biblem
elekbomonter
Библиотечка электротехника
Н. И. Овчаренко
МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИКА ЛИНИЙ
ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
ВН И СВН
(часть 1)
ПРИЛОЖЕНИЕ К ЖУРНАЛУ
@)НЕ₽ГЕТИК
Вниманию специалистов
Вышли в свет следующие выпуски
‘‘Бпбппотечкп эпектротехнпка
Воротницкий В. Э. Потери электроэнергии в электрических се-
тях: анализ и опыт снижения.
Овчаренко Н. И. Цифровые аппаратные и программные элемен-
ты микропроцессорной релейной защиты и автоматики энергосис-
тем.
Шабад М. А. Делительные защиты — автоматика деления при
авариях.
Панфилов В. А. Аналоговые методы и средства электрических
измерений.
Удрис А. П. Векторные диаграммы и их использование при на-
ладке и эксплуатации устройств релейной защиты и автоматики
(части 1 и 2).
Киреева Э. А. Современные средства контроля и измерения в
электроснабжении (Справочныне материалы. Части 1 и 2).
Иноземцев Е. К. Подшипниковые узлы электродвигателей, эксп-
луатирующихся на электростанциях (части 1 и 2).
Соловьев А. Л. Защита асинхронных электрических двигателей
напряжением 0,4 кВ.
Подписку можно оформить в любом почтовом отделении связи по
объединенному каталогу “ПРЕССА РОССИИ”. Том 1. Российские
и зарубежные газеты и журналы.
Индексы “Библиотечки электротехника”
— приложения к журналу “Энергетик”
88983 — для предприятий и организаций;
88982 — для индивидуальных подписчиков.
Адрес редакции
журнала “Энергетик”:
115280, Москва, ул. Автозаводская, д. 14/23.
Телефон (495) 675-19-06
E-mail: energetick@mail.ru
Библиотечка электротехника
— приложение к журналу “Энергетик ”
Основана в июне 1998 г.
Выпуск 4 (100)
Н. И. Овчаренко
МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИКА ЛИНИЙ
ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
ВН И СВН
(часть 1)
Москва
НТФ “Энергопрогресс”, “Энергетик”
2007
УДК 621.316.925.4
ББК 3127-05
0-35
Главный редактор журнала “Энергетик” А. Ф. ДЬЯКОВ
РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
“Библиотечки электротехника”
В. А. Семенов {председатель), И. И. Батюк {зам. председателя),
Б. А. Алексеев, К. М. Антипов, Г. А. Безчастнов, А. Н. Жулев,
В. А. Забегалов, В. X. Ишкин, Ф. Л. Коган, В И. Кочкарев,
Н. В. Лисицын, Л. Г. Мамиконянц, |Л. Ф. Плетнев |, В. И. Пуляев,
Ю. В. Усачев, М. А. Шабад
Овчаренко Н. И.
0-35 Микропроцессорная релейная защита и автоматика ли-
ний электропередачи ВН и СВН. Часть 1. — М.: НТФ
“Энергопрогресс”, 2007. — 52 с: ил. [Библиотечка электро-
техника, приложение к журналу “Энергетик”; Вып. 4 (100)].
Изложены принципы действия, особенности и техническая реализа-
ция разработанных научно-производственным предприятием ООО
НПП “ЭКРА”, исследовательским центром ООО “ИЦ “БРЕСЛЕР” и
научно-техническим центром “НТЦ “Механотроника” микропроцес-
сорных, высокочастотных фильтровой направленной, дифференциаль-
но-фазной, дистанционной и токовой направленной нулевой последо-
вательности защит, интегрированных с трехфазным и однофазным авто-
матическим повторным включением и микропроцессорной автомати-
кой ограничений напряжений на линиях электропередачи, разработан-
ной ОАО “Институт “Энергосетьпроект”.
ISSN 0013-7278 © НТФ “Энергопрогресс”, “Энергетик”, 2007
Предисловие
Особенности сложного и динамичного процесса производства,
передачи и распределения электроэнергии обусловили развитие его
автоматизации с самого начала становления электроэнергетики.
Технические средства автоматизации непрерывно совершенствова-
лись на основе развития электромеханической, электромагнитной,
полупроводниковой, интегральной микроэлектронной аналоговой
и цифровой, особенно микропроцессорной, элементной базы [1].
В настоящее время происходит всеобщий переход от традицион-
ных автоматических устройств к современным микропроцессор-
ным интегрированным автоматическим устройствам управления
нормальным режимом и противоаварийного управления электро-
энергетическими объектами и автоматизированным системам управ-
ления (АСУ) электрическими станциями, электроэнергетическими
системами (ЭЭС), их объединениями (ОЭС) и Единой энергосисте-
мой (ЕЭС) страны.
В последние годы отечественными электроэнергетическими на-
учно-исследовательскими и научно-техническими организациями
интенсивно разрабатывалась, совершенствовалась и внедрялась в
эксплуатацию микропроцессорная автоматика и релейная защита.
Особенно интенсивно развивается отечественная интегрирован-
ная микропроцессорная техника противоаварийного управления
процессом производства, передачи и распределения электроэнер-
гии — релейная защита и противоаварийная автоматика.
Разработана интегрированная микропроцессорная релейная за-
щита и автоматика не только электроэнергетических объектов на-
пряжением до 35 кВ [3, 4], но и присоединений высокого и сверхвы-
сокого напряжений.
Научно-производственным предприятием ООО НПП “ЭКРА”,
исследовательским и научно-техническими центрами “ИЦ “БРЕС-
ЛЕР” и “НТЦ “Механотроника” поставляются фильтровая направ-
ленная обратной последовательности и дифференциально-фазная
высокочастотные защиты, дистанционная и токовая направленная
3
нулевой последовательности защиты линий электропередачи на-
пряжением до 330 кВ, интегрированные с трехфазным автоматиче-
ским повторным включением (АПВ) линий [5 — 9].
Особым достижением является выпуск ООО НПП “ЭКРА” (ру-
ководитель разработок Н. А. Дони) и “ИЦ “БРЕСЛЕР” (руководи-
тель разработок Ю. Я. Лямец) дифференциально-фазной высоко-
частотной дистанционной и токовой направленной нулевой после-
довательности зашит [18 — 21], интегрированных с однофазным
АПВ линий электропередачи сверхвысокого напряжения с конт-
ролем погасания электрической дуги и успешности включения
отключенного провода линии с одного конца, разработанного
филиалом ОАО “НТЦ Электроэнергетика” ВНИИЭ [10].
Государственным унитарным предприятием “Всероссийский
электротехнический институт им. В. И. Ленина” (ГУП ВЭИ) и ОАО
“Институт “Энергосетьпроект” разрабатывается новое поколение
микропроцессорной автоматики предотвращения нарушения
устойчивости электроэнергетических систем. В ОАО “Институт
“Энергосетьпроект” создана новая по принципу действия автома-
тика ликвидации асинхронного режима и разработана автоматика
ограничений повышения напряжения на электроэнергетических
объектах сверхвысокого напряжения [13].
Целью настоящего издания является способствование внедре-
нию в технику релейной защиты и противоаварийной автоматики
отечественных разработок вместо зарубежных аналогов.
Замечания и пожелания по брошюре
просим направлять по адресу:
115280, Москва, ул. Автозаводская, 14/23.
Редакция журнала “Энергетик”.
Автор
4
ГЛАВА ПЕРВАЯ
Микропроцессорная релейная защита
линий электропередачи высокого
и сверхвысокого напряжений
1.1.	ВИДЫ И ОСОБЕННОСТИ.
УНИФИЦИРОВАННЫЕ ТЕРМИНАЛЫ
В последние годы разработана и выпускается отечественная мик-
ропроцессорная интегрированная автоматика противоаварийного
управления (релейная защита и противоаварийная автоматика) ли-
ний электропередачи высокого и сверхвысокого напряжений. Науч-
но-производственное предприятие ООО НПП “ЭКРА”, исследова-
тельский центр “ИЦ “БРЕСЛЕР” (г. Чебоксары) и научно-исследо-
вательский центр “НТЦ “Механотроника” (г. Санкт-Петербург)
поставляют шкафы для энергетики серии ШЭ2706 и ШЭ27Ю,
“БРЕСЛЕР-0400”, БМРЗ НВЧ и БМРЗ-ДФЗ микропроцессорных
защит, интегрированных с противоаварийной автоматикой линий
электропередачи.
Они программно выполняют алгоритмы функционирования
основных защит: высокочастотной фильтровой направленной об-
ратной последовательности (для линий напряжением до 220 кВ) и
высокочастотных дифференциально-фазных для линий как указан-
ных, так и сверхвысоких напряжений и резервных защит: дистанци-
онной и токовой направленной нулевой последовательности, интег-
рированных с трехфазным и однофазным автоматическим повтор-
ным включением (АП В).
Схема на рис. 1.1 иллюстрирует оснащение линий электропе-
редачи сверхвысокого напряжения, их реакторов и автотрансфор-
маторов терминалами интегрированной защиты и автоматики и
аппаратами обмена информацией между полукомплекгами высо-
кочастотных (ВЧ) защит, установленных на разных концах линий,
5
Рис. 1.1. Схема оснащения подстанции микропроцессорной защитой и автоматикой
по высокочастотным (например, типа АНКА) и волоконно-оптиче-
ским линиям связи (ВОЛС).
Необходимое для линий электропередачи высокого и сверхвысо-
кого напряжений техническое совершенство интегрированной ав-
томатики противоаварийного управления (главным образом ее бы-
стродействие) достигается способами обработки информации,
свойственными микропроцессорной вычислительной технике, а
именно выделением ортогональных (синусной и косинусной) со-
ставляющих принужденных составляющих промышленной частоты
напряжений и токов (входных сигналов) электромагнитных пере-
ходных процессов в ЭЭС нерекурсивными на основе преобразова-
ний Фурье и адаптивными частотными фильтрами, вычислениями
амплитуд и фаз как входных сигналов, так и их симметричных со-
ставляющих и практически безынерционным вычислением сигна-
лов информации об активной и реактивной мощностях.
В дифференпиально-фазной высокочастотной защите (ДФЗ)
применены цифровые времяимпульсные элементы сравнения фаз,
повышающие (особенно двухполупериодный многоканальный эле-
мент сравнения) ее быстродействие.
Применены новые алгоритмы функционирования, сформирова-
ны более сложные характеристики срабатывания ранее применяв-
шихся программных измерительных избирателей поврежденной
фазы в однофазной автоматике повторного включения.
Формирование характеристик применяемых программных изме-
рительных реле сопротивления производится с использованием
сигналов, отображающих активную и реактивную мощность, вы-
числяемых по быстродействующим алгоритмам с использованием
ортогональных составляющих напряжения и тока, т. е. без операции
деления их действующих значений.
