Глава 2. Реле направления

 

2.1.     Общая характеристика

 

Реле направления мощности применяются в схемах защиты от междуфазных КЗ всех видов, реагирующей на направление мощ­ности прямой или обратной последовательности, в том числе — в направленной поперечной дифференциальной защите. Они приме­няются также в защитах от замыканий на землю, срабатывая от токов и напряжений нулевой последовательности, в том числе в ре­зервных защитах трансформаторов и автотрансформаторов. В си­стемах автоматики реле направления мощности определяют вели­чину и направление потока активной или реактивной мощности в аварийных режимах.

 Реле направления мощности делятся на две группы: реле с поля­ризацией от напряжения, к одной из обмоток которых подводится напряжение, а к другой — ток, и реле с токовой поляризацией, к обеим обмоткам которых подаются токи.

Для контроля направления мощности прямой: последовательно­сти используются реле РБМ171, РБМ271, нулевой последовательно­сти — РБМ178, РБМ278, обратной последовательности — РМОП1, РМОП2. Реле РБМ271 и РБМ278 имеют электрические характе­ристики, аналогичные реле PБMl71 и PБМ178 соответственно, и предназначены для использования в схемах поперечных дифференциальных защит параллельных линий, отличаются они наличием двух контактов.

 

 Устройство peле направления мощности

Реле выполнены на индукционной основе (рис. 13). Магнитопровод 1 имеет четыре полюса_, между которыми расположен неподвижный стальной цилиндрический сердечник 2. В зазоре между полюсами, и сердечником размешен цилиндрический алюминиевый ротор (барабанчик) 3, который может поворачиваться вместе с вертикальной осью 4. Ось вращается в верхнем 5 и нижнем 6 под­пятниках. На оси укреплён подвижной контакт 7. Токопроводом к подвижному контакту является спиральная возвратная пружина #, изолированная от металлических деталей реле. При срабатыва­нии реле подвижная система поворачивается и подвижной контактах 7 замыкается с неподвижным контактом 9.

На ярме магнитопровода, расположены четыре последо­вательно соединенные катушки 10 с одинаковым числом витков (обмотка напряжения). На полюсах 11 и 12 магнито­провода расположены две по­следовательно соединенные ка­тушки 13с одинаковым числом витков (обмотка тока).

Магнитный поток, создава­емый каждой катушкой, замы­кается через полюсы, сердечник и часть ярма магнитопро­вода. Результирующий маг­нитный поток Ф_н , создаваемый обмоткой напряжения, замыка­ется через полюсы 14 и 15, а в полюсах 11 и 12 геометрическая сумма потоков, создаваемых об­мотками напряжения, равна нулю. Результирующей магнитный поток Ф_т, создаваемый обмоткой тока, проходит через полюсы 11 и 12 и не проходит через полюсы 14 и 15.  

Результирующие потоки Ф_н и Ф_т сдвинуты один относительно другого, что является необходимым условней создания вращающего момента на оси индукционного реле, который определяется выраже­нием

М=Ф_нФ_тsin j

 

где  — угол между векторами магнитных потоков Ф_н и Ф_т .

Векторная диаграмма реле приведена на рис. 14.

Вектор тока I_р может занимать различные положений относи­тельно вектора напряжений U_р, Положение вектора /_р определяется углом j_р. Отсчет всех углов производится относительно вектора напряжения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Угловые характеристики реле направления мощности

Величина и направление (знак) выдающего момента на по­движной системе реле направления мощности зависят от угла фазового сдвига j_р между током I_р и напряжением U_р, подводимыми к обмоткам реле, и от их величины.

Зависимость вращающего момента подвижной системы реле от токи, и напряжения и yглa между ними выражается характеристи­кой

 

М = kU_рI_рcos(j_р - j_м.ч.).

Угловую характеристику принято изображать, графически как зависимость напряжений срабатывания реле от угла между током и напряжением при неизменной величине тока

 

U_ср = f₁ ( j_р )   при  I_p = const,

 

или как зависимость мощности срабатывания реле от угла между током и напряжением при неизменной величине тока

 

S_ср = f₂ ( j_р )   при  I_p = const,   где S_ср = U_ср I_ср

 

Угол j_р между током и напряжением подводимыми к реле, счи­тается положительным, если направление отсчета от вектора на­пряжения Up совпадаете направлением вращения часовой стрелки.

На рис. 15 приведены угловые характеристики реле направления мощности типа PBMl71, вращающий момент которого выражается уравнением

 

Mвр = k U_р I_р cos (j_р +  45° )

 

На рис. 15,а  эта угловая характеристика приведена в прямоугольной, а на рис. 15,б — в полярной системах координат.

При анализе поведения реле используется упрощенная угловая характеристика рис l5,б, где минимальная мощность срабатывания реле предполагается равной нулю.

Область угловой характеристики, в пределах которой вращаю­щий момент реле положителен и обеспечивает срабатывание реле, названа зоной работы. Область угловой характеристики, где вращающий момент на реле имеет отрицательное значение, что пре­пятствует его срабатыванию, названа зоной заклинивания.

Зоны работы и заклиниваний разделяются проходящей через на­чале координат (точка 0) прямой 1-1, которую .принято называть линией изменения знака вращающего момента, а угол наклона этой линий к вектору напряжения — углом изменения знака вращающего момента.

Линия 2-2, расположенная перпендикулярно линии 1-1, соответствует максимальному значению вращающего момента реле и назы­вается линией максимальных вращающих моментов, а угол, кото­рый она составляет с вектором напряжения, — углом  максимальной чувствительности реле j_м.ч.

