Содержание к диссертации
Введение
1. Аварийные режимы работы и роль релейной защиты и автоматики в системе электроснабжения нетяговых потребителей 11
2. Разработка математической модели сети с изолированной нейтралью 25
2.1 Математическая модель участка линии электропередачи 27
2.2 Математическая модель линейных трансформаторов и на грузки 38
2.3 Математическая модель трансформатора напряжения 45
2.4 Математическая модель блока замыканий 49
2.5 Математическая модель источника питания 50
2.6 Расчет сети с изолированной нейтралью с использованием математической модели 52
3. Теоретические и экспериментальные исследования переходных процессов при 033 в сети электроснабжения нетяговых потребителей 55
3.1. Теоретические исследования переходных процессов при 033 в сети с изолированной нейтралью 56
3.1.1 Подготовка модели сети с изолированной нейтралью для теоретического исследования переходных процессов при 033 56
3.1.2 Исследование переходных процессов при металлическом 033 62
3.1.3 Исследование переходных процессов при дуговом 033 71
3.2 Экспериментальные исследования переходных процессов при 033 в сети с изолированной нейтралью 83
4. Разработка принципа действия и устройства для защиты линий с изолированной нейтралью от двойных замыканий на землю 95
4.1 Определение требований и выявление принципа действия устройства защиты 95
4.2 Разработка функциональной схемы устройства защиты 96
4.3 Анализ функционирования защиты при различных видах повреждений 99
4.4 Разработка и результаты испытаний опытного образца устройства защиты 109
5, Система автоматического определения и выделения поврежденного участка ВЛ СЦБ 113
5.1 Анализ распределения токов нулевой последовательности по участкам В Л при 033 113
5.2 Разработка устройства селективной защиты от 033 в сети с изолированной нейтралью 117
5.4 Система автоматического выделения поврежденного участка' ВЛСЦБ 122
Заключение 130
Литература
- Математическая модель линейных трансформаторов и на грузки
- Математическая модель блока замыканий
- Исследование переходных процессов при металлическом
- Разработка функциональной схемы устройства защиты
Введение к работе
Актуальность проблемы. Главной задачей железнодорожного транспорта является обеспечение стабильного перевозочного процесса. Решение этой задачи во многом зависит от надежного электроснабжения устройств сигнализации, централизации, блокировки (СЦБ). В свою очередь, надежность работы устройств электроснабжения СЦБ и нетяговых потребителей зависит от надежной работы устройств релейной защиты (РЗ) и автоматики высоковольтных линий автоблокировки (ВЛ СЦБ) и продольного электроснабжения (ВЛ ПЭ). ВЛ СЦБ и ВЛ ПЭ выполняются воздушными, поэтому они подвержены воздействию различных климатических факторов (перепады температур, ветер, гололедные образования, атмосферные перенапряжения), а также падению деревьев, перекрытию изоляции птицами и т.д., что приводит к возникновению различных повреждений.
Наиболее частым повреждением ВЛ СЦБ и ВЛ ПЭ является однофазное замыканий на землю (033) - 65 до 75 % от всех повреждений. 033 приводит к возникновению перенапряжений большой кратности во всей электрически связанной сети, что в свою очередь может привести к пробою изоляции или разрядника в любом месте сети и переходу ОЗЗ в междуфазное короткое замыкание (КЗ), в том числе в двойное замыкание на землю (ДЗЗ) с точками замыкания на разных линиях.
Анализ работы защит ВЛ СЦБ и ВЛ ПЭ показывает, что при возникновении ДЗЗ с точками замыкания на разных линиях существующие защиты работают как правило неселективно и отключают линии, питание которых можно было сохранить.
