Цифровые дифференциальные реле фирмы «ALSTHOM» – схема, устройство, функции

Типы, устройство и функции реле фирмы «ALSTHOM»

Фирма «ALSTHOM» выпускает три модели дифференциальных трехфазных реле: типа КВСН120 с двумя токовыми входами на фазу для  защиты генераторов и двухобмоточных трансформаторов, типа КВСН130 с тремя токовыми входами на фазу для защиты трехобмоточных трансформаторов или двухобмоточных трансформаторов с двумя входами на одной из сторон и типа КВСН140 с четырьмя токовыми входами на фазу.

Все устройства могут быть заказаны на номинальный ток трансформаторов тока 5 А или 1 А, а устройства КВСН120 и КВСН140 могут обеспечивать входной номинальный ток 1 А для стороны высшего напряжения и 5 А для стороны низшего напряжения силового трансформатора.

Дополнительно предусмотрено по одному токовому входу нулевой последовательности для каждой из сторон защищаемого трансформатора для выполнения селективной защиты от замыкания на землю. Для всех устройств имеется еще один аналоговый вход для подключения к линейному напряжению одной из сторон трансформатора для выполнения защиты от перевозбуждения. Схема подключения реле типа КВСН140 приведена на рис. 7.1, реле типа КВСН120 и КВСН130 отличаются только количеством входов, остальные цепи аналогичны.

Каждый аналоговый вход обрабатывается низкочастотным фильтром и далее подключается к 16-битному аналого-цифровому преобразователю через 16-канальный мультиплексор. Опрос каналов производится 40 раз за период промышленной частоты и синхронизирован к частоте энергосистемы.

Цифровые данные передаются к микропроцессору цифровых сигналов DSP, который выполняет все алгоритмы защиты, а другой микропроцессор 80С196 отвечает за интерфейс пользователя, логику схемы, вспомогательные выдержки времени, последовательную коммуникацию.

Кроме аналоговых входов в устройствах предусмотрено восемь опто-изолированных входов, которые могут быть использованы для блокировки отдельных функций защит и для обеспечения сигнализации или  отключения от внешних устройств, например от газовой защиты, температурной защиты и т.п. (на рис. 7.1 клеммы 46−55). Достоинство воздействия внешних устройств через КВСН заключается в том, что действие внешних сигналов записывается в регистраторе событий с отметкой времени и может быть прочитано через последовательный порт коммуникации.

Для повышения надежности действие газовой защиты должно производиться на отключение помимо реле КВСН, но параллельную цепь следует завести через КВСН для фиксации действия.

Воздействие от внешних входов может быть выполнено с выдержкой времени от 0,01 с до 4 ч и направлено на любую одну или несколько функций, а также выходные реле, т.е. предусмотрена встроенная матрица входных сигналов,

Рис. 7.1. Принципиальная схема подключения реле типа КВСН-140

которая в фирменной информации названа установкой маски входных сигналов. Питание оперативным током входных сигналов осуществляется либо от встроенного источника постоянного тока 48 В (рис. 7.1 клеммы 7−8), либо от внешнего источника 110 – 250 В с дополнительным резистором 10 кОм и 220 – 250 В с дополнительным резистором 33 кОм (рис. 7.1). Для предотвращения ложной работы из-за наведенного напряжения на внешние провода предусмотрена программная фильтрация входных сигналов.

Для повышения помехозащищенности устройство воспринимает входной сигнал как достоверный, если он зарегистрирован в течение не менее 12,5±2,5 мс.

Цепь для каждого опто-изолированного входа содержит блокирующий диод для защиты от напряжения с обратной полярностью.

С помощью реле КВСН можно дистанционно управлять переключением ответвлений РПН трансформатора. Для этого выделяются два входных и два выходных реле «отпайка вверх» и «отпайка вниз» (на рис. 7.1 клеммы 29, 31, 33, 35), управление которыми возможно через последовательный коммуникационный порт. Время задержки выполнения этих команд устанавливается в пределах от 0,5 с до 10 с.

На передней панели устройств размещены три светодиода, жидкокристаллический дисплей и клавиатура, состоящая из четырех клавиш (рис. 7.2).

Рис. 7.2 Внешний вид реле КВСН, извлеченного из кассеты

Зеленый светодиод указывает, что защита включена и функционирует правильно. Желтый светодиод означает, что система самоконтроля выявила неисправность или приход внешнего сигнала. Мигание зеленого светодиода указывает, что введен пароль и возможен доступ к изменению уставок. Горение красного светодиода означает, что защита подействовала на отключение. Более подробная информация о том, какая защита или внешний сигнал вызвали отключение, появится на дисплее.

Клавиатура позволяет пользователю с помощью меню выбирать данные, подлежащие выдаче на дисплей, величины текущих измерений, уставки защит и т.п. и с вводом пароля изменять уставки и конфигурацию, т.е. установление определенных связей между функциями, входными, выходными цепями. Две клавиши доступны при установленной защитной крышке на реле.

Это клавиша «F» − клавиша выбора пунктов меню и клавиша «О» – клавиша квитирования.

Нажатие этой клавиши в течение одной секунды вызывает сброс индикации с дисплея (при этом информация о повреждениях и действиях защит не теряется, она остается в памяти регистратора событий), позволяет стереть записи повреждений при вызове соответствующего пункта меню, обеспечивает выход из процедуры выставления уставок. Две клавиши доступны только при снятии передней крышки. Это клавиши «+» и «−». С помощью этих клавиш производится изменение уставок и конфигурации устройства.

Жидкокристаллический дисплей имеет две строчки по шестнадцать символов, которые используются для показа уставок, измеряемых величин, записей, которые извлекаются из базы данных защиты. Дисплей имеет подсветку, которая включается при кратковременном нажатии любой клавиши, это дает возможность считывания данных при любых режимах внешнего освещения.

Под дисплеем на передней панели напечатаны 16 цифр от 0 до F (в шестнадцатиричном формате) справа налево.

Эти цифры используются для выставления функциональных связей, масок входных и выходных сигналов, расшифровки сигналов неисправностей. Более подробно использование меню и установки связей будут рассмотрены далее.

Оперативное питание устройства может быть как от источника постоянного тока, так и от устройства переменного тока в двух диапазонах:

1. от 20 до 150 В постоянного тока и от 50 до 133 В переменного тока, что соответствует заказу устройства на номинальное напряжение питания 24/125 В;
2. от 33 до 300 В постоянного тока и от 87 до 265 В переменного тока, что соответствует заказу на номинальное напряжение устройства 48/250 В (на рис. 7.1 клеммы 13, 14).

Кроме основных функций дифференциальной защиты и защиты от перевозбуждения, в устройствах КВСН заложены дополнительные функции:

• измерения,
• постоянный самоконтроль работоспособности,
• регистрация,
• связь с центральным устройством управления.

Устройства КВСН измеряют до девяти величин фазных токов (в зависимости от модели и конфигурации), три дифференциальных и три тормозных тока. Все измеряемые величины могут быть выведены на дисплей или прочитаны через коммуникационный порт.

Если коэффициенты трансформации трансформаторов тока введены в устройство, то фазные токи будут показаны в первичных величинах, иначе – во вторичных величинах.

Дифференциальные и тормозные токи всегда выдаются во вторичных значениях. Если на одной из сторон защищаемого трансформатора к дифференциальной защите подводятся токи от двух групп трансформаторов тока (полуторная схема, схема с двумя выключателями и т.п.), то устройство выдает расчетный ток, т.е. ток соответствующий току в обмотке трансформатора.

Непрерывный самоконтроль выявляет подавляющее большинство программных и аппаратных неисправностей. Любая потеря функции сначала инициирует перезапуск программы, а потом появление сигнала «ALARM» – горение желтого светодиода, выключение зеленого светодиода, замыкание контакта сигнального реле (на рис. 7.1 клеммы 3, 5) и возможный вывод действия устройства на отключение.

Причинами сигнализации могут быть неисправности микропроцессоров, что определяется сигналом сторожевого таймера «watch dog», он же определяет потерю оперативного питания защиты.

Постоянно тестируется память, исправность опто-изолированных входов выходных реле. Для детализации неисправностей необходимо вызвать в меню раздел «SYSTEM DATA» («Системные данные»), функциональной клавишей «F» войти в пункт «SYS ALARMS» («Состояние сигналов»), войти в режим выставления уставок нажатием клавиши «+» и перестановкой курсора путем нажатия клавиши «F» определить, в каких позициях нижней строки дисплея появится цифра «1» (цифра «1» определяет наличие данной неисправности, «0» – ее отсутствие). Цифра на передней панели под дисплеем определяет тип неисправности (работа с дисплеем описана далее).