Возможность оперативного выбора из находящихся в памяти мик-
ропроцессоров наборов установленных сопротивлений и токов сра-
батывания (уставок) придает микропроцессорной релейной защите
свойство адаптивности к режимам работы линий электропередачи.
Гибкое программное изменение уставок и обмен информацией
по высокочастотным каналам связи повышают быстродействие и
эффективность взаимодействия автоматики защитных отключений
и повторных включений.
Возможность оперативного пополнения библиотеки программ и
выполняемых ими функций придает интегрированной противо-
аварийной автоматике линий электропередачи способность
“самосовершенствования”.
Микропроцессорная интегрированная защита и автоматика ли-
ний электропередачи выполняется на унифицированных термина-
7
Рис. 1.2. Расположение элементов на лицевой панели (в ) н конструкция (б) тер-
минала защиты БЭ2704
8
лах типов БЭ2710 ООО НПП “ЭКРА”, “БРЕСЛЕР-0400” “ИЦ
“БРЕСЛЕР” и БМРЗ “НТЦ “Механотроника”, которые производят
самотестирование, автоматическую диагностику и имеют интер-
фейс с ПЭВМ и выходы для подключений к ВОЙС дистанционной
связи с АСУ.
Терминал серии БЭ2704, разработанный ЗАО “ЭКРА”, представ-
ляет собой унифицированное микропроцессорное устройство, фун-
кционирование которого определяется установленным програм-
мным обеспечением. На лицевой панели устройства (рис. 1.2, а) [ 11 ]
расположены дисплей (жидкокристаллический индикатор) ЖКИ,
клавиатура (кнопки) управления КЛ, интерфейс радиальной после-
довательной связи (ИРПС) типа RS-232 и светодиоды СВ отображе-
ния информации без ее запоминания и с запоминанием.
Терминал имеет модульное построение в виде отдельных конст-
руктивных блоков— плат (рис. 1.2, б): 7 — центрального процессо-
ра; 2—аналого-цифрового преобразователя с аналоговыми ЯС-фи-
льтрами нижних частот (ФНЧ); 3 — входов аналоговых (через вто-
ричные измерительные трансформаторы) и дискретных (через
элементы гальванической развязки — оптроны) [8] сигналов; 4 —
входов дискретных сигналов с оптронной развязкой электрических
цепей; 5 — выходных электромагнитных реле (герконов) и входов-
выходов с оптронной развязкой; блока питания терминала от источ-
ника постоянного тока напряжением 220 или 110 В с электрически
развязанным преобразователем в низкие напряжения питания мик-
ропроцессоров, АЦП и герконов.
Показаны объединительная плата (общая шина) 7и лицевая пла-
та 8. На рис. 1.2, б видны вторичные измерительные трансформато-
ры напряжения и тока 6.
Терминал выполняет функции:
•	автоматики противоаварийного управления (релейной защиты
и противоаварийной автоматики);
•	осциллографирования напряжений и токов электромагнитных
и электромеханических переходных процессов;
•	определения расстояния до места короткого замыкания (КЗ);
•	связи с АСУ (через преобразователь типа “токовая петля”) и с
ПЭВМ (через RS-232);
•	самодиагностики.
Модуль центрального процессора типа Л2370 [11] состоит из:
•	32-разрядного микропроцессора с ОЗУ и энергонезависимой
памятью программы (типа FLASH), уставок и конфигураций (набо-
ра выполняемых функций) осциллограмм событий;
•	сигнального микропроцессора обработки входных аналоговых
сигналов (фильтрация, формирование ортогональных составляю-
9
щих принужденных напряжений и токов электромагнитных пере-
ходных процессов и др.) Он и выполняет программируемые функ-
ции автоматики противоаварийного управления.
Главной особенностью терминала БЭ2407 является обширное
меню, обеспечивающее подробный диалоговый режим с оператором.
Исчерпывающие указания по его использованию содержатся в [ 11].
Надежность функционирования терминала высокая: наработка
на отказ [2] — 25 000 ч, срок службы — 20 лет. Терминал устойчив к
воздействиям магнитного поля промышленной частоты и к импуль-
сному магнитному воздействию.
Микропроцессорные терминалы серии “БРЕСЛЕР-0400” разрабо-
таны в ИЦ “БРЕСЛЕР” для микропроцессорных защит и автоматики
повторного включения линий электропередачи высокого и сверхвы-
сокого напряжений [9]. Они выполняются в кассете европейского
стандарта. На лицевой панели терминала (рис. L3) расположены:
жидкокристаллтческий дисплей ЖКД\
кнопки управления КУ человеко-машинным интерфейсом, обес-
печивающим диалоговый режим;
кнопка ОК перевода терминала из дежурного режима в главное
меню, и кнопка Сброс,
светодиоды СВ вывода информации о выполняемых операциях,
указанных на рис. 1.3;
Рис. 1.3. Внешний вид лицевой панели терминала “БРЕСЛЕР-0400”
10
RS-232
Рис. 1.4. Структура терминала БМРЗ
разъем RS-232 для подключения ПЭВМ.
На терминалах выполняются высокочастотные фильтровая направ-
ленная и дифференциально-фазная зашиты, интегрированные с одно-
фазным автоматическим повторным включением (ОАПВ) отключен-
ных защитами выключателей линий электропередачи, с избирателями
поврежденных фаз однофазными КЗ, автоматика управления выклю-
чателем с трехфазным его АП В, токовая продольная дифференциаль-
ная защита шин и интегрированные зашиты трансформаторов.
Микропроцессорный терминал НТЦ “Механотроника”. Структура
терминала показана на рис. 1.4. Он состоит из семи модулей [4]:
•	входных аналоговых сигналов МАО,
•	аналого-цифрового преобразования с предварительной обра-
боткой информации МАЦП,
•	центрального микропроцессора МЦГГ,
•	ввода дискретных сигналов и вывода управляющих воздействий
МВБ;
•	пульта управления МПУ,
•	монтажного модуля и блока питания БП.
Модуль аналоговых сигналов М4С содержит активные измеритель-
ные преобразователи — вторичные измерительные трансформато-
ры напряжений U и токов / с усилителями-преобразователями на
интегральных операционных усилителях (ИОУ) соответственно в
прямом и инвертирующем включениях (показаны условно) с преде-
льно сильными (интенсивными) отрицательными обратными свя-
зями, обеспечивающими режим повторителя напряжения и преоб-
разователя тока в напряжение [3]. Они разгружают вторичные изме-
рительные трансформаторы напряжения и тока: обеспечивают их
работу при холостом ходе и коротком замыкании соответственно.
Это главная особенность МАС, практически исключающая погреш-
ности измерительного преобразования вторичных измерительных
трансформаторов [2]. В его состав входит и формирователь тестовых
сигналов, используемых при самодиагностике.
Модуль аналого-цифрового преобразования МАЦП состоит из соб-
ственно АЦП, мультиплексора МПЛк сигнального микропроцессо-
ра СМПм выполняет функции:
•	частичной фильтрации входных (после ИОУ) напряжений пас-
сивными фильтрами физкой частоты (ФНЧ);
•	последовательного во времени (через МПЛ) аналого-цифрового
преобразования входных напряжений;
•	выделения нерекурсивным фильтром Фурье [2] ортогональных
составляющих принужденных входных напряжений промышлен-
ной частоты (входных сигналов);
12
•	вычисления амплитуд и действующих значений входных на-
пряжений и напряжения, пропорционального току обратной
последовательности;
•	определения направления мощностей прямой и нулевой
последовательностей;
•	диагностики измерительных преобразователей и самодиагно-
стики МАЦП, основанной на анализе прохождения тестовых
сигналов.
Модуль центрального процессора (МЦП) состоит из микропро-
цессора ЦМП, постоянных и программируемых запоминающих
устройств ПЗУ и ППЗУ, оперативного запоминающего устройства
ОЗУ, процессора управления дисплеем МП, драйверов каналов
RS-485 и RS-232, шины обмена информацией (ШОИ) ЦМПс МПа
МВВ, регистров РГ, часов и вспомогательных элементов.
Центральный процессор ЦМП.
•	получает значения электрических параметров защищаемого
объекта от МАЦПи информацию о состоянии дискретных входов от
МВВ, на основании которых и уставок, хранящихся в ОЗУ, выраба-
тываются управляющие воздействия;
•	передает информацию МП для вывода на жидкокристалличе-
ский дисплей ЖКИ, обслуживает клавиатуру КП модуля пульта
управления МПУ, формирует и хранит в ОЗУинформацию, выводи-
мую на дисплей, и обеспечивает обмен информацией по последова-
тельным каналам RS-232 и RS-485.
В энергонезависимом ОЗУ хранятся:
•	программные ключи, которыми задается конфигурация (набор
функций) защиты и автоматики;
•	уставки защиты;
•	параметры трех аварийных событий;
•	накопительная информация.
Программа функционирования центрального процессора зано-
сится в ПЗУ предприятием-изготовителем.
Модуль ввода-вывода (МВВ) содержит элементы гальванической
развязки входных цепей и вычислительной части терминала вход-
ных дискретных сигналов (оптроны ОПТ со светодиодом и фото-
транзистором) и выходные реле с герметизированными контактами
(герконы) ГР.
Релейные выходы МВВ имеют аппаратные и программные сред-
ства защиты от ложных срабатываний при любой неисправности
терминала и при воздействии внешних помех и любых перерывах
оперативного питания.
13
Модуль пульта управления (МПУ). Основным элементом МПУ
является жидкокристаллический буквенно-цифровой индикатор
ЖКИили дисплей, содержащий две строки по 32 символа заглавных
и прописных букв русского, латинского и греческого алфавитов, бо-
льшие и малые цифры и различные знаки.
Информация выводится на дисплей, разбита на кадры с фикси-
рованным содержанием. Просмотр кадров осуществляется кнопка-
ми клавиатуры КЛ.
На дисплее отображаются: междуфазные напряжения и фазные
токи: напряжения и токи нулевой и обратной последовательностей;
напряжение рабочего источника для восстановления схемы после
автоматического ввода резерва (АВР); состояние дискретных входов
и выходов; конфигурации, уставки защит и автоматики; параметры
аварийных событий; результаты диагностирования терминала и те-
кущие дата и время.
1.2.	МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ФИЛЬТРОВАЯ
НАПРАВЛЕННАЯ ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ЗАЩИТА
Различные исполнения защиты выпускаются ООО НПП
“ЭКРА”, “ИЦ “БРЕСЛЕР” и НТЦ “Механотроника” в виде шка-
фовтипов ШЭ2607-031, “БРЕСЛЕР-0711” и БМРЗ-НВЧ для линий
электропередачи напряжением 110 — 330 кВ, втом числе с ответвле-
ниями, на которых предусматривается трехфазная автоматика по-
вторного включения (ТАИВ), на терминалах типов БЭ2704, “БРЕС-
ЛЕР-0400” и БМРЗ соответственно.
