УСТРОЙСТВО РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ

Предлагаемое устройство релейной защиты от коротких замыканий относится к электроэнергетике, а именно к релейной защите подстанций с линиями электропередачи, автотрансформаторами (трансформаторами) и другими присоединениями.
Известно устройство релейной защиты от коротких замыканий, включающее токовые органы релейной защиты и орган ввода в действие защиты, конструктивно представляющий собой реле напряжения, контролирующее напряжение сети, и включенные последовательно (см. Н.В.Чернобровов «Релейная защита», М., «Энергия», 1974, стр.146-148). В данном устройстве на длинных линиях, питаемых мощной системой, а также на линиях с реактором, чувствительность реле напряжения оказывается недостаточной.
Наиболее близким устройством защиты от коротких замыканий к предлагаемому является устройство, включающее известные органы релейной защиты и органы выявления и ввода в действие защиты, которые конструктивно представляют собой трансформаторный фильтр тока обратной
последовательности и реле тока, питаемое током обратной последовательности от фильтра, пусковой орган в виде промежуточных реле и орган выдержки времени, выполненные в виде электромеханических реле (см. A.M.Федосеев «Релейная защита электрических систем», стр.280-283). Недостатком этого устройства релейной защиты от коротких замыканий является то, что устройство не срабатывает и не вводит защиту в действие в случаях, когда трехфазное короткое замыкание возникает без протекания несимметрии, т.е. при одновременном перемыкании фаз и используемые для выявления и ввода в действие релейной защиты электромеханические реле тока, промежуточные и реле времени не обеспечивают по быстродействию срабатывание защиты, когда длительность протекания переходного процесса меньше времени срабатывания этих органов. Кроме того, устройство не исключает ложного срабатывания релейной защиты после отключения короткого замыкания на смежном элементе электрической сети, когда при удаленных коротких замыканиях защита не отличает токи короткого замыкания и токи перегрузки и реагирует на токи перегрузки, не выводя органы релейной защиты в этом случае из действия.
Задачей создания настоящего технического решения является создание устройства релейной защиты от коротких замыканий, позволяющее выполнить релейную защиту при дальних трехфазных коротких замыканиях, которое срабатывает при коротком замыкании за элементами электрической сети с сосредоточенной индуктивностью: автотрансформаторы, трансформаторы, реакторы, когда токи короткого замыкания соизмеримы с токами нагрузки и не срабатывает в режиме нагрузки, а также выведение защиты из действия после отключения дальнего короткого замыкания выключателем смежной сети.
Технический результат в предлагаемом техническом решении достигается тем, что устройство релейной защиты от коротких замыканий, включающие органы релейной защиты, органы выявления возникновения короткого замыкания, пусковой орган и орган введения релейной защиты в
действие на время, достаточное для ее срабатывания и возврата, имеются отличия, а именно орган выявления трехфазного короткого замыкания выполнен в виде фильтра токов нижних частот в фазах и включенных на вход микроэлемента «ИЛИ», пусковой орган выполнен на триггере в микроэлектронном исполнении, на выходе которого включена релейная защита объекта, орган введения защиты в действие на время, достаточное для ее срабатывания и возврата выполнен в виде элемента времени на срабатывание на микроэлектронной элементной базе, включенного на выход пускового органа и дополнено органами сравнения в виде элементов времени на срабатывание, выполненных на микроэлектронной элементной базе, и соединенных параллельно между собой по входу и последовательно по выходу с элементами органа возврата, состоящего из двухвходового элемента «И» с одним инверсным входом, и элемента «ИЛИ», выполненными на микроэлектронной элементной базе, и включенными между органом выявления и пусковым органом, исполнительным органом в виде электромеханического промежуточного реле, включенного на выход релейной защиты и дополнительным органом возврата устройства, состоящего из органа выявления переходного процесса при отключении дальнего трехфазного короткого замыкания выключателем смежной сети в фазах и включенных на вход элемента «ИЛИ», элемента времени на срабатывание, включенных через элемент «И» на орган возврата устройства, при этом орган выявления переходного процесса при отключении дальнего трехфазного короткого замыкания выключателем смежной сети выполнен в виде фильтра токов нижних частот, а элемент времени на срабатывание, элементы «ИЛИ» и «И» выполнены на микроэлектронной элементной базе.