Неисправности расшифровываются следующим образом:
0 − защита выведена, она не конфигурирована, т.е. существенная ошибка в выставлении функциональных связей;
1 − ошибка калибровки, защита работоспособна, но может быть неточность в измерениях и выставленных уставках (неисправность устраняется в условиях специализированной мастерской или на заводе);
2 − ошибка уставки, защита работает, но возможна ошибка в выставленных уставках;
3 − защита выведена из работы, неисправность микропроцессора 80С196 и поддерживающих компонентов;
4 − защита не контролирует входы;
5 − защита выведена, неисправность в схеме логики;
6 − защита выведена, неисправность микропроцессора DSP.

При вышеперечисленных неисправностях горит светодиод «ALARM» и происходит фиксация в регистраторе событий с отметкой времени.

Система регистрации складывается из запоминания причин отключения (запись повреждений), записи событий, записи формы токов во время действия устройства КВСН на отключение (запись нарушений). Все сигналы регистрации могут быть прочитаны через коммуникационный порт, а записи повреждений и сигналов неисправности дополнительно на дисплее устройства.

Запись повреждений регистрирует величины токов повреждений фаз А, В и С в момент отключения повреждений на всех сторонах трансформатора (высшей и двух низших сторонах), величины дифференциальных и тормозных токов фаз А, В и С и так называемых флагов повреждений, т.е. записи на дисплее условных обозначений защит и входных сигналов, действующих на отключение или на сигнал (рис. 7.3).

Величины токов повреждения регистрируются только для последнего повреждения, в то время как фиксация действия защит и внешних сигналов − для последних пяти повреждений. Информация сохраняется в энергонезависимой памяти и одновременно вносится в регистратор записи событий. Доступ к этой информации осуществляется в разделе меню «FAULT RECORDS».

Записи событий – это изменение состояния логических входов, изменение состояния выходов защиты, изменение уставок, выполненных локально, записи повреждений, как указывалось выше. До 50 событий может быть записано в буфере, каждое со своей отметкой времени – величина счетчика таймера, которая сканируется каждую миллисекунду. Изменения состояний входов и выходов могут быть исключены из списка событий, что увеличивает число записей повреждений. Когда буфер событий переполняется, то старая запись стирается следующим событием. Отметка времени будет достоверна в течение 49 дней.

Часы имеют точность хода ± 4,3 с в сутки, что определяется точностью кварца. Это не имеет значения, если система работает под управлением центрального устройства, поскольку центральным устройством защиты опрашивается один раз в секунду.

Регистратор нарушений имеет шестнадцать аналоговых каналов плюс один для записи состояния восьми входов и плюс еще один канал для записи состояния восьми выходов защиты. Аналоговые каналы могут записывать до девяти фазных токов, по три на обмотку, три дифференциальных тока, три рассчитанных тормозных тока и канал напряжения. В случае «угла многоугольника», где используются две группы трансформаторов тока, фазным током считается расчетный ток, который течет в обмотке трансформатора.

Как и у регистратора событий, в случае переполнения буфера старейшая запись стирается, а новая записывается поверх.

Для того чтобы гарантировать достоверность записи, при отключении оперативного питания все записи стираются. Каждая выборка имеет отметку времени, приданную к ней, поэтому форма кривой тока восстанавливается, т.е. она может быть построена в правильной точке на временной шкале. Записи могут быть прочитаны через последовательный порт коммуникации с помощью дополнительного программного обеспечения «Protection Acceses Software & Toolkit» для восстановления и показа на экране персонального компьютера.

Регистратор может записать форму волны тока, полученную из 40 выборок за период промышленной частоты, либо синусоиду, полученную методом Фурье при 8 выборках, либо фазные углы, полученные также из разложения методом Фурье. Полная длина записи зависит от выбранного метода записи.

Всего регистратор может запомнить 510 выборок, поэтому при выборке 40 раз за период промышленной частоты полная длина записи будет равна 510/40 = 12 периодов промышленной частоты, при выборке в 8 раз за период полная длина записи – 510/8 = 63 периода.

Для управления регистратором нарушений следует задать те входы или выходы, от которых будет происходить пуск регистратора и задать длину записи после аварийного режима, исходя из полной длины записи.

Для связи реле КВСН с центральным устройством или с персональным компьютером предусмотрен последовательный коммуникационный порт с использованием мультиячеечной локальной сети К-bus, языком и протоколом Courier (на рис. 7.1 клеммы 54, 56).

К-bus подсоединена через протокольный конвертер KITZ либо непосредственно через модем к порту персонального компьютера RS–232.

Для идентификации конкретного устройства в сети этому устройству должен быть присвоен адрес между 1 и 254 (адрес 255 зарезервирован для общих посланий, а адрес 0 – для автоматического присвоения адреса данному реле центральным устройством). Отдельные устройства КВСН формируют распределенную базу данных для центрального устройства и могут быть опрошены для получения любой требуемой информации, а именно:

1. значения измеряемых величин;
2. текст меню;
3. уставки и границы уставок;
4. записи повреждений;
5. записи событий;
6. записи формы токов регистратора нарушений;
7. статус выходных реле (восьмибитовое число, которое идентифицирует состояние реле, а также наличие записи событий и повреждений).

Коммуникационный порт основан на уровнях напряжений передачи и приема, соответствующих стандарту RS–485 с гальванической развязкой, обеспечиваемой трансформатором. Используется протокол опроса от управляющего компьютера – никакой отдельной защите не позволено  передавать, пока она не получит сигнал вызова. Передача является синхронной и осуществляется по витой паре с экранированным проводом с частотной модуляцией и временным кодированием для удаления постоянной составляющей с помощью трансформатора, что позволяет выполнить присоединение к шинной проводке без учета полярности. Скорость передачи информации по К-bus − 64 кбит/с. До 32 устройств релейной защиты могут быть присоединены к этой шине с максимальным удалением от центрального устройства до 1000 м.

Дисплейный формат флага отключения и внешнего сигнала

Рис. 7.3. Вид экрана дисплея с записью флагов отключения и внешних сигналов

Для повышения надежности дистанционного управления через последовательный порт предусмотрено, что все изменения уставок ретранслируются обратно к центральному устройству для повторной проверки, прежде чем будет подана команда на выполнение. Новая уставка обязательно проверяется на соответствие диапазону, прежде чем изменения будут введены.

Все дистанционные команды также ретранслируются для перепроверки, и любой оставшийся командный набор автоматически сбрасывается, если он не был реализован в заданное время.

Для общих команд управления всеми реле в сети используется принцип двойной команды. Для проверки правильности передачи постоянно определяется циклическая контрольная сумма (СRС) и производится проверка длины послания для каждого полученного сообщения.

Вся система управления функциями, измерения, выставления уставок и т.п. осуществляется с помощью меню. Четыре клавиши на передней панели позволяют вызвать необходимые разделы и пункты меню и выставить содержание на дисплее. Часть данных, таких как измерения текущих значений токов, чтение уставок, записей нарушений могут быть вызваны доступными клавишами «F» и «О» и не требуют предварительного набора пароля.

А для изменения уставок и конфигурации требуется предварительно снять защитную крышку для доступа к кнопкам «+» и «−» и набора пароля.

Система меню разбита на 10 разделов, в каждом из которых сгруппированы родственные данные. Пункт меню отмечен номером раздела и номером пункта в данном разделе, например 0201 – это в разделе 02 пункт 01. Разделы имеют следующие номера и названия: 0000 SYSTEM DATA − данные системы, 0100 FAULT RECORDS − записи повреждений, 0200 − MEASURENTS − измерения, 0500 – SETTING (1) – уставки первой группы, 0600 − SETTING (2) – уставки второй группы, 0900 – LOGIC FUNCTIONS − логические функции, где

устанавливаются выдержки времени входных сигналов и установка дисплея по умолчанию, 0А00 – INPUT MASKS − маска входов, 0В00 – RELAY MASKS − маски выходных реле, 0С00 – регистратор повреждений, 0D00 – TEST/CONTROL − испытание/управление.