Важным мероприятием по повышению эффективности работы системы электроснабжения устройств СЦБ и нетяговых потребителей является быстрое восстановление ее элементов, в частности ВЛ СЦБ, при повреждении. Время восстановления поврежденной ВЛ определяется временем поиска места повреждения и временем непосредственно устранения повреждения. Ав-
7 томатическое определение и выделение поврежденного участка ВЛ СЦБ позволяет локализовать повреждение, а следовательно быстро восстановить питание потребителей, подключенных к неповрежденным участкам ВЛ СЦБ.
Необходимость разработки защит ВЛ СЦБ и ВЛ ПЭ, позволяющих обеспечивать селективность во всех режимах работы, а также необходимость быстрого выделения поврежденного участка ВЛ СЦБ определили актуальность выполнения данной работы.
Цель работы. Целью работы является проведение теоретических и экспериментальных исследований и разработка на их основе устройств защиты, обеспечивающих селективность при возникновении замыканий на землю на ВЛ СЦБ и ВЛ ПЭ, разработка системы автоматического определения и выделения поврежденного участка ВЛ СЦБ.
Для достижения поставленных целей решались следующие задачи:
Анализ функционирования существующих устройств защиты и автоматики ВЛ СЦБ и ВЛ ПЭ в нормальных и аварийных режимах;
Разработка математической модели сети с изолированной нейтралью и выполнение теоретических и экспериментальных исследований переходных и установившихся процессов при возникновении 033.
Выявление отличительных признаков процесса перехода 033 в ДЗЗ с точками замыкания на разных линиях.
Разработка устройства защиты, обеспечивающего выполнение требования селективности при возникновении двойных замыканий на землю на ВЛ СЦБ и ВЛ ПЭ.
Разработка системы автоматического определения и выделения поврежденных участков ВЛ СЦБ.
Методика исследований. Поставленная цель достигается путем комплексных аналитических и экспериментальных исследований.
Для математического моделирования использован аппарат теории электрических цепей, теория многополюсников, алгебра матриц. Численные расчеты проводились на ПЭВМ в среде MathCad и MATLAB.
Опенка целесообразности предложенных мероприятий проводилась с применением методов определения экономической эффективности инноваций.
Экспериментальные исследования параметров аварийных режимов работы ВЛ СЦБ и ВЛ ПЭ, а также эффективности предложенных мероприятий, проведены в лабораторных условиях и на действующих участках Дальневосточной железной дороги. Расхождение между экспериментальными данными и результатами расчетов не превышает 5%.
Научная новизна работы заключается в следующем.
Разработана математическая модель для анализа работы сети с изолированной нейтралью в нормальном и аварийном режимах, учитывающая особенности конструкции и режимы работы ВЛ СЦБ и ВЛ ПЭ.
Выявлены отличительные признаки процесса перехода 033 в междуфазные короткие замыкания, в том числе в ДЗЗ.
Сформулированы принципы защиты линий с изолированной нейтралью, обеспечивающей выполнение требований селективности и чувствительности при ДЗЗ с точками замыкания на разных линиях.
Разработано устройство селективной защиты линий с изолированной нейтралью от 033.
5. Разработана система автоматического выделения поврежденного
участка ВЛ СЦБ.
Достоверность научных положений и выводов обоснована теоретически и подтверждена экспериментальными исследованиями, выполненными и в лабораторных условия и на действующих участках системы электроснабжения устройств СЦБ и нетяговых потребителей Дальневосточной железной дороги.
Практическая ценность и внедрение результатов работы.
1. Разработано и запатентовано устройство защиты, обеспечивающее селективность работы при возникновении двойных замыканий на землю на разных линиях в сети с изолированной нейтралью.
Разработано и запатентовано устройство защиты от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью.
Разработана система автоматического определения и выделения поврежденного участка ВЛ СЦБ, позволяющая повысить безопасность и бесперебойность движения поездов.
Устройство для защиты сетей с изолированной нейтралью от двойных замыканий на землю на разных линиях передано на Красноярскую железную дорогу в опытную эксплуатацию.
