Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние вопроса и основные задачи исследования Ц
1.1. Оценка требований к устройствам защиты от однофазных замыканий на землю II
1.2. Распределение токов нулевой последовательности при однофазном замыкании на землю в некомпенсированной карьерной распределительной сети 17
1.3. Особенности формирования входных сигналов га-щиты во время переходного процесса восстановления симметрии фазных напряжений 26
1.4. Выводы 31
2. Экспериментальные исследования режимов некомпенсированной карьерной распределительной сети ,33
2.1. Методика экспериментальных исследований 33
2.2 Характеристика объекта исследований 40
2.3. Исследование входных сигналов и оценка реакции защиты на них в различных несимметричных режимах карьерной распределительной сети 42
2.3.1. Нормальный режим 46
2.3.2. Переходный процесс однофазного замыкания на землю 46
2.3.3. Установившийся режим однофазного замыкания на землю 47
2.3.4. Переходный процесс восстановления симметрии фазных напряжений 52
2.4. Оценка надежности отстройки второй ступени защиты в переходном процессе восстановления симметрии фазных напряжений 57
2,5. Выводы 60
3. Математическое моделирование переходного процесса восстановления симметрии фазных напряжений в некомпенсированной сети на аш 62
3.1. Обоснование метода и задачи исследований 62
3.2. Схема замещения и математическая модель переходного процесса восстановления симметрии фазных напряжений 64
3.3. Выбор параметров математической модели 69
3.4. Результаты исследования математической модели переходного процесса восстановления симметрии фазных напряжений на АВМ . 80
3.5. Выводы 85
4. Анализ существущих устройств защиты от однофазных замыканий на землю . 87
4.1. Устройства защиты однофакторного действия, реагирующие на естественные параметры установившегося режима однофазного замыкания на землю 87
4.2. Устройства защиты многофакторного действия, реагирующие на естественные параметры установившегося режима однофазного замыкания 97
4.3. Устройства защиты, реагирующие на параметры переходного процесса Ю5
4.4. Устройства защиты, реагирующие на оперативный ток ^
4.5. Выводы 19
5. Разработка новых устройств здоиты от однофазных замыканий на землю для некомпенсированных сетей карьеров напряжением выше 1000 в 110
5.1. Повышение надежности функционирования реагирующего органа направленной защиты в установившемся режиме замыкания на землю НО
5.2. Расширение области селективного действия простой токовой защиты от однофазных замыканий на землю 119
5.3. Повышение помехоустойчивости защиты во время переходного процесса восстановления симметрии фазных напряжений 122
5.4. Направленная защита с повышенной помехоустойчивостью при переходном процессе восстановления симметрии . 124
5.5. Вторая ступень защиты с отстройкой от ложной работы во время переходного процесса восстановления симметрии фазных напряжений 132
5.6. Выводы 136
Заключение 138
Литература . 14
- Особенности формирования входных сигналов га-щиты во время переходного процесса восстановления симметрии фазных напряжений
- Оценка надежности отстройки второй ступени защиты в переходном процессе восстановления симметрии фазных напряжений
- Результаты исследования математической модели переходного процесса восстановления симметрии фазных напряжений на АВМ
- Устройства защиты многофакторного действия, реагирующие на естественные параметры установившегося режима однофазного замыкания
Введение к работе
Принятые ХХУІ съездом КПСС "Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" предусматривают дальнейший рост объема добычи полезных ископаемых. В 11-й пятилетке взят курс на повышение экономической эффективности предприятий на основе значительного ускорения темпов роста производительности труда, широкого внедрения комплексной механизации и автоматизации производственных процессов. Важная роль отводится и более полному и эффективному использованию технологического оборудования предприятий.
Интенсификация процесса добычи полезных ископаемых открытым способом неразрывно связана с надежным обеспечением электроэнергией энергоемкого технологического оборудования карьеров. На предприятиях по разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом вопросы электробезопасности и бесперебойности электроснабжения стоят наиболее остро. Причиной тому являются специфические условия эксплуатации электрооборудования карьеров.
