Конспект лекций для студентов специальностей 5В071800 Электроэнергетика, 5В081200- энергообеспечение сельского хозяйства сторінка 7

63 защиты. Трансформаторы тока ТАI и ТАII, питающие схему, устанавливаются с обеих сторон защищаемого трансформатора. а) внешнее КЗ; б) КЗ в трансформаторе.
Рисунок 12.2- Действие дифференциальной защиты трансформатора
Их вторичные обмотки соединяются разноименными полярностями так, чтобы при внешнем КЗ и нагрузке вторичные токи I
I
B и I
IIв были направлены в контуре соединительных проводов последовательно
(циркулировали по ним). Дифференциальное реле КА включается параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока. При таком соедине- нии в случае внешнего КЗ и при токе нагрузки вторичные токи I
I
B и I
IIв замыкаются по обмотке реле КА и направлены в ней встречно, поэтому ток в реле равен разности вторичных токов:
I
Р
= I
I
В
- I
IIв.
(12.2)
При КЗ в защищаемом трансформаторе вторичные токи I
Iв и I
IIв проходят по обмотке реле в одном направлении (рисунок 12.2, б), в результате чего ток в реле равен их сумме:
I
Р
= I
I
В
+ I
IIв.
(12.3)
Если I
p
>I
с.р то реле срабатывает и отключает трансформатор.

64
Для того, чтобы дифференциальная РЗ не работала при нагрузке и внешних КЗ, необходимо уравновесить вторичные токи в плечах РЗ так, чтобы ток в реле, равный их разности, отсутствовал: '
I
Р
= I
I
В
- I
IIв
= 0.
(12.4)
Для этого необходимо, чтобы токи совпадали по модулю и по фазе, т. е. I
I
В
= I
IIв
Особенности дифференциальной защиты трансформаторов.
В дифференциальной РЗ ЛЭП и генераторов первичные токи в начале и конце защищаемого участка одинаковы, поэтому для выполнения условия селективности (12.4) достаточно иметь равенство коэффициентов трансформации ТТ. Иное положение имеет место в дифференциальной РЗ трансформаторов. Первичные токи обмоток трансформатора не равны по значению и в общем случае не совпадают по фазе.
В режиме нагрузки и внешнего КЗ ток трансформатора на стороне низшего напряжения I
II всегда больше тока на стороне высшего напряжения
I
I
. Их соотношение определяется коэффициентом трансформации силового трансформатора согласно (12.1).
В трансформаторе с соединением обмоток звезда-треугольник и треугольник-звезда токи I
I
и I
II
различаются не только по значению, но и по фазе. Угол сдвига фаз зависит от группы соединения обмоток трансформатора. При наиболее распространенной, одиннадцатой группе линейный ток на стороне треугольника опережает линейный ток со стороны звезды на 30°. В трансформаторах с соединением обмоток звезда-звезда токи
I
I
и I
II
совпадают по фазе. Таким образом, для выполнения условия селективности (11.4) необходимы специальные меры по выравниванию вторичных токов I
I
B
= I
I
/К
II
и I
IIв
= I
II
/ K
III по значению а при разных схемах соединения обмоток (
Y
/

и

/Y) - и по фазе с тем, чтобы поступающие в реле токи были равны. Компенсация сдвига токов I
I
B и I
IIв по фазе осуществляется соединением в треугольник вторичных обмоток ТТ, установленных на стороне звезды силового трансформатора. Соединение в треугольник обмоток ТТ должно соответствовать соединению в треугольник обмотки силового трансформатора.
13 Лекция № 13. Газовая защита трансформаторов
Содержание лекции: приводятся сведения о повреждениях внутри бака трансформатора; принцип действия и конструкцию газового реле.
Цель лекции: изучить защиту трансформатора от внутренних повреждений.
Газовая защита получила широкое распространение в качестве весьма чувствительной защиты от внутренних повреждений трансформаторов.

