Учебное пособие "КОМПЛЕКТНЫЕ РЕЛЕЙНЫЕ УСТРОЙСТВА НА БАЗЕ СТАТИЧЕСКИХ РЕЛЕ"
учебно-методическое пособие по теме

А. М. Донченко

КОМПЛЕКТНЫЕ РЕЛЕЙНЫЕ УСТРОЙСТВА НА БАЗЕ СТАТИЧЕСКИХ РЕЛЕ

Учебное пособие

Министерство образования и науки

Российской Федерации

ГОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет»

Камышинский технологический институт (филиал) ГОУ ВПО ВолгГТУ

А. М. Донченко

КОМПЛЕКТНЫЕ РЕЛЕЙНЫЕ УСТРОЙСТВА НА БАЗЕ СТАТИЧЕСКИХ РЕЛЕ

 (Учебное пособие”)

Камышин  2011г

ВВЕДЕНИЕ

Максимальная токовая защита и токовая отсечка могут выполняться как с помощью отдельных реле, монтируемых в релейных шкафах, на панелях и щитах, так и в виде комплектных устройств. Измерительная часть этих защит выполняется в виде максимальных реле тока.

Максимальные реле тока делятся на первичные и вторичные. Первичные максимальные реле тока применяются в электроустановках напряжением, главным образом, до 1 кВ и являются составной частью автоматических воздушных выключателей этих классов напряжения.

К вторичным реле тока относятся как реле прямого действия (типов РТМ и РТВ), которые встраиваются в пружинные или грузовые приводы выключателей напряжением в основном 6 и 10 кВ, так и реле косвенного действия: электромагнитные серий РТ-40, РТ-140, индукционные серий РТ-80, РТ-90, новые полупроводниковые реле серий РСТ-40В и РСТ-80АВ, выполненные на современной микроэлектронной элементной базе.

1. МАКСИМАЛЬНЫЕ РЕЛЕ ТОКА БЕЗ ОПЕРАТИВНОГО ПИТАНИЯ РСТ-40В и РСТ-80АВ

Реле серий РСТ-40В и РСТ-80АВ предназначены для применения в системах релейной защиты и противоаварийной автоматики в качестве органа, реагирующего на повышение тока в контролируемой цепи и срабатывающего с выдержкой времени.

Реле серии РСТ-40В — электронное реле тока с регулируемой и независящей от входного сигнала выдержкой времени, являются функциональными аналогами используемых совместно электромеханических реле РТ-40 и реле времени серий ЭВ, РВМ, а также электронных реле тока серии РСТ (например, РСТ11, РСТ13, РСТ40) и различных реле времени (например, реле РВ-01).

В одном реле РСТ-40В два функциональных элемента — измерительный орган тока и орган выдержки времени, что позволяет выполнить на основе реле полноценную двухфазную максимальную токовую защиту (МТЗ). Стоимость реле сравнима со стоимостью двух заменяемых электромеханических и меньше стоимости двух электронных аналогов.

В реле РСТ-40В устранены все основные недостатки реле РТ-40: значительная погрешность по току срабатывания, относительно малый коэффициент возврата, плохая коммутационная способность контактов. Кроме того, встроенный орган выдержки времени, запуск и сброс которого осуществляются бесконтактным способом внутри схемы, не создает, естественно, в цепях оперативного тока мощные «дуговые» помехи, что присуще электромеханическим реле времени, катушка которых коммутируется внешним контактом в цепи оперативного тока. Указанное положительным образом сказывается на показателях электромагнитной совместимости аппаратуры релейной защиты.

Стабилизированное напряжение для питания элементов схемы реле формируется блоком питания U1 из тока вторичной обмотки трансформатора TA1, выпрямленного диодным мостом V1. Стабильное питание устанавливается при значении входного тока, равного 30… 40% относительно минимальной уставки диапазона регулирования уставок по току.