 

Если направление вектора тока совпадает с линией 1-1, то вра­щающий момент реле равен нулю. Для рассматриваемого реле ти­па РВМ171 это имеет место при углах между током и напряжением (j_р)_, равных +45° и +225°. Максимальный вра­щающий момент в сторону срабатывания реле имеет место при j_р = -45° (+315°), а в сторону заклинивания — при j_р == +135°. В обоих случаях направление вектора тока совпадает с линией 2-2.

 

 

Характеристика реле на­правления мощности РБМ178, применяемого в схемах защит от замыканий на землю, при­ведена на рис. 16.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Угловые характеристики некоторых реле направле­ния мощности приведены в следующей таблице.

Выражение момента вращения	Угловая характеристика реле
Реле типа РБМ171 и РБМ271, включенные на полные токи и напряжения без дополнительного сопротивления
k Uр Iр cos (jр +  25° )
Реле типа РБМ171 и РБМ271, включенные на полные токи и напряжения с дополнительным сопротивлением
k Uр Iр cos (jр +  45° )
Реле типа РБМ178 и РБМ278, включенные на напряжение и ток нулевой последовательности
k Uр Iр sin (jр +  20° )
Реле типа РМОП1 и РМОП2, включенные на напряжение и ток обратной последовательности
k Uр Iр cos (jр +  105° )

Примечания:

1. Знаком «+» обозначена зона работы реле, знаком «-» — зона заклинивания реле.

2. Однополярными выводами обмоток реле РВМ171, РБМ271 являются выводы реле 5 и 8. Однополярными зажимами обмоток реле РБМ178, РБМ278 являются выводы реле 5 и 7 (рис. 17 и 18).

 

2. 2.    Схемы включения реле направления мощности

 

Принципиальна» схема внутренних соединений реле направлений мощности РБМ171 и РБМ271 приведена, на рис. 17, схема реле РБМ177 (РБМ178) и РБМ277 (РБМ278) — на рис. 18.

Конструкции этих реле одинаковы, используется индукционная схема рис. 13, разница в сериях 100 и 200 — Наличие одного или двух замыкающих контактов. Реле РБМ171 (271) имеет угол максимальной чувствительности - 30° или -45°, дли реле РБМ177 (277) угол равен +70°. Реле РБМ178 (288) отличаются от РБМ177 (277) втрое более высокой чувствительностью и не могут длительно находиться под напряжением, равным номинальному.

Номинальное рабочее напряжение — 100 В, частота — 50 Гц, потребляемая токовыми цепями мощность при номинальном токе не превышает 10 ВА, цепями напряжения — 40 ВА. Токовые цепи длительно выдерживают токи до 1,1 номинального, а в течение 1 с — до тридцатикратного.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Габариты реле 215 х 175 х; 190 мм, масса реле не более 4,5 кг. Разрывная мощность контактов в цепи постоянного тока с индук­тивной нагрузкой 60 Вт при напряжении до 250 В и токе до 2 А.

Реле направления мощности включаются через измерительные трансформаторы. Обмотки трансформаторов напряжения обычно имеют группу соединения Y/Y-12.

В защитах от междуфазных коротких замыкании реле направления мощности обычно включаются по схемам, приведен­ным в следующей таблице. Подключение обмоток реле к цепям тока и напряжения и поведение реле при трёхфазном коротком замыканий рассмотрены на примере включений реле направления мощности типа РБМ171 по 90-градусной схеме (рис. 19). Реле включено на ток I_a фазы А и линейное напряжение U_bс. При этом к однополярным выводам реле, обозначенным на рис. 19,а точками, подведены напряжение фазы В (начало вектора напряжения (U_бс) и ток от на­чала вторичной обмотки u₁ трансформатора тока фазы А.

Наименование схемы характеризует угол между то­ками и напряжениями, подводимыми к реле, при cosj = 1 (токи и напряжения совпадают по фазе).

Поскольку вывод обмотки напряжения, обозначенный точкой, подключен к фазе 6, угловая характеристика реле направлений мощ­ности построена относительно вектора вторичного напряжения U_бс. Зона работы относительно напряжения U_бс, когда вращающий мо­мент имеет положительный знак, ограничена углами от —135° до 0° и от 0° до +45°.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На том же рисунке построен вектор первичного тока Ia фазы А, проходящего в первичной сети при трехфазном коротком замыкании на защищаемой линии, и совпадающий с ним вектор вторичного то­ка I₀, Этот вектор расположен в зоне работы реле, вследствие чего оно срабатывает и замыкает цепь на отключение поврежденного присоединения.

Напряжения, подводимые к реле	Ток, подводимый к реле	Векторные диаграммы токов  и напряжений на реле
30-градусная схема
Uас Uба Uсб	Iа Iб Iс
60-градусная схема с включением на разность фазных токов
Uас Uба Uсб	Iа -Iб Iб - Iс Iс - Iа
60-градусная схема с включением на фазные токи
Uа Uб Uс	- Iб - Iс - Iа
90-градусная схема
Uаб Uбс Uса	Iс Iа Iб

 

Схемы включения реле в направленной поперечной дифференциальной защите

 

Реле направления мощности, применяемые в схемах направлен­ной поперечной дифференциальной защиты от междуфазных корот­ких замыканий, включаются на разность токов одноименных фаз двух линий, как показано для одной из фаз на рис. 20 (30-градусная схема). Реле типа РБМ271 включают по 90-градусной схеме.

