Реле полного сопротивления на основе преобразователей

Реле полного сопротивления (РПС) является дистанционным органом (ДО) релейной защиты, реагирующим на изменение отношения входных напряжения к току. Причем значение фазового сдвига между входными напряжением и током не влияют на работу органа. Характеристика срабатывания на комплексной плоскости ДО в виде РПС имеет вид окружности с центром в начале координат.

В настоящее время ДО в виде РПС используются как в качестве дополнительных пусковых органов, так и качестве самостоятельных ступеней систем дистанционной защиты и выполняются на основе электромеханической, микроэлектронной и микропроцессорной элементных базах, с использованием различных информационных признаков входных сигналов. реле сопротивление преобразователь магнитный В микропроцессорных РПС для гальванической развязки с первичными трансформаторами напряжения (ТН) и трансформаторами тока (ТТ) применяются промежуточные трансформаторы, трансреакторы, а информационные признаки входных сигналов формируются с использованием численных алгоритмов для микропроцессора.

Предлагаемое РПС является измерительным органом (ИО) релейной защиты с двумя подведенными величинами, работа которого основана на сравнении двух электрических величин по абсолютному значению. Вопросы построения таких органов широко рассмотрены в [1]. Недостатком существующих ИО с двумя подведенными электрическими величинами, использующих принцип сравнения по абсолютном значению, является снижение точности работы устройства ввиду наличия пульсаций на сравнивающем элементе. Пульсации обусловлены несовпадением фаз сравниваемых выпрямленных электрических величин. Для уменьшения пульсаций и повышения точности работы таких устройств, требуется применение сглаживающих фильтров, настроенных на вторую гармонику основной частоты [2]. Однако увеличение точности таким способом влечет за сбой снижение быстродействия работы ИО, за счет протекания переходных процессов в самих фильтрах.

В значительной степени улучшить технические характеристики РПС, повысить точность и быстродействие работы, позволит применение с его составе преобразователей с вращающимся магнитным полем (ПВМП) для напряжения и тока. ПВМП позволяют получать из однофазных напряжения и тока, подводимых к устройству от первичных ТН и ТТ, многофазные системы напряжений, применять многофазное выпрямление вместо однофазного, снижая тем самым пульсации на сравнивающем элементе.

Возможность реализации и принципы построения ДО на основе ПВМП рассмотрены в [3], а РПС в [4].

Граничная линия срабатывания РПС на комплексной плоскости описывается уравнениями (1) — (8) [3], при определении в них комплексного коэффициента .

(1).

Функциональная схема ДО в виде РПС на основе ПВМП (при), пример реализации принципиальной схемы реле показан на фигуре 1 [4].

На ее основании можно записать систему уравнений определяющих работу измерительной части РПС. Для упрощения модели источник тока был заменен эквивалентным источником напряжения и последовательно включенным с ним сопротивлением. При этом величину указанного сопротивления необходимо принимать на несколько порядков больше сопротивлений в первичной цепи токового ПВМП.

(2).

(3).

(4).

(5).

(7).

(8).

(10).

(11).

(12).

(13).

(14).

(15).

(16).

(17).

Полученные уравнения (6) — (17) формируют систему, которую можно записать в матричной форме:

(18).

где — вектор строка напряжений, — вектор строка токов, — матрица активных сопротивлений, — матрица собственных и взаимных индуктивностей.

(19).

.(20).

Уравнение (18) и принципиальная схема РПС [4] позволяют составить математическую модель РПС на основе ПВМП. Напряжения, подаваемые на входы выпрямителей, определяются по выражениям:

(21).

(22).

где вектор столбец токов во вторичных обмотках,.

вектор строка активных сопротивлений нагрузки.

Напряжение на выходе выпрямителей будет определяться выражением:

; (23).

С учетом сглаживающего конденсатора С, можно записать:

(24).

где входное напряжение нуль-индикатора;

R входное сопротивление нуль-индикатора.

Работа нуль-индикатора определяется соотношением:

. (25).

Таким образом, уравнения (18), (21) — (25) образуют систему, описывающую математическую модель реле полного сопротивления на основе ПВМП.

Для подтверждения теоретических разработок был изготовлен опытный образец ДО в виде РПС на основе ОТВП и произведены его сравнительные испытания с ДО терминала микропроцессорной защиты REF630 (ABB, Финляндия). Для проведения лабораторных испытаний устройств использовался комплекс Ретом-51 (НПП «Динамика»).

Конструкция измерительной части РПС в виде ПВМП тока и напряжения, а также схема сравнения выпрямленных многофазных вторичных напряжений приняты аналогичными, приведенным в [5].

Параметры ПВМП измерительного органа тока:

Параметры ПВМП измерительного органа напряжения:

Для опытного образца устройства получена граничная линия срабатывания в комплексной плоскости с Z₀ = 13,3 Ом. Аналогичная уставка была задана для ДО терминала REF630.

Также экспериментально получена характеристика времени срабатывания РПС на основе ПВМП в зависимости от входного сопротивления T_ср = f (Z_вх).

Таким образом, экспериментальные исследования подтвердили теоретические основы работы ДО в виде РПС на основе ПВМП, а сравнительные испытания опытного образца предлагаемого устройства наглядно продемонстрировали сопоставимость его основных характеристик с современным микропроцессорным аналогами от ведущей компании отрасли.

• 1. Фабрикант, В. Л. Основы теории построения измерительных органов релейной защиты и автоматики [Текст] // - М.: Изд. «Высшая школа», 1968. — 268 с.
• 2. Шнеерсон, Э. М. Полупроводниковые реле сопротивления [Текст] // - М.: Изд. «Энергоатомиздат», 1986. — 144 с.
• 3. Коробейников Б. А. Дистанционный орган релейной защиты на основе преобразователей с вращающимся магнитным полем [Текст]/ Б. А. Коробейников, Г. А. Захаров, В.М. Радионов//Известия высших учебных заведений. Электромеханика. № 3 — 2013. — с. 68−72.
• 4. Пат. 108 888 РФ. Реле полного сопротивления [Текст]/ Б. А. Коробейников, А. Б. Коробейников, В. М. Радионов, Г. А. Захаров (РФ). — 5 с.
• 5. Радионов В. М. Совершенствование органов направления мощности для релейной защиты электрических сетей: дисс. канд. техн. наук: 05.09.03. Краснодар, 2011. — 147 с.