ’‘Механотроника” и научно-технической фирмой
(НТФ) “Радиус” интегрированные микропроцессорные устройства
РЗ и автоматики распределительных электрических сетей напряже-
нием 0,4 - 10 кВ.
Замечания и пожелания просьба направлять но адресу:
109280 Москва, ул. Автозаводская, 14/23.
Редакция журнала “Энергетик”.
4
1. Микропроцессорные комплексы
релейной защиты и автоматики
1.1. ДОСТОИНСТВА МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Применение методов и технических средств обработки информа-
ции цифровой вычислительной техникой в релейной защите и авто-
матике (РЗ А) [31 привело к созданию интегрированных комплексов,
выполняющих все функции традиционных устройств РЗА и облада-
ющих широкими информационными свойствами и сервисными
возможностями, существенно повышающими надежность и эффек-
тивность функционирования технических средств автоматического
управления электроэнергетическими установками.
Перспективные цифровые микропроцессорные комплексы РЗА
созданы в научно-производственной фирме (НПФ) “Радиус”
(г. Москва), научно-техническом центре (НТЦ) “Механотроника”
(г. С.-Петербург) в виде различных .модификаций многофункцио-
нальных микропроцессорных устройств РЗА распределительных
электрических сетей, типов “Сириус”, БРМЗ, БМ АЧР и др.
Совместным предприятием “АББ Реле-Чебоксары” изготавлива-
ются и поставляются на действующие энергообъекты наиболее пер-
спективные современные микропроцессорные устройства и систе-
мы РЗА, управления и сигнализации (РЗАУС):
микропроцессорные РЗ серий SPA-100, SPA-300;
комплексные устройства РЗА серии SPAC-800;
устройства РЗ линий (ЛЭП), трансформаторов, шин, генераторов
и других объектов на базе терминалов RE-500.
Разрабатываются и изготавливаются и другие типы микропроцес-
сорных устройств, позволяющих осуществлять комплексное осна-
щение электрических станций (ЭС), подстанций (ПС), промыш-
ленных предприятий и других энергообъектов всех уровней напря-
жения от 0,4 кВ устройствами РЗА (в том числе комплексами АСУ
ТП). Основанные на последних достижениях информационныхтех-
нологий они полностью отвечают специфическим требованиям
российской энергетики, доступны п обслуживании и легко интегри-
5
руются в автоматизированные системы РЗА, управления и контроля
подстанций и электрической части станций любого уровня.
Цифровые микропроцессорные комплексы являются интеллек-
туальными техническими средствами. Им присуши важные поло-
жительные свойства, отсутствующие у аналоговых устройств:
многофункциональность и малые размеры: одно цифровое изме-
рительное реле заменяет несколько аналоговых;
дистанционные изменения и проверка усгавок с пульта управле-
ния оператора;
адаптация к режиму ЭЭС — автоматическая корректировка уста-
вок РЗЛ при изменении схемы и режима работы ЭЭС;
непрерывная самодиагностика и высокая аппаратная надеж-
ность;
регистрация и запоминание параметров аварийных режимов;
дистанционная передача оператору информации о состоянии и
срабатываниях устройств РЗА;
сокращение специального технического обслуживания — перио-
дических проверок настройки и исправности устройств РЗА.
1.2. ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ЧАСТИ
В цифровых многофункциональных комплексах используются
новые принципы действия автоматических устройств, реализуемые
программно современными микропроцессорными комплектами
больших интегральных схем. На микропроцессорах (МП)с органи-
чески присущими им арифметическими и логическими свойствами
впервые реализованы алгоритмы функционирования измеритель-
ной части РЗА на основе ортогональных состааляющих синусоида-
льных напряжений и токов.
Программные алгоритмы адаптивной фильтрации напряжений и
токов электромагнитных переходных процессов при КЗ позволяют
выделять принужденные синусоидальные напряжения и токи и их
ортогональные составляющие за минимальное время.
На основе ортогональных составляющих осуществимы быстро-
действующие многофункциональные измерительные преобразова-
тели режимных параметров ЭЭС в сигналы информации (1J, испо-
льзуемые измерительной частью интегрированных микропроцес-
сорных комплексов.
На рис. I приведены структурные схемы цифрового измеритель-
ного реле максимального тока и его программы, иллюстрирующие
микропроцессорную реализацию комплексов РЗАУС (1). Из сину-
соидального (отфильтрованного) входного тока — его дискретных
после аналого-цифрового преобразования мгновенных значений
19{пТ) — выборок, следующих во времени с интервалом дискретиза-
6
Рис. I. Структурная схема («) и алгоритм (б) цифрового измерительного реле макси-
мального тока и схема измерительного реле полного сопротивления {в)
7
ими, например, Т- I0-3 с (21 выборка за период Тп промышленной
частоты), программной операцией UQZ формируются ортогональ-
ные — синусная /р5(лГ) и косинусная 7р< (лГ) составляющие тока.
Возведением их в квадрат (операциями перемножения ZX) и сум-
мированием (операцией SM) вычисляются дискретные значения
квадрата амплитуды тока I*m(nT). Производится сравнение двоич-
ного цифрового кода квадрата амплитуды тока с установленным
значением — уставкой реле l*m.
По результатам сравнения, а именно при 1*т > 7^, формируется
дискретный сигнал (логическая единица) срабатывания измерите-
льного реле.
Вся программа выполняется за вычислительное время МП, мень-
шее интервала Тдискретизации входного тока. Поэтому информа-
ция на выходе реле (наличие или отсутствие дискретного сигнала —
логической единицы) обновляется после каждого интервала диск-
ретизации, т.е. каждую миллисекунду (при Т= 10'3 с). Измеритель-
ное реле практически безынерционно, а его точность определяется
разрядностью аналого-цифрового преобразователя (АЦП).
Структурная схема измерительного реле полного сопротивления
(рис. I, <?) иллюстрирует программную микропроцессорную реали-
зацию измерительных реле с двумя входными воздействующими ве-
личинами — напряжением Uv и током 7Р. По их дискретным (после
АЦП) мгновенным значениям Up(nT)t 1р(пТ) формируются и возво-
дятся в квадрат ортогональные составляющие Up^(nT) и /рс(яТ);
вычисляются дискретные значения квадратов амплитуд напряже-
ния Upm(nT) и тока Их частное после операции деления
определяет дискретное значение квадрата абсолютного значения
сопротивления 7р(лГ), которое сравнивается с уставкой Z*. Изме-
рительное реле сопротивления минимальное, поэтому дискретный
потенциальный сигнал о срабатывании реле (выход Да) формирует-
ся операцией сравнения при Zp{nT) <Z*. Сигнал выдастся (или не
выдается) в каждый интервал дискретизации Таналого-цифрового
преобразователя мгновенных значений напряжения и тока.
Такой алгоритм используется и для определения расстояния до
места КЗ.
В цифровых направленных измерительных реле сопротивления с
круговой и более сложными характеристиками срабатывания про-
граммно реализуются соответствующие алгоритмы обработки двух
и более сравниваемых величин, сформированных из тока и напря-
жения (1,2).
Цифровые измерительные реле промышленной частоты и реле
угла слвига фаз программно реализуются с использованием тайме-
ров микропроцессоров и счетчиков их тактовых импульсов.
8
2. Микропроцессорные устройства
релейной защиты и автоматики
НПФ “Радиус”
Научно-производственная фирма “Радиус” НИИ “Зенит” по-
ставляет микропроцессорное интегрированное устройство типа
“Сириус", выполняющее функции:
трехступенчатой токовой РЗ от многофазных КЗ с вычислением
расстояния до места повреждения;
защиты от однофазных замыканий на землю;
зашиты от несимметричных режимов и потери фазы;
исполнения воздействий на отключение от дуговой защиты КРУ
и газовой защиты трансформатора;
устройства резервирования отказа выключателя (УРОВ) в дей-
ствии на отключение КЗ;
автоматики повторного включения (АПВ);
фиксирования и хранения обширной информации о девяти
последних аварийных ситуациях в системе электроснабжения, о
запусках и действиях устройства и произведенных отключениях и
включениях.
Несколько типоисполнений микропроцессорных фиксирующих
индикаторов (ИМФ) обеспечивают автоматический поиск повреж-
денного присоединения при однофазном замыкании на землю или
обрывах провода, определение расстояния до места междуфазного
КЗ, фиксирование значений составляющих нулевой последователь-
ности (НП) напряжений и токов, необходимых для расчетов рассто-
яний до места однофазного повреждения.
Микропроцессорный анализатор режимов работы электрической
сети “Марс” выдает информацию о действующих значениях фазных
и междуфазных напряжений и токов, частоте напряжения, состав-
ляющих ОП и НП и отдельных гармонических составляющих
напряжений и токов (со 2-й по 11-ю гармоники); информацию об
активной, реактивной и полной мощностях каждой фазы и коэф-
фициенте мощности. В устройстве применяются 16-символьный
9
электролюминесцентный знакосинтезирующий индикатор и кла-
виатура из 20 кнопок
Фирма производит и микропроцессорные автоматические
устройства для испытаний и диагностики воздушных выключателей
низкого напряжения (НН) и встроенных в них простых технических
средств РЗ: тепловых и электромагнитных расцепителей, вторичных
электромагнитных и полупроводниковых измерительных реле.
Такими являются автоматические устройства серий “Сатурн” и
“Уран”.
В комплектных распределительных устройствах (КРУ) устанав-
ливаются устройства серий “Сириус” и ИФМ-10.
Интегрированное микропроцессорное устройство РЗЛ “Сириус”
обладает особенностями, обусловливающими его информационные
и технические достои нства:
использование в РЗ от однофазных замыканий на землю (033)
гармонических составляющих тока НП, обеспечивающих независи-
мость ее действия от степени компенсации емкостного тока 033;
вычисление расстояния до места КЗ;
сохранение работоспособности устройства в течение некоторого
времени (не менее 0,5 с) после пропадания напряжения источника
питания;
возможности дистанционного ввода уставок и переноса инфор-
мации о действиях устройства в ПЭВМ;
расширенный диапазон рабочих температур (от —20 до +50 “С);
возможность дополнения устройства мгновеннодействующей
селективной РЗ от потери фазы.
Трехступенчатая токовая РЗ имеет уставки программных изме-
рительных реле максимального тока первой ступени 10- 200 А,
второй ступени 5 — 50 А и третьей ступени 1 — 20 А. Минимальные
токи срабатывания ОП /2 и НП чувствительных РЗ от несиммет-
ричных режимов и однофазных замыканий на землю составляют
О, I А. Устройс тва РЗ имеют соответствующие выдержки времени иа
срабатывание.
Программируемые двукратное АП В, ускорение действия РЗ при
включении и запрет АП В при отключении выключателя ключом
или кнопками, расположенными на корпусе устройства, управле-
ния им: УРО В, действующее на отключение выключателей (ввода
или секции шин), фиксирование неуспешного действия АП В,
отображение информации влфавитно-цифровым индикатором и
светодиодами о состоянии и действии устройства составляют набор
выполняемых им функций ПА.
Надежность функционирования сложного интегрированного
устройства обеспечивается постоянным самотестированием с выда-
10
О n!F* эаш.итч
О Срабамиваиие защиты
О Работа ЯРОВ
О Лбарийяое откйючшат
О НеисараВкоаян
О АП& сработало
Сброс
О ЛОВ блокировано
Вкя. Вил. Окл. Вкл.
АП6
ОКТА ffPKB
О}
Орм. Сшил.
б)
Рис. 2. Внешний вил (а} н функциональная схема (0 микропроцессорного устройства
защиты н автоматики “Сириус”
п
чей сигнала об отказе его действия. Наработка на отказ составляет
25 тыс. ч.
Устройство РЗА “Сириус” выполняется в корпусе размерами
350 х 350 х 150 мм и имеет массу 10 кг (рис. 2, а).
На рис. 2, б приведена структурная схема устройства. Его вычис-
лительная часть состоит из платы главного МП ПРЦ-1 Вспомога-
тельный МП ПРЦ-2 расположен на плате аналого-цифрового пре-
образователя АЦП предварительно обработанных аналоговыми
активными частотными фильтрами мгновенных напряжений
Напряжения пропорциональны фазным токам /о, /й, 1С и току нуле-
вой последовательности 3/0 первичных измерительных трансфор-
маторов 7/1 (см. рис. 3) и трансформатора тока (ТТ) нулевой после-
довательности ТЛ0. Токи преобразуются в напряжения вторичными
измерительными трансформаторами TAL. нагруженными балласт-
ными резисторами /^(рис. 2, б).
Аналого-цифровой преобразователь, подключенный к указан-
ным напряжениям аналоговым мультиплексором (на рис. 2, б не
показан), с интервалом дискретизации Т= Т„/12— 1,66 с выдает
дискретные в двоичном коде мгновенные значения напряжений
и(л7), аналогичные дискретным мгновенным значениям тока
1р(пТ), показанным на рис. I, а (13 выборок за период Т„ промыш-
ленной частоты).
Микропроцессор ПРЦ-2 выполняет функции цифровых частот-
ных фильтров принужденных составляющих напряжений, пропор-
циональных токам электромагнитного переходного процесса КЗ,
выделяет их ортогональные — синусную U,(nT) и косинусную
Uc(nT) составляющие (см. рис. I) и симметричную составляющую
обратной последовательности и вычисляет сумму гармоник (7-й и
близких к ней) тока нулевой последовательности.
Через каждые три интервала дискретизации, т е. периодически
через время ЗГ= Тц/А = 5 мс, необходимое для выделения указан-
ных составляющих [1], результаты вычислений передаются в глав-
ный процессор ПРЦ-1.
Главный процессор, содержащий ПЗУ с программами функцио-
нирования, ОЗУ дискретных значений указанных напряжений и их
составляющих и другую оперативную информацию, производит
возведение в квадрат ортогональных составляющих и их суммирова-
ние (см. рис. 1, а), вычисляет квадраты амплитуд наибольшего из
фазных токов, тока обратной последовательности и сумму квадра-
тов амплитуд гармоник тока нулевой последовательности
Затем они сравниваются с установленными значениями (уставка-
ми) токов срабатывания РЗ. При превышении ими уставок запуска-
ется таймер необходимой задержки срабатывания первой ступени
(отсечки) токовой защиты от КЗ или ее второй и третьей ступеней и
12
Рис. 3. Схема подключения мнкропропессорного устройства защиты и автоматики
“Сириус”
других РЗ. При этом уставки автоматически несколько снижаются
для обеспечения высокого (близкого к единице) коэффициента воз-
врата измерительных реле максимального тока, что является одной
из особенностей микропроцессорного устройства.