Новые разработки, представленные в диссертационной работе, регулярно включались в планы курсов повышения квалификации специалистов в области релейной защиты и автоматики ДВЖД, ЗабЖД и учебные курсы по специальностям 1004, 2104.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на:
- пятом краевом конкурсе работ молодых ученых и аспирантов Хаба
ровского края, Хабаровск, 31 января 2002 г.всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Энергетика: Управление, качество и эффективность использования энергоресурсов» - Благовещенск, 14-16 мая 2003 г;
региональной научно-практической конференции «Электроэнергетическое управление, качество и эффективность использования энергоресурсов» - Хабаровск, 8-10 декабря 2004 г;
четвертой международной научной конференции творческой молодежи «Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке - Хабаровск, 12-14 апреля 2005 г;
всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» - Красноярск, 19-21 мая 2005.
научно-технических семинарах и заседаниях кафедры «Электроснабжение транспорта» ДВГУПС, 2003 - 2005 гг.
10 Публикации. Основные материалы исследований опубликованы в 7 печатных работах, имеется два патента на полезную модель. На защиту выносятся:
математическая модель сети с изолированной нейтралью, учитывающая особенности конструкции и режимы работы ВЛ СЦБ и ВЛ ПЭ;
принцип действия и функциональная схема устройства защиты сетей с изолированной нейтралью от двойных замыканий на землю на разных линиях;
принцип действия и функциональная схема устройства защиты сетей с изолированной нейтралью от однофазных замыканий на землю;
система автоматического определения и выделения поврежденных участков В Л СЦБ;
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, заключения, списка литературы и двух приложений. Содержит 131 страниц основного машинописного текста, 30 рисунков, 27 таблиц, список литературы из 104 наименований на 11 страницах, и два приложения на 12 страницах.
Математическая модель линейных трансформаторов и на грузки
При построении математической модели линейных трансформаторов и нагрузки учитывалось, что нагрузка подключается к ЛЭП посредством однофазных и трехфазных двухобмоточных трансформаторов.
Для создания математической модели силовые трансформаторы были представлены Т-образной схемой замещения, в которой учитывались активное и индуктивное сопротивление обмоток, а также индуктивность намагничивания и активная проводимость цепи намагничивания трансформатора. Нагрузка учитывалась последовательно соединенным активным и реактивным сопротивлением.
В качестве допущения принято, что нагрузка трансформаторов - величина постоянная и неизменная во времени. Первичные обмотки однофазных и трехфазных силовых трансформаторов подключаются непосредственно к фазам ЛЭП. При этом однофазные трансформаторы подключаются на линейное напряжение ЛЭП (АВ, ВС, СА).
Схема замещения однофазного силового трансформатора представлена на рисунке 2,2. Для схемы на рисунке 2.2 справедливы следующие уравнения [14]: (2.26) где f/ / Л7/ комплексы напряжения и тока первичной и вторичной обмоток трансформатора; R ,Х ,R ,Х - активное и индуктивное сопротивление первичной и вторичной обмотки трансформатора; 2М - комплексное сопротивление намагничивающей цепи трансформатора. Л/ Xi хи Rn Vt І, Z м Чі и \U, Рисунок 2.2 - Схема замещения двухобмоточного трансформатора с учетом магнитных потерь Нагрузка подключается ко вторичной обмотке силового трансформатора. Учитывая, что нагрузка представляет собой комплексное сопротивление, приведенное к первичному напряжению силового трансформатора, схема на рисунке 2.2 при подсоединении к ней нагрузки может быть заменена одной эквивалентной проводимостью (сопротивлением). Очевидно, что параметры эквивалентной проводимости зависят от параметров силового трансформатора и нагрузки. Полученная эквивалентная проводимость включается на междуфазное напряжение ЛЭП. Пример подключения эквивалентной проводимости нагрузки на напряжение фаз А и В ЛЭП показан на рисунке 2.3. Lu ll, U» В! L W ил і Рисунок 2.3 - Подключение эквивалентной проводимости нагрузки на междуфазное напряжение ЛЭП Аналогичным образом производится подключение нагрузки на напряжение фаз В и С и фаз А и С.