65
Повреждения трансформатора, возникающие внутри его кожуха, сопровождаются электрической дугой или нагревом деталей, что приводит к разложению масла и изоляционных материалов и образованию летучих газов.
Будучи легче масла, газы поднимаются в расширитель 2, который является самой высокой частью трансформатора (рисунок 13.1) и имеет сообщение с атмосферой. При интенсивном газообразовании, имеющем место при значительных повреждениях, бурно расширяющиеся газы создают сильное давление, под влиянием которого масло в кожухе трансформатора приходит в движение, перемещаясь в сторону расширителя. Таким образом, образование газа в кожухе трансформатора и движение масла в сторону расширителя могут служить признаком повреждения внутри трансформатора.
Эти признаки используются для выполнения специальной защиты при помощи газовых реле, реагирующих на появление газа и движения масла.
Газовое реле 1 устанавливается в трубе, соединяющей кожух трансформатора с расширителем так, чтобы через него проходили газ и поток масла, устремляющиеся в расширитель при повреждениях в трансформаторе. В трубе предусмотрена задвижка, которая закрывает ее автоматически при срабатывании газовой защиты, предотвращая поступление масла из расширителя в бак поврежденного трансформатора
(для ограничения пожара в баке).
1- газовое реле; 2- расширитель.
Рисунок 13.1- Установка газового реле на трансформаторе
Конструкции газовых реле имеют три разновидности, различающиеся принципом исполнения реагирующих элементов, в виде: поплавка, лопасти, чашки.
Устройство поплавкового газового релепоказано на рисунке 13.2. Реле состоит из чугунного кожуха 1, имеющего вид тройного патрубка с фланцами для соединения с трубкой к расширителю. Внутри кожуха реле расположены два подвижных поплавка 2а и 2б, выполненные в виде тонкостенных полых цилиндров, герметически запаянных и плавающих в масле. Каждый поплавок свободно вращается на оси, закрепленной на стойке. На торце поплавков

66 располагаются ртутные контакты 3, представляющие собой стеклянные колбочки с впаянными в них контактами и ртутью внутри. При определенном положении поплавков ртуть замыкает контакты. Выводы от контактов на наружную сторону кожуха выполнены с помощью гибких и изолированных проводников. Контакты верхнего поплавка действуют на сигнал, а нижнего - на отключение трансформатора. Кожух реле находится ниже уровня масла в расширителе, поэтому он всегда заполнен маслом. Поплавки, стремясь всплыть, занимают верхнее положение, их контакты разомкнуты.
Рисунок 13.2- Устройство поплавкового газового реле; схема выходных цепей газовой защиты
Принебольшихповрежденияхобразование газа происходит медленно, и он небольшими пузырьками поднимается к расширителю. Проходя через реле, пузырьки газа заполняют верхнюю часть его кожуха, вытесняя оттуда масло. По мере понижения уровня масла верхний контакт опускается и через некоторое время замыкается.
Если повреждение трансформатора значительное, то под влиянием давления, создаваемого бурно образующимися газами, масло приходит в движение, сообщая толчок нижнему поплавку. Под его воздействием поплавок мгновенно замыкает свои контакты, посылая импульс на отключение.
Поскольку в схемах управления выключателями предусмотрено удерживание отключающих сигналов, даже кратковременного замыкания контактов газового реле оказывается достаточно для надежного отключения выключателя.
Сигнализация о небольших повреждениях вместо отключения позволяет дежурному персоналу перевести нагрузку на другой источник питания и отключить после этого трансформатор.
Газовая защита реагирует также на понижение уровня масла в трансформаторе.

67
В этом случае первым сработает сигнальный контакт, а затем при продолжающемся снижении уровня масла срабатывает отключающий контакт, выключая трансформатор.
Оценка газовой защиты. Основными достоинствами газовой защиты являются: простота ее устройства, высокая чувствительность, малое время действия при значительных повреждениях, действие на сигнал или отключение в зависимости от размеров повреждения. Газовая защита является наиболее чувствительной защитой трансформатора от повреждения его обмоток и особенно при витковых замыканиях. Все масляные трансформаторы мощностью 1000 кВ • А и выше поставляются вместе с газовой защитой.
Газовая защита не действует при повреждениях на выводах трансформатора, поэтому должна дополняться второй защитой от внутренних повреждений. Для маломощных трансформаторов такой защитой служат МТЗ и токовая отсечка. Для мощных трансформаторов применяется более совершенная дифференциальная РЗ.
14 Лекция № 14. Основные сведения о микропроцессорных
устройствах релейной защиты, автоматики
Содержание лекции: основные сведения о микропроцессорных устройствах релейной защиты, автоматики, дистанционного управления.
Характеристики микропроцессорных устройств. Установки для проверки устройств РЗА. Шкафы релейной защиты и автоматики, назначение.
Цель лекции: знакомство с новым направлением исполнения элементной базы в виде цифровых терминалов и новой аппаратуры для проверки цифровых терминалов.
Большинство фирм производителей оборудования РЗА прекращают выпуск электромеханических реле и устройств и переходят на цифровую элементную базу. Переход на новую элементную базу не приводит к изменению принципов релейной защиты и электроавтоматики, а только расширяет ее функциональные возможности, упрощает эксплуатацию и снижает ее стоимость. Именно по этим причинам микропроцессорные устройства очень быстро занимают место устаревших электромеханических и микроэлектронных устройств.
Основные характеристики микропроцессорных защит значительно выше, чем у микроэлектронных, а тем более электромеханических. Так, мощность, потребляемая от измерительных трансформаторов тока и напряжения, находится на уровне 0,1—0,5 ВА, аппаратная погрешность — в пределах 2—5%, коэффициент возврата измерительных органов составляет
0,96—0,97.
Использование цифровых способов обработки информации в устройст- вах РЗА существенно расширило их возможности и улучшило