13
Главный процессор ПРЦ-I выполняет логические алгоритмы
УРОВ (рис. 3), АП В выключателя, частотного повторного вклю-
чения (ЧАП В), координацию и выполнение сигналов управления
выключателем и отображения информации.
При запуске, срабатывании и наборе задержек и выдержек време-
ни РЗА процессор перепрограммирует так называемый сторожевой
ИФ-таймср (см. рис. 2, б), который в обычном (ждушем) режиме
устройства производит его периодическое тестирование и мог бы
приводить к отказам действия РЗА на отключение и включение
выключателя.
Главный процессор ПРЦ-1 может обмениваться информацией с
ПЭВМ (по интерфейсу RS-232C) или по волоконно-оптической
линии связи (ВОЛС) с вышестоящими уровнями иерархической
автоматизированной системы технологического управления
(АСУ ТП) (рис. 3).
На структурной схеме устройства (рис. 2. б) показаны плата галь-
ванической (оптронной) развязки входных (выходных) цепей и МП,
исполнительные (выходные) электромагнитные реле с гермети-
зированными магнитно-управляемыми контактами, панель уп-
равления и источник питания постоянного или переменного (по
бестрансформаторной схеме) тока.
Панель управления содержит клавиатуру (четыре кнопки) и жид-
кокристаллический (ЖК) дисплей, с платой управления, ключи
задания программы работы (конфигурации) устройства и светодио-
ды сигнализации о его действии. Настройка конфигурации осуще-
ствляется с клавиатуры, от ПЭВМ или по ВОЛС от АСУ ТП.
На рис. 3 приведена схема подключения микропроцессорного
устройства РЗА “Сириус” штепсельными разъемами к первичным
измерительным трансформаторам тока ТА, ТА0, к цепям внешних
входных сигналов (набор контактов Кс обозначениями их функцио-
нального назначения), цепям отключения и сигнализации, к ПЭВМ
и ВОЛС (через оптрон VE), источнику питания.
На рис. 3 показаны исполнительные электромагнитные реле KLc
обозначениями их функционального назначения, цепи возбужде-
ния реле отключенного РПОм включенного P/7Z?состояний выклю-
чателя О от его вспомогательных контактов Q. /, Q.2 через обмотки
электромашитов включения YA С и отключения YA Т выключателя,
светодиоды VD.
Автоматическое устройство поиска поврежденного присоединения
ИМФ10 представляет собой направленную РЗ нулевой последова-
тельности с действием на сигнал. Применяется в сетях с изолиро-
ванной или нелокомпенсированной нейтралью, поскольку функ-
ционирует на основе определения фазы емкостного тока НП про-
мышленной частоты в контролируемом присоединении не меньше
0,25 А. Устройство рассчитано на 10 присоединений — ЛЭП Л1 +
+ Л10. Оно подключается к соединенным по схеме разомкнутого
14
Рис. 4. Функциональная схема микропроцессорного устройства поиска поврежденного
присоединения ИМФ-10
треугольника обмоткам трехобмоточного трансформатора напря-
жения (TH) 7% и к измерительному трансформатору тока нулевой
последовательности 7И0 кабельной или специальной для присоеди-
нений КРУ конструкции.
Устройство обеспечивает вывод на алфавитно-цифровой индика-
тор АЦИ (рис. 4) следующей информации:
номер поврежденного присоединения;
время и лень возникновения 033;
действующие значения первичных напряжений и тока НП по-
врежденного присоединения;
фазы токов НП во всех присоединениях.
Информация запоминается о девяти последних 033.
Устройство выполнено на микропроцессоре ПРЦ типа
KI810BM88, который производит фиксацию в течение двух перио-
дов Ти промышленной частоты через указанный интервал Т = 72,/12
дискретных мгновенных значений напряжения 3Un и токов
ЗДи?/* 34//W (рис. 5) нулевой последовательности поступающих от
аналого-цифрового преобразователя АЦП (рис. 4). Напряжения и
токи вторичных измерительных трансформаторов ВИТ предвари-
тельно фильтруются активными аналоговыми частотными фильтра-
ми А ЧФ и через аналоговый мультиплексор МП поступают последо-
вательно во времени на АЦП.
Процессор ПРЦ производит их окончательную фильтрацию»
корректировку фаз токов, необходимую, в связи с указанным по-
следовательным поступлением их мгновенных значений в АЦП*
определение углов сдвига фаз между комплексными напряжением
3£f0 и токами 3/0Л/ 3[^10 и выявляет поврежденное присое-
динение, фаза тока НП в котором противоположна фазам токов
неповрежденных присоединений.
Запуск устройства производится при превышении появившимся
напряжением 3UQ НП установленного элементом задания уставок
ЭЗУзначения 3(7^, а током значения 3/ру.
15
Рис. 5. Схема подключения устройства ИМФ-10 к цепям первичных измерительных
трансформаторов
Срабатывание устройства сигнализируется замыканием кон-
такта Я£2(рис. 5) выходного реле /?Р(рис. 4), а номер ЛЭП, на кото-
рой произошло однофазное замыкание на землю, высвечивается на
алфавитно-цифровом индикаторе АЦИ.
Процессор периодически производит тестирование устройства и
при его неисправности возбуждает выходное реле сигнализации
KLloft отказе.
Вывод информации на индикатор АЦИ производится четы-
рехкнопочной клавиатурой КЛ. Индикатор высвечивает абсолют-
ные значения (модули) и фазы токов НП и другую обширную
информацию.
При подключении устройства особое внимание обращается на
правильность полярности обмоток первичных 7То, ГЛ0 и вторичных
TVL, TAL измерительных трансформаторов (начала обмоток на
рис. 5 обозначены точками), поскольку устройство функционирует
по принципу сравнения фаз [I].
16
3. Микропроцессорные комплексы
релейной защиты и автоматики
НТЦ “Механотроника”
3.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ
Научно-техническим центром “Механотроника” совместно с
ЛЭ М3 и “Электромаш” выпускаются комплекты многофункцио-
нальных микропроцессорных блоков РЗА типа БМРЗ 04, специ-
альных РЗ синхронных электродвигателей БМРЗДС, автомати-
ческой частотной разгрузки и частотного АП В типа БМ АЧР с
многофункциональным цифровым реле частоты БМ МРЧ.
Многофункциональный микропроцессорный блок БМРЗ 04 наибо-
лее универсален и выполняет функции:
направленной трехфазной или ненаправленной двухфазной
трехступенчатой токовой РЗ с комбинированным пуском по на-
пряжению с независимой и обратнозависимой от тока выдержкой
времени;
направленной РЗ от однофазных замыканий на землю;
защиты от несимметрии нагрузки и обрыва фазы;
логической РЗ шин;
резервирования отказа выключателей (УРОВ);
автоматики повторного включения (АПВ);
автоматики включения резервных выключателей (АВР);
автоматики ограничения снижения напряжения (РЗ минималь-
ного напряжения);
исполнения воздействий автоматики ограничения снижений и
повышений частоты и частотного АП В;
определения места повреждения и осциллографирования элект-
рических величин в аварийных режимах;
выполнения команд от внешних устройств управления;
электродуговой защиты и самодиагностики.
Блок защит синхронных электродвигателей БМРЗ ДС содержит
новую по принципу действия РЗ от возможного после отключения
17
КЗ в сети выпадения его из синхронизма, защиты любых электро-
двигателей от несиммстрии и повторного пуска при перегреве.
Функциональные и информационные возможности БМРЗ ДС:
настройка путем программирования;
местный и дистанционный ввод параметров настройки;
отображение установленных значений параметров срабатывания
защит;
сигнализация срабатывания РЗ и о неисправностях на панели
блока и в АСУ ТП, учет качества пусков РЗ;
отображение напряжений и токов ОП;
измерение потребляемой СД активной мощности;
контроль и индикация положения выключателя СД;
запись пускового тока СД, учет количества его пусков;
информация, хранение и отображение информации озапусках РЗ
при пусках СД и срабатываниях РЗ при трех последних аварийных
ситуациях;
осциллографирование напряжений и токов последнего КЗ;
непрерывный самоконтроль исправности и возможность провер-
ки оператором без отключения блока;
двухсторонний обмен информацией с ПЭВМ и АСУ ТП.
Микропроцессорные блоки БМ МРЧ и БМАЧР выполняют функ-
ции измерительно-вычислительной и исполнительной частей авто-
матики ограничений снижения и повышения частоты с контролем
снижения напряжения и частотного АП В и обеспечивают:
предотвращение снижения частоты до опасного уровня по ус-
ловию наступления необратимого лавинообразного ее падения
(“лавины частоты”), т.е. функционирование автоматики частотной
разгрузки категории АЧР1;
восстановление нормального уровня частоты автоматикой час-
тотной разгрузки категории АЧР11;
предотвращение быстрого снижения частоты автоматикой,
функционирующей по скорости ее падения — АЧРШ;
АП В отключенных АЧР1 — АЧР1П потребителей электроэнергии
после восстановления частоты.
Они также выполняют информационные и сервисные функции и
обладают самодиагностикой.
3.2. МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ЗАЩИТЫ
И АВТОМАТИКИ
Микропроцессорный комплекс типа БРМЗ 04 выполняет раз-
личные функции РЗА, управления и сигнализации и обладает, как
указывалось, обширными информационными и сервисными свой-
ствами. Он содержит ступенчатую токовую направленную РЗ от
18
междуфазных КЗ, защиту от замыканий на землю, от несиммстрии и
обрыва фазы, защиту минимального напряжения и выполняет
функции УРОВ, АПВ и исполнительной части АЧР и ЧАПВ.
Трехступенчатая токовая защита с контролем по напряжению и
направлению мощности КЗ и ускорением действия имеет независи-
мые выдержки времени DT1 первой (реле максимального тока КА1)
и DT2 второй (реле КА2) ступеней и обратно зависимые от тока ха-
рактеристики выдержек времени ОГЗтретьсй (релетока КАЗ}ступе-
ни (рис. 6). Характеристики определяются вычислениями времени
срабатывания в секундах по соотношениям:
международная инверсная £-типа (рис. 7, а)
»I=o,i4M(V4)W2-4; <’>
международная длительно инверсная TV-типа (рис. 2,6)
(2)
пологая, аналогичная характеристике индукционного реле РТ-80
(рис. 7, в)
" 20{[(/р//у)-1],в + 7’yj’
крутая, аналогичная характеристике электромагнитного реле
прямого действия РТМ (рис. 7, г)
---------Ц—. w
301(/р//у)3+7’у]
где /р, £у — ток на входе и установленный ток срабатывания; ЛГУ —
установленный коэффициент; Ks = 0,05 + 1,0, изменяется через
ДЛГ= =0,05; Ту — установленная постоянная выдержки времени;
7^ = 0,1 + 1,0 с, изменяется через А Г = 0,1 с.
Характеристики устанавливаются ключами SG10, SGIl, а клю-
чом SG9 вводится независимая от тока выдержка времени DT4
(рис. 6).
Измерительная часть РЗ реализуется программными опера-
циями;
трех однофазных измерительных реле максимального тока КА1*
+ КАЗ, подключаемых (ключами SGI.SG3) через максиселектор
тах ко вторичным измерительным трансформаторам тока TAL,
нагруженным балластными резисторами Я;
одного измерительного реле минимального напряжения KV2 с
минисслсктором min трехфазного напряжения вторичных транс-
форматоров 7V£;
19
Рис. 6. Функциовалышя схема токовой стужетатой защиты микропроцессорного устройств* защиты ж автоматики БРМЗ 04
Рис. 7. Характеристики выдержек времени третьей ступени микропроцессорной токовой защиты
фильтра ZV2 и реле KV1 напряжения обратной последователь-
ности;
двух измерительных реле КИ'направления мощности, определя-
ющих, как указывалось, углы сдвига фаз между напряжениями и
токами ИаЬ> [с и Ц,,с, Xj, включенных по 90-градусной схеме (1J, с
выходом через логическую операцию ИЛИ (на схеме нс показана).
Функционирование РЗ традиционное. Все три ступени могут
контролироваться (логические операции DX1 — DX3) через ключи
SG4— SG6 по минимальному напряжению (ключ SG7) или (опера-
ция £) W1):
по напряжению обратной последовательности (ключ SG8)'t
по направлению мощности КЗ (ключи SG13, SG14).
Первая (КА1) и вторая (КА2) ступени с токами срабатывания,
обозначенными как /))>, f)) соответственно и устанавливаемыми в
пределах 1,5-е-100 А (через 0,1 А), действуют (операция £>И<2
(ИЛИ)] на отключение выключателя. Третья ступень (КАЗ) стоком
срабатывания 7), устанавливаемым в пределах 0,5 4-50 А (через
0,1 А), действует в зависимости от положения ключа SG17 на от-
ключение или на сигнализацию о перезагрузке.
На схеме (рис. 6) показаны особенности программной РЗ:
цепь (DW3 и ключ SG16) формирования сигналов контактами
геркона К£, запускающего логический алгоритм защитного отклю-
чения шин распредустройства;
формирование (операция DX4) сигнала о запуске первой и вто-
рой ступеней зашиты;
цепь запрета (блокировки) АП Вот первой (К/17) ступени зашиты;
дистанционное управление настройкой (переключение про-
грамм) измерительной и логической частей;
Рис. 8. Функциональная схема алгоритма автоматического повторного включения
22
Рис. 9. Функциональная схема алгоритма автоматического включения резервного
выключателя
цепь ускоренного отключения (УО).
Защита от замыканий на землю функционирует с контролем или
только напряжения, или напряжения и тока, или напряжения, тока
и направления мощности нулевой последовательности (устанавли-
вается программно) с одной или двумя независимыми выдержками
времени срабатывания. Характеризуется низким током (от0,05 А) и
напряжением (от 5 В) срабатывания.