Эквивалентную проводимость нагрузки, включенную на междуфазное напряжение ЛЭП можно представить в виде эквивалентного многополюсника нагрузки. Зависимость между входными и выходными токами и напряжениями эквивалентного многополюсиика в матричной форме имеет вид: U Ні и -ав аа А А .—ва —ев II II -I (2.27)
Соответствующие блоки матрицы А-параметров для схемы на рисунке 2.3 определяются из первого и второго законов Кирхгофа: где [1] - единичная матрица, размером 4X4 элементов; [0] - нулевая матрица, размером 4X4 элементов.
Аналогично, блоки матрицы А-параметров для случая подключения нагрузки на напряжение фаз В и С:
Подключение трехфазного трансформатора и нагрузки к ЛЭП также можно представить схемой замещения содержащей эквивалентные проводимости. При этом эквивалентная проводимость определяется параметрами фазы трехфазного трансформатора и нагрузкой, подключенной к его вторичной обмотке. Необходимо отметить, что принятая схема замещения одной фазы трехфазного трансформатора полностью соответствует схеме замещения приведенной на рисунке 2.2 для однофазного трансформатора.
Схема подключения эквивалентных проводимостей, соответствующая подключению трехфазного трансформатора, совмещенного с нагрузкой представлена на рисунке 2.4.
По аналогии с однофазными трансформаторами, трехфазные трансформаторы, совмещенные с нагрузкой могут быть представлены эквивалентным многополюсником нагрузки, содержащим поперечные проводимости. Зависимость входных и выходных токов и напряжений для такого многополюсника описывается в матричной форме с использованием А-параметров по выражению (2.27).
Математическая модель блока замыканий
В настоящее время существует большое количество программных средств, позволяющих моделировать работу сложных электроэнергетических систем. Среди них Microtran, MATLAB [26, 102, 104] и другие. Программные продукты различных производителей имеют свои особенности (язык программирования, алгоритмы расчетов и т.д.). Для реализации основных принципов математического моделирования электрической сети, изложенных в главе 2, при создании модели действующей сети электроснабжения нетяговых потребителей из существующего ряда программных продуктов выбрана система MATLAB по следующим причинам: S в среде MATLAB особенно тщательно проработаны алгоритмы матричных операций, лежащие в основе большинства средств моделирования сложных систем, в частности электроэнергетических; S MATLAB имеет открытую архитектуру, что дает полный доступ к ее кодам на языке программирования этой системы; S язык программирования MATLAB является одним из лучших и высокоэффективных языков программирования для научно-технических расчетов, идентификации и моделирования систем.
Кроме того, результатам компьютерного моделирования электрической сети с изолированной нейтралью в среде MATLAB с высокой степенью точности (более 99,2%) сходятся с результатами расчета по математической модели сети, описанной в разделе 2,.
Современные версии системы MATLAB (11-13 версии) поставляются вместе с базовым пакетом расширения Simulink, предназначенным для моде 57 лирования динамических систем, модели которых составляются из отдельных блоков. В базовом пакете Simulmk реализованы принципы визуально-ориентированного программирования, что позволяет легко набирать нужные блоки и соединять их с целью составления модели анализируемой системы или устройства. При этом уравнения состояния, описывающие работу системы формируются автоматически. Таким образом система MATLAB и базовое расширение Simulink представляют собой единый комплекс, в который могут входить различные пакеты расширения.
Для моделирования энергетических систем и устройств применяется пакет расширение Power System Blockset, входящий в базовое расширение Simulink системы MATLAB. В состав пакета расширения Power System Blockset входят библиотеки следующего содержания: S источники электрической энергии и сигналов; / линейные и нелинейные компоненты электрических устройств (линии электропередачи, трансформаторы, ограничители перенапряжений и т.д.); S устройства энергетической электроники; S электрические машины; измерительные устройства и устройства контроля параметров сети.