Нормально на дисплее по умолчанию по желанию пользователя высвечивается одна из следующих информаций:
0. GET ALSTHOM K-SERIES MIDOS.
1. Описание, определяемое пользователем.
2. Название станции (подстанции).
3. Ток фаз А, В, С на стороне высшего напряжения.
4. Ток фаз А, В, С на стороне низшего напряжения (1).
5. Ток фаз А, В, С на стороне низшего напряжения (2).
6. Флаги повреждения текущего момента.

Любое нажатие клавиши приводит дисплей к заголовку первого раздела и включению подсветки. Для перевода к заголовку других разделов необходимо нажать клавишу «F» и удержать ее в течение одной секунды. Кратковременное нажатие этой клавиши приводит к движению по пунктам данного раздела.

Предусмотрена возможность установки двух групп уставок (разделы 0500 и 0600), но если вторая группа не используется, то раздел 060 будет исключен из меню.

Для этого необходимо в разделе SYSTEM DATA функциональную связь LINK4 установить в положение «0», т.е. исключить вторую группу уставок.

Сброс индикации и перевод дисплея в режим по умолчанию производится нажатием клавиши «0» в течение более 1 с. Однако для стирания с дисплея записей повреждений (но не в записи событий) необходимо вызвать раздел FAULT RECORDS и кратковременным нажатием клавиши «F» перейти к последнему пункту FLT RECORDS – очистить записи повреждений и нажать клавишу «0» в течение более 1 с. Стирание записей повреждений одновременно гасит светодиод TRIP LED.

Для выставления или измерения уставок или конфигурации необходимо ввести пароль. Для этого снять защитную крышку, нажать клавишу «F», войти в раздел SYSTEM DATA и кратковременным нажатием клавиши «F» выбрать пункт SYS Password. После нажатия клавиши «+» дисплей покажет четыре звездочки. Клавишами «+» и «−» выбрать необходимый символ в первой позиции, кратковременным нажатием «F» перейти к следующей позиции и ввести символ в этой позиции и т.д. после ввода четвертого символа нажатие клавиши «F» покажет на дисплее запись «Are you sure?» – «Вы уверены?». Необходимо подтвердить установку нажатием клавиши «+» – «Да». При правильной установке пароля начинает мигать сигнальный светодиод ALARM, что означает, что можно приступать к процедуре изменения уставок.

Если требуется изменение пароля, то после ввода старого пароля необходимо нажать клавишу «+» и ввести новые символы, как описано выше.

Парольная защита восстанавливается, когда сигнальный светодиод прекращает мигать, пятнадцатью минутами спустя после нажатия последней клавиши или выбором пункта меню PASSWORD и нажатием клавиши «0» в течение более одной секунды.

После ввода пароля можно приступить к изменению текста или величин уставок: выбрать необходимый пункт меню, нажать клавишу «+» или «−» для перехода в режим изменения уставок – курсор будет мигать в крайней левой позиции на нижней строке, указывая, что защита готова к изменениям. С помощью клавиш «+» или «−» ввести необходимый символ или цифру, кратковременным нажатием клавиши «F» передвинуть курсор на следующую позицию и ввести изменения и т.д. Процедура изменения заканчивается после утвердительного ответа на вопрос: «Вы уверены?».

Изменение функциональных связей, таких как разрешение дистанционного изменения уставок, дистанционного изменения уставок переключателя РПН, разрешение дистанционного изменения группы уставок и т.п. в разделе SYSTEM DATA или ввод определенных функций защит на отключение (аналог ввода и вывода накладки) в разделе SETTING производится следующим образом: выбирается необходимый пункт меню SYS Fn Links или S1 Fn Links, нажатием клавиш «+» или «−» защита переводится в режим изменения уставок. Курсор будет мигать на нижней строке в крайней позиции.

Это связь «F», как указано символом, напечатанным на передней плате под дисплеем (рис. 7.2 или рис. 7.3).

Нажатием клавиши «F» курсор передвигается вдоль ряда связей, пока не появится текст на верхней строке, который описывает функцию связи. Клавишей «+» можно избрать «1» на нижней строке – ввести в работу эту связь, клавишей «−» избрать «0» – не вводить данную связь.

Простое перемещение курсора мимо позиции связи не изменяет ее. В устройствах КВСН применена матрица входных и выходных цепей. Операция по определению направления действия защит на выходные реле и входных сигналов на защиты или выходные реле названа в устройстве выставлением масок (разделы INPUT MASKS и RELAY MASKS, маски входов и маски выходов реле).

Каждой функции защиты и управления присвоена восьмибитная маска. Когда нужная маска выбрана, на верхней строке дисплея указывается функция управления, на нижней строке появится серия «1» и «0».

Цифра, напечатанная на передней плате под дисплеем, указывает номер входного сигнала (L7…L0) или номер выходного реле (RLY7…RLY0). Если на нижней строке дисплея установлена цифра «1», это значит, что входной сигнал с номером, указанным на лицевой панели под дисплеем ниже цифры «1», будет воздействовать на данную функцию (маску), если «0», то не будет. Аналогично для выходных реле: цифра «1» на нижней строке дисплея указывает, что данная функция будет действовать на выходное реле с номером, указанным на лицевой панели под цифрой «1»; цифра «0» означает, что не будет воздействия этой функции на данное выходное реле.

Собственно защитные функции в устройстве реализованы в виде чувствительной дифференциальной защиты с торможением, грубой дифференциальной отсечки, дифференциальной защиты нулевой последовательности обмотки «звезда», максимальной токовой защиты нулевой последовательности обмотки «треугольник» и защиты от перевозбуждения.

Для выполнения функций дифференциальных защит необходимо выровнять величины вторичных токов, компенсировать, если это необходимо, угловой сдвиг первичных токов, выделить дифференциальный и тормозной токи, обеспечить блокировку чувствительного комплекта в режиме перевозбуждения и броска тока намагничивания.

В устройствах КВСН все эти операции выполняются программным путем, но предварительно надо задать устройству схему соединения силового трансформатора для вывода из работы неиспользуемых аналоговых каналов для подтверждения, что они не участвуют в алгоритмах, в измерении и регистрации. Это осуществляется путем выбора в разделе SETTINGS пункта Configuration − конфигурация соответствующей группы соединения  силового трансформатора (рис. 7.4).

Далее определяется та сторона силового трансформатора, которой соответствует наибольшая номинальная мощность, и по этой мощности определяются вторичные номинальные токи для всех сторон трансформатора.

Эти вторичные токи выравниваются до номинального тока реле (5 А или 1 А) вводом уставки коррекции коэффициента трансформации в разделе SETTINGS − уставки пункта HV (LV) Ratio Cor − коррекция коэффициента трансформации на стороне высшего (низшего) напряжения.

Под коэффициентом коррекции понимается отношение номинального тока реле данной стороны к определенному ранее номинальному вторичному току силового трансформатора этой же стороны. Диапазон регулирования от 0,05 до 2,0 с шагом 0,1.

Возможность компенсации углового сдвига предусмотрена для всех сторон силового трансформатора. Она выполняется в разделе SETTINGS − уставка пункт HV (RV) Vector Cor векторная коррекция на стороне высшего (низшего) напряжения.

Имеется следующий набор уставок фазовой коррекции Yy0 (угловой сдвиг 0) , Yd1(−30°), Yd2(−60°), Yd3(−90°), Yd4(−120°), Yd5(−150°), Yd6(180°), Yd7(+150°), Yd8(+120°), Yd9(+90°), Yd10(+60°), Yd11(+30°), Ydy0(0°), Ydy6(180°).

В скобках указан угловой поворот, который производится с входными величинами при выборе данной уставки.

Следует иметь в виду, что при выборе уставки с нечетным сдвигом одновременно на этой стороне из входных токов исключаются токи нулевой последовательности, поэтому, если необходимо компенсировать угловой сдвиг токов, то его следует выполнить на стороне звезды силового трансформатора с заземленной нейтралью. В устройстве предусмотрена возможность исключения токов нулевой последовательности без сдвига токов по фазе выбором уставки Ydy0 или Ydy6.

В табл. 7-1 разъяснены операции, которые производятся над входными токами функцией фазовой компенсации при разных значениях уставок.

Прописными (заглавными) буквами отмечены токи до выполнения операции компенсации, строчными – после операции компенсации. В табл. 7-2 приведены примеры выбора уставок векторной коррекции для трансформаторов с разными схемами соединения обмоток.