Защита от несимметричной перегрузки и обрыва фазы является
традиционной токовой защитой обратной последовательности.
Выполнение функции резервирования отказа выключателя (УРОВ)
предусмотрено только в БРМЗ ввода в КРУ и секционного вы-
ключателя.
Автоматика повторного включения выключателя (AIIB) запуска-
ется, как обычно [Ц, при несоответствии положения ключа управ-
ления и состояния выключателя. Пуск производится дискретным
сигналом (логической единицей) от токовой РЗ ТЗ или (операция
DWI) от реле РПО отключенного положения выключателя (рис. 8)
н при готовности АП В к действию (операция DXI).
При включенном ключе SGI релейный формирователь FI выдает
дискретный импульсный сигнал, который, поступая на вход 51 триг-
гера STI, запоминается им при отсутствии запрещающего сигнала
иа входе В общей блокировки АПВ (операция РИ<?), его блокиров-
ки от первой ступени (КА!) зашиты, запрета при действии УРОВ
или неисправности БМРЗ.
23
Через операцию 0X2 при наличии единичного логического
сигнала об отключенном выключателе от РПО запускается таймер
МП DTI и, спустя время срабатывания первого цикла АПВ!9 фор-
мирователь F3 через DW4 импульсным воздействием повторно
включает выключатель.
При необходимости (включен SG2) срабатывание АПВ1 запо-
минается триггером ST2(через F2, ОХЗ) второго цикла АПВ2, если
на его входе Л отсутствует один из указанных запрещающих сиг-
налов или сигнал запрета АПВ2 по напряжению нулевой по-
следовательности ЗЦ) (операции DIK?, DW5t ключ SG4). При этом
сигналом формирователя F2, поступающим через DW2 на вход Я,
триггер STI возвращается в исходное состояние.
Через установленное время таймера 0Т2при наличии сигнала на
входе 0X4 о новом отключении выключателя (от РПО) формирова-
тель F4 через DW4 выдает импульсное воздействие на включение
выключателя второй раз. Формирователь F5 через OW5 возвращает
триггер ST2 в исходное состояние и через DW2подтверждает возврат
триггера ST1.
Время срабатывания устанавливается от 0,5 с через 0,1 с, а время
готовности к новому действию составляет 120 с.
Автоматика включения резервного выключателя (АВР) имеет осо-
бенность — обеспечивает повторное включение рабочего и отклю-
чение резервного выключателей после восстановления напряжения
на рабочем вводе. Поэтому программно реализуются как традици-
онный пусковой орган как минимального (измерительные реле
КУ 1—КУЗ на рис. 9), так и максимального напряжений (реле
КУ4-КУ6)с переключением TVLc ТУсекции на ТУрабочего ввода.
Второй особенностью является формирование сигнала разреше-
ния АВР(герконом KL3)y которое нс происходит при несимметрич-
ном напряжении на рабочем вводе (неотключенное двухфазное КЗ),
контролируемом операцией совпадения (инверсией) ОХЗ (\4 - НЕ)
срабатывания всех трех реле максимального напряжения, и при на-
личии однофазного замыкания наземлю, контролируемого измери-
тельным реле напряжения КУ 7 нулевой последовательности (при
включенном SG2) через OW/(Wl И — НЕ).
При наличии сигналов разрешения АВР и от реле включенного
положения РПВ1 рабочего выключателя, срабатывания всех трех
реле KVI- КУЗ минимального напряжения и отсутствии сигналов
блокировки АВР и неисправности БМРЗ программной операцией
DXI (при включенном SG1) запускается таймер DT1 выдержки вре-
мени срабатывания АВР. Его дискретный сигнал, поступая на вход
5, триггера S77, запоминается им при отсутствии на входе Л (опера-
ция OW1) указанных запрещающих сигналов. При наличии сигнала
от реле отключенного положения РПО резервного выключателя че*
24
Рис tO. Схема подключения микропроцессорного устройства защиты и автомагики
БРМЗ 04
25
рез операцию DX2 формирователь F1 возбуждает геркон KL1, воз-
действующий на включение резервного выключателя (АВРвкл.).
Сигнал включения запоминается триггером ST2, подготавливаю-
щим (операция DX4) формирование воздействия на отключение
резервного выключателя (АВР откл.). Отключение происходит
после срабатывания одного из реле (KV4) максимального напря-
жения: запускается таймер DT2 и при наличии сигнала от реле
включенного положения секционного выключателя РПВ2 (опе-
рация DX5) с выдержкой времени DT3 импульсным сигналом
формирователя F2 возбуждается геркон KL2. Выдаются сигналы
информации о пуске, включении (Пуск АВР) и отключении
(АВРоткл.) резервного выключателя.
Длительности выдержек времени постоянны и составляют 0,5 с, а
длительности импульсных воздействий возбуждения герконов KL1,
KL2 равны 0,8 с.
Автоматика ограничения снижения напряжения представляет
собой программную РЗ минимального напряжения с контролем
напряжений двух или трех фаз с уставками измерительных реле
минимального напряжения 20 - 80 В и выдержками времени
0,1 - 100 с, изменяемыми через 1 В и 0,1 с соответственно. При
пуске токовой РЗ производится запрет ее действия.
Комплект БМРЗ состоит из нескольких блоков, адаптированных
к присоединениям КРУ: рабочий ввод (БМРЗ ВВ), секционный
выключатель (БМРЗ СВ), воздушная или кабельная линия. Особым
является блок специальных РЗ электродвигателей БМРЗДС, со-
держащий новую по принципу действия автоматику опережающего
отключения синхронного электродвигателя, предотвращающую его
попадание в асинхронный режим.
На рис. 10 приведена полная схема внешних подключений БМРЗ
к первичным измерительным трансформаторам напряжения TV и
тока ТА, тока нулевой последовательности ТА, цепям управления
электромагнитами YAC включения и УЛ Г отключения и фиксации
состояний выключателя Q: включен (реле РПВ}, отключен (реле
РПО), а также к ПЭВМ и ВОЛС к АСУТП (каналы RS-232 и
RS-485). Показаны контакты разъемов подключения модулей, из
которых состоит БМРЗ: аналоговых сигналов МАС, цифрового
преобразования МЦП, ввода-вывода МВВ, блока питания БП.
Показаны оптотранзисторные элементы-оптроны VE гальваниче-
ской развязки внешних цепей и микропроцессорных микросхем.
Для внешнего подключения поставляются соответствующие
жгуты проводов.
26
3.3. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ ЗАЩИТЫ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Из указанных в §3.1 функциональных и информационных
свойств микропроцессорного комплекса РЗА электродвигателей
БМРЗ ДС особо выделяется новая, реализуемая только расчетным
алгоритмом в реальном времени микропроцессорная функция опе-
режающего автоматического отключения (ФОО) синхронного
электродвигателя (СД) при КЗ в сети, который после отключения
КЗ, выпадал бы из синхронизма. Такой асинхронный режим при на-
личии возбуждения крайне опасен для мощных СД ввиду не только
динамических воздействий токов, превышающих токи КЗ на его вы-
водах, но и возможном механическом резонансе, разрушающем СД.
Алгоритм опережающего отключения выявляет КЗ в электриче-
ской сети и определяет сохранит ли СД синхронную устойчивость
после отключения КЗ. Для этого используется информация о
напряжениях и токах прямой и обратной последовательностях и об
активной мощности.
Прогноз возможного выпадения из синхронизма производится
расчетами в темпе переходного процесса и сопоставлением избы-
точной кинетической энергии ротора СД с ее предельно допусти-
мым по условиям сохранения синхронной устойчивости значением.
Задаваемые для реализации функции опережающего отключения
установленные значения (уставки) симметричных составляющих
напряжений, токов, активной мощности и допустимой избыточной
энергии ротора определяются электромеханическими данными СД
и приводного механизма.
Проведенные испытания на физической модели РАО “Газпром”
СД мощностью 4000 кВт показали лишь 3 % излишних его опере-
жающих отключений при КЗ в электрической сети.
Нетрадиционной является и РЗ от повторного пуска перегретого
СД, также функционирующая на основе расчетного алгоритма его
теплового состояния. Не практиковалась ранее и РЗ приводного
агрегата от опасных для него дискретных изменений нагрузки.
Защита СД от КЗ и ненормальных режимов работы (перегрузка,
несимметрия, однофазное замыкание на землю) осуществляется
устройствами, входящими в состав многофункционального блока
БМРЗ-04 (см. § 3.2).
На рис. 11 приведена схема подключения БМРЗ ДС к измери-
тельным трансформаторам напряжения ГУитока ГА электродвига-
теля, к электромагнитам ЫГотключсния и Е4Свключения выклю-
чателя через сигнальные контакты Q. I, Q.2выключателя Q (на рис.
не показан), источнику питания =/~220 В (постоянного или пере-
менного тока), а также к ПЭВМ (канал RS-232) и ВОЛС с АСУ ТП
27
5П-ХТ1
Цель
1 •l-Z2Ob
3 1-Z20&
<> Камне
мвв-xz
Розетка
РПЮ-ЗОЮ
<₽хл
XL I
=1~Z2DB.
KL2
O/txasZ
KLS
-Z20B
YAC
YAT 0.1
БМРЗДС
}-*-*5B
I
Г--24В *
Цепь
Отказ f
KLS,
Прдп
Вызоб
Жгут I
3MH-Z
Ф00
3NH-1
KL13
ЗПД1
ЗПД2
MHJl-XZ
МП-Х2 ’’Шх'
ВилкаО~$и1>
D6-3M
(XSiBSJ
МВВ-ХТ1
XL IS
*> Цепь
I Откл.
5 РПВ
t РПО
Б 'ZZOB
!
МЛС-ХТ1
S Цепь
а
а 1Л ~
в // “
Q
MAC-XTl
-о- Цепь
1
2
4 Uc
5
Б Корпус
XL&
KLB.
KLS,
Цель Чйхт.
РхП 3
ТхВ 5
CNO 7
RI 9
★5В&л 2
Vffux..
Цель <е/а
RxD Z
ТхВ 3
ENB 5
XI 9
Вилка D-Sut
VlxTx’ ПВ-ЭМ
IR3-Z3Z)
Txff
a’xFI cm»
’Cnb\cB3BM
Рис. IL Схема подключения микрсприцессорной защиты синхронных электродвигате-
лей БРМЗДС
28
(канал RS-485). На схеме (как и на рис. 10) обозначены модули ана-
логовых сигналов МАС, цифрового преобразователя МЦП. ввода
вывода МВВ, блока питания Б fl. Показаны светодиоды VD1, VD2
сигнализации включенного (РПВ) и отключенного (Р11О) положе-
ний выключателя.
К модулю МВВ-Х2 розеткой РП10-ЗОЛУ подключается жгут
проводов от контактов исполнительных реле KL1 + KL14, функцио-
нальные назначения которых обозначены:
ФОО— функция опережающего отключения;
ЗМН~ зашита минимального напряжения;
ЗПД — защита перегретого электродвигателя;
ПРДП — предупредительная сигнализация.
Контактом реле KL15 производится отключение выключателя
электродвигателя.
3.4. АВТОМАТИКА ЧАСТОТНОЙ РАЗГРУЗКИ
И ПОВТОРНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ
Микропроцессорный блок автоматической частотной разгрузки
БМ АЧР совместно с блоком многофункционального реле частоты
БМ МРЧ обеспечивают функционирование исполнительной и
измерительно-вычислительной частей автоматики ограничения
снижения частоты — автоматики частотной разгрузки категорий
АЧР1, АЧРП и АЧРП1 и частотного АП В.
Важная особенность микропроцессорной частотной автомати-
ки — свойство адаптивности к возникающему дефициту мощности
не допускает излишних отключений при снижении частоты.
Отличительными особенностями ее измерительной части
являются:
программирование восьми частотных измерительных реле с
контролем частоты, скорости ее изменения и напряжения;
высокая точность и стабильность уставок но частоте в переделах
45 + 55 Гн, скорости изменения частоты 0 < df/dt< 10 Гц/с, напря-
жения 0,4 ч- 1,2 номинального значения, выдержек времени АЧРП и
ЧАП В, изменяемых в пределах 0 -г 120 с;
осциллографирование электрических величин переходных про-
цессов изменений частоты:
интеллектуальный интерфейс (с оператором) с клавиатурой и
алфавитно-цифровым дисплеем:
наличие каналов связи с ПЭВМ и АСУ;
высокоэффекти вная самодиагностика.
Действие измерительной части (БМ МРЧ) основано на счете
тактовых импульсов в течение изменяющейся (при снижении или
повышении частоты) длительности периода. Используется вычи-
.29
тающий счетчик, в который периодически после каждого считыва-
ния записывается некоторое количество импульсов, значительно
превышающее их число, размещающееся на интервале времени,
равном номинальной длительности периода промышленной час-
тоты. В течение истинного времени периода изменения входного
напряжения производится вычитание тактовых импульсов изечег-
чика. Разность записанного и оставшегося к концу периода в счет-
чике импульсов отображает его длительность, обратно пропорцио-
нальную частоте.
Вычисленное значение частоты сопоставляется с хранящимся в
памяти М П набором установленных ее значений, соответствующим
срабатываниям очередей АЧР1, АЧРП и ЧАП В. Цифровым диффе-
ренцированием определяется скорость изменения частоты, двоич-
Рис. 12 Схема подключения микро процессорного устройства автоматической частот-
ной разгрузки и частотного автоматического повторного включения (ЧАПВ)
30
ный код которой сопоставляется с установленной скоростью, соот-
ветствующей срабатыванию АЧРШ.
Одной из особенностей М РЧ является программирование и хра-
нение двух наборов установленных значений частоты срабатывания
АЧР, автоматически переключаемых при изменениях режимов
работы собственных нужд электростанций или систем электроснаб-
жения, т.е. свойство адаптивности к режимам электрической сети.
Контактные выходы БМ МРЧ с соответствующими обозначе-
ниями их назначений показаны на схеме внешних подключений
исполнительной части автоматики частотной разгрузки и частот-
ного повторного включения, т.е. БМ АРЧ (рис. 12). Электромаг-
нитные реле KL2- KL10управляют цепями отключения и включе-
ния выключателей, a KLU — KLI7 выдают сигналы информации о
действиях автоматики.