Принцип действия [1] микропроцессорной направленной высо-
кочастотной защиты (НВЧЗ) иллюстрируется схемой на рис. 1.5. На
Рис. 1.5. Схема взаимодействия полукомплектов направленной ВЧ-защиты
14
линии электропередачи W, связывающей две части электроэнерге-
тической системы ЭЭС1 и ЭЭС2, устанавливаются два полукомп-
лекта защиты НВЧ31 и НВЧ32, подключаемых к первичным изме-
рительным трансформаторам напряжения TV1, ТТЗитока TAI, ТА2.
Они обмениваются ВЧ-сигналами, передаваемыми по организован-
ному по одному из проводов линии каналу связи (на рис. 1.5 показа-
ны только конденсаторы связи Ссв). Высокочастотная часть защиты
состоит из ВЧ-передатчиков ПРД1, ПРД2 и приемников ПРМ1,
ПРМ2.
Абсолютная селективность защиты обеспечивается сопоставле-
нием направлений мощностей (а в защите БРМЗ-НВЧ и сопротив-
лений) обратной (при несимметричных КЗ) и прямой (при трехфаз-
ных КЗ) последовательностей. Как известно, при КЗ на защищае-
мой линии (внутренних КЗ) в точке К1 мощности направлены:
•	обратной последовательности — из линии к шинам;
•	прямой последовательности — от шин в линию.
При внешних КЗ, например в точке К2, направления мощностей
в полукомплекте НВЧ31 сохраняются, а в полукомплекте НВЧ32т-
меняются на обратные.
В начальный момент времени КЗ программными пусковыми ор-
ганами полукомплектов защиты запускаются их ВЧ-передатчики
ПРД] и ПРД2, запрещающие ВЧ-сигналами, поступающими в при-
емники ПРМ1, ПРМ2, действие защиты на отключение выключате-
лей Q1 и Q2 линии электропередачи. При внутреннем КЗ (точка КТ}
срабатывают программные измерительные реле направления мощ-
ностей (ПИРНМ) и останавливают ВЧ-передатчики: действие за-
щиты на отключение разрешается. При внешнем КЗ (например, в
точке К2) ПИРНМ полукомплекта НВЧ32т срабатывает; ВЧ-пере-
датчик ПРД2 не останавливается и сигналом в виде тока высокой ча-
стоты, поступающим в приемники ПРМ1 и ПРМ2, запрещает дейст-
вие полукомплектов НВЧ31 и НВЧ32па отключение выключателей
Q1 и Q2линии электропередачи (блокируют защиту).
Измерительно-вычислительная часть зашиты программно реали-
зует пусковые и измерительные органы направленной высокочас-
тотной защиты. Основными пусковыми являются программные из-
мерительные фильтр-реле:
•	напряжения Цбл (блокировки) — в обозначениях разработчи-
ков, (/2от (отключения) и тока /2бл, hm (см- Рис- 1-6, а) обратной
последовательности;
•	приращений КТЪл и Д/От токов прямой и обратной последовате-
льностей (см. рис. 1.11);
15
Рис. 1.6. Упрощенная структурная схема (а ) и характеристики срабатывания (б) программных измерительных реле сопротив-
ления фильтровой направленной высокочастотной защиты
•	сопротивления Z5nCA, реагирующего на отношение действую-
щих значений междуфазного напряжения U и разности токов фаз
Си Л.
Основные измерительные органы реализуются программными
измерительными реле:
•	направления мощности обратной последовательности Л/2от;
•	направленным измерительным реле сопротивления ZmCA.
Поскольку защиты предназначены и для линий электропередачи
с ответвлениями, предусмотрены дополнительные более чувствите-
льные программные измерительные реле, вводимые в действие про-
граммными накладками ХВ (см. рис. 1.11):
•	тока обратной последовательности /2иуск, ^2от’
•	сопротивления ZROnAB и ZflOnBC;
•	тока нулевой последовательности PT I(jor
Рис. I.7. Структурная схема (а ) и алгоритм (б) цифрового измерительного реле
максимального тока
17
Рис. 1.8. Схемы алгоритмов вычисления активной и реактивной составляющих
сопротивления (а) и условий срабатывания (в) цифрового измерительного реле
сопротивления с четырехугольной характеристикой срабатывания (б)
В связи с применением измерительных реле сопротивления за-
щита снабжена программными блокировкой от качаний БК и бло-
кировкой при неисправности цепей напряжений БИН.
Принятое в фильтровой направленной ВЧ-защите измерительное
преобразование — типичное для микропроцессорных защит. Испо-
льзуются принужденные составляющие промышленной частоты на-
пряжений и токов электромагнитных переходных процессов. После
частичной фильтрации посредством аналоговых пассивных ФНЧ с
граничными частотами 200 — 300 Гц, предотвращающими перио-
дичность амплитудно-частотной характеристики нерекурсивного
цифрового фильтра Фурье [2], им выделяются ортогональные (си-
нусная и косинусная) составляющие указанных напряжений и то-
ков в виде цифровых дискретных мгновенных значений. По ним вы-
числяются амплитуды и фазы напряжений и токов, формируются
программные фильтры прямой и обратной последовательностей,
вычисляются мощности и формируются характеристики срабатыва-
ния программных измерительных реле напряжения (тока), направ-
ления мощности обратной последовательности и реле сопротивле-
ния [16, 17].
Измерительно-вычислительная часть защиты состоит из про-
граммных фильтров напряжения и тока обратной последовательно-
сти и программных измерительных реле. Выполнение программных
фильтров симметричных составляющих рассмотрено в [17].
18
Программные измерительные реле тока и напряжения. На рис. 1.7
приведены упрощенные структурная схема (рис. 1.7, а ) и схема ал-
горитма (рис. 1.7, б) программного реле максимального тока ip(nT).
По ортогональным составляющим отфильтрованного цифрового
• кода тока Jps(nT), сформированным элементом UQZ, путем
их квадратирования и суммирования вычисляется квадрат амплиту-
ды тока /^, которая сравнивается с квадратом уставки 12т. При
этом нет необходимости в операции извлечения корня. При выпол-
нении условия срабатывания > 12т формируется выходной ди-
скретный потенциальный сигнал. Ток возврата 1вт определяется воз-
можной областью неустойчивой работы цифрового реле, обуслов-
ленной погрешностями квантования мгновенного значения тока и
остаточной помехой [2]. Измерительное реле напряжения выполняет-
ся аналогично.
Измерительные реле сопротивления и направления мощности. При
программной реализации выполнение реле сопротивления произво-
дится на основе непосредственного расчета сопротивления путем
деления действующих значений принужденных составляющих на-
пряжения и тока в комплексной форме Zp = Ц//р на их входах. При
этом условия срабатывания реле сопротивления и характеристика
срабатывания Zcp(<p) в комплексной плоскости должны задаваться
аналитически уравнениями линий, ее составляющих. Поэтому алго-
ритм состоит из двух частей: расчета сопротивления Z(pHC. 1.8, а )
и формирования условий срабатывания измерительного органа
(рис. 1.8, в).
В первой части алгоритма, если дискретные мгновенные значе-
ния принужденных составляющих ир(пТ) и ip(nT) после цифрового
фильтра представлены ортогональными составляющими UЛпТ) =
= Uc(nT) = Ux, U (пТ) = Us(nT) = UY, 1рС{пТ) = 1с(пТ) = 1Х,
Ips(nT) = Is(nT) = IY, то могут определяться действительная (актив-
ная) R и мнимая (реактивная) Л части сопротивления .Zp = Z.
Z R +jX= (Ux+JUy)/(lx+jI^,	(1.1)
или после преобразований
UxIx+UyIy	UyIx + UxIy
—	/2 . /2 J I2 J. J2
'x+JY	*x + 1Y
(1.1a)
Расчет выполняется по различным ветвям в зависимости от соот-
ношения между ортогональными составляющими тока 1Х и 1у По-
19
Рис. 1.9. Структурная схема программного измерительного реле полного сопро-
тивления
еле деления (1.1а) на большую из составляющих для знаменателя
получается
ZN= IY+ у при 1у> /Л;
ZN~ Ix+ 1^/1х при 1у< 1Х.
Расчеты активной и реактивной составляющих повторяются
циклически при поступлении последующих дискретных мгновен-
ных значений ортогональных составляющих напряжения и тока.
Во второй части алгоритма формирования и проверки выполне-
ния условий срабатывания измерительного органа сопротивления
должны быть сначала сформулированы ограничения области сраба-
тывания. Характеристика срабатывания, например, в виде выпукло-
го четырехугольника (рис. 1.8, б) задается полностью уравнениями
прямых, образующих стороны четырехугольника:
-^1	+	^2 _-^0,2 + ^ *ёР2’
^3 =	“Л0,2) tgp3’ Х4 = (/?-/?01)tgP4.
Здесь Хо 2, Лод и 7^ 2, а также значения или функции углов р
— предварительно задаваемые параметры характеристики. При раз-
мещении комплекса Z= R+jXвнутри области срабатывания, т.е.
внутри четырехугольника, должны выполняться одновременно
условия
20
X < Xq^I +/? tgPi’, X> Xq 2+ К МэРг"»
x< (R—z< (R-Ro,i)tsP4-
(1.3)
Схема алгоритма проверки условий приведена на рис. 1.8, в.
При непосредственном расчете Z характеристика Хср(ф) на-
првленнного реле сопротивления практически любой сложности мо-
жет быть задана уравнениями линий, ее образующих (рис. 1.8, б).
Характеристика реле полного сопротивления — окружность с цент-
ром в начале координат, радиус которой Zy описывается как
-^5-+^Я = 1, или R2 + X2-Z2
Z2 Z2	у
(1.4)
Измерительное реле срабатывает, если точка Zp находится внутри
окружности, следовательно, условие срабатывания имеет вид
Z2 = Л2 + Х2< Z2.
(1-5)
При подстановке в (1.5) значений X и Хиз (1.1а) получается наи-
более удобное для вычисления выражение условия срабатывания
i(C+^w(>/P2c)]<zy2.
(1.6)
Для реле полного сопротивления нет необходимости вычислять R
и X. Структурная схема программного реле полного сопротивления
представлена на рис. 1.9.
Характеристика направленного реле сопротивления в виде
окружности со смещенным относительно начала координат цент-
ром описывается уравнением
(X)2 + (X)2 = Zy2,
где
R' = (R - Х()) cosvp мч + (X -X0)sinq>M4;
Х'=-(Я-R^siny^ +(Х -Х0)со$фмЧ;
(1-7)
(1.8)
Фмч — угол максимальной чувствительности реле; R и Хвычисляют-
ся по (1. la); Rq, Xq—заданные координаты центра характеристики.
21
Рис. 1.10. Структурная схема программного направленного измерительного реле
сопротивления
После подстановки значений R и X в (1.7) получается условие
срабатывания направленного реле сопротивления
(Л-Л0)2 + (Х-У0)2 = 7у2.