68 эксплуатационные качества. Современные цифровые устройства РЗА интегрировали в рамках единого информационного комплекса функции релейной защиты, автоматики, измерения, регулирования и управления электроустановкой. Такие устройства в структуре автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) энергетического объекта являются оконечными устройствами сбора информации.
В интегрированных цифровых комплексах РЗА появляется возможность перехода к новым нетрадиционным измерительным преобразователям тока и напряжения - на основе опто-электронных датчиков, трансформаторов без ферромагнитных сердечников и т. д. Эти преобразователи технологичнее при производстве, обладают очень высокими метрологическими характеристиками, но имеют малую выходную мощность и непригодны для работы с традиционной аппаратурой.
14.1 Краткое описание аппаратной части. Структурная схема,
аналоговые входы
Измерительные входы преобразуют сигналы о токах и напряжениях, полученные от измерительных трансформаторов, и приводят их к уровню, на котором осуществляется обработка данных сигналов в устройстве. В устройстве предусмотрено 4 токовых входа. В зависимости от модели, устройство также имеет три или четыре входа напряжения. Три токовых входа служат для подведения фазных токов. В зависимости от модели, четвертый токовый вход (IН) может использоваться для измерения тока замыкания на землю IН (подводимого от общей точке обмоток ТТ, соединенных в звезду) или для подведения тока замыкания на землю от отдельного ТТ
(чувствительный вход тока замыкания на землю IНs и определение направления замыкания на землю).
Входы напряжения могут использоваться или для измерения трех фазных напряжений, или двух междуфазных напряжений и напряжения смещения (VН). Возможно также подключение двух междуфазных напряжений в «разомкнутый треугольник». Четыре входа напряжения могут использоваться как для подведения 3 фазных напряжений и одного напряжения смещения от обмотки, соединенной в разомкнутый треугольник, так и для подачи другого напряжения для функции синхронизации.
Аналоговые входные величины подаются на входные усилители. На входном усилителе обеспечивается высокоомное ограничение аналоговых входных величин. Оно обеспечивается фильтрами, настроенными на обработку измеренных величин с учетом необходимой полосы пропускания частот и требуемого быстродействия.
Аналогово-цифровой преобразователь
(АЦП) состоит из мультиплексора, АЦП и элементов памяти, предназначенных для передачи цифровых сигналов в микропроцессорную систему.