Функционирование автоматики частотной разгрузки и частотно-
го повторного включения поясняется функциональной схемой
алгоритма АЧР/ЧАПВ (рис. 13). Предусмотрено два его варианта А
и Б, переключаемые ключом SG8. По варианту А производится
отключение и включение выключателя двумя разными внешними
дискретными сигналами АЧР и ЧАПВ, а по варианту Б — по появ-
лению и исчезновению одного дискретного сигнала АЧР.
При включенном ключе 567и положении А ключа SG8дискрет-
ный сигнал (логическая единица) АЧР поступает на вход 5 записи
триггера ST/и запоминается им, если на входе /(считывания отсут-
ствует логическая единица или (логическая операция /)И7) от
ЧАПВ, или дискретные сигналы от ключа Л/Уместного управления и
(логическая операция DX!) от кнопки Кн. Вк/i. включения выключа-
теля оператором. При этом на третьем (инверсном) входе /)И7 логи-
ческая единица АЧР, на выходе DW1 и на входе /(триггера логиче-
ский нуль: запоминание сигнала ЛУРразрешастся. С выхода тригге-
31
pa STI единичный логический сигнал проходит в цепь АЧРоткл.
управления отключением выключателя
Формирователь /дискретного сигнала ограниченной длительно-
сти (одновибратор), равной времени разрешения частотного по-
вторного включения выключателя, воздействует на вход 5триггера
ST2 при условии (логическая операция DX2) наличия дискретных
сигналов о готовности повторного включения и от реле Р//Оотклю-
ченного положения выключателя. Сигнал формирователя F за-
поминается триггером ST2 только после прекращения действия
очередей автоматической частотной разгрузки — исчезновения ло-
гической единицы АЧР. Логический нуль АЧР, превращенный в
логическую единицу инверсным входом DW1, поступающую на
вход R считывания ST1, возвращает его в исходное состояние. На
выходах STI, DW2n на входе /(триггера 572нули: запоминание сиг-
нала формирователя /разрешается. Выходная логическая единица
ST2 запускает таймер DTотсчета выдержки времени срабатывания
ЧАПВ, воздействующего на включение отключенного действием
3‘//’выключателя По обратным связям через /)И<2триггер ST2еди-
ницей ЧАПВ, поступающей на его вход считывания R возвращается
в исходное состояние, а через DWI дублируется воздействие на
возврат триггера ST1. При положении Б ключа SG8 сигнал АЧР
проходит прямо в цепь управления отключением выключателя, а
ЧАПВ с выдержкой DT производится после исчезновения логиче-
ской единицы А ЧРсо входа /(триггера ST2.
3.5. УПРАВЛЕНИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕМ ОТ БРМЗ
Функциональные схемы программного управления выключате-
лем от БРМЗ приведены на рис. 14. Логические операции DWI,
DW2H ЛИ<7(рис. 14, а) разрешают запоминание (вход 5триггера ST
памяти) сигналов на отключение выключателя от обозначенных на
схеме цепей РЗА (ДИ<2) и по внешним сигналам, в частности от
элсктродуговой зашиты ЭДЗ и от АСУ ТП (DW1). Операцией DX1
разрешается отключение оператором кнопкой местного управления
МУ, расположенной на панели БРМЗ, при наличии двух логических
единиц: разрешения местного управления и сигнала на включение.
Запоминание сигнала отключения запрещается (вход R) при отклю-
ченном выключателе (реле отключенного положения РПО) или при
неисправности БРМЗ (операция DW4). Воздействие на отключение
выдается соответствующими электромагнитными реле KL I, KL2.
Логической операцией ОИ<2(рис. 14. б) производится формиро-
вание сигнала автоматического включения выключателя автомати-
кой БРМЗ и от АСУ ТП, однако он запоминается (вход 5 триггера
ST) только, если нет сигнала запрета (логической единицы на ин-
32
Кп. Откл
МУ
Откл. из АСУ
Откл. отЭДЗ
МТЗ
ОЗЗоткл.
ЗОФ
ЗМНотхл.
УРОВоткл.
Внеш. овны.
АУР отмл.
Пуск АВР
АВРогпнл.
да_________Ж
Отказ БМРЗ L
Рис. 14. Функциональные схемы управления отключением (а) и включением (6) выклю-
чателя устройством БРМЗ-04
33
версном входе), формируемого операцией совладения DX1) логиче-
ских единиц от кнопки местного управления Л/Уи реле включенно-
го состояния выключателя РПВ и логического нуля от РПО. От
кнопки МУ запоминание сигнала включения происходит через
логическую операцию DX3 (наличие двух логических единиц (ана-
логично отключению — см. DX] на рис. 14, а) через DW2.
Запрещение запоминания сигнала включения выключателя (вход
R снятия памяти Т на рис. 14, б) происходит при его включенном
состоянии (логическая единица от РПВ на входе DW3), неисправ-
ности или отказе БМРЗУ отключенном автоматическом выключате-
ле шин питания АВ ШП.
Схема управления не допускает многократного включения вы-
ключателя: сигнал на отключение Откл.1 (рис. 14, а) через DW4>
DW3 (рис. 14, 6) поступает на вход R запрещения запоминания
сигнала (триггер ST) на включение и удерживается после оконча-
ния процесса отключения выключателя: если сигнал на включение
не исчезает, то с задержкой DT (на 1 с) он фиксируется операцией
совпадения (DX4) логических сигналов на включение и зафиксиро-
ванного по цепи обратной связи, охватывающей DW4, DX4t сигнала
об отключении выключателя.
4. Микропроцессорные комплексы
релейной защиты и автоматики
ООО “АББ Реле-Чебоксары”
4.1. ВИДЫ, НАЗНАЧЕНИЯ И ОСОБЕННОСТИ
Предприятием ООО "АББ Реле-Чебоксары”, объединенным с
международным концерном АВВ, созданы и поставляются микро-
процессорные комплектные реле РЗА типов SPA 100, SPA 300 и
унифицированные комплексы РЗАУС (терминалы) серий SPAC 800
для распределительных сетей, особенно комплектных распредели-
тельных устройств (КРУ) и трансформаторных подстанций (КТР).
Основанные на последних достижениях информационной техноло-
гии они являются наиболее совершенными, отвечающими совре-
менным требованиям комплексами РЗАУС.
Как цифровые микропроцессорные устройства РЗА SPA 100 и
SPA 300 итермииалы SPAC 800 интегрируются в иерархическую си-
стему автоматизированного управления. Они обладают всеми ука-
занными выше, свойственными микропроцессорным реле особен-
ностями их функциональных характеристик, в частности высокими
(близкими к единице) коэффициентами возврата программных
измерительных реле, информационными и сервисными функциями
и высокой надежностью, обеспечиваемой автоматическим само-
контролем готовности к действию.
Микропроцессорные реле типов SPA 100 и SPA 300 выпускаются
в корпусах шириной 142 мм, высотой 162 мм и глубиной 250 мм, а
терминалы SPAC 800 — шириной 320 мм, высотой 290 мм и глуби-
ной 225 мм. Они имеют современное оформление (особенно терми-
налы) передних панелей с дисплеем и разъемы на тыльной стороне
корпусов (рис. 15).
4.2. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ РЕЛЕ
Реле серий SPA 100 и SPA 300 (рис. 15, а) предназначены для осу-
ществления основной и резервной РЗ, автоматики ограничения
снижений напряжения (АОСН) и частоты (АЧР) и повторного
включения (АПВ, ЧАП В) Электроэнергетических объектов, автома-
35
Рис. 15. Цифровое реле серии SPA (а) и терминал типа SPAC (б)
б)
тического управления устройствами регулирования под нагрузкой
(УРПН) трансформаторов и контроля синхронизма. Они выполня-
ют функции токовых ступенчатой (ненаправленной или направлен-
ной) и дифференциальной РЗ от КЗ, несимметричных режимов и
перегрузок, РЗ от однофазных замыканий на землю (033) в систе-
мах напряжениями 6 — 35 кВ иоднофазных КЗ (ОКЗ) в сетях напря-
жением 0,4 кВ и указанных видов автоматического управления.
Характеристики множества типоисполнений микропроцессор-
ных РЗА типов SPA 100 и SPA 300 приведены в табл. I. Приняты
обозначения устанавливаемых параметров срабатывания РЗ:
первой (отсечка), второй и третьей (МТЗ) ступеней токовых РЗ,
различаемых по уменьшению токов срабатывания /))), 7». Г) и возра-
станию времени срабатывания (0») -> 0, /)), (0) > (»» 14;
трехфазной РЗ 37, двухфазной 27;
РЗ минимального тока 7(:
первой и второй ступеней токовых дифференциальных РЗ 37»л,
3/)л и РЗ нулевой последовательности /о», 4). различаемых по убы-
ванию тока срабатывания;
первой и второй ступеней зашиты максимального 7»), U) и мини-
мального 7/((, 7/( напряжений;
защиты напряжения нулевой последовательности 74», 74);
запрета действия РЗ от 033 по току второй гармоники 7ji (%)!
РЗ от несимметричных режимов работы А/;
РЗ от тепловых перегрузок электродвигателей /0,7 J х ts, Г7В1О1;
автоматики управления (регулятора напряжения) УРПН транс-
форматоров: рабочий диапазон авторегулирования напряжения
(7//; ступень (зона) нечувствительности д7/,; минимальное напря-
жение U{ и максимальный ток 7) запрета действия блокировки ав-
томатики;
автоматики разгрузки по частоте и напряжению (четырсхступен-
чатой защиты от снижения частоты и напряжения)/, 7/(, df/dt),
реле контроля синхронизма: разность частот д/и угол сдвига фаз
Д<р напряжений.
Токи и напряжения срабатывания указаны в долях или кратно-
стях номинальных значений 71юм, 7/ном, частот — в герцах, угла сдви-
га фаз — в градусах.