В устройствах защиты от коротких замыканий релейная защита может выполняться по разному (см. А.М.Федосеев «Релейная защита электрических систем», М., «Энергия», 1976 г., стр.52÷455.
На фиг.1 изображена блок-схема устройства релейной защиты от коротких замыканий.
На фиг.2 изображена функциональная схема устройства релейной защиты от коротких замыканий.
Устройство релейной защиты от коротких замыканий (см. фиг.1, 2) состоит из:
- органов релейной защиты объекта 1;
- органа выявления 2 переходного процесса при трехфазном коротком замыкании и изменении режима нагрузки, состоящего из фильтра токов нижних частот в фазах и включенных на вход микроэлемента «ИЛИ» 3;
- двух органов сравнения 4 и 5 в виде элементов времени на срабатывание, время на которых различно, выполненных на микроэлектронной элементной базе;
- пускового органа 6, выполненного на триггере в микроэлектронном исполнении;
- органа введения релейной защиты в действие 7 на время, достаточное для ее срабатывания и возврата, выполненного в виде элемента времени на срабатывание на микроэлектронной элементной базе;
- органа возврата устройства 8, выполненного на двухвходовом элементе «И» с одним инверсным входом 9 и элементе «ИЛИ» 10, выполненными на микроэлектронной элементной базе, имеет вывод 16 для воздействия на орган возврата устройства от релейной защиты смежных объектов;
- исполнительного органа 11, выполненного в виде электромеханического промежуточного реле;
- дополнительного органа возврата 12 устройства при отключении дальнего трехфазного короткого замыкания выключателем смежной сети, который состоит из органа выявления 13 переходного процесса при отключении дальнего трехфазного короткого замыкания в смежной сети, выполненного аналогично органу выявления 2, т.е. состоящего из фильтра токов нижних частот в фазах и включенных на вход элемента «ИЛИ» 3 (при этом параметры трансформаторов и фильтров могут отличаться), элемента времени на срабатывание 14, включенных через элемент «И» 15 на орган возврата 8
устройства, при этом элемент времени на срабатывание 14, элементы «ИЛИ» 3 и «И» 15 выполнены на микроэлектронной элементной базе.
Органы в устройстве соединены согласно функциональной схеме, и устройство подключено в фазы тока защищаемого объекта. Орган выявления 2 переходного процесса при возникновении дальнего короткого замыкания, пусковой орган 6, орган релейной защиты 1 и исполнительный орган 11 включены последовательно. Органы сравнения 4 и 5 между собой соединены параллельно по входу и последовательно с органом возврата 8 устройства, и они включены между органом выявления 2 и пусковым органом 6. Орган введения защиты 7 на время срабатывания и возврата подключен на выход пускового органа 6 и органа возврата 8. Дополнительный орган возврата 12 устройства при отключении дальнего трехфазного короткого замыкания выключателем смежной сети подключен на выход пускового органа 6 и орган возврата 8. Органами выявления 2 и 13 устройство включается на токи фаз защищаемого объекта.
Устройство релейной защиты от коротких замыканий работает в различных режимах следующим образом.
1. При коротком замыкании на защищаемом объекте выдержку времени на срабатывание органа сравнения 4 длительности протекания переходного процесса принимают меньше длительности протекания переходного процесса при возникновении трехфазного короткого замыкания за элементом с сосредоточенной индуктивностью и больше длительности протекания переходного процесса при изменении нагрузки, а выдержку времени на срабатывание органа сравнения 5 длительности протекания переходного процесса принимают больше длительности протекания переходного процесса при возникновении короткого замыкания за элементом с сосредоточенной индуктивностью. Тогда при возникновении трехфазного короткого замыкания на стороне низшего напряжения автотрансформатора, трансформатора, за реактором в фазах защищаемого объекта протекают токи переходного процесса, содержащие периодическую и апериодическую составляющие. Орган
выявления 2 возникновения короткого замыкания выделяет апериодическую составляющую тока фильтрами токов нижних частот (Принцип выделения апериодической составляющей посредством фильтра токов нижних частот описан в источнике - А.М.Федосеев «Основы релейной защиты», ГЭИ, М. - Л., 1961 г., стр.539, последний абзац), затем они известными устройствами преобразуются в сигналы для микроэлектронной элементной базы и направляются в органы сравнения 4 и 5 длительности протекания переходного процесса. Так как при коротком замыкании за элементом с сосредоточенной индуктивностью длительность протекания переходного процесса превышает выдержку времени на срабатывание органа сравнения 4, от этого он срабатывает и далее сигнал поступает в пусковой орган 6, который этим сигналом переключается из нулевого в единичное состояние и вводит органы релейной защиты 1 в работу, при срабатывании которой со своей выдержкой времени срабатывает исполнительный орган 11 и отключает защищаемый объект. Одновременно орган возврата 8 возвращает схему устройства в исходное положение.