При коротком замыкании на одной из защищаемых параллель­ных линий реле направления мощности двустороннего действия замкнёт тот из двух своих контактов, который разрешает пуско­вым органам защиты подействовать на отключение поврежденной линии.

Угловые характеристики реле РБМ271 и векторные диаграммы, поясняющие его работу при коротких замыканиях на защищаемых линиях, показаны на рис. 21. Угловая характеристика реле постро­ена относительно напряжения (U_бс, поскольку так же, как в случае, рассмотренном выше, вывод обмотки напряжения реле, обозначенный точкой, подключен к фазе Ь.

Положительный вращающий момент на реле соответствует его действию на отключение линии 1. При трехфазном коротком замыкании на линии 1 первичный ток, проходящий в поврежденной фа­зе I_А, отстает от фазного напряжения u_a на угол j_кз. В реле при этом будет протекать разность вторичных токов одноименных фаз двух параллельных линий (I_а1- I_а2), поскольку к выводу токовой обмотки реле, обозначенному точкой, подключены начало обмот­ки ТТ линии 1 и конец обмотки ТТ линии 2. Эта разность токов имеет положительный знак, так как (I_а1 > I_а2) и вектор I_а1- I_а2  совпадает по направлению с вектором I_А, т.е. попадает в зону ра­боты реле на отключение линии 1. Вращающий момент на реле при этом положительный, а угол между током и напряжением на обмот­ках реле примерно соответствует максимальной чувствительности реле.

При коротком замыкании на линии 2 векторная диаграмма бу­дет иметь аналогичный вид. Однако при этом вектор разности тока I_а2 - I_а1 расположится в противофазе с вектором I_a, так как I_а2  > I_а1. При этом вектор I_а2 - I_а1 попадает в зону работы на отключение линии 2. Вращающий момент на реле имеет отрица­тельную величину, так как угол между током и напряжением, подведенными к реле, равен примерно 150°.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема включения реле на фильтры тока и напряжения обратной последовательности

 

Реле направления мощности, реагирующие на направление мощ­ности обратной последовательности и защищающие от несимме­тричных КЗ, включаются на выход фильтров тока и напряжения обратной последовательности. Действие такого реле рассматрива­ется на примере реле направления мощности обратной последова­тельности типа РМОП2.

Принципиальная схема реле РМОП2 приведена на рис. 22. Реле состоит из двух промежуточных трансформаторов тока Т1 и Т2, фильтра тока обратной последовательности (ФТОП), фильтра на­пряжения обратной последовательности (ФНОП), реле направления мощности РМ и реле максимального тока РТ.

Применяющееся также реле типа PMOП1M отличается от ра­нее выпускавшегося реле РМОП1 исполнением (типом) реле тока Р'Г, некоторым изменением параметров и обмоточных данных эле­ментов ФТОП и ФНОП, промежуточный трансформаторов тока и реле. Реле типа РМОП2 отличается от реле типа РМОП1 глав­ным образом размерами корпуса и иным расположением элементов Устройств, внутри корпуса.

Основное технические данные реле РМОП: номинальное напряжение lOO В, номинальный ток 5 или 1 А, номинальная часто­та 50 Гц.

Пределы изменения уставок срабатывания пускового органа — реле РТ — по току Обратной последовательности (в первичных обмотках T1 и T2) составляют 1-4 А при номинальном токе 5 А и 0,2-0,8 А — при 1 А. Потребляемая мощность при номинальных величинах ток А и напряжения не превышает в цепях тока 6 ВА на фазу и в цепях напряжения 15 ВА на фазу.

Длительная термическая стойкость в симметричном режиме первичной цепи — 2Iном при напряжении, равном 1,1U_ном, дина­мическая стойкость — 30I_ном.

Разрывная мощность контакта реле в цепи постоянного тока с индуктивной нагрузкой составляет 50 Вт при напряжении до 220 В и токе до 2 А. Размеры цоколя реле 300 х 290 мм, высота реле — 300 мм.

Токи срабатывания обратной последовательности реле РТ мо­гут устанавливаться с помощью ответвлений вторичных обмоток трансформаторов Т1, Т2 и регулированием положения указателя уставок по шкале в пределах: 1-4 А при исполнении реле на 5 А и 0,2-0,8 А при исполнении на 1 А.

Активно-ёмкостной фильтр тока обратной последовательности (ФТОП) состоит из двух конденсаторов С1 и С2 и двух активных регулируемых сопротивлений R1 и R2 (см. рис. 22). Величины ак­тивных сопротивлений настроенного фильтра установлен так, что R1 = 3X1, а X2 = 3R2, где X1 и X2 — емкостные сопротивле­ния конденсаторов СЗ и С4.

Напряжение между выходными зажимами ФТОП должно быть равно нулю. В действительности в нормальных условиях в выход­ной цепи ФТОП всегда проходит незначительней по величине ток, называемый током небаланса.

Векторные диаграммы, поясняющие работу фильтра, приведены на рис. 23.

Токи прямой последовательности в первичных обмотках Т1 и ТЗ — I_А1, I_В1, I_С1, токи, проходящие через вторичные обмот­ки Тl и Т2 — I_а1 и I_а2.

Ток I_а разветвляется на ток I_R1 и ток I_К1 (см. рис. 22). Векторы этих токов направлены один относительна другого под углом 90° и обратно пропорциональны величинам r₁ и Х₁. Вектор большего по величине тока I_R1 опережает вектор тока I_а1 на угол 30°, а вектор тока I_R1 отстает от вектора тока I_а1 на угол  б0°.