Создание безопасных условий эксплуатации электрооборудования и повышение надежности электроснабжения потребителей карьеров связано с изучением широкого круга вопросов, одним из которых является проблема повышения надежности функционирования релейной защиты, в частности, защиты от однофазных замыканий на землю.
Распределительные сети карьеров напряжением выше 1000 В характеризуются значительным потоком повреждений, причем преобладающим видом повреждений являются однофазные замыкания на землю (033).
Анализ статистических данных по повреждениям в сети 6 кВ
карьера "Мукуланский" ТВМК с 1975 по 1981 гг. показал, что свыше 85 # всех повреждений, отключаемых релейной защитой, составляют 033. Повреждения по отдельным элементам сети были распределены следующим образом: 70 % - пробой гибких кабелей экскаваторов; 15 % - повреждение изоляторов, схлестывание проводов ВЛ; 15 І» - причины не выяснены.
Для карьерных распределительных сетей (КРС) практически всех регионов страны доля 033 в общем числе повреждений примерно одинакова. Так, по данным различных источников [з, 4, 6, 8,г 13, 19, 33, 34, 39, 47, 70, 7б], аварийные отключения защитой от 033 составляют 70 ... 90 f$ общего числа отключений релейной защиты.
С точки зрения обеспечения безопасности, основным назначением защиты от 033 следует считать предотвращение появления высоких потенциалов на корпусах электрооборудования при повышении сопротивления заземления и перехода 033 в двухфазное, которое представляет серьезную опасность для обслуживающего персонала [зз, 62 ]. Широкое внедрение устройств защиты от однофазных замыканий на землю (УЗОЗЗ) в сетях карьеров напряжением 6-10-35 кВ, несомненно, привело к существенному улучшению условий электробезопасности. Вместе с тем, действие защиты на отключение привело к снижению показателя надежности электроснабжения этих сетей по сравнению с аналогичными стационарными сетями промышленных предприятий, которые оборудованы лишь сигнализацией от 033.
/По данным ИГД им. А.А. Скочинского [53], перерыв в электроснабжении для КРС составляет, в среднем 210 ... 250 часов в год* тогда как для общепромышленных сетей он находится в пределах 20 ... 26 часов. Число аварийных отключений для КРС, оборудованиях УЗОЗЗ, больше на 44 %3 а время восстановления питания на
23 %. Столь существенную разницу трудно объяснить лишь более тяжелыми условиями эксплуатации КРС, Необходимо самым тщательным образом проанализировать, являются ли все отключения оправданными, или имеет место несвлективное действие защиты от 033.
Неселективное или ложное действие УЗОЗЗ существенно снижает надежность электроснабжения потребителей карьеров. В результате сравнительных испытаний средств защиты от замыканий на землю в КРС Михайловского ГОКа [19] установлена зависимость надежности электроснабжения от типа и параметров УЗОЗЗ. По данным эксплуатации [33, 34] , число ложных срабатываний для ряда промышленных образцов УЗОЗЗ колеблется в пределах 20 ... 25 %3 а в отдельных случаях [2, 35] достигает 50 ... 58 % общего числа срабатываний.
Неселективные отключения приводят к неоправданному простою оборудования карьеров и нарушению ритмичности работы всей технологической цепи добычи полезных ископаемых, что существенным образом снижает технико-экономические показатели горнодобывающих предприятий. Поэтому разработка помехоустойчивой защиты от однофазных замыканий на землю в распределительных сетях карьеров напряжением выше 1000 В является актуальной научной задачей, направленной на повышение надежности электроснабжения технологического оборудования карьеров.
Работа выполнялась в соответствии с целевой комплексной программой Минуглепрома СССР (ЦКОП - 01.06.05).