(1.9)
Структурная схема программного направленного реле сопротив-
ления представлена на рис. 1.10.
Структурная схема программного измерительного реле сопро-
тивления с характеристикой срабатывания в виде четырехугольника
(см. рис. 1.8,6) получается довольно сложной [2].
Измерительные реле направления мощности являются частным
случаем направленного реле сопротивления. Его характеристика
срабатывания представляет собой одну или две прямые линии, по-
ложение которых в комплексной плоскости сопротивлений A, JX
(см. рис. 1.8, б) или мощностей задается углами р.
Выше приведены характеристики направленных измерительных
реле сопротивления Z^, Zm и Zaon зашиты ООО НПП “ЭКРА” (см.
рис. 1.6, б). Две из них, а именно Z^ и ^оп, в виде параллелепипе-
дов, ориентированных по направлениям вектора сопротивления ли-
нии (угол <рл), расположены в нижней и верхней полуплоскостях
22
комплексного сопротивления и охватывают начало координат. Ха-
рактеристика наиболее ответственного и строго направленного реле
сопротивления ZOT несколько более сложная и проходит через нача-
ло координат.
Логическая часть защиты. Как видно из упрошенной ее схемы (см.
рис. 1.6, а) пуск ВЧ-передатчиков производится пусковыми про-
граммными фильтр-реле тока и напряжения обратной последовате-
льности /2бл, (72бл и сопротивления ^лС4 через логические операции
/)А7(И), ЛИШИЛИ) и DX1, DX2, DX3 (ЗАПРЕТ). Запрещение пуска
от реле Zckcj контролируется блокировкой от качаний £>Кчерез опе-
рацию DX3 (И). Останов ВЧ-передатчика происходит, как и указыва-
лось, при срабатывании программных измерительных реле направле-
ния мощности обратной последовательности Л/2от, реле сопротивле-
ния ZmCA и после формирования воздействия на отключение.
Воздействие на отключение формируется программными логи-
ческими элементами DX2 совпадения (И) сигналов от программных
измерительного фильтр-реле напряжения U2m, тока /2от и направле-
ния мощности обратной последовательности Л/2от или (операция
DW2) от реле сопротивления Z^^ или от дополнительного про-
граммного фильтр-реле тока обратной ZJOT последовательности.
Операцией DX4 (ЗАПРЕТ) отключение запрещается при наличии
ВЧ-сигнала от ВЧ-приемника. Прохождение воздействия на отклю-
чение задерживается таймером микропроцессора DT на 0,015 с.
Практически полная (лишь с некоторым сокращением) схема ло-
гической части фильтровой направленной высокочастотной защи-
ты на терминале БЭ2704, взятая из материалов ООО НПП “ЭКРА”
[ 18] и приведенная на рис. 1.11, поясняет действие зашиты при раз-
личных КЗ и особенности пуска ВЧ-передатчиков и формирования
воздействий на отключение.
Несимметричные короткие замыкания вне защищаемой зоны. При
несимметричных КЗ в каждом полукомплекте защиты срабатывают
пусковые^ реле U2&n и через логические элементы DX16 (И),
DX18, DX19 (ЗАПРЕТ), DW20, DW21 и /ЧУ/4(ИЛИ) и DX22, DX25
и дискретный выход терминала осуществляется ненаправленный
пуск ВЧ-передатчиков.
При внешнем несимметричном КЗ, например, в точке К2 (см.
рис. 1.5) в полукомплекте НВЧ31 мощность обратной последовате-
льности направлена от линии к шинам, измерительное фильтр-реле
М2от срабатывает и запрещает пуск ВЧ-передатчика на элементе
DX18. В полукомплекте НВЧ32 передатчик остается запущенным,
так как мощность обратной последовательности направлена от шин
в линию и фильтр-реле М2т не срабатывает. В полукомплекте
23
Неисправность
цепей
напряжения Съем
сигнализации
Рис. 1.11. Упрошенная структурная схема фильтровой направленной высокочастотной защиты
24
НВЧ31ы /2от и U2oTчерез элементы DX3I, ОХЗО(И) и £)И<2<?(ИЛИ)
формируется сигнал запрета пуска ВЧ-передатчика на элементе
DX19 и через элементы DX31, DX30 (И) и DW29 (ИЛИ) — сигнал в
цепь отключения — на вход “Старт” элемента D99.
Однако, поскольку в цепи отключения предусмотрена задержка
времени на срабатывание />77(0,015 с), выходной сигнал с элемента
D99 блокируется сигналом ВЧ-приемника от полукомплекта
НВЧ32, который приходит на вход “Стоп” раньше. Задержка време-
ни DT6 (0,002 с) на входе “Сброс” программного элемента D99 пре-
дусмотрена д ля предотвращения формирования его выходного сиг-
нала под воздействием кратковременных помех на выходе ВЧ-при-
емника. Если длительность помех больше, то задержка времени на
срабатывание ^/'/увеличивается на время суммарной длительности
помех. Если длительность помех больше, то обеспечивается “Сброс”
набранной задержки времени на срабатывание элемента D99.
В полукомплекте НВ732измерительное фильтр-реле М2т не сра-
батывает. Таким образом, при внешних несимметричных коротких
замыканиях защита на отключение защищаемой линии не действует.
Симметричные повреждения вне защищаемой зоны. При внешнем
трехфазном КЗ (на рис. 1.5 точка К2) за счет предварительной не-
симметрии первоначально срабатывают пусковые фильтр-реле /26л»
1/2бл обоих полукомплектов защиты и запускают их ВЧ-передатчики.
В полукомплекте НВЧ31 срабатывает измерительное реле сопро-
тивления и через логический элемент /)И<20 (ИЛИ) действует
на пуск ВЧ-передатчика. Одновременное срабатывание програм-
много измерительного фильтр-реле Д/^ и /2„уск обеспечивает пуск
блокировки при качаниях БК: логические элементы DW7 (ИЛИ),
DX36, /Ж5(И), задержки времени DTI, DT2. Если в течение време-
ни DT1 ввода от БК в действие измерительного реле Z^^ оно сра-
ботает, то на выходе логического элемента DX34 (И) появится сиг-
нал, действующий через элемент />И<29(ИЛИ) в цепь отключения.
Однако действие полукомплекта НВЧ31 на отключение не прои-
зойдет, так как сигнал выхода £)99будст заблокирован ВЧ-сигналом
от полукомплекта НВЧ32 раньше, чем закончится задержка време-
ни на срабатывание DT7.
Несимметричные КЗ на защищаемой линии (точка КГ). Первона-
чально срабатывают пусковые фильтр-реле /2бл, ^2бл каждого полу-
комплекта зашиты и обеспечивают пуск ВЧ-передатчиков. Затем в
каждом полукомплекте срабатывают измерительные фильтр-реле
/2от, ^2отг-^2от и запрещают пуск ВЧ-передатчиков на элементе
/Л¥Ми/А¥79(ЗЛПРЕТ)черезDX30 и Н1Г2В(ИЛИ). Черезэлементы
DX31, DX30QA), /)И<29(ИЛ И) формируются сигналы в цепях отклю-
25
чения на входы “Старт” элементов D99. Так как на входах “Стоп”
элементов D99 блокирующие сигналы от ВЧ-приемников отсутст-
вуют, то после задержки времени DT7 на их выходах появляются
сигналы 1, которые поступают на верхние входы элементов DX21
(И). Сигналами на нижних их входах контролируется срабатывание
измерительных реле Zaorb4fi, 7ДО|1ЙС и пускового реле РТ /Опо схеме
DW44 (ИЛИ) при наличии на линии электропередачи ответвления.
Если защищаемая линия без ответвлений, то размыканием про-
граммируемых накладок ХВ1 (единица на соответствующем входе
DV/44) обеспечивается присутствие сигналов I на нижних входах
элементов DX27(W) постоянно.
Выходной сигнал I через элемент DW26(ИЛИ) поступает на вход
элемента DX51 (И), на втором входе которого уже присутствует сиг-
нал 1 от срабатывания чувствительного пускового реле /2бл или из-
мерительных реле ZmCA, Z&nCA, объединенных на элементе DW39
(ИЛИ). Сигнал 1 через логические элементы DV/26 (ИЛИ), DX51,
DX52, DIV53, /)И/Г55(ИЛИ), элемент времени с задержкой на возврат
DT18действует на отключение. Через элементы D W55(ИЛИ), DT9,
DX56 (И) и D W59 (ИЛ И) действует на выдачу сигнала высокочастот-
ного телеотключения (ВЧТО), а выходной сигнал с элемента DW53
(ИЛИ) через дискретные выходы — на пуск внешних УРОВ, в
устройство противоаварийной автоматики (ПАА) и на пуск ТАПВ.
Сигнал с выхода элемента DX52 (И) через DT20 пускает УРОВ тер-
минала ВЧ-защиты.
В случае отказа одной или двух фаз выключателя в ходе отключения
короткого замыкания в защищаемой зоне измерительное фильтр-реле
М2аг может вернуться в исходное состояние. Однако отказа защиты
при этом не произойдет, так как на элементах DW26 (ИЛИ) и DX51
(И) (они охвачены положительной ОС и образуют программный
элемент памяти — триггер) предусмотрен подхват сигнала срабаты-
вания с выхода элемента DX27(H) в цепи отключения, который ис-
чезает только при исчезновении сигнала на выходе элемента DW39
(ИЛИ). Логический сигнал 1_с выхода элемента DX51 (И) через ин-
версный вход элемента DX22 (ЗАПРЕТ) действует на останов
ВЧ -передатчика.
Защита отключает линию электропередачи с двух сторон.
Симметричное повреждение на защищаемой линии. За счет возни-
кающей в начале КЗ несимметрии напряжений и токов пусковые
реле /2бл, (/2бл обоих полукомплектов защиты кратковременно сра-
батывают и обеспечивают пуск ВЧ-передатчиков.
Пуск БК происходит от пусковых реле обратной последователь-
ности /2от, (/2от или /2пуск или от реагирующих на приращение токов
26
прямой и обратной последовательностей Д/бл (элемент DW7). Схема
блокировки при качаниях в течение времени DT1 разрешает про-
хождение сигнала срабатывания программного реле ZmCA на отклю-
чение через элемент DX34 (И) и запоминает его до окончания отра-
ботки выдержки времени на возврат DT2. Элементы DX35 и DW7,
благодаря ОС, образуют программный триггер. Сигнал срабатыва-
ния измерительного реле ZmCA через элементы DX34 (И), DW28
(ИЛИ), DX19 (ЗАПРЕТ) запрещает пуск ВЧ-передатчика и через
элементы DW29 (ИЛИ) действует в цепь отключения.
При трехфазном КЗ вблизи шин и отказе трех фаз выключателя
измерительное реле сопротивления -^ол С/1 после срабатывания мо-
жет вернуться в исходное состояние. Однако защита подействует на
отключение и пуск У РОВ, так как сигнал срабатывания реле сопро-
тивления запоминается программным триггером на DX51 и DW26.