Соответственно вектор меньшего по величине тока I_К2 опережа­ет вектор тока I_б1 на угол 60°, а вектор большего тока I_R2 отстает от вектора I_б1 на угол 30°. Сумма токов I_R2 + I_К1 на выходе филь­тра равна нулю.

При подведении к фильтру токов обратной последовательно­сти I_А2, I_В2, I_С2 во вторичных обмотках T1 и Т2 протекают токи I_а2 и I_б2, также разветвляющиеся на токи, проходящие по активному и емкостному сопротивлениям соответствующих плеч фильтра.

Векторы токов I_К1, I_R2, I_К2, I_R2  направлены под теми же углами по отношению к I_а2 и I_б2, что и при подведении токов прямой последовательности I_а1 и I_б1.

Ток на выходе фильтра равен сумме токов I_вых = I_R2 + I_К1, по абсолютной величине в \/3 раз большей каждого из этих токов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Активно-ёмкостный фильтр напряжения обратной последова­тельности (ФНОП) состоит из двух конденсаторов C3 и С4 и двух активных регулируемых сопротивлений RЗ и R4 (см. рис. 22).

Величины активных сопротивлений при настройке фильтра устанавливаются так, что RЗ = V3X3, а Х4 = \/3R4, где ХЗ и Х4 — емкостные сопротивления конденсаторов СЗ и С4.

При симметричных режимах первичной сети напряжение на вы­ходе ФНОП должно быть равно нулю. В действительности на вы­ходе ФНОП всегда существует небольшое напряжение, называемое напряжением небаланса. Оно обусловлено наличием высших гармо­нических составляющих, колебаниями частоты и неточностью на­стройки фильтра.

Векторные диаграммы, поясняющие работу фильтра, приведены на рис. 24.

 

Схема включения реле на фильтры тока и

 напряжения нулевой последовательности

 

К реле направления мощности в защитах от замыканий на землю подводится ток и напряжение нулевой последовательности.

Токовая обмотка этого реле включается обычно в нулевой про­вод вторичных обмоток трех трансформаторов тока, соединенных в звезду. Обмотка напряжения реле включается в разомкнутый тре­угольник трансформаторов напряжения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 25 показана схема включения реле направления мощ­ности типа РБМ178 и векторная диаграмма, характеризующая его работу при однофазном коротким замыкании на фазе А.

 

 

При однофазном коротком замыкании на фазе А вблизи места установки защиты U_А = 0, а первичное напряжение нулевой по­следовательности равно сумме напряжений неповрежденных фаз В и С:

Первичный ток ЗIо при этом равен току, проходящему в повре­жденной фазе I_a.  Если подвести к реле вторичные ток и напряжение нулевой последовательности, совпадающие с первичными вектора­ми, то угол между ЗIо и ЗUо будет равен примерно —120°.

B рассматриваемом случае реле должно действовать на от­ключение поврежденной линии. Однако момент на реле, рав­ный k I_p U_p sin (j_p + 20°), оказывается отрицательным, так как sin (j_p + 20°) при j_p  = —120° является отрицательной вели­чиной. Поэтому для обеспечения правильной работы реле на­правления мощности нулевой последовательности необходимо од­ну из составляющих (ток или напряжение нулевой последова­тельности) подавать на реле с обратным знаком. Следователь­но, если вывод токовой обмотки реле, обозначенный точкой, со­единяется с началом вторичных обмоток трансформаторов то­ка u₁ то вывод обмотки напряжения (также обозначенный точ­кой) должен быть присоединен к концу вторичной обмотки транс­форматора напряжения (О₂), соединенной в разомкнутый тре­угольник.

В соответствии с этой схемой включения зона работы реле вы­брана относительно напряжения (— ЗUо), равного U_а.. При этом вто­ричный ток ЗIо = Iо попадает в зону работы реле, и оно будет пра­вильно действовать на отключение поврежденной линии.

 

Схема включения реле направления мощности нулевой последовательности с токовой поляризацией

 

Схема включения реле направления мощности нулевой последо­вательности с токовой поляризацией и векторные диаграммы, по­ясняющие его работу при коротких замыканиях на землю, в зоне и вне зоны действия защиты показаны на рис. 26.

Одна из обмоток реле (поляризующая) включается так, чтобы направление тока нулевой последовательности в ней при коротких замыканиях на землю в любом месте защищаемой сети не изменя­лось. Лучше всего для этой цели использовать трансформатор то­ка, установленный в цепи, соединяющей нейтраль трансформатора с землей.

При коротком замыкании в зоне действия зашиты (например, в точке ki) вторичные токи 1_р1 и I_р2 входят в выводы обмоток реле, обозначенные точками, с одинаковым направлением, вращающий момент на реле имеет положительный знак, и реле срабатывает. При коротком замыкании вне зоны действия защиты (точка К₂) ток I_Р2 меняет свое направление. В результате по обмоткам реле протекают токи I_p1 и — I_Р2, вращающий момент реле имеет отри­цательный знак, и реле не срабатывает.