Применение библиотек пакета расширения Power System Blockset позволяет создавать модели различных энергетических установок и выполнять их моделирование в режиме работы виртуальных устройств, что дает представление о работе реальных энергетических систем. Правила подготовки моделей подробно описаны в [104].
Библиотека Elements содержит модели линейных и нелинейных компонентов электрических и электронных устройств. В частности в библиотеку Elements входит модель многофазной линии с распределенными параметрами (можно задавать число проводов более трех), модель участка однофазной линии электропередачи с сосредоточенными параметрами и модель участка трехфазной линии с сосредоточенными параметрами. Очевидно, что для исследования переходных и установившихся процессов в сети с изолированной нейтралью с учетом распределения нагрузки вдоль ЛЭП наиболее подходит модель участка трехфазной линии с сосредоточенными параметрами.
Имеющаяся модель участка трехфазной линии электропередачи содержит продольные активное и индуктивное сопротивление, взаимную индукцию между проводами фаз, а также емкости фаз относительно земли
Для исследования переходных и установившихся процессов в сети с изолированной нейтралью при возникновении 033 необходимо в имеющейся модели участка ЛЭП дополнительно учитывать междуфазные емкости и сопротивление земли, т.е. привести схему к виду представленному на рисунке 2.1. С целью учета указанных параметров в базовой системе MATLAB изменена часть программы, описывающая работу модели участка трехфазной ЛЭП.
В связи с тем, что ВЛ ПЭ и ВЛ СЦБ транспонированы по всей длине (шаг транспозиции примерно 3 км) и учитывая длины линий, в качестве допущения примем, что линия полностью симметрична по всей длине. Учитывая данное допущение элементы матриц (2.4) и (2.5), содержащие параметры участка ЛЭП определяются по следующим формулам [49]:
Величины индуктивности и емкости прямой и нулевой последовательности определяются из геометрии ЛЭП [74, 75].
Величина активного сопротивления прямой последовательности ЛЭП определяется материалом провода и его сечением, а также числом проводов в фазе для линий с расщепленными проводами фаз. Для линий с одиночными проводами активное сопротивление прямой последовательности определяется из справочных данных [74, 75]. Активное сопротивление нулевой последовательности определяется в значительной степени активным сопротивлением земли [74]. Для частоты 50 Гц сопротивление нулевой последовательности принимаем равным 0,15 Ом/км.
Кроме перечисленных выше параметров, необходимо учитывать сопротивление рельса на рассматриваемом участке ЛЭП. При этом, в качестве допущения принимаем, что сопротивление рельса - линейное и определяем его из справочных данных (для рельса Р-65). Такое допущение возможно, в связи с тем, что нашей задачей является исследование процессов при 033, а согласно [36, 58], нелинейность рельса допускается не учитывать при токах в десятки ампер.
Исследование переходных процессов при металлическом
Как показывает опыт эксплуатации и теоретические расчеты [10,48, 64, 80] наибольшие перенапряжения на изоляции неповрежденных фаз в сети с изолированной нейтралью возникают при дуговых ОЗЗ. В связи с тем, что 033 не сопровождается появлением большого тока, горение заземляющей дуги имеет, как правило, перемежающийся характер (происходит гашение и повторное загорание дуги). Моменты времени гашения и повторного зажигания дуги зависят от многих факторов, учесть которые не представляется возможным.
В работах отечественных и зарубежных ученых приводятся различные эмпирические формулы для определения сопротивления дуги. При этом во всех формулах сопротивление дуги прямо пропорционально длине дуги и обратно пропорционально току дуги. Если величина тока дуги достигает сотен ампер, рассчитанные по разным формулам значения сопротивления дуги близки друг к Другу. Однако для малых токов (единицы и десятки ампер), результаты расчета значительно отличаются (иногда на 100 и более %). В связи с этим, учитывая, что токи при ОЗЗ не превышают двух - трех десятков ампер, в настоящее время не существует единой теории описывающей процесс горения заземляющей дуги и процесс возникновения перенапряжений при дуговом ОЗЗ в сети с изолированной нейтралью.