Одной из особенностей микропроцессорной НВЧЗ является
предотвращение возможности ее действия на отключение при изме-
нении направления мощности (ее реверсе) в процессе каскадного
отключения короткого замыкания на параллельной линии; внешнее
повреждение может восприниматься как внутреннее. При этом воз-
можно, что в полукомплекте НВЧ31 переориентация и срабатыва-
ние измерительного реле направления мощности (ИРНМ) Л/2(ЭТ
произойдут раньше, чем соответствующая переориентация и воз-
врат реле Л/2от полу комплекта НВЧ32. В промежутке времени, когда
оба ИРНМ М2аг находятся в состоянии после срабатывания, ВЧ-пе-
редатчики обоих полукомплектов будут остановлены и защита мо-
жетуспеть подействовать на отключение выключателей Qlvi Q2(cm.
рис. 1.5).
Для исключения излишнего действия защиты на отключение
предусмотрено продление сигнала пуска ВЧ-передатчика на время
возврата элемента DT4 (0,025 с), если он непрерывно существовал в
течение времени, превышающего задержку элемента времени DT3
(0,04 с). Тогда если ВЧ-передатчик полукомплекта НВЧ32 запущен
в течение времени не менее 0,04 с (минимально возможное время
отключения одного из выключателей параллельной линии), то неза-
висимо от реверса мощности по линии он остается работающим еще
в течение 0,025 с (максимальное время разброса по временам от-
ключения выключателей параллельной линии).
При неисправностях в цепях напряжения могут сработать програм-
мные измерительные реле сопротивления ZmCA, Z§nCA, Z^^ и
Z^onBC • Ложного действия на отключение зашиты от измерительно-
го реле ZmCA при этом не произойдет, поскольку БК, разрешающая
его действие, запускается только от реле приращений токов обрат-
27
ной и прямой последовательностей Л/бл. Устройство БННдействует
с выдержкой времени DT10(5 с) на сигнализацию и, при необходи-
мости — на пуск ВЧ-передатчика при разомкнутых программных
накладках ХВЗ [единицы на верхнем и нижнем входах DX9, DX10
(И)].
Для выявления неисправностей в цепях переменного напряже-
ния устройство БНН максимальными измерительными реле напря-
жения контролирует алгебраическую сумму векторов напряжений:
—бнн = Шво + &со ~ Д40) + Шни ~ Х/ик)/^»
где Ujq, UpQ, Upo — векторы напряжений вторичных обмоток пер-
вичных измерительных трансформаторов напряжения (TH), соеди-
ненных в звезду; (/ни, Х/ик ~ векторы напряжений вторичных об-
моток TH, соединенных в разомкнутый треугольник.
Для контроля одновременного исчезновения трехфазных напряже-
ний используются три реле минимального напряжения, включенные
по схеме И (на рис. 1.11 не показано). Ими производятся указанные
сигнализация и пуск ВЧ-передатчика.
При качаниях и асинхронном ходе за счет увеличения небалансов
могут сработать измерительные фильтр-реле /2б;|, (/2б;| и запустить
ВЧ-передатчики. При качаниях одновременное срабатывание
фильтр-реле I2m, U2oT произойти не может, и элемент DX31 (И) при
возможном ложном срабатывании измерительного реле М2от не до-
пускает действия на отключение. Пусковые программные
фильтр-реле /2от, ZJnycK, отстраиваются от небалансов при кача-
ниях, поэтому их действие на отключение и пуск БК не происходит,
следовательно, возможное неправильное срабатывание измеритель-
ного реле сопротивления 7отСАтакже не приводит к действию защи-
ты на отключение.
При включении линии (или выполнении ТАПВ) из-за разновре-
менности включения фаз выключателя возникает кратковременная
несимметрия напряжений, вызывающая несимметричный бросок
емкостного тока линии. Однако уставки пусковых реле тока Лот’
и сопротивления ZmCA отстраиваются от емкостного тока линии, их
срабатывание не происходит.
При включении неповрежденной линии электропередачи с от-
ветвлением цепь отключения контролируется измерительными реле
сопротивления ZmCA, Z^aB' ZROnBC и реле тока нулевой последова-
тельности PT /0, отстроенными от броска намагничивающего тока
трансформатором ответвления.
28
Для обеспечения действия защиты на отключение при включе-
нии линии на КЗ или при неуспешном ТАПВ по факту срабатыва-
ния измерительных реле ^лСА, hm и ?ыСА предусмотрена цепь
ускорения при действии на отключение выключателя с контролем
от РПО (KQT) и действием на отключение через логические элемен-
ты DX49, DX51 (И), DW26 (ИЛИ).
При наличии на линии электропередачи ответвления рассматри-
ваемая цепь отключения дополнительно контролируется измерите-
льными реле ZmCA, ZRQnAB, ZwnBCu пусковым реле РТ /0 на логиче-
ском элементе DX49(W). Ввод в работу цепи ускорения производит-
ся размыканием программной накладкой ХВ4 (единица на входе
DX48), а контроль отсутствия напряжения на линии Un перед вклю-
чением — размыканием программной накладкой ХВ5(нульна входе
DIV47). Размыканием программной накладки ХВ10, воздействую-
щей сигналом 1 на программный переключатель D46, задается спо-
соб контроля отсутствия напряжения: с использованием реле мини-
мального напряжения на линии Un < Umin или от внешнего реле
контроля напряжения на линии. Задержка срабатывания в режиме
ускорения определяется таймером DT13(t}.ffl с), а время ввода уско-
рения — регулируемой выдержкой времени на возврат DT8.
При любых операциях с выключателем в целях исключения лож-
ного действия на отключение из-за разновременности включения
фаз выключателя через дискретный вход терминала по сигналу от
ТАПВ, реле команды включить РКВ, реле команды отключить РКО
осуществляется пуск ВЧ-передатчика с задержкой на возврат на эле-
менте DT5 (0,25 с).
С фильтровой направленной высокочастотной защитой интетри-
ровано УРОВ (на схеме рис. 1.11 показаны только цепи на пуск
УРОВ и воздействий от УРОВ) с пуском от релейной защиты или по
сигналу от реле (РПВ) включенного состояния выключателя и с ав-
томатической проверкой исправности выключателя.
Устройство резервирования отказов действия выключателей на
отключение содержит: трехфазные программные максимальные из-
мерительные реле тока, логическую часть и входы для приема внеш-
них сигналов пуска.
В части формирования отключающих воздействий УРОВ обеспе-
чивает возможность действия на отключение резервируемого вы-
ключателя без выдержки времени (действие “на себя”), а затем с вы-
держкой времени действия на отключение смежных (более близких
к источникам питания) выключателей.
29
Поскольку входной пусковой сигнал УРОВ может быть кратко-
временным, в его логической части предусмотрено продление сиг-
нала пуска на время 0,1 с.
1.3.	МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНАЯ
ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ЗАЩИТА
Наиболее совершенная, абсолютно селективная в любых услови-
ях — качания, асинхронный ход, неполнофазный режим — диффе-
ренциально-фазная высокочастотная защита линий электропереда-
чи в микропроцессорном исполнении выпускается в трех модифи-
кациях в виде:
Рис. 1.12. Схема взаимодействия полукомплектов ДФЗ (а ), токи высокой часто-
ты в проводе линии при КЗ в точках К2 (б) и К1 (в )
30
•	шкафов типов ШЭ2607 для линий электропередачи напряже-
нием 110 — 220 кВ и типов ШЭ2710 581 и ШЭ2710 582, защита ин-
тегрирована с однофазным автоматическим повторным включени-
ем (ОАПВ) для линий электропередачи напряжением 330 — 750 кВ,
поставляется ООО НПП “ЭКРА”;
•	шкафов типов “ БРЕСП ЕР-0411.01” д ля линий электропередачи
напряжением до 220 кВ, защита интегрирована с трехфазным АПВ,
и “БРЕСЛЕР-0401” для линий электропередачи напряжением
330 — 750 кВ, защита интегрирована с ОАПВ, поставляется “ИЦ
БРЕСЛЕР”,
•	шкафов типа БМРЗ-ДФЗ, выпускается “НТЦ “Механотроника”.
Одинаковые по принципу действия модификации дифференци-
ально-фазной защиты, особенно поставляемые ООО НПП
“ЭКРА” и “ИЦ “БРЕСЛЕР”, существенно различаются програм-
мной реализацией измерительно-вычислительных функциональ-
ных частей.
Принцип действия дифференциально-фазной защиты (ДФЗ) со-
стоит в сравнении фаз токов /, /" по концам защищаемой линии
(рис. 1.12, а), осуществляемом передачей по одному из ее проводов
сигналов в виде импульсов токов высокой частоты длительностями,
равными половине периода промышленной частоты (рис. 1.12, б, в ).
При показанных на схеме (рис. 1.12, а) условных положительных
направлениях токов /" и КЗ за пределами защищаемой линии
внешнем КЗ, например в точке К2, токи находятся в противофазе.
Формируемые из полупериодов од ного знака импульсы токов высо-
кой частоты сдвинуты во времени на полпериода и образуют в ли-
нии дискретный потенциальный сигнал (рис. 1.12, б}. При КЗ на
защищаемой линии (точке К/) векторы токов/', /" практически сов-
падают и импульсы токов высокой частоты в линии совмещаются
(рис. 1.12, в). При этом в защите ее элементом сравнения фаз фор-
мируется ток, воздействующий на отключение выключателя линии.
Для недействия защиты в первом и действии на отключение вы-
ключателей Q/, 02 линии во втором случае необходим обмен ин-
формацией о фазе токов между двумя полукомплектами защиты
П/к А и П/к В (рис. 1.12, а).
Канал передачи информации организуется установкой в одном
из проводов линии по ее концам заграждающих частотных фильтров
ЗФв виде параллельных резонансных £С-контуров, настроенных на
несущую сигналы частоту и не пропускающих ток высокой частоты
в электрические цепи электростанции или подстанции; конденсато-
ров связи Ссв с изоляцией, соответствующей напряжению, линии и
31
Рис. 1.13. Функциональная схема дифференциально-фазной высокочастотной защиты лннин электропередачи (а ) и ее пуско-
вой орган приращений токов прямой и обратной последовательностей (fi)
фильтров присоединения ФП в виде последовательных резонанс-
ных £С-контуров.
Функциональная схема. Дифференциально-фазная ВЧ-зашита
содержит все четыре функциональные части автоматического
устройства [3] (рис. 1.13, а): измерительно-вычислительную —
ИВЧ, передающую информацию — ПЧ, логическую — ЛЧ и испол-
нительную — ИЧ части, которые состоят из двух одинаковых полу-
комплектов (ИВЧ1, ЛЧ1, ИЧ1 и ИВЧ2, ЛЧ2, ИЧ2), установленных
по концам линии W и связанных передающей частью — /74-кана-
лом связи КС.