Для трёхобмоточных трансформаторов, у которых заземляются нейтрали двух обмоток, и для автотрансформаторов с заземленной нейтралью применяются более сложные схемы включения поляри­зующих обмоток.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схемы включения реле, применяемых в устройствах: автоматики

 

Реле мощности, применяемые в устройствах системной автома­тики, обычно используются для определения величины и направле­ния потока активной или реактивной мощности в аварийных режи­мах. Так, например, на линиях напряжением 330-500 кВ в схемах автоматики, действующей при повышении напряжения, использу­ются реле направления мощности, которые должны срабатывать и замыкать свой контакты при направлении реактивной мощности в сторону шин защищаемой подстанции (рис. 27). Положительное направление тока на рисунке взято, как принято, от шин в линию.

В такой схеме обычно используется реле РБМ178, включенное на фазное напряжение, и ток той же фазы, как показано на рис. 27,а. В цепь обмотки напряжения реле включается дополнительное со­противление R_д (300-500 Ом) и конденсатор С_д (3-5 мкФ) для того, чтобы увеличить мощность, требуемую для срабатывания реле, и несколько изменить его угловую характеристику, которая в резуль­тате будет иметь следующий вид:

На этом же рисунке построена угловая характеристика реле и векторная диаграмма в режиме, когда линия отключена с противоположной стороны и на шины защищаемой подстанции посту­пает реактивная мощность, обусловленная емкостью этой линии. Реле мощности при этом срабатывает, разрешая действие авто­матики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.                 Проверка реле направления мощности

 

 Проверка механической части

 

Объем и последовательность проверки токового реле РТ, имею­щегося в комплекте реле РМОП, а также методы проверки и испы­таний изоляции электрических цепей реле приведены в материалах Союзтехэнерго по техническому обслуживанию реле [2, 3].

При осмотре и проверке механической части индукционного реле необходимо убедиться в отсутствии затирания подвижной системы.

Для этого отпускают возвратную пружину и снимают контактную плату. Отводят до упора подвижной контакт и отпускают его. При этом подвижная система должна сделать 8-10 колебаний. Проверя­ется величина осевого люфта, которая должна быть 0,3-0,5 мм.

Если обнаружено затирание подвижной системы, то необходима разборка реле с целью осмотра подпятников, концов осей барабан­чика и чистоты зазоров между полюсами и сердечником. Следу­ет также убедиться в надежности винтовых и паяных контактных соединений. Величина угла встречи контактов составляет 30-40°. Совместный ход контактов должен быть в пределах 1-1,5 мм. Ре­гулировка осуществляется за счет прогиба гибкой пружины 3 не­подвижного контакта (рис. 28). Только в конце совместного хода контактов, определяемого положением левого упора 5 подвижной системы реле, гибкая пружина 3 должна опереться на конец жест­кой упорной пластины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.

 

 

Спиральная возвратная пружина реле не должна иметь сле­дов окисления; витки пружины располагаются в одной плоско­сти, перпендикулярной оси реле-. Пружина может иметь толь­ко правильную спиральную форму, между витками должен со­храняться равномерный зазор при повороте подвижной системы вокруг оси в рабочих пределах. Расстояние между подвиж­ным 1 и неподвижным 2 контактами регулируется положени­ем правого упора 6 подвижной системы и должно быть равно 1-1,5 мм.

Четкость работы контактов реле в значительной мере зависит от угла встречи контактов а. Чем больше этот угол, тем большую мощность могут разорвать контакты реле.

 

Проверка электрических характеристик реле направлений мощности

 

Проверка отсутствия самохода у реле. Самоходом назы­вается вращение в ту или иную сторону подвижной системы реле под действием либо только тока, либо только напряжения. Враща­ющий момент самохода является следствием несимметрии магнит­ной системы реле.

Самоход от тока проверяется при подаче тока b токовые цепи реле при имитации двухфазного КЗ и одновременном закорачивании входных выводов цепей напряжения.

Проверка самохода от тока производится в условиях прерыви­стой (толчками) подачи тока в цепи устройства с постепенным увеличением тока от номинального до величины, соответствующей максимальному току при коротком замыкании «за спиной» защи­щаемого объекта.

Устранение самохода от тока производится путем поворота стального сердечника 2 (см. рис. 13). Чтобы повернуть сердеч­ник, нужно при отсутствии тока в реле с помощью специального ключа из немагнитного материала ослабить большую крепящую сердечник контргайку 16, удерживая отверткой в прежнем поло­жении нижний подпятник и имеете с ним — сердечник реле. Затем следует повернуть отвёрткой на небольшой угол в ту или иную сто­рону нижний подпятник вместе со стальным сердечником, после че­го вновь надежно закрепить сердечник контргайкой и вновь подать ток для проверки самохода, Так делают несколько раз, пока самоход не будет устранён. При этом необходимо следить за температурой токовых катушек реле и обмоток промежуточных трансформаторов тока, не допуская их перегрева.

Самоход от напряжения проверяется и устраняется аналогично при подаче напряжения по схеме, имитирующей двухфазное КЗ.

 

Проверка зоны работы реле направления мощности. Схема для проверки приведена на рис. 29.

Проверка производится при напряжении 100 В и номинальном токе. Угол между током и напряжением изменяется с помощью фа­зорегулятора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В процессе проверки необходимо измерить два угла, при кото­рых происходит изменение знака момента (замыкаются или размы­каются контакты реле). Изменение положений контактов реле от­мечается по неоновой лампе. Зона работы реле должна быть рав­на 180°.

 

 

Проверка реле рабочим напряжением и током нагрузки

 

Эта проверка выполняется как завершающая. Цель ее — под­тверждение правильности включения реле направления мощности в цепи ТН и ТT. Такая проверка является наиболее полноценной, так как ток и напряжение подаются к реле из первичной цепи через из­мерительные трансформаторы, что соответствует действительным условиям работы реле.