4.3. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ ТЕРМИНАЛЫ
Микропроцессорные комплексы РЗАУС — терминалы серии
SPAC800 (рис. 15, б) — являются интеллектуальными автомати-
ческими устройствами с гибким, обеспечивающим адаптацию
программированием. Кроме основных прямых операций по дис-
танционному оперативному и автоматическому управлению вы-
ключателями КРУ, они выполняют комплекс информационных и
37
Таблица I. Типоисполнення микропроцессорных устройств SPA
Тил реле Параметры настройки Краткая характерна ика цифровых реле Назначение
SPAJ НО 4>. 4» Две ненаправленные ступени РЗ от 033. Диапазон уставок /«) — (0,1 .. 0.8)/„ou, !о)> = < 1.0 - 4.0)/нон, ад, ад) до 100 с Реле тока
SPAJ 111 кд* 4» Две ненаправленные ступени РЗ (одна чувствительная) от 033. Диапазон уставок 1о) = (0,002 — 0,5)/нон> /о» = (0,01 - 2.0>Аюм, /и), 'о» ДО Ю с Реле тока
SPAJ 13! 31). 31» Трехфазная двухступенчатая МТЗ. Диапазон уставок I) = (0.5 . 2.5)/мом> /)) = (0.5 20)/иом> /). /» до 100 с Реле тока
SPAJ 135 Двухфазная двухступенчатая МТЗ. ступень зашиты от 033 Диапазон уставок Г) = (0.5 ... 2,5)/Hftta. У» =(0.5 .. 17,5)/ноы, /0) = (0,1 ... 0, 0). До 100 с Комбини- рованное реле тока
SPAS 120 4))nnnp’ Аэ))н»пр Две направленные ступени зашит ы от 033. Диапазон уставок Iq) ~ (0,01 . 0.1)/|(ОМ, /» = (0.01... 0.4)/том. Ua) = (2. 20 %)UHW, ад до 10с.0)ДО 1 с Репс тока
SPAU HO ад. ад> Двухступенчатая РЗ нулевой последовательности от 033. Диапазон уставок Un)) — (0,02 ... 1.0)14<ом. UM = (0.02 .. 0.8)(/ЯЙМ, />. 0) до 100 с Реле на- пряжения
SPAU 121 ад к Три однофазных реле макенмального/мииимаяь ного напражения Диапазон уставок */> = (0.8 . 1.6)(/|юм.(/( = (0,4... 1,2)(/иои, Одо Юс,f< до 100с Реле на- пряжения
SPAU 130 ЗС/),3(/( Трехфазное реле максимального/™ ни и мяльного напряжения Диапазон уставок 3U) = (0.8 1.6) (/,|ОИ. ЗЩ = (0.4 ... ! Одо 100с.t< до 120с Реле на- пряжения
SPAA 120 SPAA 122 21), 21», 4>)iunpi А>))шпр» Двухфазная (Л. С) двухступенчатая МТЗ. двух- ступенчатая (одна направленная) РЗ от 033. Диапазон уставок 1) = (0.5 . 5,0)/цОМ, Г)) = (0.5 . 40)/||ОМ, />. 1» до 300 с, ад = (0.01 ... О.25)/ИОм. ад> = (0.02 ... 1,5)/иом> Uo) - (2 ... 80 %)t/ном- ад до 300 с Комбини- рованное • реле тока
SPAJ 140 SPAJ 142 зь зг». 4>. 4» Трсхфатная двухступенчатая МТЗ. двухступенча- тая РЗ от 033 Диапазон уставок I) = (0.5 .. ... 5,0)/ио>1. Г)) = (0,5 . 40)/ИЙЫ, 1>. 0) до 300 с, i0) = (0,1... 0.8)/0» = (0,1 ... 10)/иом, to) до 300 с Комбини- рованное реле тока
SPAJ 141 ЗГ), 3/)>, Ли>- ht> Трехфазная двухступенчатая МТЗ, двухступенча- тая (одна сзупень чувствительная) РЗ от 033. Диапазон уставок Г) = (0.5... 5.0)/иом> /» = = (0,5 .. 40)/мом> 0. 0) «о 300 с, i0) - (0.1... 0,25)/^, i0)) = (0,2... 2,0)/МИ1 ад ДО 300 с Комбини- рованное реле тока
«а
Продолжение табл. 1
Тип реле Периметры настройки Краткая wpuicrcpucTmca инфровых реле Назначение
SPAJ 144 3D. 31». 3D». Di). kA.^J Трехфазная фехступенчагая МТЗ, двухступенча- тая РЗ от 033. защита от несимметричной рабо- ты. Диапазон уставок f) = (0.5 — 5,0)/^, 4>» /») = <0.5 .40)4^, f до 300 с. /0> ° (0.1 .. 0.8)/Ж)м. /0)> = (0.1 ... 10)/ноы. а/ = (0.1 .. I.Oj/ho,*, /о) до 300 с Комбини- рованное реле тока
SPAJ 160 3D.3D» 3K.&D. cjj> Трехфазная двухступенчатая МТЗ. минимальная токовая РЗ. двухступенчатая РЗ от несимметрич- ной работа. Диапазон уставок Г) = (0,4 ... J»-(0.8 . 1.2)/ним, ДЛ =(0.01 ... |.0)2ИОМ, Д/» = (0.02 . 0.8)/нон Защита батареи конден- саторов
SPAM 150 3D). 4>>. ЛЛ.ЗЛ, Зашита тепловом перегрузки, зашита пусковых режимов । рехфазная отсечка, защита от несим- метричной работы, минимальная токовая РЗ. РЗ от 033. Диапазон уставок 1Й - (0.5 - 5.0)/нон, 3/» = (0.5 .. 20)/ном, ф} - (0.1 1,0)/1ЮИ. Д/’ (0,1 ... 0.4)/^, /,= (1,0... 10.0). ДГ-С0.1 . 1.0)/И1,м Защита электро- двигателей
SPAU 140 «,«. M, Л»< Однофазное реле макенмального/минимального напряжения, контроль разности напряжений, ча- стот и фаз. Диапазон уставок V) — (0,5.. 1.0)С4к>м» « « (0.1.. 0.8MU,. = (0.02 ... 0,4)(/,юм. ДЛ = (0,02 . 0.5) Гц, Дф{ = (5... 50)’ Реле котгт- роля син- хронизма
SPAJ 320 SPAJ 321 M). 3/». 4)>» /«>>, lv Трехфазная двухступенчатая МТЗ, двухступенча- тая РЗст 033. блокирование по второй гармони- ке Диапазон уставок Г) = (0.5 ... 2.5)/иом, /» - (0,5 .. 20)/цОМ, 0.0> по 100 с. /0) = (0,002... 0.5)/hdh. /о>, - (0,01 ... 2.0)/ном. Го>до Юс.Т2/= 5 .. 25% Комбини- рованное реле тока
SPAA 341 SPAA 342 3D. 3D). 3D». Io). 4».лЛ 4))н*лр. АПВ, 4)))nanj>« ОД. управ- ление Трехфазнал трехступенчатая МТЗ, двухступенча- тая РЗ от 033, РЗ от несимметричной работы, двухступенчатая направленная РЗ от 033. пяти- кратное АПВ Диапазон уставок 4 = (0.5 .. 5.0)/ном, 4>. 4» = (0.5... 40)/ко«. г до 300 с. /0) = (0.1... 0.8)/иовд, /в» - (0.1 . 10ИНОМ. Д/= (0.1 .. 1,0)/ном, г0> до 300 с. /0|1). /Он» = (0,01.. 1.0)/ном, ОД = (2 . 80 %Н/ном, то) до 300 с Терминал зашиты фидера
SPAA 348 ОД. 4>>Hanp. 4)J)lljnp 22)цапр« 2/))мьпр» АПВ. 24». управление Днтхфазная трехступенчатдя МТЗ (две ступени напрлв и'нные). двухступенчатая направленная РЗ oi 033, пятикратное АПВ Диапазон уставок J> = (0.3 ... 5.0)/цОМ, Г)) = (0,5.. 40)/„ом, 4» = (2.0... 40)/ком, / до 300 с. /0). /о)) ~ (0.01 .. 1,0)/H(tM, ОД = (2 80 %) /и) до 300 с Терминал зашиты фидера
SPAS 348 ЗЛнапр- 3/»МВ(|р. 3/»)» А))напр1 4)»н*лр» %> Двухфазная трсхстулснчатаи МТЗ (две ступени направленные), двухступенчатая направленная РЗ от 033 Диапазон уставок f) = (0,3 .. 5.0)2,|Ом, /)> = (0,5 ... 40)/иом> /))) = (2.0.. 40)/ном, /до ЗООс../о),/о»=(О,О1. 1.0)/иом, ОД “ (2 ... 80 %)(/нам. ЯО 300 с Комбини- рованное' реле МТЗ и 033
39
Окончание табл /
Тип реле Параметры настройки Краткая характеристика цифровых реле Назначение
SPAU 320 Ц. вд. ч.и», Чо>. Ц>» Три однофазных реле макси мал ьного/м и ни мяль- ного напряжения (по дне ступени), двухступенча- тая РЗ нулевой последовательности от 033 Диапазонуставок U). U)) = (0.8 1.6)£/ном. IX. 1Х< ’ (0.4 1.2)(/ном, /> до 10 с. /(до 100 с, ш = (0.02 1 ,0)(/ноы, Ц>» = (0.02 0,8>(/ноы, f), ф) до 100с Комбини- рованное реле на- пряжения
SPAU 330 Ц>>, tb», 3LMUG осцил- лограф (по заказу) Двухступенчатая РЗ нулевой последовательности ОТ 033, трехфазное одноступенчатое реле макси- мального/минимального напряжения Диапазон уставок 3 th = (0.8 1,6) (/ком, 3(4= (0.4 1.2)£7НОМ, /). К до 100 с, Uo> = (0.02 . 1 ,0)£/яом, Uo» = (0.02.. 0,8)U^, ф, ф)до 100 с Комбини- рованное реле на- пряжения
SPAU 331 Ц>>. Ц>». Ж, Ц, осцил- лограф (по заказу) Двухступенчатая РЗ нулевой последовательности от 033, трехфазнос олносгупенчатос реле макси- мального/минимального напряжения. Диапазон уставок 3 1Х{ = (0.1 1,2) (1ноы, (/( = (0.4 1.2)£/ьом.0ЛяоЮс. Uo> - (0,02 1,0) Ц>» - (0,02 ... 0,8)£/WM, f), ffiao 100 с Комбини- рованное реле на- пряжения
SPAU 341 <4/Ц,.л<4. W». Ц/Ц, Авторсгулирование в диапазоне, блокирование по максимальному току и максимальному/минм- мальному напряжению, указание положения РПН Диапазон уставок Ц = (0.85 1,15) £/мом, Д(/, = (0.65 9.0) %. Г) = (1.0 2.0)(/„ои. IX ~ (0.7 0.95) £/>1(*м. £/> 31 (1-05 1.25) £/WM Регулятор напряже- ния РПН
S PAD 346 ЗДн 3/»д. 37>. 31». 3/»>. /о), 4», Д/ Двухступенчатая дифференциальная зашита» лнухс гупенчатая дифференциальная защита от 033. трехфа <ная трсхступснчатая МТЗ, РЗ ОТ ие- симмегричной ряботы Диапазон уставок Г) = (0,5 5,0)/ном, 7», 7») = (0.5 40)/иом. г до 300 с, 4> « (0,1 0.8)/иоы. /0» = (0.1 . 10)/ном. Д/ = (0.1 1.0)4^. /о) до 300 с, 37)д « (5 .50) %. 3/»д »(5 30)/нои Реле заши- ты двук- обмоточ- ного транс- форматора двигателя
SPAF 140 SPAF 340 Л Ц/иипи. dJ/dt.M. по заказу осцил- лограф в SPAF 340 Четырехступенчатая зашита от снижения частоты (в том числе но скорости снижения), функция восстановления частоты, блокирование по мини- мальному напряжению Диапазон уставок Д = 25 70 Гц, IX - (0.3 0.9)(7М0Ы, df/dt = (0,0. 10,0) Гц/с, 46 = (0,1- 10) Гц Реле частоты
40
сервисных функций* имеют дистанционное управление параметра-
ми настройки, местные дисплеи отображения и вывода инфор-
мации о режимах работы и аварийных ситуациях. Они оснащены
оптоэлектрическими преобразователями сигналов для передачи
информации по ВОЛС на более высокие уровни иерархической
системы управления
Автоматическое тестирование и самоконтроль с выдачей инфор-
мации о неисправностях обеспечивают высокую надежность их
функционирования
Основными функциями терминалов SPAC 800 как комплексных
устройств РЗАУС являются:
местное и дистанционное управление выключателем, в том числе
по сигналам внешних автоматических устройся в с контролем готов-
ности цепей управления и запретом (блокировкой) многократных
включений;
РЗ от междуфазных КЗ, в том числе электродуговая, перегрузки и
несимметричных режимов работы; защита от однофазных замыка-
ний на землю;
автоматика резервирования отказов действия выключателей на
отключение КЗ (УРОВ);
АП В аварийно отключавшихся выключателей;
автоматика включения резервных источников питания (АВР);
автоматика отключений при снижениях напряжения и частоты с
включением выключателей после восстановления частоты,
специфические, информационные и сервисные свойства тер-
миналов;
автоматическое тестирование и самодиагностика;
регистрация и запоминание параметров нескольких аварийных
событий, происходящих последовательно во времени;
выдача информации о действиях (срабатываниях при наличии
требований срабатывания и излишних срабатываниях) и отказах
РЗА. в частности попыток АП В;
отображение информации для персонала;
возможность анализа аварийных ситуаций на ПЭВМ,
совместность с системами передачи информации по волокон-
но-оптическим линиям связи.
Выпускаются различные модификации микропроцессорных
комплексов РЗАУС (терминалов) SPAC 800 Типы исполнения
SPAC 801 01, 801 02 и 801 03, предназначенных для РЗ кабельной
или воздушной ЛЭП, секционного и вводного (в КРУ) выключате-
лей соответственно, SPAC 801 ОН представляет собой терминал
ЛЭП к грансформатору собственных нужд, a SPAC 804 — терминал
измерительного трансформатора напряжения шин (табл 2) Испол-
нения SPAC 802 01 и 803 предназначены для РЗА асинхронного и
синхронного электродвигателей соответственно.
41
£5 Табл и ца 2. Твпоисполиемжл терминалов серии SPAC 800
Типоисполнения терминалов Применяемые модули и функции защит Функции блока управления L 22(0
SPCJ 4D28 SPCL 4D34 SPCD 3D53 SPCU 1С6 SPCU 3CI5 SPCR 8С27 М/Д управ- ление УРОВ МТЗ с ускоре- нием АП В Защита шин АВР Дуго- вая за- шита
Терминал кабельной, воздушной ли- нии SPAC 801.01 X X X X 2кр X
Терминал линии к КТП. ТСН SPAC 801.011 X X X X X X
Терминал секционного выключате- ля (СВ) SPAC 801.02 X X X X X X X
Терминал секционного выключате- ля (СВ) SPAC 801.021 X X X X X X X X
Терминал вводного выключателя SPAC 801.03 X X X X X X X
Терминал вводного выключателя SPAC 801.031 X X X X X X X X
Терминал вводного выключателя SPAC 801.032 X X X X X X X
Терминал вводного выключателя SPAC 801.033 X X X X X X X
Терминал асинхронного двигателя (до 5 МВт) SPAC 802.01 X X X X X
Терминал синхронного, асинхрон- ного двигателя (> 5 МВт) SPAC 803 X X X X X X
Терминал трансформатора напраже- ния SPAC 804 X х(два модуля) X
Таблица 3. Функции и технические данные модулей защит
SPCJ
4D28
SPCJ
4D34
SPCD
3D53
SPCU
ЗС15
SPCU
ЗС6
Трехступенчатая ненаправленная МТЗ (/ИОм = 1 или 5 А); /)^(0.5...
... 5,0)/нон: /)). 7») « (0.5 ... 40)/11Лм. /= 0.04... 300 с. Двухступенчатая нена-
правленная от 033 (/ном = 0,2 или I А), /») =(0,1 ... 0,8)/|ЮМ, /о» =(0.1 ...
... Ю)/Нам, / = 0,05 ... 300 с. Зашита от несимметричной работы нагрузки Д/“
« (0.1... 1 )/иом, t = 1... 300с. Третья ступень МТЗ и вторая ступень зашиты
033 наряду с независимыми имеют обратнозависимые характеристики, в
том числе соответствующие МЭК. и два типа специальных характеристик.
Зашиты имеют два набора уставок, изменяемых внешним сигналом или
командой ио последовательной линии связи_____________________________
Зашита тепловой перегрузки /, = (0,5 ... 5)/ном. Зашита пускового режима
4 = (1 ... Ю)Л«1М, tf~ 0.3... 80 с. Защита от междуфазных КЗ /»=
” (0,5... 20)/НОм или выведена. О/ = 0.04... 30 с. Зашита от замыкания назем*
лю 1g} = (0,01... 1)/и9м. Зашита от несимметричных режимов работы д/ =
= (0,1... 0.4)/,|ОМ или выведена i = 20 ... 120 с. Зашита от понижения тока на-
грузки /{= (0.5... 0.8) //, / = 2... 60 с. Защита от длительного пуска
/=5... 500с__________________________________________________________
Двухступенчатая дифференциальная защита Зд7)= (0.05... О,5)/ном. г до
45 мс; Зд/» = (5 ... 30)/коя, / до 40 мс. Подстройка коэффициента трансфор-
мации (0,4... 1.5)/ном- Блокирование по второй и пятой гармоникам____
Ступени зашиты междуфазного минимального напряжения 3(А=(0,4...
... 1,2)(/мом. / до30с; ЗОН = (0.1... 1.2)(/<н,н./р до 1 с; /ср = 0... Юс
Ступени защиты максимального напряжения нулевой последовательности
Од} (0.02... 1/д)> ~ (0,1... 0.8)Z/HOH или бесконечность
;ср = 0,05 ... 100 с
SPCR
8С27
Регистратор аномальных режимов регистрирует междуфазныс напряжения»
фазные токи, ток и напряжение нулевой последовательности. 8 цифровых
сигналов /р., = 12 с
Терминал SPAC 801.01 содержит микропроцессорные измерите-
льный модуль SPCJ4D28 и блок управления L2210.