Измерительно-вычислительная часть защиты подключена к пер-
вичным измерительным преобразователям — трансформаторам на-
пряжения TVvi тока ТА — и содержит пусковой и измерительные ор-
ганы релейного действия, содержащие:
•	пусковые реле фазных токов (максимальные измерительные
реле тока КА ), токов обратной /2 последовательности (фильтр-реле
тока KAZ^, приращений токов прямой и обратной последователь-
ностей (фильтр-реле токов KAZM 2), междуфазных напряжений
(минимальные измерительные реле’АТ) и сопротивления (направ-
ленные измерительные реле KZ);
•	измерительный элемент управления (манипуляции) ВЧ-пере-
датчиком Z4)2;
•	измерительный элемент сравнения фаз токов ЭСФ.
Пуск передатчика, например GMJ, производится дискретными
сигналами фильтр-реле KAZ^ и KAZ^ состоящнго из фильтров то-
ков обратной Z42 (рис. 1.13, б) и прямой ZA\ последовательностей,
сумматора токов SM и элемента сравнения амплитуд ЭСА токов с за-
фиксированными запоминающим элементом ЗЭ значениями токов
в предшествующем короткому замыканию нормальном режиме /1н,
^2н-
Ток обратной последовательности появляется при любом несим-
метричном, а кратковременно и при трехфазном КЗ. Пусковые мак-
симальные реле фазных токов А/4, минимальные реле напряжения
АТи сопротивления AZиспользуются для повышения чувствитель-
ности пуска ВЧ-передатчика при симметричных КЗ.
Как видно из упрощенной функциональной схемы логической
части ЛЧ1, сигнал %п на пуск управляемого ВЧ-передатчика GM1
проходит через логический элемент DW1 (ИЛИ). Сигнал от KAZ^,
если он кратковременный, запоминается на определенное время
элементом памяти TD.
Орган управления (манипуляции) ВЧ-передатчиком ОМ содер-
жит комбинированный фильтр Z4j 2 токов прямой и обратной по-
33
Рис. I.14. Временные графики, иллюстрирующие времянмпульснын способ срав-
нения фаз (а), зависимость среднего значения тока на выходе ВЧ-прнемннка от
угла сдвига фаз (б) и фазная характеристика дифференциально-фазной защиты
(в)
34
следовательностей, обеспечивающий манипуляцию передатчиком
током прямой последовательности при симметричных и практиче-
ски током обратной последовательности при несимметричных КЗ.
Его сигнал Хм представляет собой напряжение промышленной час-
тоты, пропорциональное сумме токов /j + kl2 прямой /( и обратной
/2 последовательностей. Манипуляция генератором ВЧ-передатчи-
ка GMI состоит в формировании импульсов тока ВЧ лишь в течение
положительного полупериода тока на выходе ZA\ 2.
Элемент сравнения фаз ЭСФ (рис. 1.14, а ) токов на выходах фи-
льтров Z4( 2 двух полукомплектов защиты представляет собой вре-
мяимпульсный элемент сравнения фаз двух синусоидальных вели-
чин релейного действия [2]. Он формирует дискретный потенциаль-
ный сигнал t/ф при углах <р сдвига фаз между токами на выходах
Z4| 2, соответствующих КЗ на защищаемой линии (см. рис. 1.12, б),
в частности <р = 0. Сигнал поступает на верхний вход элемента DX
(И) логической части ЛЧ1, на нижний вход которого приходит диск-
ретный потенциальный сигнал от элемента 2)И<?(ИЛИ) при поступ-
лении на его вход одного (или двух) сигналов от пусковых
фильтр-реле KAZj, KAZ&1 2 или измерительных реле КА, KV, KZ. При
этом электромагнитными выходными реле KL1 и KL2 (на схеме не
показано) формируются отключающие воздействия Х^ и Ху2 на от-
ключение выключателей Q1 и Q2 линии электропередачи (см.
рис. 1.12, а).
Элемент сравнения фаз токов действует по времяимпульсному
способу сравнения фаз (рис. 1.14, а), при котором производится со-
поставление времени /сп совпадения по знаку мгновенных значений
токов Г, Г (см. рис. 1.12) с постоянным установленным временем ty.
Время совпадения равно времени наложения импульсов ВЧ и связа-
но с углом <р сдвига фаз токов (напряжений им, манипуляции
ВЧ-передатчиками полукомплектов защиты) соотношением
Среднее значение импульсного тока /Оп (см. рис. 1.14, б) на выхо-
де каждого из ВЧ-приемников при неизменном наибольшем значе-
нии /п = const (см. рис. 1.14, а ) определяется углом <р сдвига фаз то-
ков Г:
I — I ^сп — I	/1
35
Ток 70п сравнивается с током срабатывания /с элемента сравне-
ния фаз релейного действия, моделирующим установленное время
/у. На рис. 1.14, б показана зависимость тока /Оп от угла ф расхожде-
ния векторов токов 1_\+кГ2 и Г_\ + по концам защищаемой ли-
нии. Она определяет фазную характеристику (рис. 1.14, в) защиты.
В диапазоне углов |<р| < |ф|стах ток /Оп > /с и ЭСФ срабатывает,
обеспечивая действие защиты на отключение линии.
При углах |<р|стах < |<р| л ток 70п < /с и защита не срабатывает —
блокируется. Угол запрета действия на отключение (блокировки)
защиты
Ыбл = 71 - Метах-	О-12)
1.4. ТЕРМИНАЛЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНОЙ
ЗАЩИТЫ
Микропроцессорные дифференциально-фазные высокочастот-
ные защиты в виде указанных шкафов линий электропередачи вы-
сокого и сверхвысокого напряжений ООО НПП “ЭКРА”, “ИЦ
“БРЕСЛЕР” и “НТЦ “Механотроника” различаются по способам
действия их измерительно-вычислительной части. Внешний вид
шкафов также разный.
Микропроцессорная дифференциально-фазная защита в составе
шкафов ШЭ2710 выполняется на унифицированном терминале
БЭ2704 [11] с соответствующим программным обеспечением.
Программная измерительно-вычислительная часть защиты функ-
ционирует на основе ортогональных (синусной и косинусной) со-
ставляющих принужденных напряжений и токов электромагнит-
ных переходных процессов, выделяемых нерекурсивными частот-
ными фильтрами Фурье [2]. По ним вычисляются амплитуды или
действующие значения напряжений и токов и симметричных состав-
ляющих несимметричных трехфазных напряжений и токов, форми-
руются программные фильтры токов прямой и обратной последова-
тельностей и характеристики измерительных реле сопротивления.
Программные пусковые органы имеют определенные особенно-
сти. В связи с использованием нерекурсивного частотного фильтра
Фурье с фиксированной длительностью импульсной характеристи-
ки, равной одному периоду промышленной частоты, время их сра-
батывания tc при трехкратных токах (относительно токов срабаты-
вания) составляет 25 мс.
36
а)	б)	в)
Рис. 1.15. Характеристики срабатывания программных избирателей поареждениой фазы с полным (о ), уменьшенным (б) ко-
эффициентами компенсации током нулевой последовательности и результирующая (в)
Сигналы пуска по дискретным приращениям или изменениям
токов прямой и обратной последовательностей KAZM 2 (см.
рис. 1.13, о) импульсные, длительность импульсов определяется
временем запоминания токов /1н, /2н (см. рис. 1.13, б).
Пусковые органы фазных токов КА (см. рис. 1.13, о) реагируют
на абсолютное значение векторной разности фазных токов.
Программные измерительные реле сопротивления KZфункцио-
нируют по фазным напряжениям и суммам фазных токов и тока ну-
левой последовательности [7] и состоят из двух измерительных реле
в каждой фазе с разной характеристикой (рис. 1.15, о, б). Они вы-
полняют главным образом функцию избирателей поврежденной
фазы (ИПФ), результирующая характеристика которых (рис. 1.15, в)
обеспечивает отключение только поврежденного провода линии
электропередачи при однофазных коротких замыканиях. Характе-
ристики ограничиваются соотношениями, использующими произ-
водимое терминалом ДФЗ измерительное преобразование активной
Ртл реактивной Q мощностей [11]:
для первых трех программных измерительных реле сопротивления
Х>ХуХ или 2G>/^yl;
X<X'yi или 2Q<I*X'yi-,
/?-%ctg(p1</?yl или 2(Р- Gctg(pj)< /ДЛу];
Xctgcpi -R< 0 или 0ctgcpj-P<O;
для вторых трех реле
Х<Х'у2 или 2Q<I^X'y2,
2?-A'ctgcp1< Лу2 или 2(P-6ctg<p1)<Z^/?y2;
<%+%;2/8)ctg<p2-/?< о
или (G + /J^A'y2/16)ctg«P2-/’<0;
(Л(у2/8)_-Я ЧэФз + *>0
или (/2%y2/16)-Ptg(p3 + Q>0.
(1.13)
(1.14)
Главные пусковые органы АЛ2^, KAZ^ 2 и ЛЛ (см. рис. 1.13, о)
имеют по два выхода, воздействующих на пуск ВЧ-передатчика, на-
пример GM1 [через операцию DW1 (ИЛИ)], и на отключение вы-
38
ключателя линии (через операцию Л1К2). Первые выходы более чув-
ствительны к токам коротких замыканий [7].
Микропроцессорная ДФЗ снабжена и дополнительными пуско-
выми органами: максимальными фазных токов и напряжений, на-
пряжения обратной последовательности и измерительным элемен-
том тока нулевой последовательности.
В связи с использованием цепи напряжения первичных измери-
тельных трансформаторов напряжения TV1, TV2(cm. рис. 1.13, а),
защищаемых плавкими предохранителями, при перегорании одно-
го из них или при других повреждениях цепей напряжения програм-
мный элемент (блок) неисправности цепей напряжения (БНН)
ограничивает функционирование ДФЗ только по цепям тока. До-
полнительный измерительный элемент тока нулевой последовате-
льности выводит из действия БНН в случаях КЗ на землю внутри
контура заземления электростанции или подстанции.
Особенностью органа манипуляции ОЛ/(см. рис. 1.13, а) ВЧ-пе-
редатчиком микропроцессорной ДФЗ является формирование ди-
скретных мгновенных значений напряжения, пропорционального
сумме токов прямой и обратной последовательностей Ix + kJ2 из ее
ортогональных составляющих обратным преобразованием Фурье
[2]. Это требует затраты времени длительностью еще одного периода
промышленной частоты. Поэтому микропроцессорная ДФЗ не по-
лучается более быстродействующей, чем ее традиционное аппарат-
ное исполнение: время действия защиты на отключения не менее
длительности двух периодов, т.е. 40 мс.