Цель работы. Установление причин и закономерностей, вызыва-ющих неселективные действия защиты от однофазных замыканий на землю для обоснования рациональных параметров и структуры помехоустойчивой защиты, применение которой позволит сократить время простоев технологического оборудования карьеров.
Идея работы. Обеспечить помехоустойчивость функционирова-
- 8 -ния защиты от однофазных замыканий на землю при неблагоприятных сочетаниях параметров контура нулевой последовательности в течение всего периода существования в сети несимметричного режима, включая переходный процесс восстановления симметрии фазных напряжений.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна;
Установлены граничные сочетания параметров некомпенсированной сети, которые вызывают неселективные действия защиты в установившемся режиме однофазного замыкания на землю и переходном процессе восстановления симметрии фазных напряжений, и предложены методы устранения негативного влияния неблагоприятных сочетаний параметров сети на устойчивость работы защиты.
Обоснована необходимость выполнения направленной защиты на основе фазочувствительного органа с независимой характеристикой срабатывания в пределах зоны угловой чувствительности + 90 относительно вектора напряжения нулевой последовательности, что позволяет обеспечить надежное функционирование защиты независимо от характера токов нулевой последовательности в защищаемых присоединениях сети.
Обоснованы параметры и рациональная структура защиты от однофазных замыканий на землю, которая отличается наличием логической функции высокочастотного согласования, что обеспечивает повышение помехоустойчивости защиты во время переходного процесса восстановления симметрии фазных напряжений.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
результатами исследований параметров входных сигналов за-
щиты при несимметричных режимах сети с использованием известных методов анализа линейных электрических цепей в сочетании с методами моделирования на AM; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в реальных карьерных распределительных сетях (расхождение не превышает 14%); положительными результатами эксплуатации разработанных устройств защиты от однофазных замыканий на землю в условиях Тырныаузского БМК МЦМ СССР.
Значение работы. Научное значение работы состоит в установлении граничных качественных и количественных соотношений параметров нулевой последовательности отдельных присоединений и сети в целом, при которых происходят неселективные действия защиты в установившемся режиме замыкания и переходном процессе восстановления симметрии фазных напряжений, что способствует развитию теории релейной защиты электрических сетей напряжением 6-35 кВ.
Практическое значение работы заключается в разработке новых устройств 1-й и 2-й ступеней защиты от однофазных замыканий на землю с повышенной помехоустойчивостью, в разработке методики выбора уставок токовой защиты с учетом компенсирующего влияния и топологической рассредоточенности трансформаторов НТМИі в разработке мероприятий по предотвращению неселективных отключений защитой от однофазных замыканий на землю, что обеспечивает повышение надежности электроснабжения и сокращение простоев технологического оборудования карьеров.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные результаты работы: методика выбора уставок токовой защиты с учетом компенсирующего влияния и топологической рассредоточенности в сети трансформаторов контроля изоляции типа НТМИ и разрабо-
тайные устройства защиты от однофазных замыканий на землю внедрены на Тырныаузском ЕМК Минцветмета. Годовой экономический эффект от снижения простоев технологического оборудования карьера "Мукуланский" ТВМК за счет сокращения числа неселективных отключений составил.21,2 тыс. рублей.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены: на 11-й и Ш-й Всесоюзных конференциях "Электробезопасность на горнорудных предприятиях черной металлургии СССР" (г. Марганец, 1979 г., г. Орджоникидзе, 1982 г.); на УШ Всесо-? юзной научно-технической конференции по проблеме "Моделирование электроэнергетических систем" (г. Баку, 1982 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь работ, в том числе получено три авторских свидетельства на изобретения
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 151 странице машинописного текста, включая 40 рисунков, 5 таблиц, перечень литературы из 94- наименований и приложение.
Автор выражает благодарность к.т.н. Ягудаеву Б.М. за помощь и консультации при выполнении исследований активных способов и средств обеспечения устойчивости работы защиты от однофазных замыканий на землю.