На балластном резисторе R1 выделяется напряжение, пропорциональное току первичной обмотки трансформатора, т.е. входному току. Электронный преобразователь U2 преобразует напряжение, выделяемое на резисторе R1, в сигнал, смещенный из области недопустимых синфазных, в область рабочих сигналов реагирующего органа U3. Последний запускает элемент выдержки времени U4, если входной ток превышает уставку срабатывания. Элемент выдержки времени обеспечивает формирование не зависящей от входного тока задержки на включение выходного органа U5.

На схеме (рис. 1) предусмотрен светодиод, сигнализирующий о начале процесса отсчета выдержки времени, что облегчает настройку реле.

Реле серии РСТ-80АВ — электронные реле тока с зависимыми характеристиками срабатывания, являются функциональными аналогами электромеханических реле тока РТ-80. Стоимость реле сравнима со стоимостью электромеханических аналогов.

Известно, что реле РТ-80 присущи такие недостатки как значительная погрешность по току срабатывания и органа зависимой выдержки времени, и органа отсечки, невысокий коэффициент и большое время возврата, весьма значительная потребляемая мощность, низкая устойчивость к вибрационным и ударным нагрузкам, плохие массогабаритные показатели, нетехнологичность. К тому же несоответствие характеристики срабатывания органа зависимой выдержки времени стандартным типам, применяемым в современных системах релейной защиты, отрицательным образом сказывается на возможностях согласованного действия токовых защит различных присоединений.

Функциональная схема реле РСТ-80АВ (рис. 2) во многом аналогична схеме реле РСТ-40В.

Реле РСТ-80АВ имеет меньшую погрешность по току как органа формирования зависимой выдержки времени, так и элемента отсечки; коэффициент возврата не менее 0,9; время возврата порядка 0,05…0,07 с; значительно меньшую потребляемую мощность; достаточно высокую устойчивость к вибрационным и ударным нагрузкам. Возможности применения зависимых характеристик срабатывания двух стандартных типов позволяют оптимально согласовать защитные характеристики устройств, реализованных на основе реле РСТ-80АВ, как с характеристиками защищаемых объектов, так и с защитными характеристиками микропроцессорных терминалов, устанавливаемых на последующих или предыдущих присоединениях.

Электронный преобразователь U2 преобразует уровень напряжения, выделяемого на резисторе R1, в рабочий сигнал, во-первых, необходимый для формирования зависимой выдержки времени элементом U3, и, во-вторых, требуемый для срабатывания без выдержки времени элемента отсечки U4. Орган формирования зависимой выдержки времени U3 является основным элементом схемы и служит для получения выдержки времени срабатывания реле, зависящей от кратности входного тока относительно уставки срабатывания. Элемент отсечки U4 служит для обеспечения срабатывания реле без выдержки времени при больших кратностях входного тока относительно уставки срабатывания.

Принцип преобразования аналоговых сигналов, используемый в реле, позволяет получить времятоковые характеристики типов А и В, предусмотренные ГОСТ 3698. Двоичный счетчик обеспечивает получение семейства этих характеристик с широким диапазоном по времени (рис. 3 и 4).

В схеме помимо светодиода, сигнализирующего о процессе отсчета выдержки времени, имеется второй светодиод, который загорается при срабатывании элемента отсечки.

Время срабатывания tcp реле примерно определяется по формуле:

где: k t max — временной коэффициент;

I — входной ток;

Iср — ток срабатывания;

α — коэффициент, определяющий кривизну характеристики срабатывания;

β — коэффициент регулирования уставки по выдержке времени.

Мощность, потребляемая реле РСТ-80АВ при токе минимальной уставки, не более 1,5 ВА, при номинальном токе — 3,5 ВА.

Мощность, потребляемая реле РСТ-40В при токе минимальной уставки, не более 2 ВА.

Реле выполнены на микроэлектронной базе, поэтому не требуют сложной настройки и регулировки при производстве и в процессе эксплуатации, допускают работу в любом положении, значительно повышается их устойчивость к воздействиям электромагнитных помех.

Табл. 1.1. Исполнения реле РСТ-40В по диапазонам уставок по току

Табл. 1.2. Исполнения реле РСТ-80АВ по диапазонам уставок по току

Табл. 1.3. Исполнения реле РСТ-40В по диапазонам уставок по времени

Диапазон рабочих температур -40 +55°С.