Как и в аппаратной ДФЗ линий электропередачи напряжением
выше 330 кВ, в органе манипуляции микропроцессорной защиты
предусмотрена компенсация емкостных токов линии, необходимая
для выравнивания токов, подводимых к полукомплектам защиты
[7]-
Программный элемент сравнения фаз ЭСФ (см. рис. 1.13, а) в
микропроцессорной ДФЗ в составе шкафа ШЭ2710 582 является
принципиально традиционным: длительность импульса постоян-
ного тока in, равная времени совпадения /сп (см. рис. 1.14, а ) по зна-
ку мгновенных напряжений манипуляции им, им, интегрируется —
преобразуется в среднее значение — ток (см. рис. 1.14, б), кото-
рый сравнивается с током срабатывания /с элементом сравнения
их абсолютных значений [3]. Угол блокировки защиты <рбл (см.
рис. 1.14, в) составляет<рбл = л/4 5л/12.
Действие защиты при коротких замыканиях целесообразно про-
следить по схеме логической части с показанными на ее входе сигна-
лами измерительно-вычислительной части и на выходе сигналами
39
Рис. 1.16. Функциональная схема микропроцессорной дифференциально-фазной защиты
40
--------------------.-—---------------------------------------------------------------^Отключение 3 » фат от У РОВ
----------------------------------------------------------------------------------------{~П>ск ВЧС N? 1 1
___________________________________________________________ ________________________________< ЗМфётОАПВ 17.1. 7,7]
---------------—-----------------  - -^Отключешк З-жфлтот ВЧС N? I
__________—	।	— -------	 	У " ....................... ^"ОпслючемнеЗ-жфиот	РЗ
-^Выюа ДФЗ прм нсиспрдлнасгн ПП {Д
Ч^ИГНЖДИПЦМЖ »RMrtTpj«JKX7TM 1111	|
41
информации о действии зашиты и управляющими воздействиями
на отключение линии (рис. 1.16). Сигналы реле пускового органа с
двумя выходами обозначены:
•	на пуск ВЧ-передатчика, т е. запрет (блокировку) действия за-
шиты на отключение — /2бл, А/бл, /л бл (сигнал реле линейного тока)
пусковых фильтр-реле KAZq, KAZ^ 2 и реле КА соответственно;
•	на отключение линии — /2от, А/от, /л от;
•	дополнительного пуска и отключения от реле по напряжению
обратной последовательности — (/2бл, (/2от (вводится вдействие раз-
мыканием двух программных накладок ХВ4) с операциями DX98 и
0%99(И).
Пусковые сигналы программных измерительных реле сопротив-
ления и сигналы максимальных и минимальных программных реле
напряжения и тока измерительных органов (ИО) обозначены как
^фС' ^максЛ’ ЦлаксВ’ макс С и ^минЛ’ ЦиинВ’ ^минСи ^вА’
РТвС-
Несимметричное КЗ вне защищаемой линии (точка К2 на
рис. 1.12. а}. Пуск зашиты каждого из полукомплектов при несим-
метричных КЗ осуществляется пусковым органом (ПО), реагирую-
щим на ток (и напряжение) обратной последовательности (его диск-
ретное изменение) и на разность фазных токов — линейный ток /л.
Высокочастотный передатчик запускается сигналами /2бл (6/2бл),
^4);р 4i. бл через логический элемент DW1 (ИЛИ). Сигнал пуска пе-
редатчика запоминается элементом 6 задержки времени на возврат
DTIL что необходимо для обеспечения селективности зашиты при
внешних симметричных КЗ, и через логическую операцию DX8
(ЗАПРЕТ) подается на вход органа манипуляции ОМ — сигнал
“Разрешение манипуляции”. Его сигнал “Выход” производит пуск
ВЧ-передатчика и управляет (манипулирует) генерируемым им то-
ком высокой частоты в соответствии с фазой выходного сигнала
цифрового комбинированного фильтра токов + Л/2.
Токи передатчиков полукомплекгов защиты образуют непрерыв-
ный ВЧ-сигнал (см. рис. 1.12, в) на входе каждого из ВЧ-приемни-
ков. На выходах элементов сравнения фаз ЭСФ ток /Оп равен или
близок к нулю (см. рис. 1.14, б), и они формируютлогический сиг-
нал 0, поступающий на прямой вход элемента DX22 (ЗАПРЕТ) и
препятствующий прохождению сигнала на отключение, подготов-
ленному операцией 01973 (ИЛИ) сигналами /2от, А/ет, /лот, t/2ar.
Для исключения излишнего срабатывания защиты в первый мо-
мент внешнего КЗ предусмотрен элемент временной задержки 14
(DT20). Каждый полукомплект защиты принимает ВЧ-сигнал с про-
42
тивоположного конца с запаздыванием, определяемым временем
его распространения по линии и временем установления процесса в
относительно узкополосном ВЧ-канале связи. Поэтому и необходи-
ма минимальная задержка времени не менее 0,01 с.
Симметричное КЗ вне защищаемой линии. При симметричных КЗ
составляющие обратной последовательности появляются кратко-
временно в начале его возникновения. Пуск ВЧ-передатчика обес-
печивается фиксацией кратковременного срабатывания пусковых
органов — сигналы 12Ъл и А/бл. Импульсный сигнал пуска передатчи-
ка запоминается (расширяется) элементом 6{DT11) на 0,6 с.
Цепи отключения защиты подготавливаются сигналами кратковре-
менного срабатывания ПО /2от или чеРез элемент DW13(ИЛИ),
а также ИО 7фА, 7фВ, 7фС, включенными по логической схеме DW96
(ИЛИ), по цепи прямых входов элементов DX 97 и DX10 (ЗАПРЕТ) и
замкнутой обратной связью ОС логической схемы с первой опера-
цией DX11 (И).
Фиксация кратковременного срабатывания ПО на отключение
осуществляется обратной связью с выхода элемента DX17 (ЗА-
ПРЕТ) на вход элементов DX11, DW13 и DW1S (ИЛИ) на время 0,2 с
[определяется элементом 16(задержка времени DT2)\.
Вывод из действия канала отключения при трехфазных КЗ сигна-
лом 1 на выходе элемента 16(DT2), поступающим на инверсный вход
DX 17, через 0,2 с после начала КЗ производится до того, как хотя бы
на одном конце запрещается пуск ВЧ-передатчика. Это обеспечива-
ет недействие защиты на отключение при внешних симметричных
повреждениях при неодновременном запрете пуска передатчиков.
Схема подготовки канала отключения при трехфазных КЗ по-
строена так, что не происходит повторного ее пуска при отключении
внешнего трехфазного КЗ, когда могут кратковременно появиться
составляющие обратной последовательности. Указанное определя-
ется тем, что сигналы срабатывания ИО 7фА, 7фВ, Z(j)C, включенные
по логической схеме ИЛИ (элемент /ЛС96), запрещают прохожде-
ние сигнала по цепи отключения на элементе DX10 (ЗАПРЕТ) через
время 0,2 с, определяемое элементом 9 (DT1).
Короткие замыкания на защищаемой линии (точка К1 на
рис. 1.12, а). Пуск защиты при симметричных и несимметричных
КЗ на защищаемой линии происходит так же, как и в случае КЗ вне
защищаемой зоны. После задержки по времени операцией 14
(DT20) в канале отключения с контролем [операции DW221A DX26
(И)] включенного выключателя линии программными максималь-
ными реле тока Р!^, Р1вВ и Р1вС (с током срабатывания
43
/с = 0,04/ном) благодаря наличию пауз в приеме токов ВЧ (см.
рис. 1.12, би 1.13, а) появляется логический сигнал 1 на выходе эле-
мента сравнения фаз ЭСФи при отсутствии на инверсном входе эле-
мента DX18 логической единицы от цепи ускорения защиты в цикле
ОАПВ через операции 20 (DT6), 21 (DTI7 — задержка на возврат),
DX22(И), 23(DT8), 24(программный переключатель М в противо-
положном показанному на рис. 1.16 положении), DW25 (ИЛИ),
DX90 (И-ЗАПРЕТ), через программный переключатель 28 (М) в
противоположном показанному состоянии, ^И/29(ИЛ И) и 30(DT9)
защита действует на отключение трех фаз выключателями QI, Q2 и
выдает сигналы “Действие ДФЗ”и “Отключение трех фаз от ДФЗ”.
Элемент 30(DT9)c выдержкой времени на возврат обеспечивает на-
личие дискретного выходного воздействия достаточной для отклю-
чения выключателя длительности.
Производится запрет пуска и манипуляции ВЧ-передатчика по
цепи: операции 30(DT9), /)И<?5(ИЛИ), 41(DT3) и 42(DT4—^задер-
жка на возврат), ОИ^ПО(ИЛИ), инверсный вход элемента DX4 (ЗА-
ПРЕТ), операция D W7(ИЛИ) и инверсный вход элемента DX8 (ЗА-
ПРЕТ). Блокируются сигналы “Пуск” и “ Разрешение манипуляции”,
и работа передатчика прекращается. При этом подачей логического
сигнала 1 на вход R производится сброс выдержки времени DT11
элемента временной памяти сигнала пускового органа на манипуля-
цию передатчиком. Так же действует через DW38w непосредственно
через DT15(43) внешний (на входе терминала) сигнал “Запрет пуска
ВЧ”.
Сигнал запрета пуска передатчика с выхода элемента 42(DT4) на
элементе DX54(W) создает обходную цепь ЭСФ, подавая логический
сигнал 1 с выхода элемента 14(DT20) на вход элемента £)И/25(ИЛ И).
Предусмотрен подхват пуска защиты на время £>772при симмет-
ричном КЗ программными измерительными реле Z^A, Z^B, Z^c,
включенными по логической схеме ИЛИ (элемент DW96), операци-
ями И DX12, DX17, образующими за счет обратной связи програм-
мный триггер.
При введенном ОАПВ (сигнал “Работа без О/ШБ” отсутствует)
выходной сигнал канала отключения через элементы DX90, DW28
(переключатель М в показанном на схеме положении) и DT10 (31)
действует на его пуск.
В этом случае сигнал запрета пуска ВЧ-передатчика на входе эле-
мента /ЛИ?#(ИЛИ) определяется схемой устройства ОАПВ, подаю-
щей сигнал “Запрет ВЧпри отключении 3-х фаз от ОАПВ”. При от-
ключении ОАПВ одной фазы указанный сигнал не формируется и
запрет пуска ВЧ-передатчика не происходит.
44
Для исключения излишнего срабатывания защиты при КЗ на
смежной параллельной линии и изменении направления (реверсе)
мощности за счет неидентичного переходного процесса в ОМ ее по-
лукомплекгов предусмотренаспециальная логическая схема, состо-
ящая из элементов DX18 и DX22 (ЗАПРЕТ), задержки времени DT6
на срабатывание (0,04 с) и элемента /)77задержки времени на воз-
врат (0,05 с).
