РЕЛЕ ТОКА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Область техники
Полезная модель относится к релейной защите энергосистем и может быть использована, в частности, в устройствах однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ) линий электропередачи.
Уровень техники Реле тока нулевой последовательности используются в релейной защите для того, чтобы отличать однофазные короткие замыкания (КЗ) на землю от других видов КЗ (в том числе двухфазных КЗ на землю). Например, в устройствах ОАПВ такие реле должны блокировать действие защиты на отключение всех фаз линии в случае однофазных КЗ на землю, но не препятствовать ему в других случаях. Для этого чувствительность реле тока нулевой последовательности должна быть выше, чем чувствительность защиты, действующей на отключение всех фаз линии. Это приводит к необходимости использования в таких реле различных видов торможения, которое должно обеспечивать нелинейную характеристику срабатывания для отстройки от двухфазных КЗ на землю и КЗ без земли.
Известно реле тока нулевой последовательности, в котором торможение осуществляется от напряжения прямой последовательности [1]. Однако, при близких КЗ и питании линии от мощных источников это реле может срабатывать при междуфазных КЗ без земли.
Известно реле тока нулевой последовательности с торможением от фазных токов [2]. Однако его чувствительность недостаточна для выявления удаленных однофазных КЗ.
Известно реле тока нулевой последовательности, в котором торможение осуществляется от среднего по величине фазного тока линии [3]. Это реле, выбранное в качестве прототипа, содержит формирователь рабочего напряжения, пропорционального току нулевой последовательности, и формирователь тормозного напряжения, пропорционального среднему по величине фазному току, подключенные к входам порогового элемента. Срабатывание порогового элемента используется для блокирования действия защиты на отключение всех трех фаз линии.
Реле-прототип позволяет обеспечить чувствительность, необходимую для его надежного срабатывания при удаленных однофазных КЗ на землю.
Недостаток прототипа - возможность ложного срабатывания реле при близких двухфазных КЗ на землю, а также сложность реализации требуемой нелинейной характеристики срабатывания в большом диапазоне вторичных токов (1,5-30,0 А).
Задача полезной модели - исключение ложных срабатываний реле при близких двухфазных КЗ на землю и необходимости реализации нелинейной характеристики срабатывания реле.
Раскрытие полезной модели
Предметом полезной модели является реле тока нулевой последовательности, содержащее формирователь рабочего напряжения, пропорционального току нулевой последовательности, и формирователь тормозного напряжения, пропорционального среднему по величине фазному току, подключенные выходами к входам первого порогового элемента, отличающееся, согласно полезной модели, тем, что введены второй пороговый элемент и логический элемент запрета, который включен в выходную цепь первого порогового элемента и подключен запрещающим входом к выходу формирователя тормозного напряжения через второй пороговый элемент.
Такое решение позволяет надежно исключить срабатывание реле при близких двухфазных КЗ на землю без снижения его чувствительности.
Уточнение предусматривает выбор порога срабатывания второго порогового элемента в пределах 3,5-4,7 А вторичного тока, формирующего тормозное напряжение.
Это позволяет ограничить характеристику срабатывания реле ее линейной частью.
Осуществление полезной модели
На фиг.1 приведена функциональная блок-схема предлагаемого устройства. На ней обозначены:
0
- формирователь 1 рабочего напряжения, пропорционального току нулевой последовательности (току 31 в нулевом проводе трехфазной системы токов);
- формирователь 2 тормозного напряжения, пропорционального среднему по величине фазному току;
- первый пороговый элемент 3, к входам которого подключены выходы формирователей 1 и 2;
- второй пороговый элемент 4;
- логический элемент 5 запрета.
Элемент 5 включен в выходную цепь элемента 3. Запрещающий вход 6 элемента 5 подключен к выходу формирователя 2 через элемент 4.
В состав формирователя 2 входят преобразователи 7, 8, 9 токов в напряжения. Выходы преобразователей 7, 8, 9 подключены к входам блока 10, осуществляющего выбор среднего по величине входного напряжения и его подключение к элементам 3 и 4.
Устройство работает следующим образом.
0
Напряжение на выходе формирователя 1, пропорциональное поданному на его вход вторичному току 31 в нулевом проводе, поступает
на первый вход 11 элемента 3. При отсутствии напряжения на втором входе 12 элемент 3 работает как пороговый элемент без торможения.