- II -
Особенности формирования входных сигналов га-щиты во время переходного процесса восстановления симметрии фазных напряжений
После отключения 033 в сети начинается режим ППВС фазных напряжений. Совершенно очевидно, что защита оставшихся в работе фидеров не должна срабатывать. Для объективной оценки возможности ложного срабатывания защиты в этом режиме необходимо получить аналитические выражения для входных сигналов защиты в течение ППВС. Решение поставленной задачи связано с исследованием физических процессов, сопровождающих режим ППВС фазных напряжений.
Непосредственно после устранения РОЗЗ освободившиеся заряды емкостей неповрежденных фаз стекают на землю через активно-индуктивные сопротивления трансформаторов НТМЙ. В зависимости от соотношения параметров LCR контура, процесс разряда емкости на индуктивность, как известно, может быть апериодическим или колебательным. При любом характере процесса на вход- ные цепи УЗОЗЗ некоторое время будут воздействовать затухающие напряжение и ток нулевой последовательности. С целью фор - 27 мализации задачи, реальная с оставшимися в работе фидерами КРС представляется в виде эквивалентного LCR контура нулевой последовательности (рис. 1.6). Схема замещения рис. 1.6 составлена с учетом следующих допущений:
1) продольные активные и индуктивные сопротивления линий приравниваются нулю;
2) распределенные емкостные проводимости фаз относительно земли заменяются сосредоточенными емкостями;
3) активная проводимость фаз относительно земли приравнивается нулю;
4) индуктивность трансформаторов НТМЙ принимается линейной.
Предполагается, что в сети установлено N однотипных трансформаторов типа НТМИ с эквивалентными параметрами йэи
Отключение 033 соответствует размыканию ключа К в схеме замещения рис. 1.6. Возникающий при этом переходной процесс описывается известным дифференциальным уравнением [25]: - эквивалентные значения индуктивности и активного сопротивления трансформаторов НТМЙ; Сэ - эквивалентная емкость оставшихся в работе фидеров. В случае колебательного процесса, решением уравнения I.I5 являются следующие выражения: где: - постоянная затухания;
СА)0 - собственная круговая частота свободных ко-лебаний в контуре Сх)0=- г-тг D ; ЦгоДос " напряжение на емкости и ток в индуктивности в момент коммутации ключа К. Выражения I.I6 и I.I7 можно упростить, полагая, что в момент размыкания ключа К ток IOL переходит через нулевое значение
Входным сигналом канала ННП защиты в режиме ПІШС является переходное напряжение UL на индуктивности. Если в УРОЗ, при условии отсутствия угловой погрешности у трансформатора НТМИ, вектора Uc и Ц, имели одинаковое направление, то в режиме ППВС для схемы замещения рис. 1.6 будет справедливо уравнение
В течение ППВС входным сигналом канала ННП защиты является напряжение Ц. , которое снимается с обмотки "открытый треугольник" трансформатора НТМЙ. Пренебрегая динамическими погрешностями преобразования каналов ТНП и ННП защиты в режиме ППВС, работа органа направления мощности нулевой последовательности защиты может быть достаточно наглядно проиллюстрирована с помощью векторной.диаграммы рис. 1.7 для входных сигналов защиты.
На векторной диаграмме рис. 1.7 дополнительный индекс m у векторов означает начальное (максимальное) значение соответствующих величин непосредственно после размыкания ключа К, т.е. при t = 0. Вектора вращаются с угловой частотой С00 свободных колебаний, а концы векторов скользят по затухающим спиралям. На векторной диаграмме нанесены зоны срабатывания и заклинивания защиты. Отрезок прямой 0 -maxявляется осью максимальной чувствительности органа направления МНП защиты.
Анализируя возможные варианты ориентации вектора переходного ТНП для L -го фидера (выражение 1.25) на комплексной плоскости векторной диаграммы рис. 1.7, можно сделать следующие выводы: I. Если для L -го фидера выполняется условие то в этом случае вектор L0t совпадает с направлением векто - ЗІ pa LCm и оказывается в зоне заклинивания.