В дополнительном органе возврата 12 устройства также кратковременно появляются апериодические составляющие токов при возникновении трехфазного короткого замыкания, но они не приводят к срабатыванию его элемента «И» 15 и органа 12 в целом, так как несработанным является элемент выдержки времени 14.
При использовании устройства в защите автотрансформатора, трансформатора возврат в исходное положение устройства при срабатывании их быстродействующих защит осуществляется органом ввода защиты на время ее срабатывания и возврата 7, при срабатывании быстродействующих защит на смежном объекте, например, на шинах низшего напряжения - воздействием их на орган возврата через вывод 16 для действия релейной защиты смежного объекта.
При изменении нагрузки в режиме нагрузки длительность протекания апериодической составляющей тока меньше выдержки времени на
срабатывание органа сравнения 4, вследствие чего он не срабатывает, и органы релейной защиты 1 объекта остаются выведенными из действия.
2. При протекании по защищаемому объекту чисто индуктивной (или близкой к ней) реактивной мощности и изменении ее величины, при котором не требуется отключения объекта, длительность протекания переходного процесса может превысить выдержку времени на срабатывание органа сравнения 5 и приведет к срабатыванию органов сравнения 4 и 5. Срабатывание органа сравнения 4 приведет к срабатыванию пускового органа 6 и введению органов релейной защиты 1 по описанной выше последовательности срабатывания органов устройства, но срабатывание затем органа сравнения 5 прерывает цепь на пусковой орган 6 подачей сигнала на инверсный вход элемента «И» органа возврата 8 и производит возврат устройства в исходное положение до срабатывания релейной защиты. Отключения объекта не происходит.
3. При трехфазном коротком замыкании в смежной сети за элементом с сосредоточенной индуктивностью на элементе выдержки времени 14 дополнительного органа 12 возврата устройства принимают выдержку времени на срабатывание:
меньше времени отключения короткого замыкания при действии быстродействующих защит трансформатора смежной сети, когда устройство используется в защите линии для резервирования защит трансформатора смежной сети;
больше времени длительности протекания переходного процесса при коротком замыкании на стороне низшего напряжения автотрансформатора, трансформатора, когда устройство используется для их защиты и резервирования защит объектов смежной сети.
При возникновении короткого замыкания в смежной сети за элементом с сосредоточенной индуктивностью в случае отказа защиты или отключающих аппаратов элемента смежной сети срабатывание защиты объекта,
осуществляющей дальнее резервирование, производится в последовательности, описанной в п.1 описания работы устройства.
В случае отключения трехфазного короткого замыкания выключателем смежной сети в устройстве орган выявления протекания переходного процесса при отключении короткого замыкания дополнительного органа возврата 12 подает сигнал на его элемент «И» 15, на который к этому времени уже подается сигнал от элемента выдержки времени 14, что приводит к срабатыванию элемента «И» 15 и органа возврата 12 в целом и подаче им сигнала на орган возврата 8 устройства. Возврат устройства происходит до срабатывания релейной защиты 1, чем обеспечивается селективное отключение короткого замыкания.
Устройство может быть выполнено программно с использованием микропроцессорной техники.
Устройство может использоваться при выполнении релейной защиты автотрансформаторов, трансформаторов, от коротких замыканий на стороне низшего напряжения, реакторов, релейной защиты на сильно нагруженных радиальных и кольцевых линиях распределительной сети для защиты дальнего резервирования от коротких замыканий на стороне низшего напряжения трансформаторов тупиковых, ответвительных, проходных подстанций электрической сети, когда токи короткого замыкания сравнимы с токами режима перегрузки.