Схемы включения реле направления мощности обеспечивают правильное действие при всех видах коротких замыканий. Поэтому если схема защиты выполнена, с постоянным подводом цепей тока и напряжений к реле направления мощности, то достаточно произве­сти проверку действия реле в условиях, соответствующих каком-­либо одному виду короткого замыкания.

В схемах, где цепи тока или напряжения, подводимые к реле направления мощности, переключаются при действии защиты, про­верка действия реле должна производиться для каждого возможного сочетания подводимых токов и напряжений.

Проверка правильности включения реле направления мощности током нагрузки и рабочим напряжением выполняется по этапам в следующем порядке:

• проверяется исправность и правильность подключения цепей тока и напряжения;

• снимается и строится векторная диаграмма;

• имитируются аварийные условия с помощью подачи тока на­грузки и рабочего напряжения, и производится наблюдение за действием реле;

• на угловой характеристике реле производится построение ли­нии изменения знака вращающего момента, и определяются зоны работы и заклинивания, которые должно иметь проверяе­мое реле для того, чтобы правильно действовать при короткой замыкании на защищаемом присоединении;

• производится анализ правильности включения репе.

Проверка правильности подвода к устройству цепей напрлженил и тока. Измеряются величины мёждуфазных напряжений, а также напряжений всех фаз относительно земли и таким образом определяется заземленная фаза В. Затем проверяется фазоуказателем электрическое чередование фаз напряжения, и таким образом проверяются наименования двух других фаз.

Измеряются величины токов в фазных проводах и нулевом про­воде, подходящих к устройству, и сравниваются с показаниями щи­товых амперметров с учетом коэффициента трансформации ТТ. Снимается векторная диаграмма вторичных токов, по которой опре­деляется направление мощности в присоединений.

При снятии векторной диаграммы проверяется правильность маркировки токовых цепей и цепей напряжения на панели за­щиты.

Имитация аварийных условий. Дли анализа правильности включения реле необходимо имитировать в цепях тока и напряже­ния условия, соответствующие короткому замыканию на защищае­мом присоединении.

Обычно для проверки правильности включения реле направле­ния мощности защит от между фазных кротких замыканий ими­тируется симметричное трехфазное короткое замыкание, поскольку его имитировать проще, чем двухфазное.

При симметричном трехфазном коротком замыкании во всех фа­зах протекают равные токи, отстающие от своих фазных напряже­ний на угол, определяемый соотношением величин активного и ре­активного сопротивлений линий до места короткого замыкания. На­пряжения всех фаз также равны между собой и сдвинуты Друг относитейьно друга на угол 120°.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Векторная диаграмма токов и напряжений в первичной сети при симметричном трехфазном короткой замыкании на защищае­мом присоединении принципиально не отличается от диаграммы нагрузочного режима, когда активная и реактивная мощности на­правлены от шин подстанции. Поэтому при имитации трёхфазно­го короткого замыкания во время проверки реле направления мощ­ности, включенных на полный токи и напряжения, никаких пере­ключений в цепях тока и напряжения производить не требуется. При проверке наблюдают за поведением реле под действием тока нагрузки и рабочего напряжения. При этом на подвижную систе­му реле воздействует момент на срабатывание или на заклинивание в зависимости от угла между током и напряжением. Действие реле фиксируется в протоколе проверки.

 

Построение Линии изменения знака вращающего момента. Для оценки правильности включения реле направления мощности на векторную диа­грамму, пользуясь угловой  характеристикой реле, снятой при его проверке, нанести линию изменения знака враща­ющего момента и определить зону работы, которую должно иметь реле для того, чтобы оно правильно действовало при коротких замыканиях.

Построение  выполняется гак, как показано на рис. 30,  где представлена зона работы реле типа, РБМ171, включенного по 90-градусной схеме на напряжение U_bc и ток I_А.

Построение производится в такой последовательности:

• строится сектор первичного напряжения U_бс;

• строится линия изменения знака вращающего момента, для чего по известной угловой характеристике данного реле на­носятся углы изменения знака вращающего момента или по выражению для М_вр реле определяется угол, при котором мо­мент становится равный нулю, и под этим углом относительно вектора U_бс проводится прямая линия;

• определяется зона работы реле, для чего строится вектор пер­вичного тока той фазы, которая подается на реле при трех­фазном коротком замыкании на защищаемом присоединении (показан пунктирной линией). Этот ток (I_Акз) отстает от напряжений своей фазы на угол j_кз, поскольку при корот­ком замыкании на защищаемой линии как активная, так и реактивная мощности направлены от шин к месту повреж­дения.

Так как при коротком замыкании на защищаемом присоедине­нии реле должно сработать и подействовать на отключение, зона, в которую попадает вектор тока I_Акз должна быть зоной работы реле.

Реле включено правильно, если вектор первичного тока нагруз­ки, подводимом к реле, расположен в зоне работы и момент вра­щения направлен в сторону срабатывания. Если вектор первичного тока нагрузки расположен в зоне заклинивания, то момент враще­ния должен быть направлен на заклинивание.

Если при проверке реле направления мощности будет устано­влено, что оно включено неправильно, то необходимо найти ошибку (полярность включения трансформаторов тока, трансформаторов напряжения, обмоток реле и т.д.) и устранить ее. После измене­ний, произведенных в схеме, необходимо вторично проверить пра­вильность включения реле.