Для описания процесса возникновения перенапряжений при дуговом ОЗЗ используются три различные теории: теория Петерсена, теория Петерса и Слепяна и теория Н.Н. Белякова [48, 64].
Основоположником исследований дуговых перенапряжений в сети с изолированной нейтралью был Петерсен, который в 1916 г. разработал теорию, объясняющую физическую сущность процесса возникновения макси 72 мальных перенапряжений. Согласно теории Петерсена, величина тока в месте повреждения пропорциональна мгновенному значению напряжения поврежденной фазы в момент зажигания заземляющей дуги. Горение дуги продолжается только половину периода свободных колебаний, т.е. при первом переходе тока колебаний через ноль (тока в месте повреждения) дуга должна погаснуть, после чего освободившиеся заряды емкостей неповрежденных фаз распределяются поровну между емкостями всех фаз, обуславливая постоянное напряжение смещения для всей сети. Процесс гашения дуги характеризуется снижением напряжений на неповрежденных фазах, на нейтрали сети и появлением пика восстанавливающегося напряжения на поврежденной фазе. Петерсеном было принято, что повторные зажигания дуги в месте поврежде-ния происходят через каждый полупериод промышленной частоты, когда величина восстановившегося напряжения на поврежденной фазе достигает максимума.
Таким образом, процесс возникновения максимальных перенапряжений в соответствии с теорией Петерсена имеет следующие характерные особенности:
1. Повторные зажигания заземляющей дуги представляются в виде металлических замыканий. В связи с этим не учитывается наличие у дуги вольт-амперной зависимости. Повторные зажигания происходят при максимальном напряжении на поврежденной фазе.
2. Длительность горения заземляющей дуги при каждом повторном зажигании равна полупериоду свободных колебаний. При этом не учитывается, что величина тока замыкания и скорость его изменения с каждым полупериодом увеличиваются (т.к. величина тока пропорциональна мгновенному значению напряжения в момент зажигания), а также увеличивается его тепловое и ионизирующее действие.
3. После каждого гашения дуги в сети появляется нарастающее постоянное напряжение смещения нейтрали.
4. Восстановление напряжения на поврежденной фазе после гашения дуги имеет колебательный характер с высокочастотным пиком, превышающим величину фазного напряжения. Однако предполагается, что диэлектрическая прочность места повреждения нарастает быстрее, нежели восстанавливающееся напряжение.
5. При каждом полупериоде промышленной частоты перенапряжения изменяют знак.
Теория Петерса и Слепяна (1923 г.) принципиально отличается от теории Петерсена. Согласно данной теории зажигания дуги происходят при максимальных напряжениях на поврежденной фазе, а гашения дуги - при прохождении установившегося емкостного тока замыкания на землю через нулевое значение (т.е. после затухания высокочастотных составляющих тока замыкания). Таким образом ток в заземляющей дуге представляет собой высокочастотные колебания наложенные на емкостный ток промышленной частоты. При принятых условиях гашение дуги не сопровождается переходным процессом и поэтому частота и пики восстанавливающегося напряжения отсутствуют (напряжение на поврежденной фазе восстанавливается с промышленной частотой).
Характерными особенностями процесса возникновения перенапряжений и горения заземляющей дуги по теории Петерса и Слепяна являются: 1. Повторные зажигания заземляющей дуги представляются также в виде металлического замыкания на землю. Они происходят при максимальном значении напряжения на поврежденной фазе. 2. Длительность горения дуги определяется временем затухания высокочастотных составляющих тока замыкания на землю и примерно равна полупериоду промышленной частоты. 3. Поскольку гашения дуги происходят при каждом прохождении тока промышленной частоты через нулевое значении, то пики гашения отсутствуют. Восстановление напряжения на поврежденной фазе после гашения дуги происходит плавно с промышленной частотой. 4. При каждом повторном зажигании дуги на неповрежденных фазах образуются одинаковые перенапряжения. 5. Перенапряжения знака не меняют.