Измерительный модуль выполняет функции РЗ (табл. 3):
трехступенчатой ненаправленной токовой с уставками потоку и
времени ступеней
первой
0,5 <s U)>» < 40ZHOM; 1)» от 0,04 с;
второй
0,5<(^)<30ZHOM; 0,5 <(/)»< 30 с;
третьей
0,5 < (7» <5ZWM; 0,5 < (/» < 300 с;
и истинным временем срабатывания, обратнозависимым от тока и
вычисляемым по одному из шести |втом числе (1) - (4)] возможных
задаваемых аналитически соотношений;
двухступенчатой РЗ от замыкания на землю с уставками по току
нулевой последовательности и времени ступеней
первой 0,02 (70)>) < 2/яом; 1)> от 0,05 с;
43
второй 0,01 <(/0»< 0,8/мом; 0,5 < (/» < 300 с;
РЗ от несимметричных режимов с уставками по разности А/
наибольшего и наименьшего фазных токов, отнесенной к наиболь-
шему току, и времени 0,1 < (А/) < /иом; 1 < /Л < 300 с.
Микропроцессорный блок управления выполняет функции автома-
тики:
двухкратного автоматического повторного включения, в том
числе частотного АПВ выключателей, отключенных АЧР;
ускорения действия второй ступени зашиты при включении
выключателя оператором — местном М или дистанционном Д
(см. табл. 2) управлении;
резервного отключения при отказе выключателя на отключение
КЗ (УРОВ).
Терминал SPAC 801.02защиты и автоматики секционного выклю-
чателя дополнительно выполняет функцию защиты шин КРУ
(см. табл. 2) и автоматического включения секционного выключа-
теля как резервного (АВР), но не выполняет АП В. Типоисполнение
801.02! содержит модуль SPCR 8С27 регистрации параметров
аномальных режимов (см. табл. 3).
Терминал SPAC 801.03защиты и автоматики выключателя ввода в
КРУ выполняет, кроме указанных, функцию автоматики отключе-
ния и включения по внешним сигналам, а именно отключение с
последующими АПВ или без повторного включения, но не выпол-
няет АВР. Типоисполнения 801.031 и 801.033 содержат модули
SPCR 8С27 регистрации параметров аномальных режимов.
Терминал SPAC 802.01 защиты и автоматики асинхронных элект-
родвигателей содержит микропроцессорные измерительные модули
SPCJ 4D34 (см. табл. 2 и 3), выполняющие функции зашит от:
междуфазных КЗ с уставками 0,5 < (7») < 20/ном с автоматическим
удвоением при пуске электродвигателя и 0,04 < (/))) £ 30 с;
тепловой перегрузки электродвигателя с уставками /, xf„
тока 70, соответствующего полной нагрузке — длительно допусти-
мому току электродвигателя, 0,5 < /0 S !,5/иом;
пускового режима с уставками 1 < Is < 10; 0,3 < < 80 с и длите-
льного пуска времени 5 -=- 500 с;
однофазных замыканий на землю с током срабатывания
0,0! < /о < /ном и выдержкой времени 0,05 < t < 30 с;
несимметричных режимов с уставкой срабатывания по току не-
симмстрии А/, равному, как указывалось, разности наибольшего и
наименьшего фазных токов, отнесенной к большему току,
0,1 < А/< 0,4/иом и временем срабатывания 20 < /д < 120 с; при
обрыве фазы — I с, а при нарушении чередования фаз — 0,6 с.
Измерительный модуль определяет тепловые уровни:
действия на отключение 6,;
44
предупредительной тепловой сигнализации 0,5 £ 0о s 1,00, и
имеет уставки:
допустимого времени заклинивания ротора (нахождения элект-
родвигателя в заторможенном состоянии 2 S s 20 с;
постоянных времени экспоненциальных процессов нагрева
/А = 32^и охлаждения 1 < fc < 4/6 электродвигателя;
запрета повторного пуска 0, последействия зашиты от перегрузки.
Микропроцессорный блок управления обеспечивает автоматический
повторный пуск электродвигателя (АПВ в табл. 2) после его отклю-
чения зашитой минимального напряжения и функцию УРОВ.
Терминал SPAC 803 зашиты и автоматики синхронных электро-
двигателей дополнительно содержит измерительный модуль
SPCD 3D53(cm. табл. 2),обеспечивающий (см. табл. 3)двухступен-
чатую трехфазную токовую продольную дифференциальную зашиту
с начальным током срабатывания ступени с торможением
0,05 < (ЗД?)) < 0,5/ном и уставкой дифференциальной отсечки
5 < (ЗЛ7)>) < 30Л1Юм. Зашита обладает свойством программного урав-
нивания номинальных вторичных токов се плеч при их отношении
от 0,4 до 1,5 (подстройки коэффициентов трансформации); имеет
блокировку по второй и пятой гармоникам вторичных токов
первичных измерительных трансформаторов тока. Время сраба-
тывания зашиты не более 45 мс.
Терминал SPAC 804 трансформатора напряжения шин КРУ вы-
полнен на микропроцессорных измерительных модулях SPCU ЗС15
зашиты междуфазного минимального напряжения и SPCU 1С6 за-
щиты максимального напряжения нулевой последовательности.
Защиты двухступенчатые с уставками по напряжению и временем
срабатывания
первых ступеней:
0,1 < (31/(0 < 1,21/нои; 0,1 < (0)) < Ю с;
0,1 < (14))) < 0,8 0,05 < (Го)» < 100 с;
вторых ступеней:
0,4 < (3(/() < l,2l/„ou; 1 < (I» < 30 с;
0,02 < (ОД) < 1,01/„он; 0,05 < (/„)) < 100 с.
Микропроцессорный блок управления терминала производит
пуск АВР, сигнализацию замыканий на землю, контроль исправно-
сти цепей напряжения измерительного трансформатора, контроль
положений тележки КРУ и коммутационных аппаратов.
45
Цепи входных дискретных сигналов Bxt BSt
X1S-7
AtB 5
X19Z
A1BS
*19-$
Х18:в
хтв-г
Х19Б
Х189
Х19=5
Х1в=1Ч
Х1в-15
XW--7
Х15/2
Х19-Ц
Х19‘в
Х10 1
К'Ы
JB\Bl”JlW7VXe
PKQ
' РКВ
АЧР
Мтоматика противоаварццная
Внешнее отключение
Мтсмат шинки литанияГШЛ)
(Уп датчика дуговой защиты
Вход счетчика импульсов
XU: Г0
ns _
хгвио
*16.12
XlA:13
ш^Г
Х№
йоины лит. А ЧЙ
Шины пит А Чр
*иш
~ШУ
Л-лит
« &
Газовая зашита
ЧОснь-'пит визовой защиты
Шинь' Нуговой защиты
Ключ АПВ
PflB__________
РЛО______________
Блокировка защит
послбаова/лвльябл/^рт
Олта- злектричесхиа
преобразователе
46
Put. 16. Функциональные схемы измерительно-яычислнтелъиой части и блока управле-
ния микропроцессорного устройства релейной защиты, управления и сигнализации
SPAC 800.01
47
4.4. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА
БАЗОВОГО ТЕРМИНАЛА SPAC 800
Измерительная функциональная часть терминала содержит изме-
рительные преобразователи ИП (рис. 16) — вторичные (входные)
измерительные трансформаторы фазных токов ГЛ Л и тока нулевой
последовательности 7Л/,0, нагруженные на балластные резисторы
Ль, и вычислительный модуль SPCJ 4D28, выполняющий функции
программных устройств защитного отключения.
Логическая часть реализуется программным блоком управления
L2210<xmc. 16). Он формирует алгоритмы функционирования авто-
матики повторного включения выключателей АП В и резервиро-
вания отказов их действия на отключение УРО В. обеспечивает взаи-
модействие токовой зашиты и АП В, а именно ускорение се действия
Уск., до и после АП В осуществляет самодиагностику терминала,
выполняет функции терминала, выполняет функции управления
выключателем внешними воздействиями, от ключа оператора, от
АСУ и автоматики ограничений изменений режимных параметров.
Исполнительная часть представляет собой релей но-контактный
блок выходных электромагнитных реле (герконов), контакты кото-
рых выведены иа штепсельные разъемы Х15 — XI7. Обмотки реле
подключаются к выходам блока управления логическими операция-
ми И (DX2, DX5— DXN) с ключом SGI.готовности целей управле-
ния. Цепи входных дискретных сигналов заведены на разъемы
Х17- Х19.
К контактам разъема ХО подводятся вторичные токи первичных
измерительных трансформаторов фазных токов и тока нулевой
последовательности (на схеме ие обозначены). К соответствующим
контактам разъемов ХО подключены указанные вторичные
(входные) измерительные преобразователи токов и напряжения.
Через максиселектор Мах наибольшее по амплитуде напряжение
на резисторах пропорциональное соответствующему фазному
току, и напряжение, пропорциональное току нулевой последова-
тельности, поступают в вычислительный модуль.
По соответствующим программам вычислительный модуль произ-
водит сравнение преобразованных АЦП (на схеме не обозначен)
указанных напряжений с установленными значениями, определяе-
мыми уставками токов срабатывания трехступенчатой токовой
зашитой ТЗ (программные измерительные реле максимального тока
КА1 -5- КАЗ) от межяуфазных КЗ, двухступенчатой (реле КА5, КАб)
от замыканий на землю и защиты (реле КА4) от несимметричных
режимов работы и обрывов фаз.
Задержки срабатывания первых ступеней выдержки времени
второй ступени защиты от КЗ создаются таймерами микропроцес-
соров DTI, DT2, DT4, DT5, а обратнозависимых от токов выдержек
времени третьей ступени защиты КЗ и второй ступени защиты
48
от однофазных замыканий на землю вычисляются, как указывалось,
по заданным аналитическим соотношениям: вычислительные
операции условно обозначены на схеме элементами времени D73
и DT6.
Выходные сигналы 557 — 553 и TS1, TS2(pyic. 16) вычислитель-
ного модуля о срабатывании указанных защит поступают в блок
управления (рис. 16). По цепям дискретных входных сигналов в
блок управления поступают сигналы от фототиристорного датчика
электродуговой защиты КРУ и газового реле защиты трансформато-
ра, автоматической частотной разгрузки ЛУР, ключа ввода в дейст-
вие АП В, команды от ключа управления включением РКВ и отклю-
чением РКО, сигналы от вспомогательных сигнальных контактов
выключателя для релейного фиксирования его включенного РПВ и
отключенного РПО состояний, сигнального контакта автоматиче-
ского выключателя шин питания 1ИП, команды переключения
управления выключателем с местного на дистанционное и сигнал
запрета действия (блокировки).
Блок управления программными логическими операциями, за-
фиксированными в ПЗУ микроЭВМ и условно обозначенными на
рис. 16, соответствующими логическими элементами, формирует
сигналы управления выключателем, воздействующие на выходные
герконы KL1.2, KL1.3, KL2.3 и KL2.4. Сигналы информации посту-
пают на светодиоды VDl — VD8, четырехразрядный цифровой ин-
дикатор (на схеме не показан), электромагнитные реле дискретных
выходных сигналов и на оптоэлектрический преобразователь
(рис. 16) волоконно-оптической линии связи с вышестоящими
уровнями АСУ,
Блок управления осуществляет автоматическое тестирование и
самодиагностику терминала с выдачей сигналов о неисправностях.
Логические алгоритмы устанавливаются набором ключей
SGI — SG3 (рис. 16), расположенных, как и ключи уставок
SGR1 - SGR10 программных измерительных реле, на передней па-
нели терминала.
Воздействие на отключение выключателя выдастся возбуждени-
ем геркона KL1.2 си гнал ом, формируемым логическими операция-
ми DWl, DXI (рнс. 16), DW2— DW5 и DX3 — операцией ЗАПРЕТ
(рнс. 16). Через DW2 проходят сигнал TS2от первой (КА1) и второй
(КА2) ступеней токовой защиты (цепь 2), сигналы от газовой за-
шиты (цепь 6) и цепи /^внешнего отключения. При необходимости
(ключ SG1.7) они запоминаются по обратной связи DW4 (для
отключения с “защелкой").
Сигналы отключения через также запоминаются по обрат-
ной связи через Ш3(при отсутствии логической единицы в цепи 25
от РПО — выключатель отключен) и операцию ПХ2блока выходов,
контролирующую готовность выходных цепей (ключ SG1.8)
воздействующих на электромагнитное реле отключения KL1.2.
49
Операциями DX1, DJKJ и DW5 разрешается прохождение сигна-
лов отключения £5/(цспь 4):
I) от второй {КА2} ступени токовой защиты с ускорением (с не-
большой задержкой D77?) логической единицей цепи /^инверсного
выхода элемента памяти DS1 сигнала от РПО, снимающего ускоре-
ние через 1 с после отключения выключателя — логическая единица
ключа SG1.2 цепи 18. ускорение вводится при включении выключа-
теля от ключа управления (на случай его включения на КЗ);
2) от ключа управления — реле команды отключения РК(?(цепь
7) при отсутствии логической единицы на инверсном входе DX1 от
ключа местнос/дистанционное управление;
3) от противоаварийной автоматики (цепь 7 с ключом SG/,5),
В частности от АЧР (цепь 3);
4) от фототиристор него датчика электродуговой защиты (цепь
8), проходящего через DW4 (цепь 9) на вход 7)И<7(при замкнутом
SG1.6) при условиях:
срабатывания второй ступени (КА2) токовой защиты (единица
55/в цепи 4с инверсией НЕ! и замкнутым SG3.2— операция D1V7);
логический нуль, обусловленный инверсией на выходе DW7,
снимает запрещающую единицу с инверсного входа Ш^нли отсут-
ствия логической единицы на инверсном выходе контакта Х19;7
входного разъема (цепь 19, замкнут SG3.1); первое из указанных
условий — это пуск электродуговой защиты по току, а второе —
отсутствие ее блокировки внешним сигналом (и блокировки других
защит — инверсные входы элементов времени DTI — DT6)
При этом по цепи Рчерез DW10выдается сигнал (светодиод VD5)
□ действии электродуговой защиты; светодиод зажигается и при не-
исправности (пробое) фототиристорного датчика операцией DX3
(цепь 24, элемент времени DT14) при длительном (свыше 10 с)
единичном сигнале в цепи Ненормальном режиме, когда сигнал SS!