Рис. 7.4. Значения уставок Configuration − конфигурация

После выравнивания величин токов, фазовой коррекции, фильтрации токов нулевой последовательности вычисляются дифференциальный и тормозной токи основной частоты методом Фурье при восьми выборках за период промышленной частоты. Дифференциальный ток определяется как векторная сумма всех входных токов:

(7 – 1)

Tормозной ток – как половина скалярной суммы всех входных токов:

(7 – 2)

 

Таблица 7-1

Операции с входными токами при выполнении функции фазовой компенсации

Уставка	Акция	Сдвиг фаз
Yy0	Ничего не делается	0
Yd1	Ia = (IA – IC)/√3 Ib = (IB – IA)/√3 Ic = (IC – IB)/√3	30° отставания
Yd2	Ia = IA + IB Ib = IB + IC Ic = IC + IA	60 отставания
Yd3	Ia = (IB – IC)/√3 Ib = (IC – IA)/√3 Ic = (IA – IB)/√3	90° отставания
Yd4	Ia =IB Ib = IC Ic = IA	120° отставания
Yd5	Yd11 и Инвертир.	150° отставания
Yd6	Yy6 Инвертные токи	180°
Yd7	Yd1 и Инвертир.	150° опережения
Yd8	Yd2 и Инвертир.	120° опережения
Ud9	Yd3 и Инвертир.	90° опережения
Yd10	Yd4 и Ивертир.	60° опережения
Yd11	Ia = (IA – IB)/√3 Ib = (IB – IC)/√3 Ic = (IC – IA)/√3	30° опережения
Ydy0	Ia = IA – (IA+IB+Ic)/3 Ib = IB – (IA+IB+Ic)/3 Ic = IC – (IA+IB+Ic)/3	0°
Ydy6	Ydy0 и Инвертир.	180°

Тормозная характеристика реле (рис. 7.5) состоит из двух участков: первого – от нуля тормозного до тока, равного номинальному току реле с наклоном 20%, второго – при тормозном токе большем номинального тока реле с наклоном 80%. Изменение наклона характеристик не предусматривается.

Начальный ток (ток срабатывания реле при отсутствии торможения) может регулироваться от 0,1 до 0,5 номинального тока реле с дискретностью 0,1 в разделе SETTING пункт S2 I_d> − уставка чувствительной  защиты.

Для выявления броска тока намагничивания используется тот факт, что в броске тока намагничивания (как в апериодическом, так и периодическом) существуют бестоковые паузы (рис. 1.6). Фиксация этих пауз и используется для блокирования чувствительной дифференциальной защиты с торможением.

Рис. 7.5. Тормозная характеристика дифференциального реле КВСН

Таблица 7-2

Выбор уставки векторной коррекции

Схема соединения обмоток солового трансформатора		Угловой сдвиг токов	Уставка векторной коррекции для обмотки
			высшего напряжения	низшего напряжения
Y/Y -0	Δ/Δ -0	0°	Yy0	Yy0
Δ/Y -1		− 30°	Yy0	Yd11
Y/Δ -1		− 30°	Yd1	Yy0
Δ/Δ -2		− 60°	Yd1	Yd11
Δ/Δ -4		− 120°	Yd11	Yd7
Δ/Y -5		− 150°	Yy0	Yd7
Y/Δ – 5		− 150°	Yd5	Yy0
Δ/Δ -6	Y/Y -6	180°	Yy0	Yy6
Δ/Y -7		+150°	Yy0	Yd5
Y/Δ -7		+150°	Yd7	Yy0
Δ/Δ -8		+120°	Yd7	Yd11
Δ/Δ -10		+60°	Yd11	Yd1
Δ/Y –11		+30°	Yy0	Yd1
Y/Δ -11		+30°	Yd11	Yy0

В режиме перевозбуждения значительно увеличивается ток намагничивания, что приводит к увеличению дифференциального тока и возможности ложной работы защиты. Характерной особенностью дифференциального тока в этом режиме является появление большой доли тока пятой гармонической составляющей.

Этот признак и взят в качестве блокировки чувствительной дифференциальной защиты.

Ввод блокировки осуществляется в разделе меню SETTINGS пункт S1 F_nLinks – ввод блокировки от перевозбуждения установкой перемычки Link9 в положении «1». Регулировка величины уставки производится в том же разделе в пункте S1lof – уставка пятой гармоники, которая может быть отрегулирована в пределах от 10 до 50% от тока первой гармоники с шагом 5%.

При повреждении в трансформаторе с большими токами короткого замыкания за  счет насыщения трансформаторов тока чувствительная дифференциальная защита с торможением может работать с большим замедлением или даже отказать, поэтому дополнительно предусматривается грубая дифференциальная токовая отсечка без торможения, без блокировки от броска тока намагничивания и от режима перевозбуждения.

Защита должна быть отстроена по току срабатывания от максимального тока небаланса при внешнем коротком замыкании и от максимального тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение.

Уставка грубой дифференциальной отсечки регулируется в диапазоне от 5 до 20 крат от номинального тока реле с шагом 0,5 I_ном. реле и выставляется в разделе SETTINGS пункт S1 I_d>> − уставка грубой дифференциальной защиты.

В сетях с заземленными нейтралями ток однофазного короткого замыкания может быть весьма небольшим. Эта величина определяется процентом замкнувшихся витков обмотки силового трансформатора и сопротивлением контура, по которому протекает ток в земле. Если повреждение на землю происходит в сети трансформатора со схемой соединения обмоток Δ/Y с заземленной нейтралью через сопротивление, то величина тока в месте повреждения будет прямо пропорциональна величине напряжения в месте пробоя изоляции, т.е. пропорциональна проценту замкнувшихся витков.

В сетях с глухозаземленными нейтралями величина тока повреждения имеет сложную зависимость от процента замкнувшихся витков.

Чувствительность дифференциальной защиты, включенной на фазные токи по сторонам защищаемого трансформатора, может быть недостаточна, особенно в сетях с заземлением нейтрали через сопротивление. Большую чувствительность может обеспечить дифференциальная защита нулевой последовательности обмотки «звезды» силового трансформатора (в фирменной информации она названа ограниченной земляной защитой REF). Эта защита включена на трансформатор тока, установленный в нейтрали силового трансформатора, и на фильтр тока нулевой последовательности на стороне фазных выводов обмотки «звезды» (рис. 7.6).

Рис. 7.6. Принципиальная схема подключения ограниченной земляной защиты (REF)

Рис. 7.7. Зависимость тока в ограниченной земляной защите (I_f) и тока в полной дифференциальной защите (I_s) от числа замкнувшихся витков в сети с заземленной нейтралью через сопротивление

На рис. 7.7 приведена зависимость тока замыкания на землю, а следовательно, тока в ограниченной земляной защите (I_f) и тока в полной дифференциальной защите (I_s) от процента замкнувшихся витков (α).

Из этих зависимостей можно сделать вывод, что в сетях с заземленной нейтралью через сопротивление ограниченная земляная защита имеет большую чувствительность, чем полная дифференциальная защита.

В сетях с глухозаземленной нейтралью, хотя ограниченная земляная защита более чувствительна, ток срабатывания полной дифференциальной защиты достаточен для срабатывания при повреждении большей части обмотки. По этой причине ограниченная земляная защита не может являться обязательной в сетях с глухозаземленными нейтралями.

Рис. 7.8. Зависимость тока в ограниченной земляной защите (I_f) и тока в полной дифференциальной защите (I_s) от числа замкнувшихся витков в сети с глухозаземленной нейтралью

Ограниченная земляная защита также может быть использована для защиты обмотки силового трансформатора, соединенной в «треугольник», в качестве чувствительной защиты при двойных повреждениях на землю, одно из которых находится в обмотке трансформатора.

Защита включается на фильтр тока нулевой последовательности, составленный из трансформаторов тока на стороне обмотки трансформатора, соединенной в «треугольник» (рис. 7.6).

И в этом случае величина тока повреждения может быть весьма мала и ограниченная земляная защита будет обеспечивать большую чувствительность, чем полная дифференциальная защита.

Применение в КВСН ограниченной земляной защиты основано на высокоимпедансном принципе дифференциальной защиты. Этот принцип предполагает отстройку от тока небаланса производить путем увеличения сопротивления дифференциальной цепи, при этом в самом худшем случае, когда один трансформатор тока полностью насыщен, а другой не насыщен, большая часть тока от ненасыщенного трансформатора тока будет протекать по относительно низкому сопротивлению цепи насыщенного трансформатора тока, а по дифференциальной цепи пойдет ток меньше тока срабатывания реле, т.е. сопротивление цепи насыщенного трансформатора тока будет шунтировать дифференциальную цепь.