В противном случае, когда выполняется неравенство вектор LOL оказывается в зоне реагирования и совпадает с направлением вектора km .
Таким образом, защита фидеров с параметрами, удовлетворяющими условию (1.28), может сработать неселективно во время ППБС фазных напряжений.
Длительный ППБС фазных напряжений может быть причиной неоправданного действия и второй ступени защиты, реагирующей на НШ с выдержкой времени на срабатывание. Этот случай возможен при малой величине постоянной затухания ( Б— -0).
Оценка надежности отстройки второй ступени защиты в переходном процессе восстановления симметрии фазных напряжений
Пусковой орган второй ступени защиты от 033 в сетях карьеров обычно выполняется на реле напряжения, которое реагирует на ННП и подключается к обмотке "открытый треугольник" НТМЙ. Согласно ПУЭ, для второй ступени защиты рекомендуется диапазон выдержек времени 0,5 - 0,7 с. Очевидно, что чрезмерное затягивание ППВС может привести к ложному действию второй ступени защиты. Затягивание ППВС (см. рис. 2.7) сопровождается устойчивыми субгармоническими колебаниями. Преобладающей частотой в кривой ННП является вторая субгармоника.
Условие отстройки от ложного действия защиты второй ступени в ППВС может быть выражено неравенством UomW V2U0Tn(a5), (2- л или - 58 где: Uorn(25) действующее значение напряжения отпускания реле защиты на частоте 25 Гц; Uom(t) амплитуда ННП в середине диапазона уставок времени t = 0,6 с; UCp - действующее значение напряжения срабатывания реле защиты на частоте 50 Гц; ,, Ав - коэффициент возврата реле (Кв = —— =0j75).
Повышение помехоустойчивости в режиме ППВС связано с ограничением верхней границы коэффициента чувствительности второй ступени
где г\«у - коэффициент чувствительности второй ступени защиты при металлическом 033 ( Кч = 100 В /Ucp). По результатам осциллографирования ННП времени 0,58 -- 0,63 с получена выборка ( N- 60) амплитудных значений ННП ( Ijom(t) ) Результаты статистической обработки эмпирических данных представлены в табл. 2.3. Проверка по критерию эе -Пирсона (число степеней свободы V"s 7 при уровне значимости L = 0 05) подтверждает гипотезу о нормальном распределении выборки Wofrt(t)/ , т.к. расчетное значение Э6Э =9 84 меньше критического дЄт- 14,07 [20, 45].
Выборка подчиняется нормальному закону распределения с параметрами ( Уот( ] = 25; = 12,2).
Задавшись определенным уровнем вероятности отстройки от ложного срабатывания защиты в ППВС, можно получить предельное значение ілцпр , гарантирующее соответствующий уровень помете) хоустойчивости защиты в режиме ППВС. Для определения K4frp необходимо в неравенстве (2.4.3) величину Uom(i) заменить верхним граничным значением ННП одностороннего доверительного интервала, полученного на соответствующем уровне значимости ск .
Л «4 ПО 4 г где: Uom(t) математическое ожидание амплитуды ННП при
t = 0,6 с; Л(&)- квантиль одностороннего доверительного интервала при уровне значимости oL ; б - дисперсия нормального распределения. В результате расчета по (2.5.4), получены следующие пре-дельные значения гЧчпр :
Очевидно, что использование столь низких значений приведет к снижению чувствительности второй ступени защиты при 033 через переходное сопротивление.
1. Оценку надежности функционирования УЗОЗЗ необходимо проводить во всех режимах карьерной сети, включая HP, ППОЗЗ, УРОЗ, ППВС.
2. Незначительная степень естественной несимметрии фазных напряжений КРС в нормальном режиме практически исключает возможность ложного срабатывания защиты в этом режиме.