Допустимые механические воздействия:

- вибрационные нагрузки с максимальным ускорением до 3g в диапазоне частот от 5 до 15 Гц и 1g в диапазоне частот от 16 до 100 Гц;

- многократные удары с длительностью удара от 2 до 20 мс и ускорением до 3g.

Контакты выходного реле обеспечивают коммутацию электрических нагрузок при токе не более 5 А и напряжении от 24 до 250 В:

- мощностью 300 ВА в цепях переменного тока при коэффициенте мощности цепи не менее 0,5;

- мощностью 20 Вт в цепях постоянного тока при постоянной времени цепи не более 0,005 с.

Минимальный ток контактов 0,005 А при напряжении не ниже 60 В или 0,0125 А при напряжении не ниже 24 В; длительно допустимый ток контактов 5 А.

Механическая износостойкость реле равна 100000 циклов.

Коммутационная износостойкость реле равна 12500 циклов.

2. ТЭМП 2501 - МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ  ТЕРМИНАЛ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ПРИСОЕДИНЕНИЙ 0,4 - 35 кВ

2.1. Назначение

Терминалы ТЭМП 2501 предназначены для выполнения систем релейной защиты и автоматики различных присоединений на подстанциях напряжением 0,4 - 35 кВ с переменным, выпрямленным переменным и постоянным оперативным током. Терминалы выполняют необходимые функции защиты, автоматики, управления, измерений, регистрации и сигнализации.

Защищаемые объекты:

• воздушные и кабельные линии;
• секционные и вводные выключатели;
• линии к ТСН 6 / 0,4 кВ.

Функции защит:

• трехступенчатая ненаправленная максимальная токовая защита (с ускорением 2 ступени при включении выключателя);
• одноступенчатая ненаправленная токовая защита от замыканий на землю;
• защита от несимметричного режима работы нагрузки (обрыва фаз);
• устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ) с тремя однофазными реле тока;
• защита минимального напряжения (ЗМН). *

Функции автоматики:

• двухступенчатое автоматическое повторное включение (АПВ);
• автоматическая частотная разгрузка (АЧР); *
• автоматическое включение резерва (АВР); *
• блокировка от многократных включений выключателя.

Функции управления:

• местное/дистанционное управление выключателем;
• контроль цепей управления (РПО, РПВ).

Измерение, регистрация, сигнализация:

• индикация текущих и аварийных параметров в первичных либо относительных величинах;
• регистрация аварийных параметров;
• встроенный аварийный осциллограф (огибающие действующих значений тока);
• определение состояния дискретных входных сигналов и выходных реле;
• календарь и часы реального времени.

Связь с АСУ ТП, персональным компьютером:

• разъем для связи с АСУ ТП (задний порт - интерфейс токовая петля 20мА);
• разъем для связи с персональным компьютером (передний порт - интерфейс RS232);
• программное обеспечение,  позволяющее дистанционно управлять терминалом.

Дискретные входные цепи и выходные реле:

• восемь изолированных дискретных входных цепей;
• три отключающих выходных реле с нормально разомкнутыми контактами;
• шесть сигнальных выходных реле с переключающими выходными контактами;
• двухпозиционное выходное реле фиксации команд с переключающими выходными контактами.

Основные преимущества:

• применение на подстанциях с переменным оперативным током (время отключения повреждения при одновременной подаче питания и возникновении повреждения не более 0,22 мс;
• малое время готовности, не более 0,2 с;
• реализация функции автоматики присоединений в одном устройстве;
• малые габаритные размеры и масса;
• расширенный температурный диапазон от минус 40 до 55°С;
• две группы уставок;
• программируемое пользователем назначение дискретных входных цепей и выходных реле;
• терминалы приняты межведомственной комиссией и рекомендованы к применению на энергообъектах;
• стоимость в 1,5 - 2 раза ниже большинства существующих аналогичных микропроцессорных защит.

Примечание: * - предусмотрена возможность приема сигналов от внешних устройств (функция реализуется посредством подключения внешних цепей).