Для увеличения сопротивления дифференциальной цепи последовательно с низкоомным сопротивлением дифференциального реле включается выносное дополнительное (стабилизирующее) сопротивление R_s.

Для выбора величины стабилизирующего сопротивления необходимо, чтобы при максимальной величине внешнего короткого замыкания в режиме, когда один трансформатор тока насыщен, а другой не насыщен, напряжение на суммарном сопротивлении дифференциальной цепи V_r было меньше напряжения срабатывания реле Vs, т.е. такого напряжения, при котором ток в дифференциальной цепи равен току срабатывания исполнительного реле.

Величины напряжений Vr и Vs определяются следующими выражениями:

(7 – 3)

где V_r − напряжение на суммарном сопротивлении цепи дифференциального реле;
I_f − максимальный вторичный ток внешнего короткого замыкания при однофазном или трехфазном повреждении;
R_ct − активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора тока;
R_l − сопротивление самого длинного провода до трансформатора тока.

(7 – 4)

где V_s − напряжение на суммарном сопротивлении цепи дифференциального реле, при котором исполнительное реле срабатывает;
I_s − ток срабатывания исполнительного дифференциального реле;
R_s − стабилизирующее активное сопротивление.

В выражении (7-4) собственное сопротивление дифференциального реле не учитывается, так как сопротивление исполнительного органа ограниченной земляной защиты в КВСН много меньше выносного стабилизирующего сопротивления.

Для того чтобы защита ложно не работала при внешнем коротком замыкании, необходимо, чтобы V_s > V_r, подставив вместо Vr его выражение (7 − 3), получим:

(7 – 5)

При насыщении трансформатора тока форма кривой его тока значительно несинусоидальна, поэтому возможность срабатывания реле зависит от формы кривой тока, скорости работы реле, кратности тока срабатывания и т.п.

Исполнительный орган ограниченной земляной защиты строго настроен на промышленную частоту, поэтому при несинусоидальном токе напряжение срабатывания реле увеличивается, что можно учесть вводом коэффициента n > 1,0, тогда, чтобы реле ложно не работало необходимо nV_s > Vr или Vs > 1/nV_r. Обозначим 1/n = k и, подставив его в выражение (7 − 5), получим:

(7 – 6)

Форма кривой тока и возможность срабатывания исполнительного органа реле во многом определяются отношением напряжения перехода трансформатора тока в область насыщения V_k к напряжению срабатывания реле V_s.

Для зарубежных трансформаторов тока напряжение перехода в область насыщения часто дается в каталожных данных и при этом напряжении указывается и величина тока намагничивания.

Для отечественных трансформаторов тока напряжение перехода в область насыщения можно определить по снятым вольт-амперным характеристикам.

Проведенные фирменные испытания реле КВСН позволили вывести зависимость коэффициента k в формуле (7 − 6) от отношения V_k/V_s, при котором обеспечивается надежная неработа реле при внешнем коротком замыкании, когда один трансформатор полностью насыщен, а другой не насыщен (рис. 7.9). На этом же рисунке приведена зависимость времени срабатывания реле от того же отношения Vk/Vs.

Рис. 7.9. Характеристика срабатывания ограниченной земляной защиты

Так как определяемое напряжение срабатывания реле Vs зависит от коэффициента k, который в свою очередь определяется через отношение Vk/ Vs, т.е. через Vs, то для выбора коэффициента k, а следовательно и Vs, может потребоваться несколько попыток приближения к оптимальному значению, т.е. итерационный подход. Начальное значение отношения Vk/ Vs следует принять таким, чтобы обеспечить требуемое время срабатывания защиты при внутреннем повреждении с большим током короткого замыкания. Фирма «ALSTHOM» рекомендует принимать начальное значение V_k/ V_s= 4,0, с тем чтобы обеспечить время отключения равное 40 мс, значение k при этом будет равно 0,5. Для определенного значения k вычисляется величина V_s, отношение V_k/ V_s и уточняется значение k и т.д.

После окончательного выбора величины V_s и по известному значению тока срабатывания исполнительного органа определяется величина стабилизирующего сопротивления как: R_s = V_s/I_s.

Ток срабатывания ограниченной земляной защиты в устройстве КВСН может быть отрегулирован в пределах от 0,05 до 1,0 номинального первичного тока. По рекомендации фирмы ток срабатывания ограниченной земляной защиты должен быть равен 10 – 60% номинального тока в сетях с глухозаземленными нейтралями и 10 – 25% от минимальной величины тока короткого замыкания на землю в сетях с заземлением нейтрали через сопротивление.

При переходе от первичного тока срабатывания ко вторичному следует учитывать отсос тока в ветви намагничивания трансформаторов, т.е. при токе срабатывания напряжение на вторичной обмотке трансформаторов тока достигает достаточно большой величины, при которой ток намагничивания будет соизмерим с током срабатывания. Ток срабатывания исполнительного органа определяется по следующему выражению:

(7 – 7)

I_s = I_ср. перв/n_тт – n • I_нам, (7 – 7)
где I_{ср. перв} – первичный ток срабатывания ограниченной земляной защиты;
n_тт – коэффициент трансформации трансформаторов тока;
I_нам – ток намагничивания трансформаторов тока при напряжении, равном напряжению срабатывания V_s;
n – число трансформаторов тока, участвующих в создании схемы ограниченной земляной защиты, n = 4 при одном трансформаторе тока в нейтрали силового трансформатора и трех трансформаторов тока, соединенных в фильтр тока нулевой последовательности на фазных выводах схемы «звезды» силового  трансформатора, n = 3 при защите обмотки треугольника силового трансформатора.

Ток намагничивания определяется по вольт-амперным характеристикам при напряжении V_s. Если известно каталожное значение тока намагничивания I₀ при напряжении V_к (напряжение перехода в область насыщения), то при напряжении Vs ток намагничивания может быть определен по току намагничивания I₀, уменьшенному во столько раз, во сколько V_к больше V_s, т.е. если V_к/V_s = m, то I_нам = I₀/m.

Фирмой «АВВ» предлагается выбирать ток срабатывания ограниченной земляной защиты по вторичному току исполнительного органа, который принимается равным или несколько большим суммарного намагничивающего тока трансформаторов тока, участвующих в организации защиты

В том случае, когда ток однофазного короткого замыкания в зоне действия защиты больше тока внешнего повреждения, необходимо проверить, что величина амплитудного значения напряжения на зажимах вторичной обмотки трансформаторов тока не превышает допустимого. Фирма «ALSTHOM» предлагает следующую формулу для приближенной оценки амплитудного значения напряжения:

(7 – 8 )

где V_f = I_f • (R_ct + 2R_l + R_s);
I_f − максимальное действующее значение тока внутреннего короткого замыкания;
V_k − действующее значение напряжения перехода в область насыщения.
Остальные обозначения, как (7 – 3) и (7 – 4).

Для зарубежных трансформаторов тока допустимое амплитудное значение напряжения не должно превышать 3 кВ.

При применении защиты КВСН в России это напряжение ограничено испытательным напряжением вторичных цепей [1] − 1000 • √2 = 1410 В.

Если посчитанное по формуле (7 – 8 ) напряжение превышает допустимое, необходимо параллельно дифференциальной цепи включить нелинейное сопротивление – варистор. Если в защите используются варисторы, то при определении тока срабатывания Is следует учесть ток отсоса в цепь варистора (I_r) и выражение (7 – 7) будет следующим:

где I_r − ток варистора при напряжении V_s.

Следующей защитной функцией, которая заложена в устройстве КВСН, является  функция защиты от перевозбуждения. Перевозбуждение может быть вызвано повышением напряжения или низким уровнем частоты, поэтому пусковой орган защиты реагирует на увеличение отношения напряжения к частоте V/f. Предусмотрены две ступени защиты: с действием на сигнал и на отключение. Сигнальная ступень имеет независимую выдержку времени, а ступень, действующая на отключение, может выбираться либо с независимой выдержкой времени, либо с инверсной временной характеристикой. В последнем случае время срабатывания защиты определяется:

(7 – 9)

где  кратность функции срабатывния,
k − коэффициент, определяющий семейство зависимых характеристик, отличающихся выдержками времени.