3. Исследования показали, что при перекомпенсации собственного емкостного тока индуктивным током измерительных транс - 61 форматоров НТМИ, установленных в зоне защиты, наблюдается неселективное действие направленных защит неповрежденных фидеров.
4. Режим ППВС характеризуется существованием в контуре нулевой последовательности преимущественно субгармонических колебаний с частотой 25 Гц и отсутствием высокочастотных (более 150 Гц) гармоник.
5. Условием отстройки направленной защиты от ложного срабатывания во время ППВС является выполнение неравенства:
Результаты исследования математической модели переходного процесса восстановления симметрии фазных напряжений на АВМ
С целью удобства практического использования результатов исследования ППВС была установлена функциональная связь между параметрами ШІВС и соответствующими параметрами исследуемой схемы сети в УРОЗЗ. В частности, в качестве аргументов использовались следующие параметры УРОЗЗ:
ICN=IC/N - значение емкостного тока 033, приходящееся на каждый трансформатор НТМИ;
IBCBIP/IC - отношение активной составляющей тока к емкостному току при УРОЗЗ. Исследования математической модели ППВС показывают, что, помимо субгармонических колебаний с частотой 50/2 Гц, в контуре возможно возбуждение и более низких, дробных субгармоник при значении емкостного тока I - 2 А на каждый трансформатор НТМИ. Наиболее устойчивые колебания второй субгармоники наблюдаются при величине 1 ы порядка 1,0 - 1,5 А. При значениях I N менее 0,2 А и малых активных утечках в контуре нулевой последовательности возникают феррорезонансные колебания с частотой сети. В этом случае ППВС сопровождается повышением напряжения нейтрали на величину до 1,2 г 1,4- U ф, что вызывает перенапряжение в фазах сети относительно земли.
При значениях I N 0,1 в контуре нулевой последовательности возбуждаются высшие гармоники промышленной частоты. В этом случае перенапряжения в фазах достигают трех-пятикратного значения фазного напряжения. Последний режим не представляет практического интереса, т.к. подобное сочетание параметров в КРС встречается чрезвычайно редко - только во время оперативных переключений.
Амплитуда первого броска тока lL в нейтрали высоковольтных обмоток НТМИ при ППВС зависит от I . С ростом 1 ы от-ношение LL к соответствующему значению амплитуды тока U в УРОЗЗ практически возрастает линейно. Зависимость L/ tL = ((1см) изображена графически на рис. 3.6.
Из графика видно, что при величине 1 , = 2 А кратность LL/ iL достигает 10. Очевидно, что с ростом 1см увеличивается и вероятность повреждения высоковольтных обмоток НТМИ. По данным лаборатории КИП карьера "Мукуланский" более 30 % поступающих в ремонт трансформаторов напряжения НТМИ-6 имеют оплавленные разрывы в высоковольтных обмотках, что может быть следствием протекания значительных токов в режиме ППВС.
На рис. 3.7 изображены зависимости LL в функции IRC при различных постоянных значениях 1с« Из графика рис. 3.5 видно, что наложение активного тока оказыва-ется довольно эффективным средством снижения кратности U/ Ц . При условии 1см Ъ 0,2, отношение амплитудных значений ІщїІПВС) к UN (УРОЗЗ) не превосходит единицы. В противном случае, в течение ППВС наблюдаются перенапряжения в фазах сети.
В качестве критерия надежности отстройки второй ступени защиты, реагирующей на напряжение нулевой последовательности, принят коэффициент Кн который определяется из выражения
к - где (Jum " амплитудное значение напряжения на зажимах обмотки "открытый треугольник" в УРОЗЗ; UimW" амплитуда того же напряжения в интервале времени уставок ( t = 0,5 -г 0,7 с), рекомендуемых ПУЭ для второй ступени защиты.
- 83 На математической модели была определена кратность напряжения UNm(jJ UMm для различных значений емкостного тока
Т J-CM , приходящегося на один трансформатор НТМИ.
На рис, 3.8 изображены кривые изменения Кй в зависимос-ти от JLRC для различных значений 1сы .