69
Микропроцессорная система. Кроме обработки измеренных значений, микропроцессорная система (МП) также выполняет текущие функции защиты и управления. Это, главным образом, включает в себя следующее:
1) Фильтрация и подготовка измеряемых величин к обработке.
2) Непрерывный контроль измеряемых величин.
3) Контроль условий срабатывания отдельных функций защиты.
4) Опрос предельных значений и последовательностей во времени.
5) Управление сигналами для логических функций.
6) Формирование выходных команд для коммутационных устройств.
7) Запись сообщений, данных и величин повреждений для проведения последующего анализа.
8)
Управление операционной системой и соответствующими функциями, такими, как регистрация данных, управление часами реального времени, процессом обмена данными, а также интерфейсами и т.д..
9) Информация выдается через выходные усилители.
Дискретные входы и выходы. Ввод/вывод дискретной информации в микропроцессор осуществляется через блоки дискретных входов/выходов устройства. Через дискретные входы в устройство вводится информация от электроустановки (например, о состоянии коммутационных аппаратов) или от других средств управления (например, команды запрета или разрешения).
Выходными являются, в частности, команды к коммутационному оборудованию и сообщения, сигнализирующие о важных событиях и состояниях.
Элементы лицевой панели. В устройствах с интегрированной или выносной панелью управления информация, такая как сообщения о событиях, состояниях, измеренные значения и функциональное состояние устройства отображается с помощью светодиодов (LED) и жидкокристаллического дисплея (ЖК-дисплея) на лицевой панели управления. Интегрированные цифровые кнопки и кнопки управления совместно с ЖК-дисплеем облегчают взаимодействие с устройством. С помощью этих элементов обеспечивается доступ ко всем данным устройства, таким как конфигурация и параметры, рабочие сообщения и сообщения о повреждениях, измеренные значения. С помощью этих элементов возможно изменение параметров устройства.
Кроме того, с лицевой панели управления возможно управление выключателями и другим оборудованием.
Последовательные интерфейсы.
Последовательный интерфейс оператора на лицевой панели предназначен для местного обмена данными с устройством через ПК с использованием программы DIGSI. Это обеспечивает удобное управление всеми функциями устройства.
Отдельный интерфейс сервисный интерфейс может также быть использован в устройстве для обмена данными с удаленным центром через
ПК с использованием DIGSI. Этот интерфейс, главным образом, предназначен для проводного подключения устройства к ПК или для работы через модем.

70
Сигналы, контролируемые устройствами РЗА, имеют, в общем случае, разную физическую природу — токи, напряжения, температура и т. д. Чаще всего устройства РЗ работают с сигналами от источников переменного тока и напряжения, с традиционными номинальными уровнями: 1 А, 5 А, 100 В.
Такие уровни сигналов обеспечивают необходимую помехозащищенность, но совершенно неприемлемы для обработки в электронных схемах. При подклю- чении микропроцессорных устройств к традиционным датчикам тока и напряжения требуется приведение их сигналов к единому виду и диапазону изменения, приемлемому для обработки электронными узлами.
Рисунок 14.1- Структурная схема цифрового устройства защиты
Входные преобразователи. Наиболее часто входные согласующие преобразователи цифровых устройств выполняются на базе обычных электромагнитных трансформаторов с ферромагнитным сердечником. Не-

71 смотря на то, что такие трансформаторы имеют нелинейные передаточные характеристики, определенный разброс параметров, некоторую нестабильность во времени и при изменении температуры, они все же приемлемы для построения устройств РЗ, допускающих работу с погрешностью 2—5%.
Аналогово-цифровые преобразователи. Дискретный (цифровой) сигнал, в отличие от аналогового, может принимать лишь конечное множество значений и определен лишь для конкретных моментов времени. Процесс перехода от аналогового сигнала к дискретному называется дискретизацией или квантованием сигнала, а устройства, выполняющие эту операцию, называются аналого-цифровыми преобразователями (АЦП).
Переход от непрерывного сигнала к дискретному всегда происходит с потерей некоторого количества информации. Конечное число градаций дис- кретного сигнала обуславливает погрешность квантования по уровню, а одной из причин необходимости квантования по времени является то, что и сам процесс аналого-цифрового преобразования, и последующий цикл вычислений в микроЭВМ требует определенного времени, по истечении которого можно делать новую выборку из входного сигнала
Более того, при аналого-цифровом преобразовании из входного сигнала должны быть исключены все гармоники с частотой, более высокой, чем частота квантования. В устройствах РЗА применяют АЦП с частотой выборок от 600 до 2000 Гц. Более высокая частота выборок используется в том случае, когда устройства защиты обеспечивает еще и осциллографирование аварийного процесса.
Цифровое устройство с частотой выборок 2000 Гц эквивалентно осциллографу с полосой пропускания 0—1000 Гц. Для сравнения отметим, что запись звука на компакт-дисках осуществляется с частотой дискретизации около 44 кГц, что обеспечивает качественное воспроизведение фонограмм, включая частоты свыше 20 кГц.
Ограничение полосы пропускания тракта в области высоких частот необходимо и для правильной работы аналого-цифрового преобразователя, независимо от того, будет ли в последующем применяться цифровая фильтрация сигналов или нет.
Ввод дискретных сигналов. Практически во всей современной электронной аппаратуре ввод дискретных сигналов осуществляется через преобразователи на основе оптронов. Следует отметить, что схемы реальных преобразователей гораздо сложнее, чем схемы, приведенные на рисунке 13.3.
Собственное время переключения оптронов составляет доли микросекунды.
Для оптопары (светодиод-фотоприемник) характерна малая проходная емкость, что препятствует проникновению помех по этому пути. Допустимое напряжение между цепью управления и элементами управляемой цепи достигает нескольких киловольт, а рабочий ток светодиода VD составляет 3—
5 мА.

