Реализация защиты и автоматики фидеров контактной сети

Защиты и автоматика фидеров контактной сети реализуются блоком БМРЗ-ФКС, который по сравнению с существующими электронными защитами обладает следующими преимуществами:

1) полным набором функций защит в соответствии с предложенной концепцией;

2) двумя группами уставок (для нормального и вынужденного режимов);

3) адаптацией уставок ДЗ2 и ДЗ3 по коэффициенту гармоник;

4) расширенной автоматикой (АПВ, ЛЗШ, УРОВ);

5) местными и телеизмерениями;

6) возможностями осциллографирования аварийных режимов.

Основные и дополнительные функции защит

Трехступенчатая направленная дистанционная защита (ДЗ1–ДЗ3)

Эта защита является основной защитой фидера контактной сети. Каждая из ступеней ДЗ1–ДЗ3 БМРЗ-ФКС реализует составную характеристику срабатывания, которая имеет форму сектора на плоскости комплексного сопротивления, как показано на рис. 2.4. Для этого используются включенные по схеме "И" реле полного сопротивления, дающие круговую характеристику, и фазовый орган с двумя уставками, задающий зону по значениям угла между векторами напряжения и тока. Время измерения для направленной ДЗ равно периоду частоты сети (Т = 20 мс), но очередной результат (попадание или непопадание в зону срабатывания) выдается не реже, чем через каждые 5 мс для уменьшения общего времени отключения КЗ. Таким образом, собственное время срабатывания ДЗ не превышает 25 мс, однако при значительном превышении сигналом значения уставки время срабатывания (по результатам экспериментальной проверки) снижается до 15 мс.

Вместе с тем БМРЗ-ФКС позволяет реализовать ряд новых функций защиты (отсутствующих у лучших образцов электронных защит), увеличивающих быстродействие и селективность работы блока, а также повышающих надежность его работы и удобство эксплуатации. Полный перечень защит БМРЗ-ФКС приведен в табл.2.8, их особенности отмечены ниже.

Направленная дистанционная защита (ДЗ4) от КЗ через
большое активное сопротивление

ДЗ4 предназначена для отключения КЗ с малым активным током, возникающим при падении контактного провода на балласт. ДЗ4 отличается от ДЗ2 и ДЗ3 наличием элемента вычисления реактивной составляющей полного сопротивления и компарирования модуля этой составляющей с уставками, определяющими зону срабатывания в форме, близкой к прямоугольнику, как показано на рис. 2.5.

 

Рис. 2.4-2.6

 

Наименование защит	Применение защит на объектах	Наличие 2-й группы уставок	Возможность программного вывода на сигнал	Примечание
ТП	ПС*	ППС
Защиты фидера 1
Токовая отсечка ТО	+	+	+	+	–	Время измерения = Т/2 = 10 мс
Токовая отсечка ТО2	+	–	–	+	+	Защита от КЗ по "мгновенному" значению
Ненаправленная ДЗ1 или направленная ДЗ1	–	–	+	+	–	Время измерения = Т/2 = 10 мс
+	+	+**	+	Время измерения = Т = 20 мс
Направленная ДЗ2	+	+	+**	+	–	–
Направленная ДЗ3	+	–	–	+	+	–
Направленная ДЗ4	+	–	–	+	+	Защита от КЗ через большое активное сопротивление
Квазитепловая защита	+	–	–	–	+	Защита от отжига контактного провода
ЗМН	+	+	+	–	+	–
Защиты фидера 2						Дублируют защиты смежного фидера ТП, ПС
ТО	+	+	–	+	+	Время измерения = Т/2 = 10 мс
Направленная ДЗ2	+	+	–	+	+	Время измерения = Т = 20 мс
Защита РУ
ЗЗ	+	+	+	–	–	Отключение ВВ по сигналу от внешнего реле
Логическая защита шин (ЛЗШ)	+	–	–	–	+	Функции ЛЗШ-приемник и ЛЗШ-датчик

Таблица 2.8

Состав защит блоков БМРЗ-ФКС

Примечания: * Перечень защит для ПС однопутных участков соответствует перечню защит для ППС.

** Направленные ДЗ1, ДЗ2 для ППС имеют характеристику срабатывания, симметричную относительно направления протекания тока.