Анализ кривых показывает, что для различных значений 1 м существуют узкие диапазоны IRC , в которых крутизна кривых максимальна, т.е. при определенном соотношении L/ 1С происходит срыв феррорезонансных колебаний. В этом случае Kj резко возрастает. Пологие участки кривых 2 и 3 соответствуют режиму устойчивой синхронизации субгармонических колебаний частотой сети. Что же касается отрицательных значений \\н , то в данном случае феррорезонансные колебания возбуждаются на промышленной частоте, причем амплитуда (JK превосходит UM . В этом случае следует ожидать значительных фазных перенапряжений, однако при столь небольших величинах JcN весьма эффективным является включение в обмотки "открытый треугольник" НТМИ резисторов 25 Ом.
Для поддержания коэффициента надежности отстройки близким к единице в широком диапазоне 1см достаточно наложение активного тока IR } 0,ІІс.
Для 1-й ступени защиты, реагирующей на МНП, с помощью модели было установлено минимальное значение IRC , которое гарантирует успешную отстройку защиты в ППВС. На усилителе 20 были установлены коэффициенты ск = I; 0=1; В = jp = 0, что соответствует иммитации предельного случая распределения прово-димостей на землю - в зоне защиты имеется только эквивалентная индуктивность всех трансформаторов НТМИ, а активные и емкостные проводимости сосредоточены вне зоны защиты. В этой ситуации -Ро - уровень МНП в ППВС будет максимально возможным, причем знак Р0 будет соответствовать знаку МНП Р0 при УРОЗЗ в зоне защиты. Очевидно, что отношение Ро/Ро КЇ может характеризовать степень отстройки органа направления МНП от ложного срабатывания в ППВС.
Исследования показали, что для надежной отстройки направленной защиты ( Кн 5 т 7) достаточно наложения активного тока IR = 0,33 IG. Последнее значение IR/IC является минимально необходимым уровнем, который обеспечивает надежную отстройку как 1-й, так и 2-й ступеней защиты от 033 в условиях ППВС.
Устройства защиты многофакторного действия, реагирующие на естественные параметры установившегося режима однофазного замыкания
Под защитой многофакторного действия понимаются устройства защиты с двумя и более входными сигналами. Эти УЗОЗЗ делятся на две группы - защиты, реагирующие на какой-либо фактор с корректировкой по другому фактору, и защиты направленного действия.
УЗОЗЗ первой группы выполняются на основе двух или более релейных элементов, исполнительные контакты которых включаются в требуемую логическую схему. Самым распространенным типом УЗОЗЗ этой группы является токовая защита с корректировкой по ННП. Защита содержит два реагирующих органа максимального действия на ТНП и ННП, исполнительные контакты которых собраны в логическую схему "И". На предприятиях открытых горных работ эксплуатируются ячейки типа ЯКН0-6ЭР, укомплектованные простой токовой защитой с корректировкой по ННП. Корректировка по ННП позволяет исключить ложное действие защиты вследствие коммутационных переключений и токов небаланса [із]. Недостатки токовой защиты с корректировкой по ННП те же, что и для простых токовых защит.
Защиты многофакторного - направленного действия, реагирующие на естественные параметры УРОЗЗ, широко используются в КРС нашей страны. В качестве основных параметров реагирования направленных УЗОЗЗ используются либо сигналы ТНП и ННП промышленной частоты, либо сигналы высокочастотных гармоник.
В КРС с компенсацией емкостного тока 033 защита направленного действия, как правило, реагирует на высокочастотные гармоники ТНП и ННП. Реже в качестве основного параметра выбирается активная составляющая, либо незначительный остаток нескомпен-сированного емкостного тока 033.
Существует группа реле направленного действия, в которой осуществляется сопоставление знаков или амплитуд ТИП нескольких присоединений (фидеров).