Теория Н.Н. Белякова занимает промежуточное положение между теорией Петерсена и теорией Петерса и Слепяна. По теории Белякова гашение дуги на продолжительное время происходит тогда, когда первый высокочастотный максимум восстанавливающегося напряжения на поврежденной фазе становится несколько меньше величины диэлектрической прочности, приобретаемой местом повреждения за время полупериода свободных колебаний. Последующие зажигание происходит в момент несколько опережающий максимум напряжения промышленной частоты на поврежденной фазе.
Таким образом, для появления максимальных перенапряжений по теории Белякова необходимо совпадение двух основных условий в одном цикле зажигание - гашение - зажигание дуги:
1. Первое замыкание должно произойти раньше максимума э.д.с. поврежденной фазы в такой момент времени, чтобы к моменту максимума э.д.с. поврежденной фазы (когда ток промышленной частоты равен нулю) амплитуда последнего пика тока, а следовательно и скорость изменения его при прохождении через нуль имели бы критические значения, при которых первый пик восстанавливающегося напряжения достигал величины 0,4 Цф.
2. Второе зажигание дуги, при котором на одной из неповрежденных фаз возникают наибольшие перенапряжения, должно произойти в момент, когда напряжение поврежденной фазы будет больше напряжения при первом зажигании (приблизительно 2,2 иф), но меньше максимального напряжения на поврежденной фазе.
Разработка функциональной схемы устройства защиты
Логический блок 4 содержит пороговый элемент 14, первый и второй формирователь импульсов 15, 16, инвертор 17, логический элемент И 18, од-новибратор 19, логический элемент ИЛИ 20, логический элемент ЗАПРЕТ 21. Вход первого формирователя импульсов 15 соединен с третьим выходом блока защиты от 033 2. Выход первого формирователя импульсов 15 соединен со входом инвертора 17, выход которого подключен к первому входу логического элемента И 18. Вход порогового элемента 14 соединен с первым выходом блока защиты от ОЗЗ 2. Выход порогового элемента 14 соединен со входом второго формирователя импульсов 16, выход которого подключен ко второму входу логического элемента И 18. Выход логического элемента И 18 подключен ко входу одновибратора 19. Входы логического элемента ИЛИ 20 логического блока 4 соединены соответственно с четвертым выходом блока защиты от 033 2, с выходом блока защиты от ДЗЗ 3 и выходом блока защиты от междуфазных замыканий 1, а выход логического элемента ИЛИ 20 соединен с прямым входом логического элемента ЗАПРЕТ 21. Выход одновибратора 19 соединен с инверсным входом логического элемента ЗАПРЕТ 21. Вход порогового элемента 14 и вход первого формирователя импульсов 15 являются соответственно первым и вторым входом логического блока 4, а первый, второй, третий входы логического элемента ИЛИ 20 являются соответственно третьим, четвертым, пятым входом логического блока 4. Выход логического элемента ЗАПРЕТ 21 является выходом логического блока 4.
Вход выходного элемента 5 подключен к выходу логического блока 4. Выход выходного элемента 5 является выходом устройства ЗЗД. В общем случае, разработанное устройство защиты устанавливается на каждом присоединении сети. В рассматриваемом нами случае установлено два комплекта защиты. При этом весь анализ произведем для комплекта 1.
Исходное состояние элементов схемы устройства ЗЗД следующее (рисунок 4.1): S на выходах датчиков тока нулевой последовательности ДТНП 6, напряжения нулевой последовательности ДННП 7 сигналы отсутствуют; S на выходах блока защиты от междуфазных коротких замыканий ЗМЗ 1, блоков защиты от 033 2 и ДЗЗ 3, а также на выходе логического блока 4 и выходного элемента 5 установлены потенциалы уровня логического нуля.