2.2. Применение

Применение терминалов особенно оправдано при реконструкции ПС. Устройства обеспечивают работоспособность с вакуумными, элегазовыми, масляными выключателями.

Малые габаритные размеры и широкий температурный диапазон позволяют использовать устройство в камерах КСО, ячейках КРУ 6-10-35 кВ на ПС промышленных предприятий, коммунального хозяйства, небольших РП сетевых предприятий и т.п. с переменным оперативным током. В этом случае устройство применяется совместно с индивидуальным комбинированным блоком питания типа БП001 (или имеющимся БПТ, БПНС), обеспечивающим работоспособность устройства при близких коротких замыканиях на ПС.

Малое время готовности устройства обеспечивает селективное отключение присоединения при отсутствии оперативного тока или включении ПС с переменным оперативным током на повреждение.

Область применения:

• электрические сети;
• кабельные сети;
• генерирующие станции;
• предприятия нефти - газового комплекса;
• промышленные предприятия.

Объекты применения:

• камеры КСО 6-10 кВ;
• ячейки КРУ 6-10 кВ
• КТПСН 0,4 кВ;
• щиты, панели и НКУ

2.3. Конструктивное исполнение              

Терминалы конструктивно выполняются в кассете европейского стандарта, внутри которой располагаются различные блоки: блок входных трансформаторов, блок измерительный, блок дискретных входных сигналов, блок выходных реле, блок индикации, блок питания. | ,,' ,

На передней панели терминала расположены  3 светодиодных индикатора для сигнализации, алфавитно-цифровой ЖКД (2 строки по 16 символов) для отображения параметров (уставок, измеренных токов и т.д.), 6 кнопок управления, а также порт RS 232 для подключения персонального компьютера.

На задней стенке терминала расположены разъем  для подключения цепей тока, оперативного напряжения, дискретных входных/выходных сигналов, а также порт для связи с АСУ. В терминале используются традиционные трансформаторы тока.

В таблицах приведены технические характеристики:

Табл. 2.1. Номинальные данные

Табл. 2.2. Токовые цепи

Табл. 2.3. Диапазон измерений

Табл. 2.4. Дискретные входные сигналы

Табл. 2.5. Общие характеристики

Табл. 2.6. Отключающие контакты сигнальных реле и системы самодиагностики

Табл. 2.7. Параметры функции защит

Примечание: * - ступени имеют как независимые, так и зависимые от тока выдержки времени

Табл. 2.8. Регистратор анормальных режимов

3. ГАБАРИТНЫЕ И УСТАНОВОЧНЫЕ РАЗМЕРЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Арцишевский Я.Л., Земцов А.А. «Принципы противоаварийного управления в системах электроснабжения» М.-2010г, - 33с.

2. Кужеков С.Л., Оклей П.И., Нудельман Г.С. «Анализ совокупностей требований к релейной защите с целью оценки ее эффективности» М.-2010г, -43с.

3. Кощеев Л.А., Кац П.Я., Эдлин М.А., Шульгинов Н.Г., Жуков А.В., Демчук А.Т. «Технологический алгоритм центролизованной системы противоаварийной автоматики нового поколения» М.-2010г, -27с.

4. «Электрические станции» производственно-технический журнал. Москва. Издательский центр «Фолиум» - 2010г. – 74с.

5. Андреев, В.А. «Релейная защита и автоматика систем электроснабжения» учебное пособие для вузов / Андреев, В.А. , . - М. : Высшая школа , 2008 . - 639с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………………......3

1. Максимальные реле тока без оперативного питания РСТ-40В и РСТ-80АВ……………………………………………………………………..4

2. ТЭМП 2501 - Микропроцессорный терминал управления и защиты присоединений 0,4 - 35 кВ....……………………………………………….10

2.1 Назначение….………………………………………………………..11

2.2 Применение……………………………………………………..........13

2.3 Конструктивное исполнение………………………………………..14

3. Габаритные и установочные размеры……………………………….17

Список литературы....…………………………………………………...20

Оглавление…………………………………………………….................21