A
B
C
К формирователям 7, 8, 9 подводятся вторичные токи I, I, I, соответствующих фаз. На выходах этих формирователей и соответствующих входах блока 10 появляются напряжения, пропорциональные этим токам.
Блок 10 выбирает среднее по величине входное напряжение и может быть выполнен, например, так, как описано в [3].
Напряжение с выхода блока 10 поступает на второй вход 12 порогового элемента 3, который реагирует на положительную разность между напряжениями на его входах 11 и 12, а также на вход порогового элемента 4.
Порог срабатывания элемента 4 выбирается так, чтобы он соответствовал значению вторичного тока. формирующего тормозное напряжение, в диапазоне 3,5-4,7 А. Как показали проведенные исследования, значение среднего по величине вторичного фазного тока при однофазных КЗ на линиях 220-750 кВ (соответствующее току одной из неповрежденных фаз) не превышает указанной величины. Ее превышение средним по величине вторичным током свидетельствует о наличии междуфазного КЗ, при котором реле тока нулевой последовательности не должно срабатывать.
0
В нормальном режиме ток 31 отсутствует, а фазные токи невелики. Поэтому на выходе формирователя 1 напряжение отсутствует, а на выходах преобразователей 7-9 и на выходе блока 10 напряжения весьма малы. Вследствие этого пороговые элементы 3 и 4 не срабатывают и сигнал реле на выходе элемента 5 отсутствует.
0
A
B
С
При однофазных замыканиях на землю токи 31, I, I, Iвозрастают, что приводит к появлению напряжений на выходах формирователей 1 и 2. На выходе формирователя 2 блок 10 формирует напряжение торможения,
однако, оно меньше напряжения на входе 11 и порога элемента 4. В результате пороговый элемент 3 срабатывает, а пороговый элемент 4 не подает сигнал на запрещающий вход 6 элемента 5. Реле срабатывает, фиксируя однофазное КЗ на землю.
При междуфазных КЗ без участия земли напряжение торможения от формирователя 2 превалирует над напряжением формирователя 1, обусловленным токами небаланса в нулевом проводе. В результате элемент 3 и реле в целом не срабатывают.
0
Технический результат полезной модели проявляется при близких двухфазных КЗ на землю, особенно тяжелых для энергосистемы. В этих случаях напряжение на выходе блока 10 (и формирователя 2) недостаточно для торможения порогового элемента 3 из-за большой величины тока 31 небаланса в нулевом проводе, но достаточно для срабатывания элемента 4, так как вторичные токи короткозамкнутых фаз превышают 3,5-4,7 А.
Элемент 4, срабатывая подает сигнал на запрещающий вход элемента 5, который не пропускает сигнал сработавшего элемента 3 на выход реле. Реле не срабатывает, фиксируя отсутствие режима однофазного КЗ на землю.
Предложенное реле обеспечивает высокую чувствительность к однофазным КЗ на землю и надежный запрет срабатывания при всех видах междуфазных КЗ, включая близкие двухфазные КЗ на землю.
Как видно из изложенного, вторичные токи, при которых срабатывают пороговые элементы предложенного реле, не превышают 3,5-4,7 А. Это позволяет ограничить характеристику срабатывания реле начальной, близкой к линейной частью передаточной характеристики измерительных трансформаторов тока, что упрощает реализацию устройства и повышает точность установки порогов срабатывания.
Промышленная применимость
Проведенные в OOO НПП «ЭКРА» экспериментальные исследования показали, что предлагаемое решение может быть реализовано в широко применяемых устройствах АПВ типа ПДЭ-2004.01 и ПДЭ-2004.03 путем модернизации одного из модулей упомянутых устройств, причем для этого потребуются только серийно выпускаемые элементы.
В микропроцессорных устройствах, программно реализующих задаваемые функции, предлагаемое техническое решение может быть реализовано путем соответствующего выполнения программируемых элементов.
В настоящее время описанная полезная модель реализована в микропроцессорных терминалах защиты ШЭ 2710 521 и ШЭ 2710 582, намеченных к выпуску НПП «ЭКРА».
Источники информации.
1. Сборник «Опыт эксплуатации релейной защиты и электроавтоматики в энергосистемах», М., Энергия, вып.2, 1970, с.120.
2. Авт. свид. СССР №662997 Н 01 Н 83/02, Н 02 Н 3/16, 1979 г.
3. Патент РФ №2100889 Н 01 Н 83/02, Н 02 Н 3/16, 1997 г.