В некомпенсированных КРС наибольшее распространение получили УЗОЗЗ, реагирующие на знак (направление) МНП. В настоящее время в некомпенсированных КРС широко используется направленная защита типа ЗЗПІМ. Защита ЗЗПІМ имеет зависимую синусную характеристику срабатывания. Угол максимальной чувствительности равен 90, что соответствует емкостному характеру ТНП поврежденного присоединения. На рис. 4.6 представлена схема реле типа ЗЗП-Ш.
Согласующее устройство TP-I; R,, ; Д, ; Де служит для поворота фазы входного тока на 90. С помощью отводов 1-2-3 TP-I осуществляется регулировка чувствительности реле по току. На транзисторах Tj и Т2 выполнен усилитель переменного тока, нагруженный на резонансный контур Хре = 50 Гц, который образован емкостью С3 и первичной обмоткой ТР-3. Транзисторы Т3, Т включены по схеме двухполупериодного фазочувствительного усилителя, нагрузкой которого является исполнительное реле ИІ-2ІІ. ННЇЇ подается на схему посредством автотрансформатора АТР-2.
При 033 в защищаемой линии, фазы ННП и управляющего тока в фазочувствительном усилителе совпадают, и реле РП22І срабатывает. При замыкании вне зоны защиты реле не срабатывает, т.к. ННП и управляющий ток находятся в противофазе.
Как показал опыт длительной эксплуатации, устройство защиты ЗЗПШ весьма критично к параметрам электрической сети.
Число ложных отключений достигает 40-58 %. После установки дополнительных средств фильтрации ТНП число ложных срабатываний удалось снизить только до уровня 17 %.
Следует отметить, что в конструктивном отношении защита ЗЗПІМ усложнена, существуют более удачные конструкции подобных устройств, незначительно уступающие по чувствительности [64] .
Заслуживает внимания сравнительно простой вариант направленной защиты типа РЗН-2 выполненной на герконах [82]. Принципиальная схема защиты представлена на рис. 4.7.
Устройство содержит блок измерения ТНП с реле на выходе -Рр блок измерения ННП с реле Р2 на выходе. Контакты герконов Pj и Р2 включены в логическую схему "И" и подают питание на обмотку исполнительного реле Рд лишь в случае их одновременного замыкания.
К частным недостаткам схемы следует отнести то, что реле реагирует только на один знак полуволн напряжения и тока нулевой последовательности.
Недостаточная фильтрация ТНП и отсутствие ее в блоке ННП может привести к ложному срабатыванию реле при переходном процессе 033.
Существует модернизированный вариант описанной защиты [40] РЗН-3, который отличается наличием усилителя на транзисторе в канате ТНП. Реле РЗН-3 имеет фиксированные уставки срабатывания по току 0,25 А; 0,5 А; 0,75 А. Защита питается от постороннего источника переменного тока напряжением 220 В [42].
На рис«4.8а представлена блок-схема реле типа УЗЗН-6 которое предназначено для работы в КРС напряжением 6 кВ [44].
ННП фильтруется и дифференцируется в блоке I, затем преобразуется в серию коротких импульсов в блоке 2 и поступает на логическую схему совпадения 4.
Туда же подается сигнал, снимаемый с ФТНП, который предварительно фильтруется в блоке 3. С логической схемы совпадения импульс отключения подается на бесконтактное отключающее реле 5. С целью эффективного подавления высокочастотных составляющих ТНП и ННП в схеме применены активные RC фильтры. Преобразова - 103 ниє ННП в импульсы малой длительности предпринимается для более надежного действия реле при неполвофазном режиме 033, когда угол между ТНП и ННП не равен 90.
Действие реле наглядно иллюстрируется диаграммой рис. 4.8б в которой:
Uот укороченные импульсы, сформированные на основе дифференцированного ННП; Ion? стробирующие импульсы, сформированные на основе
ТНП при повреждении в зоне защиты; 1онг - so же при 033 вне зоны защиты; Iffoix - импульс отключения.