72
Малый входной ток оптрона с одной стороны является благом, так как приводит к снижению мощности, потребляемой преобразователем, решает проблему рассеивания тепла резистора R
б и уменьшает нагрузку на управляющий контакт S2 (рисунок 14.3, а). Но с другой стороны, малый рабочий ток оптрона приводит к ряду проблем.
Рисунок 14.3-Варианты ввода дискретного сигнала
В первую очередь, малый входной ток обуславливает низкую помехозащищенность преобразователя. Например, при наличии протяженного проводника, связывающего управляющий ключ S2 с оптроном, возможно ложное срабатывание при перезарядке паразитной емкости С в момент замыкания ключа S1 в сторонней цепи. Чтобы исключить ложную работу устройства РЗ в такой ситуации, на выходе преобразователя устанавливают элемент задержки DТ (рисунок 14.3, б) с фиксированной или регулируемой задержкой в формировании выходного сигнала. Для того, чтобы отстроиться от переходных процессов, обычно достаточно задержки 0,5—3 мс.
Устройства с малым потреблением могут реагировать на замыкания на землю в сети оперативного тока, так как их входной ток соизмерим с током цепи контроля изоляции сети оперативного тока. Для исключения этого, входные цепи измерительного преобразователя Е выполняют с привязкой к потенциалам полюсов сети оперативного тока, и поднимают порог пе- реключения преобразователя Е до уровня 60—80% номинального напряжения сети.
Выходные реле. Несмотря на очевидные достижения в области высоких потенциалов и сильных токов, в цифровых устройствах, в большинстве случаев, в качестве выходных элементов по-прежнему используются промежуточные электромагнитные реле. Контактная пара пока еще остается вне конкуренции как единственное устройство, обеспечивающее видимый разрыв в коммутируемой цепи. К тому же, это и самое дешевое решение. Как правило, в цифровых устройствах РЗ применяются несколько типов малогабаритных реле: с большей коммутационной способностью — для работы непосредственно в цепях управления выключателей, с меньшей — для работы в цепях сигнализации.

73
Мощные реле способны включать цепи с током примерно 5— 30 А, но их отключающая способность обычно не превосходит 0,2 А при постоянном напряжении 220 В. Таким образом, схема управления должна предусматривать прерывание тока в цепи электромагнита выключателя его вспомогательным контактом. Отключающая способность применяемых сигнальных реле обычно не превышает 0,15 А в цепях постоянного тока напряжением 220 В.
Отображение информации.
Для отображения информации в микропроцессорных устройствах используются и отдельные светодиодные индикаторы, жидкокристаллические минидисплеи, и даже графические экраны. Для простоты будем называть совокупность элементов визуального отображения информации в устройстве дисплеем.
Цифровое устройство защиты — это устройство, которое способно предоставить оператору очень большой объем информации: текущие значения токов и напряжений электроустановки, их аварийные значения, уставки (а их в цифровых устройствах может быть несколько наборов), состояние входов и выходов управления и т. д. Для оперативного получения такого объема информации требуются соответственно и более информативные дисплеи.
В более современных устройствах применяются цифробуквенные многострочные табло, что обеспечивает удобство считывания информации.
Такие табло выполняются на основе жидкокристаллических индикаторов
(ЖКИ). Основными недостатками ЖК-индикаторов являются относительно низкая контрастность изображения и неработоспособность при низких температурах. Однако, невысокая стоимость и легкость управления ЖКИ способствует их широкому применению, в том числе и в устройствах РЗА. В последнее время появились более дорогие ЖКИ, способные работать при температурах до -25°С.

1 2 3 4 5 6 7 8

скачати