Коэффициент k регулируется в пределах от 1 до 63. Ряд инверсных временных характеристик защиты от перевозбуждения приведены на рис. 7.10.

Рис. 7.10. Характеристики защиты от перевозбуждений с зависимой выдержкой времени

Пятая гармоника в дифференциальном токе, кроме блокировки чувствительной дифференциальной защиты, может быть использована качестве самостоятельной защиты с независимой выдержкой времени для отключения трансформатора от перевозбуждения из-за геомагнитных причин, при которых могут циркулировать низкочастотные токи на землю через сети электропередач.

Эта защита должна вводиться только тогда, когда выявлена опасность геомагнитных возмущений. Защита от перевозбуждения может быть заблокирована внешним сигналом.

Время воздействия всех защитных функций на отключение равно времени от момента срабатывания защиты до момента ее возврата, но не менее 100 мс. Последнее обеспечено соответствующим алгоритмом, т.е. если защита вернется раньше 100 мс, выходная цепь сохранится с тем, чтобы время воздействия было не менее 100 мс.

Наладка устройства заключается в проведении следующих операций:

 

1. Произвести внешний осмотр, для чего удалить переднюю крышку, осторожно вытащить модуль за черные ручки, расположенные сверху и снизу; при этом необходимо принять меры предосторожности, чтобы не повредить электрические цепи статическим электричеством: перед удалением модуля необходимо убедиться, что вы находитесь под тем же самым электрическим потенциалом, что и оборудование, модуль надо поместить на антистатическую или проводящую поверхность, которая должна находиться под тем же потенциалом, что и вы сами, не следует вынимать печатные платы, касаться их компонентов; проверить омметром, что при вынутом модуле токовые зажимы закорачиваются в сторону трансформаторов тока; проверить заземление.
2. Произвести испытание изоляции мегаомметром 1000 В всех независимых входных и выходных цепей относительно корпуса и относительно друг друга, испытать электрическую прочность изоляции входных и выходных цепей переменным напряжением 1000 В в течение одной минуты.
3. Проверить, что оперативное напряжение питания находится в требуемых пределах для данного исполнения реле, омметром проверить, что контакт сигнального реле (зажимы 3, 5 на рис. 7.1) замкнут, подать оперативное напряжение на защиту, проверить, что контакт реле (зажимы 3, 5) разомкнулся, а контакт (зажимы 4, 6) замкнулся.
   

   Проверить, что напряжение (зажимы 7, 8 ) для опто-изолированных входов лежит в пределах 45 – 60 В.

4. Выставить на защите необходимые уставки первой группы, а при необходимости, второй группы, установить нужные функциональные связи, маски входов и выходов, необходимую частоту. Произвести проверку работы выходных реле, для чего войти в раздел TEST/CONTROL – испытание/управление в пункт Select Relays to test и, выбирая по очереди выходное реле, выставить для него бит-1, после чего перейти к пункту Test relays, нажать клавишу «0», выходное реле замкнется на время нажатия клавиши «0», проверить омметром замкнутое состояние контактов именно этого реле.
5. Проверить функции измерения, для этого подать от испытательной установки на последовательно подключенные токовые входы номинальный ток, вызвать на дисплей раздел MEASUREMENT и проверить, что величина тока на дисплее во всех фазах всех обмоток лежит в пределах ± 7% от поданного тока, проверить, что измеренная частота составляет ± 7% от номинальной.
6. Проверить функцию дифференциальной защиты с торможением. Это испытание обычного проводится от источника однофазного тока, поэтому, чтобы не учитывать изменение тока срабатывания на входе реле из-за исключения токов нулевой последовательности, установить коэффициенты фазовой компенсации на всех сторонах Y/y0.
   

   Чтобы зафиксировать срабатывание выходных реле именно от дифференциальной защиты с торможением, вывести действие на выходные реле всех остальных защит.

   Для этого надо войти в раздел SETTING в пункт Fn Links и все биты поставить в положение «0», а Id> в положение «1». Подать ток на зажимы 21 и 22 (рис. 7.1), т.е. в фазу А обмотки высшего напряжения. Ток срабатывания защиты по входу определяется по выражению:

(7 – 10)

где I_d 〉 − ток срабатывания дифференциальной защиты с торможением относительно номинального тока реле (уставка срабатывания в разделе  SETTING пункт S1 I_d >);
Ratio Cor − коэффициент коррекции величины тока соответствующей стороны ( уставка в разделе SETTING пункт S1 Ratio Cor).
Ток возврата должен быть:

где I_s − ток срабатывания по (7-10).

Повторить измерения для всех фаз и всех сторон.

Определить время срабатывания дифференциальной защиты с торможением путем подачи тока равного 5I_d в фазу А, время срабатывания должно находиться в пределах 30 – 40 мс.

7. Проверить функцию дифференциальной отсечки. Вывести действие всех защит, кроме дифференциальной отсечки, на выходное реле. Подать ток в фазу А (зажимы 21, 22) величиной, равной:

(7 – 11)

где I_d 〉〉 − ток срабатывания дифференциальной отсечки относительно номинального тока реле (уставка срабатывания в разделе SETTING пункт S1 I_d >>).
Большие токи подавать толчком на время не более 1 с, если испытательная установка может выдать ток, равный трехкратному току срабатывания, измерить время срабатывания дифференциальной отсечки. Это время должно находиться в пределах 10 – 20 мс.

8. Проверить ограниченную защиту от замыкания на землю. Вывести действие всех защит, кроме ограниченной земляной защиты, на выходные реле. Подать на зажимы 27, 28 (75, 76 и 83, 84) ток, равный току срабатывания. Проверить, что ток срабатывания защиты соответствует (0,9 – 1,1)I₀〉, где I₀〉 − уставка ограниченной земляной защиты соответствующей стороны (раздел SETTING пункт S1 I₀ > HV или S1 I₀ > LV). Проверить время срабатывания защиты при токе, равном 5I_s, это время должно быть в диапазоне от 20 до 30 мс.
9. Проверить компенсацию сдвига фаз. Подать одинаковые по величине, но противоположные по фазе токи в обмотки фазы А двух сторон трансформатора (например, на зажимы 21, 22 и 77, 78), в разделе MEASUREMENT дифференциальный ток должен быть равен нулю. Войти в раздел SETTING и в пунктах S1 HV Vetctor Cor и S1 LV Vector Cor выставить заданные уставки. Вызвать на дисплей дифференциальный ток, величина его должна соответствовать току, полученному согласно табл. 7-1, в которой проведены те преобразования, которые совершаются над входными токами при разных уставках фазовой компенсации.

После этой проверки снова фазовую компенсацию вернуть к уставке Y/Y0.

10. Проверить тормозную характеристику дифференциальной защиты с торможением. Вывести действие всех защит на выходные реле, кроме дифференциальной защиты с торможением. Проверка тормозной характеристики производится в двух точках характеристики с тормозным током 0,5 и 1,5 номинального тока, т.е. при наклоне 20% и наклоне 80%. Подать токи противоположные по фазе в обмотки одной фазы с двух сторон защиты (например, на зажимы 21, 22 и 77, 78). Токи, подаваемые от постороннего источника на вход защиты, рассчитываются по следующим формулам:

где I_1вх и I_2вх − токи, подаваемые от источника в обмотку высшего и низшего напряжения соответственно;
I_1хар и I_2хар − токи, определяемые по тормозной характеристике, в режимах срабатывания и торможения.
Пример определения величин I_1хар и I_2хар дан для конкретной уставки I_d >, равной 0,2. Определяем ток срабатывания при тормозном токе 0,5, т.е. при наклоне характеристики 20%. I_ср = I₀ + k_торм • I_торм, I_ср= 0,2 + 0,2 • 0,5 = 0,3. В области срабатывания рабочий ток с запасом принимаем равным 0,4, тогда при тормозном токе 0,5 арифметическая сумма токов равна 1,0, а их разность (рабочий ток) должна быть равна 0,4, а следовательно, I_1хар = 0,7 и I_2хар = 0,3. Для проверки неработы защиты в области торможения принимаем, что рабочий ток равен 0,2, тогда I_1хар = 0,6, I_2хар = 0,4.

Для области тормозной характеристики с наклоном в 80% принят тормозной ток 1,5, т.е. арифметическая сумма токов с двух сторон защиты равна 3,0.