оттоковой защиты соответствует логическому нулю (на выходе DUI
и £>И<7логическая единица); при этом через DW8, DT12, DW9w ключ
SG3.6 возбуждается выходное реле KL1.6 предупредительной сигна-
лизации.
Третья (КАЗ) ступень токовой защиты от междуфазных КЗ с об-
ратнозависимой оттока выдержкой времени DT3(сигнал TS1, цепь
23) действует на сигнализацию о перегрузке и на отключение,
возбуждая выходное электромагнитное реле KL1.6 — через DW9
длительно или (ключ 5626) в течение импульсного сигнала форми-
рователя F2 и соответственно KL2.3, при этом через DWI3возбужда-
ется и реле KL1.7общей сигнализации о срабатывании защит.
Вторая ступень (КА5, DT5) защиты от однофазных замыканий на
землю (сигнал SS2, цепь 5) может действовать на отключение (в по-
ложении / ключа SG37) с дополнительной задержкой DT15, воз-
буждая выходное реле KL2.4, или на предупредительный сигнал:
возбуждается реле KL1.6 и загорается светодиод VD4.
50
При отказе выключателя в действии на отключение КЗ формиру-
ется возлействие на отключение предыдущего неповрежденного
присоединения УРОВ: возбуждается выходное электромагнитное
реле KL1.4 через!) W1, ОТУиключ SG 1.1 (цепь /7) или сигналом TS2
(цепь 2) первой и второй ступеней токовой зашиты, или при вве-
денном ускорении действия защиты (цель 18), или при внешнем
отключении (цепь /0, ключ SG1.3).
Автоматика повторного включения выключателя, отключенного
защитой АПВ или автоматической частотной разгрузкой — частот-
ное повторное включение ЧАПВ действует при отсутствии сигнала
ЗАПРЕТ (операция DX5) от РИ/б(ИЛИ):
первой ступени (ХА 1) токовой защиты (сигнал ££?цепи 16);
цепи 17 УРОВ;
реле РКОкоманды на отключение ключом управления (цепь 7);
газовой защиты трансформатора (цепь 6 при включенном SG2.4);
электродуговой защиты (цепь 9при включенном SG2.2);
внешней противоаварийной автоматики (цепь 7при включенном
SG2.1);
цепи внешнего отключения (цепь 10при включенном SG2.3).
Автоматическое повторное включение производится по сигналу
Пуск, формируемому при несоответствии состояния выключате-
ля — отключен: логические единицы от РПО и положения ключа
управления — зафиксирована команда на включение выключателя.
Сигнал Пуск формируется операцией DX8 при наличии логических
единиц:
на выходе элемента DS1 (цепь 13) в течение обозначенного на
схеме времени запоминания (fycK ~ 1 с) или логической единицы от
сигнального контакта выключателя, поступающей при его отключе-
нии на РПО; * ,f 1
от реле фиксации команды включения выключателя ключом
управления РФК(цепь 21) — сигнал готовности Гот.;
на выходе DW11 от ключа управления АПВ (цепь 14) — сигнал
разрешения Разр.
Ключом SG2.6через DW11 может разрешаться повторное вклю-
чение внешней противоаварийной автоматикой (цепь 7). в част-
ности ключом SG2.5 — автоматикой частотной разгрузки (пспь 3).
Программное реле повторного включения AKS — двухкратного
действия. Второй цикл АПВ2 вводится ключом SG2.7. Повторные
включения выключателя производятся с выдержками времени
таймеров [)Т9(АПВ1), ПТ10(АПВ2)м DTIi(ЧАПВ) —через DW12.
Время готовности АПВ к новому действию 20 с.
Прохождение сигнала АПВ или сигнала дистанционного управле-
ния (операция DWI2) включением от Ш6(цепь 15) контролируется
операцией DX6наличия питания (цепь 7 /) и отсутствия на инверс-
ном входе DX6 логической единицы от реле блокировки от много-
51
кратных включений (РБМВ) выключателя. Формирователем F3 и
операцией DX9сигналов по цепям 21 (от РФК} и 25 (на РПО) воз-
буждается реле KL2.5 сигнализации об аварийном отключении
выключателя в цикле АПВ.
Воздействие на включение выключателя выдается электромаг-
иитным реле KL1.3, возбуждаемым на достаточное для включения
время формирования импульса F1 при готовности цепей управле-
ния (операция Ши, как указывалось, включенный ключ SG1.8).
На схеме (рис. 16) показаны светодиоды VDI— VD8, располо-
женные на лицевой панели терминала, местной индикации и элект-
ромагнитные реле блока выходов, формирующие внешние (обозна-
ченные на схеме) сигналы информации о функционировании
терминала. Условно обозначен и программный контроль его
исправности.
4.5. МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИКА ТРАНСФОРМАТОРОВ
Для понижающих двухобмоточных трансформаторов с устройст-
вами переключений ответвлений от обмотки высшего напряжения
со стороны нейтрали (устройствами регулирования под нагруз-
кой — УРПН) предназначаются микропроцессорные автоматиче-
ские устройства защиты и автоматики из серии цифровых реле
SPA 300 совместного предприятия “АББ Реле-Чебоксары”, а имен-
но: устройство SPAD 346С, программно выполняющее функции ре-
лейной защиты трансформатора, и микропроцессорный автомати-
ческий регулятор коэффициента трансформации (АРКТ) — регуля-
тор напряжения SPAU 341 С, управляющий УРПН.
Они относятся к разряду интеллектуальных автоматических
устройств, обладающих интегрированными функциями и свойства-
ми адаптации к режимам работы трансформатора, и характеризуют-
ся всеми информационными и сервисными функциями, свойствен-
ными цифровой вычислительной технике. Их взаимодействие на
основе программной совместимости существенно повышает техни-
ческое совершенство автоматики управления режимами работы и
противоаварииного управления трансформатором.
Обширная информация отображается местными жидкокристал-
лическими дисплеями и передается по ВОЛ С на более высокие
уровни иерархической АСУ электроснабжением, выводится по
стандартному интерфейсу на ПЭВМ оператора, имеющего возмож-
ность дистанционно изменять при необходимости настройку РЗА
трансформатора.
Выводится информация об электрических величинах в цепях РЗ,
а также векторные диаграммы токов, информация о параметрах
настройки указанных цифровых реле, положении, исправности и
52
готовности к функционированию сложных электромеханических
УРПН.
Регистрируется и запоминается информация об изменениях
режима работы и аварийных состояниях трансформатора, о дейст-
виях РЗА с возможностями последующего анализа событий.
Самодиагностика и выдача информации о неисправностях как
в автоматических устройствах, так и в УРПН, повышает надеж-
ность функционирования автоматики управления нормальными
режимами работы и РЗ трансформатора от опасности выхода его
из строя при утяжеленных режимах и повреждениях и даже разру-
шения при КЗ.
Микропроцессорное интегрированное устройство РЗ транс-
форматора SPAD 346С выполняет функции:
продольной токовой дифференциальной защиты;
трехступенчатой токовой защиты от межлуфазных КЗ;
дифференциальной токовой защиты НП от КЗ на землю;
токовой зашиты НП от однофазных замыканий на землю на
стороне высшего напряжения;
токовой зашиты от КЗ на землю на стороне с напряжением 0.4 кВ;
зашиты от несимметричной работы.
Продольная токовая дифференциальная зашита, благодаря ее
программной реализации, обладает уникальными, реализуемыми
только технически ми средствами цифровой вычислительной техни-
ки свойствами. Они обеспечивают преодоление специфических
факторов, затрудняющих достижения основного достоинства про-
дольной дифференциальной защиты — высокой чувствительности,
а именно:
схема соединений обмоток трансформатора, обуславливающая
сдвиг по фазе вторичных токов измерительных трансформаторов
тока на сторонах высшего и низшего напряжений;
неравенство их абсолютных значений в нормальном режиме и
при внешних (в электрической сети за пределами защищаемой
зоны) КЗ, обусловленное численным отличием отношения их ко-
эффициентов трансформации от коэффициента трансформации
защищаемого трансформатора;
дискретное изменение коэффициента трансформации при пе-
реключениях ответвлений от обмотки высшего напряжения авто-
матически управляемыми УРПН.
Компенсация сдвига фаз и выравнивания абсолютных значений
вторичных токов производится программно соответствующими
расчетными алгоритмами. Соответствующие составляющие тока
небаланса в дифференциальной цепи РЗ практически исключаются.
Однако ток небаланса, обусловленный погрешностями измеритель-
ных трансформаторов тока при больших токах внешних КЗ, остает-
ся на прежнем уровне. Поэтому в цифровой продольной дифферен-
53
циальной защите применяется известное “торможение”, автомати-
чески загрубляющее ее при внешних КЗ.
Используется и один из прежних способов обеспечения недейст-
вия защиты на отключение трансформатора от броска тока намаг-
ничивания, возникающего при подключении трансформатора к
напряжению или при дискретном повышении первичиого напряже-
ния после отключения внешнего КЗ. Применяется запрет действия
защиты (ее блокировка) гармонической составляющей броска тока
намагничивания удвоенной частоты; при КЗ в трансформаторах или
на его выводах блокировка по второй гармонике ограничивается
специальным алгоритмом анализа особенностей формы кривой и
скорости нарастаиия мгновенного дифференциального тока.
В защите предусмотрена еще одиа блокировка по пятой гармони-
ке тока намагничивания, возникающей при повышенном напряже-
нии, вследствие насыщения магнитолровода трансформатора (его
перевозбуждении). Однако при опасных для изоляции трансформа-
тора перенапряжениях блокировка выводится из действия.
Продольная токовая дифференциальная защита — двухступенча-
тая. Первая грубая ступень имеет ток срабатывания ЗА/ не менее
пятикратного номинального тока трансформатора /,юм, определяе-
мый ее отстройкой от броска тока намагничивания. Начальный ток
срабатывания За/ второй чувствительной ступени, действующей
через операцию ЗАПРЕТ от второй гармоники броска тока намаг-
ничивания, и загрубляемой при внешних КЗ торможением, уста-
навливается на уровне половины номинального тока.
Кусочно-линейная характеристика нарастания тока срабаты-
вания в функции тока торможения имеет два излома: ток срабаты-
вания, соответствующий точке второго излома, достигает двух-
кратного номинального тока трансформатора. Функции продоль-
ной токовой дифференциальной защиты выполняет вычислитель-
но-логический модуль U1 (рис. 17) типа SPCD 3D53 (см. табл. 3).
Токовая защита НП (модуль 1/2 типа SPCD 2D55) от однофазных
КЗ (при заземленной нейтрали сетей напряжением НО — 220 кВ)
или однофазных замыканий на землю (при изолированной нейтра-
ли сетей напряжением 6, 10, 35 кВ) может функционировать как
продольная дифференциальная или двухступенчатая токовая защи-
та; она подключается к нулевому проводу трехфазных измеритель-
ных ТТ ТА / на стороне высшего напряжения и к одному из ТТ ТАЗ
или ТА4, установленных в нейтрали.
В продольной дифференциальной защите предусматривает-
ся торможение и возможность блокировки от второй гармоники
тока в нейтрали и выдержки времени для отстройки от апериодиче-
ской свободной составляющей тока электромагнитного процесса
однофазного КЗ.
Ступенчатая токовая защита от междуфазных КЗ и токовая защи-
та НП от однофазных КЗ на стороне низшего напряжения програм-
54
Рис. 17. Схема подключения цифрового интегрированного устройства релейной защиты
трансформатора SPAI) 346С
55
мно реализуются модулем U3 (см. рис. 17) типа SPCJ 4D29
(см. табл. 3). Модуль выполняет и функцию защитного отключения
при несимметричной нагрузке.
Особенностью защит являются обратнозависимъте, определяе-
мые аналитически выдержки времени. Может устанавливаться одна
из характеристик [см. рис. 6 и выражения (I) - (4)].
Кроме указанных вычислительно-логических модулей микро-
процессорное интегрированное устройство защиты трансформато-
ра SPAD 346С содержит релей но-контактный модуль входов/вы хо-
дов U4, источник питания £/5и модуль U6входных измерительных
преобразователей тока с элементами гальванической развязки. На
схеме подключения цифрового реле SPAD 346Ск первичным изме-
рительным трансформаторам тока TAI - ТА4 обозначены входные
дискретные сигналы BS1 — BS5 настройки и оперативного управле-
ния программными функциями защитных отключений, сигналы
SSI - SS4 выходной информации и отключающие воздействия
TS1 — TS4. Показан порт SERIAL PORT последовательного интер-
фейса, передатчик Тх и приемник Rx волоконно-оптической линии
связи. Обозначены входные и выходные зажимы устройства микро-
процессорных защит трансформатора.
Микропроцессорный автоматический регулятор напряжения
SPAU 341С является интегрированным автоматическим устройст-
вом, выполняющим кроме функций собственно автоматического
регулятора коэффициента трансформации (АРКТ) ряд дополните-
льных и набор сервисных функций, свойственных современным
микропроцессорным техническим устройствам автоматического
управления. Регулятор функционирует по программе, содержащей-
ся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) микроЭВМ, и
отличается высокой точностью функциональных характеристик и
показателей, обеспечиваемой их определением вычислительными
операциями над цифровыми сигналами.
Основными особенностями функционирования АРКТявляются:
дискретность действия регулятора и нечувствительность к изме-
нениям низшего напряжения, меньшим ступени регулирования
Д(ЛСп = 1.25-5- 2,5 % при переключении двух соседних ответвлений
от обмотки высшего напряжения;
действие с относительно большой выдержкой времени для пред-
отвращения переключений при кратковременных изменениях
напряжения при пусках и самозапусках электродвигателей, удален-
ных КЗ и в других случаях;
необходимость повышения напряжения регулирования отрица-
тельным статизмом для поддержания напряжения у потребителя на
неизменном уровне за счет компенсации падения напряжения в
линиях при возрастании тока нагрузки;
возможность параллельной работы трансформаторов с автомати-
ческими регуляторами.