Двунаправленная дистанционная защита (ДЗ2 и ДЗ3) для ППС

Для ППС и 1-путных ПС (на которых устанавливается один выключатель) требуется дистанционная защита, срабатывающая при любом направлении тока КЗ, т.е. двунаправленная ДЗ. Это выполнялось с помощью двух соответствующим образом сфазированных блоков защит. Один БМРЗ-ФКС позволяет реализовать направленные ДЗ2, ДЗ3 с характеристикой срабатывания, симметричной относительно направления протекания тока, как показано на рис.2.6. Первая ступень ДЗ при этом выбирается ненаправленной.

Квазитепловая защита

Квазитепловая защита (КЗТ) предназначена для защиты контактного провода (КП) от перегрева. Алгоритм КЗТ основан на решении уравнения теплового баланса для определения температуры контактного провода. Текущая температура КП определяется с учетом конструктивных особенностей, коэффициента деления тока между КП и несущим тросом, износа КП и его температуры, влияющих на сопротивление КП. Охлаждение КП рассчитывается с учетом тепловой постоянной времени охлаждения, определяемой отношением теплоемкости к теплоотдаче. При значении температуры КП выше 958С (длительно допустимой температуры медных контактных проводов) рассчитывается относительный ресурс контактного провода. По достижению относительного ресурса предельного значения защита дает сигнал на отключение выключателя ВВ.

Защита распределительного устройства от внутренних КЗ

БМРЗ-ФКС обеспечивает возможность выполнять защиту самого распределительного устройства от внутренних замыканий любым из известных способов:

с помощью "земляной защиты" ЗЗ (от пробоя на корпус ЗРУ);

с помощью защиты от дуговых замыканий (ЗДЗ);

с помощью логической защиты шин (ЛЗШ);

с помощью защиты минимального напряжения (ЗМН).

В первых двух случаях БМРЗ-ФКС может производить отключение (без выдержки времени) выключателя ФКС по внешнему сигналу от датчика ЗЗ или ЗДЗ, а также блокировать включение по АПВ после срабатывания датчика.

При использовании ЛЗШ БМРЗ-ФКС может выполнять функции ЛЗШ-датчик и ЛЗШ-приемник. Логика работы этих сигналов связана с работой других присоединений 27,5 кВ и будет рассмотрена ниже.

Реализация большего быстродействия

Для достижения большего быстродействия отдельных видов защит используются следующие компоненты алгоритма.

Токовая отсечка (ТО)

Измерительный орган ТО производит измерение сигнала тока на интервале, равном половине периода первой гармоники (Т/2 = 10 мс); используемый в нем алгоритм цифровой фильтрации и "центрирования" обеспечивает подавление постоянной и апериодических составляющих, а также высших гармоник сигнала. При этом очередной результат (попадание или непопадание в зону срабатывания) выдается не реже, чем через каждые 5 мс (для уменьшения общего времени отключения КЗ). Таким образом, собственное время срабатывания этой защиты не превышает
15 мс.

Токовая отсечка по мгновенному значению тока (ТО2)

ТО2 предназначена для более быстрого, чем ТО, отключения КЗ, близких к шинам ТП. Ее измерительный орган производит "скользящее" усреднение сигнала тока на интервале 5 мс, т.е. реагирует практически на максимальное его значение. Несмотря на это, уставки ТО2 задаются в действующих значениях тока, но, в отличие от ТО, ТО2 не отстроена от апериодической составляющей, а также от высших гармоник. С учетом взаимодействия всех компонентов алгоритма собственное время срабатывания этой защиты составляет 5 … 10 мс.

Ненаправленная дистанционная защита (ННДЗ)

Алгоритм ННДЗ производит вычисление модуля полного сопротивления на основе сигналов напряжения и тока, измеряемых на интервале, равном половине периода первой гармоники (Т/2 = 10 мс). При этом алгоритм цифровой фильтрации сигналов напряжения и тока обеспечивает подавление постоянной и апериодических составляющих, а также высших гармоник сигналов. Собственное время срабатывания этой защиты не превышает 15 мс.

Ускорение ДЗ2 и ДЗ3 при включении

При любом включении (оперативном или по АПВ) в течение 1 с действует ускорение ДЗ2 и ДЗ3 (или резервирующих их МТЗ2 и МТЗ3), при котором время выдержки обеих этих ступеней уменьшается до 0,1 с.