Ток срабатывания защиты определяется по следующей формуле:

I_ср = I₀ + k_торм1 • 1,0 + k_торм2 • (I_торм−1,0)

с учетом того, что изменение наклона характеристики с 20% на 80% происходит при тормозном токе, равном 1,0. Для тормозного тока, равного 1,5, получаем ток срабатывания I_ср = 0,2 + 0,2 • 1,0 + 0,8 • (1,5 −1,0) = 0,8. Принимаем для области срабатывания рабочий ток равным 0,95, тогда I_1хар = 1,95 и I_2хар = 1,05 для области несрабатывания рабочий ток 0,7, тогда I_1хар = 1,85 и I_2хар = 1,15.

11. Проверить блокировку от броска тока намагничивания, для этой проверки необходимо собрать схему согласно рис. 7.11.

Рис. 7.11. Схема имитации броска тока намагничивания

При замкнутом рубильнике S1 и разомкнутом рубильнике S2 подать от испытательной установки ток, равный 4I_s, где

Токи более 3I_ном подавать кратковременно. Убедиться, что дифференциальная защита с торможением действует на отключение. Отключить рубильник S1 и включить рубильник S2. Подать снова ток и проверить, что защита не действует, т.е. заблокирована.

12. Проверить сигнальный элемент защиты от перевозбуждения. Ввести в работу только сигнальный элемент защиты от перевозбуждения, подать на зажимы 17, 18 напряжение, вычисленное по выражению (V/f)_уст • f_с • 0,95, где f_с – частота системы при проведении испытания, (V/f)_уст – уставка сигнального элемента от перевозбуждения (раздел SETTING, пункт S1 V/f (Alarm)).

При  подаче такого напряжения сигнал защиты не должен загореться.

При подаче напряжения, вычисленного по выражению (V/f)_уст • f_с • 1,05, защита должна срабатывать на сигнал с временем t_уст ± 20%. Время t_уст определяется в разделе SETTING, пункт S1 t V/f (Alarm).

13. Проверить функцию защиты от перевозбуждения. Если защита выбрана с независимой выдержкой времени, то она проверяется аналогично проверке сигнального элемента, но время срабатывания определяется с точностью ± 10%. Для выбранной характеристики с зависимой выдержкой времени расчетное время срабатывания определяется по рис. 7.10, а действительное время срабатывания должно находиться в пределах ± 10% от расчетного.

14. Проверить работу элемента пятой гармоники. Эта проверка может быть проведена, если испытательная установка способна формировать ток пятой гармоники величиной до 55% от основной гармоники. Ввести в действие только дифференциальную защиту с торможением на выходные реле, подать ток  на один из входов (например, на зажимы 21, 22), равный:

где I_0f − ток пятой гармоники, равный уставке по току пятой гармоники (раздел SETTING, пункт S1 I_0f).
Проверить, что защита действует на отключение.
Подать ток, равный:

− защита не работает, заблокирована.

15. Проверить оптоизолированные входы. Проверка производится только тех входов, которые используются в данном устройстве. Подать напряжение от встроенного источника (от зажима 7−1 к соответствующему входу на рис. 7.12), вызвать раздел SETTING, пункт Logic Stat − когда на данный вход подано
напряжение, соответствующий бит устанавливается в «1».

16. Проверить вспомогательные реле времени (таймеры). Проверка производится, если таймеры используются и если уставка задана до примерно 60 с.

17. Проверить возможность изменения группы уставок, если заданы две группы уставок.

18. Проверить дистанционное управление переключателем РПН. Проверка производится в разделе TEST/CONTROL в пункте TST Tap Control − испытание отпаек управления.

19. Проверить действие устройства на коммутационные аппараты.

20. Проверить защиту первичным током. Перед этой проверкой необходимо восстановить все заданные функциональные связи, т.е. ввести в  работу все функции защиты на выходы, восстановить необходимые уставки фазовой компенсации. Для проверки первичным током ограниченной земляной защиты необходимо собрать испытательную схему по рис. 7.12.
Желательно ток в первичной цепи (амперметр А2) увеличить до величин, близких к номинальному току. При правильном подключении трансформаторов тока ток, измеренный в цепи А1, должен составлять несколько миллиампер.

Повторить испытания для фаз В и С, и для других сторон, где используется ограниченная земляная защита.

Проверка первичным током дифференциальной защиты с торможением выполняется либо трехфазным током от постороннего источника, либо током нагрузки. РПН должен быть в том положении, для которого было проведено выравнивание величин токов. При первичном токе, близком к номинальному, дифференциальный ток должен составлять не более 5% от тормозного тока, что проверяется в разделе MEASUREMENT.

21. Проверить функцию регистрации.

Рис. 7.12. Принципиальная схема проверки ограниченной земляной защиты (REF) первичным током

Текущее профилактическое обслуживание реле фирмы «ALSTHOM»

Устройство КВСН имеет достаточно глубокий внутренний контроль, что позволяет отказаться от большого объема проверки. Текущее обслуживание заключается в проверке отсутствия сигналов неисправности (SYSTEM DATA SYS Alarms), в проверке точности измерения путем сравнения входных величин токов с показаниями на дисплее вызовом раздела MEASUREMENT, в проверке заданной конфигурации и уставок защит с действительными, вызванными на дисплей в разделе SETTING, в проверке выходных реле, используя раздел меню TEST/CONTROL, как это выполняется при наладке, в измерении сопротивления изоляции входных и выходных цепей, в проверке тока срабатывания защитных функций от постороннего источника, в опробовании действия устройства на коммутационные аппараты, в измерении тока небаланса в нагрузочном режиме.

Выбор тока срабатывания дифференциальной защиты с торможением  заключается только в выборе начального тока срабатывания I_d, так как наклоны тормозной характеристики и точка изменения наклона не регулируются.

Определение начального тока срабатывания производится по условию отстройки от максимального тока небаланса при внешнем коротком замыкании, равном номинальному, т.е. про I_торм∗ = 1,0.

Ток небаланса рассчитывается по выражению, (6 − 4) с учетом следующего: при токе I_торм∗ = 1,0 погрешность трансформаторов тока заведомо не будет превышать ε = 0,1, коэффициент, учитывающий переходный режим можно принять k_пер = 1,0, коэффициент однотипности k_одн = 1,0 и при максимальном диапазоне регулирования трехобмоточного трансформатора Δ_UрегΣ = 0,16 + 0,05 = 0,21 (ΔU_рег = ± 16% для обмотки высшего напряжения и ΔU_рег = ± 5% для обмотки среднего напряжения) и при величине дополнительной погрешности fi = 0,04 (ошибка в выравнивании, АЦП и т.п.) максимально возможный ток небаланса будет равен: _Iнб∗ = (k_пер • k_одн • ε + ΔUрегΣ + f_i) • 1,0 = (1,0 • 1,0 • 0,1 + 0,21 + 0,04) • 1,0 = 0,35, а ток срабатывания I_сз∗ = k_отстр • I_нб∗ = 1,3 • 0,35 = 0,45.

Из тормозной характеристики I_сз∗ = I_d∗ + k_торм • I_торм∗ определяем I_d∗ = I_сз∗ – k_торм • I_торм∗ = 0,45 − 0,2 • 1,0 = 0,25, т.е. при максимальных условиях выбора ток срабатывания может быть принят равным 0,25 I_ном трансформатора.

Таким образом, начальный ток срабатывания дифференциальной защиты с торможением можно принимать без расчета I_d>∗ = (0,2 – 0,3) I_ном трансформатора.

Определим максимальную погрешность трансформаторов тока с учетом переходного процесса, которую можно допустить, чтобы защита не сработала излишне при внешнем коротком замыкании в области второй части тормозной характеристики. Для упрощения расчета принимаем I_торм∗ = 10 и I_d = 0,2 , ток срабатывания защиты при этом тормозном токе будет I_сз = 0,2 + 0,8 • 10 = 8,2, ток небаланса I_нб = I_сз/K_отстр = 7,6/1,3 = 5,8, при U_Δрег + f_i = 0,21 + 0,04 = 0,25 погрешность трансформаторов тока будет равна k_перε = I_нб/I_торм – (U_Δрег + f_i) = 5,8/10 − 0,25 = 0,33, т.е. k_перε = 33%. Учитывая, что по российским требованиям погрешность трансформаторов тока при максимальном токе внешнего короткого замыкания не должна превышать 10%.