56
Они обуславливают соответствующие особенности измеритель-
ной части автоматического регулятора, а именно:
релейность действия с зоной нечувствительности измерительно-
го органа напряжения;
высокий (близкий к единице) коэффициент отпускания (возвра-
та) релейных элементов;
необходимость ввода в измерительный орган напряжения сиг-
нала по току нагрузки для указанной компенсации паления на-
пряжения в линиях — установки отрицательного статизма.
Релейность действия с зоной нечувствительности Д1/Н., >Д14.р
очевидна, поскольку иначе происходили бы многочисленные пе-
реключения ответвлений обмоток то в сторону повышения, то в
сторону снижения напряжения, т.е. автоматическое регулирование
было бы неустойчивым.
Высокий коэффициент возврата необходим для обеспечения
возможной точности регулирования путем максимального прибли-
жения зоны нечувствительности регулятора к ступени регулирова-
ния. Зона нечувствительности определяется коэффициентами
отстройки > 1 и возврата кя < 1 [4]:
Д^нч — Д<4р ^от/^в-
Четко фиксируемые в цифровой форме, близкие к единице коэф-
фициенты отстройки и возврата измерительной части SPAU 341С
позволяют максимально возможно приблизить зону нечувствитель-
ности к дискретному изменению напряжения при переключениях
соседних ответвлений обмотки высшего напряжения.
Вычислительный процесс определения падений напряжения в
линиях электроснабжения нагрузки обеспечивает их компенсацию,
необходимую, как указывалось, для поддержания постоянства
напряжения электроприемников при изменениях потребляемой
ими электроэнергии. Расчетное определение выдержки времени
действия регулятора, изменяемой в зависимости от степени откло-
нения напряжения, придает ему свойства адаптации и позволяет
оптимизировать процесс автоматического управления УРПН.
Автоматический регулятор через алфавитно-цифровой дисплей и
набор светодиодов отображает текущую информацию о режиме ра-
боты трансформатора с фиксированием значений напряжений,
тока нагрузки, угла сдвига фаз между ними, напряжения компенса-
ции и сигнала о состоянии УРПН с указанием его положений, т.е.
рабочих ответвлений обмотки и положений приводного механизма
УРПН. Автоматическое тестирование и самодиагностика с выводи-
мой информацией о появляющихся неисправностях обеспечивает
надежность функционирования регулятора.
Автоматический регулятор SPAU 341С имеет модульное построе-
ние (рис. 18). Основным является модуль автоматического рсгули-
57
рования SPCU1DSO. Он производит все вычислительные операции
и формирует цифровые сигналы, преобразуемые выходным мо-
дулем в управляющие воздействия на УРПН. В соответствии с
отклонением &Uот установленного (предписанного) напряжения,
определяемого с учетом рассчитываемого в реальном времени
напряжения компенсации, при выходе изменяющегося напряже-
ния на шинах подстанции за пределы зоны нечувствительности
Дб/> модуль регулирования запускает программу вычислений
первой выдержки времени, зависящей от A£//Al/U4 — В в соответ-
ствии с соотношением
/реп = Т, = TmaJV-' (5)
при фиксированном Ттах* 25 с. Если отклонение напряжения уме-
ньшается до Af/< ЛЦ1Ч, отсчет времени прекращается.
После окончания первой выдержки времени тем меньшей, чем
больше отклонение напряжения, происходит переключение одного
ответвления обмотки трансформатора. Если одного переключения
недостаточно для вхождения напряжения в зону нечувствитель-
ности, запускается отсчет второй выдержки времени гре(2 = < 7\
и, при необходимости, производится переключение второго от-
ветвления.
Автоматический регулятор как интеллектуальное микропроцес-
сорное устройство обладает функциональными особенностями и
отличается информационным общением с оператором непосредст-
венно или через ПЭВМ и с более высоким иерархическим уровнем
автоматического управления.
Как указывалось, он вычисляет напряжение на своем входе — на-
пряжение регулятора Up по предписанному напряжению (устав-
ке), пропорциональному напряжению, которое должно поддержи-
ваться на шинах подстанции, по вычисляемому падению напряже-
ния £/z в линиях, питающих потребителей электроэнергии, и по
заданному снижению А£/пруставки в режиме минимальной нагрузки
трансформатора. При этом учитывается и реактивный ток /рц,
циркулирующий между параллельно работающими трансформато-
рами, в том числе различной мощности. В относительных единицах
= i/*np + U*z^- ^*p.u —
Активная UR и реактивная jU* составляющие падения напря-
жения в линиях вычисляются по известным их сопротивлениям и
токам.
Для вычисления относительного тока циркуляции авто-
матический регулятор каждого из параллельно работающих транс-
форматоров передает (по волоконно-оптической связи) информа-
цию о векторе тока другим регуляторам (предусмотрена возмож-
58
fate. 18. Микропроцессорный автоматический регулятор коэффициента трансформации
SPAU 341С
ность индивидуального автоматического управления трех транс-
форматоров). Каждый вычисляет общий ток нагрузки трансфор-
маторов и сравнивает его по амплитуде и фазе с током данного
трансформатора В результате составляющая Лри корректирует
управляющие воздействия каждого из регуляторов, обеспечива-
ющие минимизацию балластного тока циркуляции, и пропор-
циональную номинальной мощности трансформатора его загрузку.
Предписанное напряжение f/np и степень его снижения д€/пр
изменяются оператором дистанционно.
Предусматривается ЗАПРЕТ (блокировка) действия регулятора
на УРПН по максимальному и минимальному напряжению транс-
форматора, выполняемый микропроцессором.
Расположенные на передней панели модуля (см. рис. 18) автома-
тического регулирования дисплей D и вертикальное светодиодное
табло отображают обширную информацию о настройке и режиме
работы автоматического регулятора.
Высвечиваются значения напряжения Uh тока /нагрузки транс-
форматора, предписанное напряжение f/np = Us и его снижение
Д(/пр = Д URSV, составляющие Ur и Ux паления напряжения _[/z, зона
нечувствительности д£/нч = Д{/$, вычисляемые выдержки времени
Т1 и 72; светодиодами фиксируются срабатывание измерительной
части на повышение {RAISE) или снижение {LOWER) напряжения,
действие блокировки по току (7)) или напряжению (£/(), действие
59
Рис. 19. Функциошльвм схема цифрового автоматического регулятора коэффициента трансформации
(OUT) УРПН с индикацией по миллиамперметру (mA) его положе-
ния; автоматическое управление параллельно работающими транс-
форматорами {PARALLEL); функционирование {IRE) автоматиче-
ской самодиагностики; отключение модуля автоматического
(/IUTO) регулирования при переходе на ручное управление УРПН
оператором {MAN) — модуль SPCN ID56; возбуждение ТСО входа
УРПН. На передней панели расположены кнопки управления
программированием, дисплеем, переключениями на параллельную
работу или на ручное управление УРПН и ключи SGF и другие на-
боры функций (конфигурации).
Указанные в скобках обозначения приведены на функциональ-
ной схеме автоматического регулятора SPAU 341С(рис. 19). На ней
показаны описанный модуль UI автоматического регулирования с
микропроцессором U и логическими элементами и модуль U2
ручного управления; конструктивно выделенные блок U6 (в фир-
менном обозначении) вторичных измерительных трансформаторов
тока и напряжения с элементами гальванической развязки и блок
питания с входными зажимами ХО\ блоки входных электромагнит-
ных реле U5 с зажимами XI их обмоток и выходных герконов со
сборкой зажимов Х2от их контактов; показан вход под миллиампер-
метр резистивного датчика положения УРПН {ТАР РОХ) и опто-
электрический преобразователь (SPA-ZC) с разъемом волоконно-
оптической передачи информации.
Реле ТСО фиксирует процесс переключения УРПН, в течение
которого действие регулятора запрещается, a BLOCK выводит его из
работы по внешнему запрещающему сигналу: при замыкании
контакта одного из них на выходе элемента OW (ИЛИ) — логиче-
ский нуль, поступающий на один из трех входов элементов ОХ/, 0X2
(И) и запрещающий формирование их единичных выходных сигна-
лов, определяющих управляющие воздействия RAISE (поднять) и
LОWER (снизить) напряжение. Их формирование происходит под
воздействием единичных логических сигналов микропроцессора U
при возбуждавшемся реле AUTO (автоматическое управление):
логическая единица, зафиксированная элементом ее запоминания
(триггером ST), поступает на соответствующие входы элементов
DX1, 0X2. Эта же единица на инверсных входах ОХЗ — 0X6запреща-
ет формирование воздействий RAISE wm LOWER модулем L/2 руч-
ного управления или внешними сигналами, т.е. листаннионно
(ключ SA и выходные реле). При возбуждении реле MAN на выходе
ST — логический нуль, запрещающий прохождение единичных ло-
гических сигналов через OXI, 0X2 и разрешающий формирование
управляющих воздействий элементами 0X3, 0X4 при ручном дис-
танционном (входные реле) или местном (ключ SA) управлении.
61
Список литературы
1. Овчаренко Н. И. Элементы автоматических устройств энергосистем.
Учебник для вузов. В2-хкн. М.: Энсргоато.миздат, 1995.
2. Гетга Т. Г., Овчаренко Н. И. Проектирование цифровых элементов авто-
матических устройств энергосистем. М.: Изд-во МЭИ, 1986.
3. Шмурьев В. Я. Цифровые реле зашиты. (Библиотечка электротехника,
приложение к журналу “Энергетик”; Вып. 1(4)). М.: НТФ “Энергопрог-
ресс”, 1999.
4. Александров А. М. Выбор уставок срабатывания зашит асинхронных
электродвигателей напряжением выше I кВ/ (Библиотечка электротех-
ника, приложение к журналу "Энергетик”; Вып. 2). М.: НТФ “Энерго-
прогресс”, 1998.
Содержание
Предисловие..................................................... 3
1. Микропроцессорные комплексы
релейной защиты и автоматики................................. 5
1.1. Достоинства .микропроцессорных комплексов................ 5
1.2. Принципы действия измерительной части.................. 6
2. Микропроцессорные устройства релейной защиты
и автоматики НПФ “Радиус”.................................... 9
3. Микропроцессорные комплексы релейной защиты
и автоматики НТЦ “Механотроника”.............................. 17
3.1. Назначение и особенности................................ 17
3.2. Многофункциональный комплекс защиты и автоматики......... 18
3.3. Микропроцессорные защиты электродвигателей ............. 27
3.4. Автоматика частотной разгрузки и повторного включения. .. 29
3.5. Управление выключателем от БРМЗ........................ 32
4. Микропроцессорные комплексы релейной защиты
и автоматики ООО “АББ Реле-Чебоксары”.......................... 35
4.1. Виды, назначения и особенности...................... 35
4.2. Микропроцессорные реле................................ 35
4.3. Микропроцсссориыетерминалы .......................... 37
4.4. Функциональная схема базовоготсрмннаяаЗРАС 800........ 45
4.5. Микропроцессорная релейная защита
и автоматика трансформаторов............................ 52
Список литературы.............................................. 62
Библиотечка электротехника
Приложение к производственно-массовому журналу "Энергетик"
ОВЧАРЕНКО НИКОЛАЙ ИЛЬИЧ
Микропроцессорные комплексы релейной защиты
и автоматики распределительных электрических сетей
АДРЕС РЕДАКЦИИ:
109280. Москва, ул Автозаводская, [4/23
Тел /факс (0951 275-19-06. тел 275-00-23 лоб. 22-47
Редакторы. Л Л. Жданова, Н. В. Ольшанская
Худож.-техн редактор Т. Ю- Андреева
Корректор 3. Б. Драновскяя
Сдано в набор i 7.08 99 г. Подписано в печать 21.09.99 г.
Формат 60x84 % £ Печать офсетная.
Печ. л. 4,0. Тираж 760экз Заказ БЭТ/7(1О)-99
Макет выполнен изша1ельстьом “Фолиум”: [27238, Москва. Дмитровское ш., 58.
Отпечатано типографией издательства “Фолиум"’ 127238 Москва. Дмитровское ш., 58.
Динамика
Научно-
произв одственкое
предприятие
«Динамика» -
ведущее предприятие в России по
разработке, изготовлению и
продаже современных испыта-
тельных установок для проверки
различного электрооборудования
л энергетике и других энерго-
емких отраслях промышленности.
f
[^^йастоящее время свыше 600
испытательных приборов НПП
«Динамика» успешно эксплуа-
тируются на энергообъектах
К£оссии и за ее пределами.
428000 г.Чебоксары, Почтамт, а/я 160
ВПП «Динамика»
Тел/факс; (8352) 448126, 420713, 456035
Телетайп. 158989 КАССА
E-maxl. dynaiuxcB0chtts. ги
^tp ;//dynamics.chuvashxa.com
Основная продукция
предприятия:
РЕЛЕ-ТОМОГРАФ-41М
универсальная компьютерная испы-
тательная система для проверки
сложных устройств релейной защиты
и автоматики в электроэнергетике и
на энергоемких промышленных
предприятиях; **л
РЕТОМ-11
портативный испытательный при-
бор для проверки простых реле и
другого оборудования в схемах
электроснабжения промышлен-
ных предприятий.
ОБ авторе
Николай Ильич Овчаренко —
доктор технических, наук,
профессор кафедры “Релейная
защита и автоматизация энергосистем"
Московского энергетического института
( технического университета).
Н. И. Овчаренко — автор ряда научно-
технических монографий, учебных посо-
бий и учебников по теории и технике авто-
матики и релейной защиты электрических
станций, сетей и систем. Наиболее круп-
ные из них: монография “Аналоговые и
цифровые элементы автоматических
устройств энергосистем’’ (1989 г.) и учеб-
ник для вузов в двух книгах “Элементы ав-
томатических устройств энергосистем”
(1995 г.)
Микропроцессорные технические средства
программной реализации
функций релейной защиты
и противоаварийной автоматики
распределительных электросетей —
это новый уровень безопасности
и надежности систем электроснабжения.