Однофазное замыкание на землю на защищаемом присоединении.
При однофазном замыкании на землю в точке К1, токи в неповрежденных фазах присоединения определяются емкостями этих фаз на землю. Следовательно, блок защиты от междуфазньтх замыканий ЗМЗ 1 не работает и на его выходе сохраняется потенциал уровня логического нуля. Направление тока нулевой последовательности таково, что происходит срабатывание реле направления мощности нулевой последовательности РНМ 8. После срабатывания реле времени 9 сигнал уровня логической единицы поступает на третий вход логического элемента ИЛИ 20 и устанавливается на его выходе. Уставка порогового элемента 10 блока защиты от ДЗЗ 3 такова, что при возникновении 033 его выходе сохраняется потенциал уровня логического нуля. Срабатывание РНМ 8 приводит к появлению импульса уровня логической единицы на выходе формирователя импульсов ФИ 11. Сигналы уровня логического нуля с выхода порогового элемента ПЭ 10 и сигнал уровня логической единицы с выхода формирователя импульсов ФИ 11 поступают на вход логического элемента И 12. На выходе логического элемента И 12 сохраняется сигнал уровня логического нуля. При этом на выходе блока защиты от ДЗЗ 3 также сохраняется сигнал уровня логического нуля. Изменение потенциала на выходе реле направления мощности нулевой последовательности РНМ 8 приводит к срабатыванию первого формирователя импульсов ФИ1 15 логического блока 4, на выходе которого появляется единичный импульс уровня логической единицы. На выход инвертора НЕ 17 и, следовательно, на первый вход логического элемента И 18 поступает импульс уровня логического нуля. Напряжение нулевой последовательности приводит к срабатывание порогового элемента 14 и на его выходе устанавливается потенциал уровня логической единицы. Потенциал уровня логической единицы поступает на вход второго формирователя импульсов ФИ2 и приводит к его срабатыванию. Импульс уровня логической единицы с выхода формирователя импульсов ФИ2 16 поступает на второй вход логического элемента И 18. В этом случае логический элемент И 18 остается в исходном состоянии. Следовательно, од-новибратор ОВ 19 находится в исходном состоянии (на его выходе потенциал уровня логического нуля), В таком случае на инверсном входе логического элемента ЗАПРЕТ 21 сохраняется логический нуль, разрешающий прохождение сигнала с прямого входа элемента ЗАПРЕТ 21. С выхода логического элемента ИЛИ 20 сигнал уровня логической единицы поступает па прямой вход логического элемента ЗАПРЕТ 21, проходит его и поступает на вход выходного элемента ВЭ 5.
Таким образом, подается сигнал с выдержкой времени на отключение присоединения при однофазном замыкании па землю на защищаемом присоединении.
Режим 2. Однофазное замыкание на землю на защищаемом присоединении вызвало пробой разрядника или повреждение изоляции. Точка второго замыкания на землю находится на защищаемом присоединении.
При однофазном замыкании на землю в точке К1, токи в неповрежденных фазах присоединения определяются емкостями этих фаз на землю. Следовательно, блок защиты от междуфазных замыканий ЗМЗ 1 не работает и на его выходе сохраняется потенциал уровня логического нуля. Направление тока нулевой последовательности таково, что происходит срабатывание реле направления мощности нулевой последовательности РНМ 8. После срабатывания реле времени 9 сигнал уровня логической единицы поступает на третий вход логического элемента ИЛИ 20 и устанавливается на его выходе. Уставка порогового элемента 10 блока защиты от ДЗЗ 3 такова, что при возникновении 033 его выходе сохраняется потенциал уровня логического нуля. Срабатывание РНМ 8 приводит к появлению импульса уровня логической единицы на выходе формирователя импульсов ФИ 11.
Похожие диссертации на Разработка устройств защиты и автоматики системы электроснабжения нетяговых потребителей