 

Особенности проверки реле направления мощности

 обратной последовательности

 

Проверка фильтра напряжения обратной последовательности реле РМОП производится с подключенной нагрузкой фильтра. На входные зажимы ФНОП подается симметричное трехфазное на­пряжение от ТН или другого трехфазного источника переменного тока с междуфазным напряжением 100 В с правильным чередова­нием фаз. На выходные зажимы ФНОП параллельно нагрузке подключается вольтметр.

Если напряжение небаланса превышает 2 В, то производится на­стройка фильтра путем поочередного изменения положен и я движ­ков на активных сопротивлениях R3 и R4 до получения минималь­ного напряжения небаланса на выходе ФНОП. Как показал опыт эксплуатации активно-емкостных фильтров, повышенное напряже­ние небаланса на выходе ФНОП может быть вызвано не только рас­стройкой фильтра, но и наличием высших гармоник напряжения на входе ФНОП. Дополнительное напряжение небаланса на выходе ФНОП, обусловленное какой-либо высшей гармоникой, как прави­ло, не может вызвать значительного момента на подвижной системе индукционного* реле. В каждом из двух плеч фильтра падений на­пряжения на конденсаторе и активном сопротивлении должны раз­личаться в >/3 раз.

При необходимости производят проверку промежуточных транс­форматоров тока. При этом подается ток в первичные обмотки Т1 и Т2 по схемам, охватывающим все виды однофазного и двухфаз­ного КЗ. Примеры схем для одного вида двухфазного и одного вида однофазного КЗ показаны на рис.31.

При проверке в первичные обмотки подается одинаковый для всех видов КЗ ток I_перв = (1-2)I_ном. Вторичный ток измеряется миллиамперметром класса 0,5-1,0 с внутренним сопротивлением не более 40 Ом, включенным, как показано на рис. 31, при установке рабочих ответвлений на вторичных обмотках Т1 и Т2. Все изме­рений миллиамперметром желательно производить на одном и том же пределе измерения.

Результаты измерения вторичных токов при одинаковой вели­чине I_перв должны примерно соответствовать следующим данным:

 

Провода фаз, к которым подсоединен ток Iперв	Относительная вели­чина вторичного тока, измеренная миллиампер­метром
А-0   В-0   С-0   А-В В-С С-А

За ток I_втор принято значение вторичного тока одного из промежуточных трансформаторов тока при прохождении тока I_nepв по одной его первич­ной обмотке, включенной в фазным провод.

 

Проверка фильтра mокa обратной последовательности про­изводится при поочередном подведении к фильтру токов i_ab, i_bc и i_ca примерно номинальной величины (имитация двухфазных КЗ) при определенном значении тока на выходе фильтра. Показателем правильной настройки фильтра является равенство этих токов, допустимое расхождение — 1,5 %. Уточнение правильности настрой­ки производится измерением тока небаланса при проверке защиты током нагрузки.

 

Особенности проверки реле направления мощности нулевой последовательности защиты от замыканий на землю

Проверка реле направления мощности нулевой последовательно­сти состоит из тех же этапов, что и проверка реле направления мощности защит от междуфазных КЗ, и проходит в той же последовательйости. Производится снятие векторной диаграммы и про­верка токовых цепей.

При проверке правильности включения реле направления мощ­ности нулевой последовательности током нагрузки и рабочий на­пряжением имитируется однофазное короткое замыкание бее пе­реходного сопротивлений непосредственно у шин подстанции, где установлено проверяемое реле. При этом напряжение поврежденной фазы снижается до нуля. Ток будет протекать к месту короткого замыкания только по повреждённой фазе.

На рис. 32 показана векторная диаграмма полных первичных токов и напряжений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вектор напряжения 3Uo направлен противоположно вектору U_a. Ток I_А, проходящий в поврежденной фазе, отстает от напряже­ния U_А на угол j_кз, величина который определяется соотношением суммарных активных и реактивных сопротивлений в цепи коротко­го замыкания.

Для имитации однофазного короткого замыкания на выводы про­веряемой защиты должен быть подан ток поврежденной фазы и на­пряжение нулевой последовательности, равное сумме напряжений неповреждённых фаз.

При проверках защиты от замыкания на землю с выводов па­нели подаются поочередно токи всех трех фаз согласно приведен­ным схемам. Таким образом, в реле поочередно подаются три тока, смещенные относительно друг друга на угол 120°. Это позволяет получить четкие показания для проверки реле, так как если вектор одного из токов окажется вблизи линий изменения знака вращающе­го момента, то векторы двух других токов обязательно будут рас­положёны так, что при подаче этих токов на реле оно будет иметь достаточно большой момент на срабатывание или на заклинивание, что обеспечивает безошибочное определение знака момента при на­блюдении за поведением реле.

Однофазное короткое замыкание по цепям напряжения можно имитировать, производя соответствующие переключения во вторичных цепях трансформатора напряжения. Для этого необходимо из напряжения, подаваемого на реле 6т разомкнутого треугольни­ка, исключить напряжение фазы, на которой имитируется короткое замыкание, тaк, например, дли имитации повреждения фа­зы А (рис. 33) необходимо вместо вывода О₁ подключить к реле вывод О_д.

Дли того чтобы можно было проверять только одну защиту, не затрагивая другие, вывод О_д нужно подвести кабельной жилой на щит к месту установки релейной защиты. Подключением выво­да О_д вместо выводи О₁ на проверяемое реле подается необходимое напряжение нулевой последовательности. При этом следует иметь и виду, что вывод О_д  нужно всегда подавать к тому выводу панели, к которому нормально подсоединен вывод О₁.