Даже при коэффициенте переходного режима k_пер = 3,3 дифференциальная защита не будет работать излишне.

Следует еще учитывать, что при больших погрешностях трансформаторов тока во вторичном токе могут появиться паузы тока, что приведет к блокировке дифференциальной защиты с торможением.

Ток срабатывания дифференциальной отсечки может быть принят равным I_сз∗ = 1,2 • 100/U_кз, где U_кз – напряжение короткого замыкания силового трансформатора в %.
Уставку блокировки по току пятой гармоники можно оставить по заводской уставке – 50%.

Выбор тока срабатывания ограниченной земляной защиты рассмотрен ранее при объяснении принципа работы дифференциальной защиты с высокоимпедансным реагирующим органом с целью более полного понимания этого принципа, который в отечественной практике почти не применяется.

Требования к точности работы трансформаторов тока для реле фирмы «ALSTHOM»

Фирмой «ALSTHOM» предъявляются более жесткие требования к трансформаторам тока, используемым для дифференциальной защиты, чем по российским законам, с тем чтобы при внешнем коротком замыкании трансформаторы тока работали в линейной части характеристики намагничивания. Ниже в табл. 7-3 приведены эти требования, где:
V_к − напряжение перехода в область насыщения (напряжение колена кривой намагничивания), В;
I_н – номинальный ток трансформатора тока (5 или 1 А);
R_ct − активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора тока, Ом;
R_l − активное сопротивление провода от трансформатора тока до места установки защиты, Ом;
R_b− сопротивления других устройств, включенных последовательно в цепь проводов связи трансформаторов тока и защиты, Ом.

Таблица 7-3

Требования к точности трансформаторов тока, используемых для дифференциальной защиты

Применение	Напряжение перехода в область насыщения Vk [В]	Параметры внешних КЗ, при которых обеспечивается надежность работы дифференциальной защиты
		отношение X/R первичной цепи	кратность тока
Трансформаторы	Vk > 24Iн(Rct + 2Rl + Rb)	40	15Iн
Генераторы Трансформаторы станций Блок «генератор –трансформатор» Электродвигатели Реакторы	Vk > 24Iн(Rct + 2Rl + Rb)	40	15Iн
	Vk > 48Iн(Rct + 2Rl + Rb)	120	15Iн
Трансформаторы, подключенные к схемам четырехугольника, полуторным схемам и т.п., имеющим два комплекта ТТ, каждый из которых подает отдельное питание на входы реле	Vk > 24Iн(Rct + 2Rl + Rb	40	15Iн
	Vk > 48Iн(Rct + 2Rl + Rb	40 120	40Iн 15Iн

В случае промежуточного значения отношения индуктивного сопротивления к активному в первичном контуре короткого замыкания (X/R) напряжение перехода в область насыщения определяется по следующей формуле:

Требования к трансформаторам тока для ограниченной земляной защиты изложены при рассмотрении принципа работы этой защиты. Следует только заметить, что напряжение перехода в область насыщения определялось, исходя из необходимости времени срабатывания защиты, равного 40 мс. Минимальное необходимое напряжение V_k определяется V_k > 2 • I_f(R_ct + 2R_l), где I_f − максимальное значение вторичного тока внешнего короткого замыкания (трехфазного или однофазного).

Таблица 7-4

Технические данные устройства КВСН

Технические данные
Номинальные данные:
входов
Переменный ток Iном = 1 А Iном = 5 А	Длительный 3Iном 3Iном		3 с 30Iном 30Iном		1с 100 А 400 А
Переменное напряжение Uном = 100/120 В Оперативное питание пост./перем., В		Рабочий диапазон 0 – 140 В фаза/фаза Номинальное 24 –125 48 – 250		Длительный 180 В фаза/фаза Рабочий диапазон 20 – 150/50 – 133 33 – 300/87 – 265
Частота			50/60 Гц
Внутреннее напряжение питания оптовходов			48 В (ток должен быть ограничен 60 мА)
Потребление цепей тока Iном = 1 А Iном = 5 А цепей напряжения Vном = 110 / 120 В оперативного питания пост./перем.		Дифференц. Защита   0,045 ВА 0,22 ВА   0,002 ВА при 110 В 24 – 125 4,8 – 8 Вт/6,7 – 12,0 ВА		Ограниченая земляная защита 0,085 ВА⏐без учета 0,24 ВА ⏐стабил. резистора   48 – 250 4,8 – 12Вт/7 – 21,0 ВА
Потребление оперативных цепей зависит от величины поданного напряжения и от числа используемых оптовходов и выходных реле.
оптоизолированных входов		0,25 Вт на вход		(50 В 10 кОм)
Диапазоны уставок Коэффициенты трансформации внешних трансформаторов тока: от 1:1 до 9999:1 ступенями от 0,001 до 10, от 0,01 до 100, от 0,1 до 1000, от 1 до 9999
Векторная коррекция на всех сторонах			Yy0, Yd1, Yd2, Yd3, Yd4, Yd5, Yy6, Yd7, Yd8, Yd9, Yd10, Yd11, Ydy0, Ydy6
Коррекция тока по величине на всех сторонах			от 0,05 до 2,0 ступенями по 0,01
Ток срабатывания относительно номинального тока реле
дифференциальной защиты с торможением			Id > 0,1 – 0,5 ступенями 0,1
дифференциальной отсечки			Id > > 5 – 20 ступенями 0,5
ограниченной земляной защиты на всех ступенях			I0 > 0,05 – 1,0 ступенями 0,005
Защита от перевозбуждения
с действием на сигнал V/f Alarm			1,5 – 3,0 В/Гц ступенями 0,01
с действием на отключение V/f Trip			1,5 – 3,0 В/Гц ступенями 0,01
погрешность уставок срабатывания			7,5%
Выдержки времени срабатывания
дифференциальной защиты с торможением			30 – 35 мс
дифференциальной отсечки			15 мс
ограниченной земляной защиты			20 – 40 мс
сигнального элемента защиты от перевозбуждения t V/f (Alarm)			0,1 – 60 с
независимой выдержки времени отключающего элемента защиты от перевозбуждения t V/f (Trip)			0,1 – 60 с ступенями 0,01
инверсной выдержки времени  отключающего элемента защиты от перевозбуждения t , где k = 1–63 M =(V/f)/(V/f)уст
вспомогательных таймеров входных сигналов			от 0 до 14400 с (4 ч)
вспомогательных таймеров переключения отпаек РПН			0,5 – 10 с
вспомогательного таймера проверки выходных реле			0,5 – 10 с
количество оптоизолированных входов			8
количество выходных реле			8
Коммутационная способность контактов: замыкать до 30 А в течение 0,2 с, длительный ток замкнутого контакта – 5 А, размыкающая способность в цепи постоянного тока 50 Вт активных и 25 Вт с постоянной времени 0,04 с, в цепи переменного тока 1250 ВА с максимальным током до 5 А, максимальное напряжение коммутации – 300 В.
Реле сторожевого таймера имеет один замыкающий и один размыкающий контакт с коммутационной способностью: замыкать до 10 А в течение 0,2 с, длительный ток замкнутого контакта 5 А, размыкающая способность в цепи постоянного тока 30 Вт активных и 15 Вт с постоянной времени 0,04 с, в цепи переменного тока 1250 А с максимальным током до 5 А, максимальное напряжение коммутации – 300 В.
Порт коммутации
Язык			Courier (Курьер)
Формат			HDLC
Передача			Синхронная – RS485 уровня напряжения
Скорость передачи			64 кбит в секунду
Кабель			экранированная скрученная пара
Максимальная длина			1000 м
Изоляция			2 кВ в течение 1 мин.

Изоляция между всеми зажимами и корпусом, и между собой выдерживает без пробоя и перекрытия в течение 1 мин испытательное напряжение 2 кВ (эффективное значение) частотой 50 Гц, тоже между открытыми контактами выходных реле – 1,5 кВ, а между открытыми контактами сторожевого таймера – 1,0 кВ.

Устройство выдерживает импульсные напряжения, и работа реле не нарушается в соответствии с требованиями МЭК

Защита будет нормально функционировать при перерывах оперативного напряжения в течение 10 мс при работе четырех входов или выходов.

Устройство предназначено для эксплуатации при температуре окружающего воздуха от – 25°С до + 55°С, влажности 93%, температуре 40°С в течение 56 дней.
Габаритные размеры 206×177×255 мм.