Во избежание ошибки при новом включении защиты необходи­мо тщательной прозвонкой с выводом трансформатора напряжения установить, к какому выводу панели подключён заземлённый вывод О₂, и промаркировать его. При последующих проверках вывод О₂ с этого вывода никогда не должен отсоединяться. В слу­чае если цепи напряжения защиты переключаются с одного транс­форматора напряжения на другой рубильником, блок-контактами шинных разъединителей или контактами промежуточных реле-повторителей, вывод О₂ должен быть подведен к реле жестко, минуя рубильник, блок-контакты или контакты реле повторителей.

Во избежание ошибки при подаче на реле напряжения от дополнительного вывода целесообразно производить подключение всегда на отключенный нож рубильника или испытательного блока. В этом| случае при проверке снимается мостик, соединяющий нормально обмотку реле с выводом О₁, и устанавливается на вывод О_д.

После окончания проверки восстанавливается нормальная схема.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Построение Линии изменения знака вращающего момента и определение зоны работы, которую должно иметь проверяемое релe, производится так же, как и для реле направления мощности, включенных на полные токи и напряжения.

Анализ правильности включения реле направления мощности нулевой последовательности производится по векторам первичных токов и напряжений точно так же, как это делается для реле напра­вления мощности защит от междуфазных КЗ.

На рис. 34 дан пример построения векторной диаграммы пер­вичных токов и напряжений для заданного направления нагрузки. При проверке реле имитируется однофазное короткое замыкание на фазе А.

Если при направлении актив­ной и реактивной мощности от шин подстанции в линию реле, включенное на напряжение ЗUо, при токе i_a четко замыкает кон­такт, при токе i_b имеет слабый момент на замыкание контактов, а при токе 1с четко заклинивает, значит, оно включено правильно.

 

Особенности проверки реле направления мощности нулевой последовательности в схемах защит трансформаторов и автотрансформаторов от замыканий на землю

 

В схемах резервных защит трёхобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов от замыканий на землю часто используются реле направления мощности нулевой последовательности. Обыч­но эти защиты предназначены для резервирований защит от замыканий на землю отходящих линий, и реле направления мощно­сти поэтому должно включаться так, чтобы срабатывать и замы­кать свои контакты при направлении мощности короткого замы­кания от трансформатора к шинам (рис. 35). Это является осо­бенностью рассматриваемой защиты трансформаторов (автотранс­форматоров), пoсколькy ранее рассмотренные защиты от коротких замыканий, установленное на линии, должны были срабатывать при направлении мощности от шин в линию.

При определении зоны рабо­ты реле направления мощности нулевой последовательности ти­па РБМ178 направление мощ­ности от шин к трансформато­ру условно принимается поло­жительным так же, как и в слу­чаях, рассмотренных выше.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для случая однофазного короткого замыкания на фазе А угловая характеристика реле строится относительно напря­жения 3Uo = Uв + U_С.

При короткой замыкании на шинах или на одной из отхо­дящих линий мощность корот­кого замыкания, проходящая по трансформатору, будет напра­влена к шинам подстанции, а вектор первичного тока повре­жденной фазы А расположится в третьем квадранте (рис. 36). Поскольку при таком повреждении защита должна срабаты­вать, зона, в которую попадает вектор тока короткого замыкания, и будет зоной работы. Полученная зона работы защиты по сравнению с рассмотренной ранее защитой линии будет повернута, на 180 °. В остальном про­верка зашиты трансформатора не отличается от проверки зашиты линии и производится так, как это было указано выше.

 

 

 

 

 

Особенности проверки репе в схемах автоматики,

действующей при повышении напряжения

 

Реле направления реактив­ной мощности, устанавливае­мое в схемах автоматики повышения .напряжения, прове­ряется под нагрузкой так же, как и реле направления мощ­ности в схемах зашиты от междуфазных коротких замы­каний. Отличие состоит лишь в определении зоны работы и зоны заклинивания.

Построение зоны работы реле РБМ178 с дополнитель­ным контуром R_дС_д, имеюще­го угловую характеристику

 

М_вр = k U_p I_p sin (j_p + 10° )

 

и включенного на ток и напря­жение фазы A_, производится в такой последовательности: строится вектор первичного напряжения U_a для случая, когда реле включено на напряжение фазы А (рис. 37);

·                         строится линия изменений знака вращающего момента, для чего по снятой угловой характеристике реле или по выраже­нию М_вр определяется угол, при котором вращающий момент на реле становится равным нулю, и под этим углом относи­тельно вектора U_a проводится прямая линия;

·                         определяется зона работы реле (включено на ток фазы А), для чего строится вектор первичного тока I_А фазы А, который будет проходить, когда линия, на которой установлено рассма­триваемое реле, отключится с противоположного конца (по­казан пунктирной линией). Этот ток опережает напряжение своей фазы на угол 90°, поскольку в рассматриваемом случае с линии на шины будет поступать реактивная мощность.

Так как в данном режиме реле должно сработать (и разрешить действовать автоматике повышения напряжения), зона, в которую попадает вектор тока ia , и должна быть зоной работы реле. Даль­нейший анализ правильности включения реле производится так же, как и для рассмотренного выше реле направления мощности защи­ты от междуфазных коротких замыканий. Проверка реле мощно­сти, установленных в других схемах автоматики, производится ана­логичным способом.