При отключении выключателя Q3 параллельной ВЛ возможен
реверс мощности, и ЭСФ может кратковременно выдать логический
сигнал 1. Излишнее отключение неповрежденной линии при этом
не произойдет, так как в течение выдержки времени на возврат эле-
мента 21 (DT7) (0,05 с) на инверсном входе элемента DX22 (ЗА-
ПРЕТ) будет присутствовать логический сигнал 1.
Поведение защиты в цикле ОАПВ. При работе ДФЗ совместно с
ОАПВ (на двери шкафа устанавливается в соответствующее поло-
жение переключатель “ОАПВ”) программный переключатель 28
(М) подключает выходную цепь канала отключения к элементу 31
(DT10). Зашита действует на пуск устройства ОАПВ, которое опре-
деляет вид повреждения и производит отключение только повреж-
денной фазы при однофазных КЗ или действует на отключение трех
фаз выключателя в случае многофазных КЗ.
При однофазных КЗ на землю на защищаемой линии запрет пус-
ка ВЧ-передатчика не происходит, так как при однофазных отклю-
чениях не появляется логический сигнал от схемы ОАПВ “Запрет
пуска ВЧпри отключении 3-х фаз от ОАПВ”. При этом не создается
обходная цепь ЭСФ на элементе DX54 (И), и он остается в работе.
После отключения поврежденной фазы в цикле ОАПВ токи на-
грузки в неполнофазном режиме соответствуют внешней несиммет-
рии. В ВЧ-канале сигнал становится практически непрерывным, и
ЭСФ воспринимает неполнофазный режим как внешнее поврежде-
ние, его выходной сигнал устанавливается в логический нуль. По
истечении задержки (0,025 с) элемента 31 {DT1O) сигнал пуска
ОАПВ исчезает.
Если в цикле ОАПВ возникает новое КЗ на оставшихся двух фа-
зах линии, повторное действие на пуск защиты производится так же,
как и при несимметричном повреждении в полнофазном режиме;
ЭСФ воспринимает его как повреждение в защищаемой зоне. Фор-
мируется сигнал “Неполнофазныйрежим в цикле ОАПВ”, появляется
логическая 1 на входе элемента DW63 (ИЛИ), и через время 0,02 с,
определяемое элементом 64{DT24), появляется логическая 1 на ин-
версном входе элемента DX18 (И-ЗАПРЕТ), элемент задержки 20
(DT6) не запускается, переключатель М (элемент 24), управляемый
45
указанной единицей, исключает из канала отключения элемент за-
держки времени 23(DT8) отключения трех фаз. От DT9(3O) форми-
руется сигнал “Запрет пуска ВЧ”, благодаря чему ускоряется и от-
ключение противоположного конца линии.
На рис. 1.15 сохранены ряд показанных на фирменной схеме
входных сигналов программных логических операций, выходных
управляющих воздействий и сигналов информации, связанных с
особенностями реакции микропроцессорной ДФЗ на включение
неповрежденной линии и ее включение на КЗ, возникновение КЗ
на линии, включенной с одной стороны, проверке аппаратуры
высокочастотного канала связи (АПК), описание которой содер-
жится в [19] и здесь опускается.
Важной особенностью микропроцессорной ДФЗ является при-
менение недостаточно надежных (повреждаемых) цепей вторичных
напряжений первичных измерительных трансформаторов напряже-
ния, в связи с чем в защите предусматривается устройство (блок) не-
исправности цепей напряжения (БНН). По его сигналу и при сраба-
тывании трех программных минимальных реле напряжения Смин?1,
ЦлинВ’ ЦчинС [°пеРация DX44(M}\, контролируемых максимальны-
ми реле включенного состояния выключателя линии РТъА, РТъВ,
РТвС [операции DW92 (ИЛИ) и DX44 (И)], выводятся из действия
пусковые программные реле сопротивления Z^A, Z^B, Z$c пепей от-
ключения [операции /)И/96(ИЛИ) и DX91 (ЗАПРЕТ)] и формирует-
ся сигнал “Неисправность цепей напряжения” через DW47 и DT21
(53). При этом происходит лишь некоторое загрубление защиты при
трехфазных КЗ.
Однако воздействие на отключение пускового программного
реле напряжения обратной последовательности С2от разрешается
разомкнутой накладкой ХВ4 — операция DX99 (И), но только при
наличии сигналов /2бл, А4>л [операция DW116 (ИЛИ)].
Сигнал БНН контролируется программным реле тока /0 нулевой
последовательности, поскольку БНН может излишне сработать при
однофазном КЗ внутри контура заземления электростанции или
подстанции: запрещение его действия производится сигналом I на
инверсном входе программного элемента DX50 (ЗАПРЕТ), сигнал О
фиксируется программным триггером на элементах DX50 и DW5J,
замкнутых ОС.
Дифференциально-фазная защита серии “БРЕСЛЕР”. Микро-
процессорная ДФЗ исследовательского центра “ИЦ “БРЕСЛЕР”
выпускается на специальном терминале типа “БРЕСЛЕР-0401” в
трех модификациях для линий электропередачи напряжением
110 — 220 кВ и линий сверхвысокого напряжения 500 — 750 кВ, ин-
46
тегрированная с однофазным АПВ в виде шкафов “БРЕС-
ЛЕР 2604.111 ” и “БРЕСЛЕР 2704.51” соответственно [9].
Защита отличается применением ряда новшеств, совершенству-
ющих алгоритм ее функционирования и повышающих быстродей-
ствие на отключение КЗ [9], а терминал имеет высокоскоростной
аппаратный выход для управления высокочастотным передатчиком.
Новым, более эффективным и менее инерционным является
способ формирования ортогональных составляющих принужден-
ных напряжений и токов промышленной частоты электромагнит-
ных переходных процессов в ЭЭС. Вместо цифрового частотного
фильтра Фурье применяется несколько различных нерекурсив-
ных фильтров, в том числе адаптивный с автоматическим выбо-
ром наиболее эффективного и быстродействующего в конкрет-
ной ситуации.
В пусковом органе защиты применены программные фильтр-ре-
ле аварийных составляющих фазных токов, их разностей и симмет-
ричных составляющих с ортогональным алгоритмом их выделения
[9]. Используется и ток нулевой последовательности. В токовый пу-
сковой орган введена компенсация емкостных токов линий сверх-
высокого напряжения.
При этом к пусковым программным реле напряжения обратной
последовательности полукомплектов защиты подводится одно и то
же вычисляемое напряжение, пропорциональное напряжению об-
ратной последовательности в середине защищаемой линии, что по-
вышает устойчивость функционирования защиты [9].
Пуск защиты по аварийным составляющим токов существенно
повышает чувствительность, особенно при коротких замыканиях в
неполнофазном режиме в цикле ОАПВ.
Для снижения влияния помех от короны на длинных линиях
сверхвысокого напряжения в органе манипуляции высокочастот-
ным передатчиком осуществлена специальная фазовая коррекция
[9]. Связь между приемопередатчиками полукомплектов зашиты
производится по волоконно-оптической линии (ВОЛС), что повы-
шает быстродействие сравнения фаз токов.
Элемент сравнения фаз является более быстродействующим за
счет трехканального [9] его выполнения.
По новым алгоритмам функционируют программные избирате-
ли поврежденного провода линии при однофазных КЗ и органы
контроля погасания электрической дуги (КПЭД) и успешности
включения линии (КУВ) с одной стороны при ОАПВ. Избиратель
поврежденных фаз выпускается в виде отдельного изделия типа
“БРЕСЛЕР ТЛ2605”.
47
Выбор поврежденной фазы производится комбинированными
программными реле суммы токов обратной и нулевой последова-
тельностей и реле приращения абсолютного значения суммы их
векторов. Второе из них предназначено и для защиты линии элект-
ропередачи в неполнофазном режиме цикла ОАПВ. Важной их
особенностью является высокое быстродействие — они должны
срабатывать раньше формирования сигнала на отключение ДФЗ.
Особенности органов КПЭД и КУВ рассмотрены в ч. 2 брошюры в
параграфе по микропроцессорной автоматике ОАПВ.
Особенностями действия ДФЗ и ОАПВ на отключение и включе-
ние выключателей линии электропередачи являются также:
•	отключение только одной фазы при двухфазных КЗ;
•	отключение неповрежденных фаз при непогасании электриче-
ской дуги однофазного КЗ на землю;
•	очередность отключения неповрежденных фаз при неуспешном
ОАПВ.
Дифференциально-фазная защита в виде терминала БМРЗ-ДФЗ,
выпускаемая “НТЦ “Механотроника” и предназначенная для ли-
ний электропередачи напряжением 110 и 220 кВ, интегрирована с
трехфазным АП В. Основными ее особенностями являются:
•	только токовые пусковые органы — кроме токов обратной и ну-
левой последовательностей для пуска защиты используются сигна-
лы, формируемые по приращениям токов прямой и обратной после-
довательностей, аварийной составляющей фазного тока и по разно-
сти векторов фазных токов;
•	наличие третьей уставки пусковых органов, обеспечивающей
защиту трансформатора без выключателя на отпайке от защищае-
мой линии;
•	отстройка от бросков тока намагничивания трансформатора;
•	интегрирующий орган сравнения фаз, накапливающий сигнал
в зависимости от соотношения длительностей импульсов тока высо-
кой частоты и пауз между ними, и расширение длительности его вы-
ходного сигнала;
•	задержка на 25 мс действия на отключение линии при внутрен-
них КЗ (точка К1 на рис. 1.12, а) и задержка на 50 мс при фиксации
внешнего КЗ (точка К2) для повышения устойчивости функциони-
рования защиты — предотвращения излишних срабатываний.
48
Список литературы
1.	Дьяков А. Ф., Овчаренко Н. И. Микропроцессорная релейная за-
щита и автоматика элекроэнергетических систем: Учеб, пособие
для вузов. М.: Издательство МЭИ, 2000.
2.	Овчаренко Н. И. Аппаратные и программные элементы автома-
тических устройств энергосистем. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004.
3.	Лукоянов В. Ю. Комплект микропроцессорных устройств релей-
ной защиты и автоматики для оснащения подстанций 6 — 35 кВ.
// Релейная защита и автоматика энергосистем 2004. М.: ВВЦ,
2004. С. 277, 278.
4.	Цифровые устройства релейной защиты и автоматики. СПб.:
“НТЦ “Механотроника”, 2003.
5.	Арсентьев А. П., Нудельман Г. С., Шапеев А. А. Новые функцио-
нальные возможности устройств РЗА высокого напряжения. //
Релейная защита и автоматика энергосистем 2004. М.: ВВЦ, 2004.
6.	Фурашов В. С., Камаев Е. В. Шкаф автоматики управления вы-
ключателем, ТАПВ, УРОВ типа ШЭ2710511 // Там же. С. 100.
7.	Дони Н. А., Левиуш А. И., Фокин Г. Г. Шкаф дифференциаль-
но-фазной защиты с ОАПВ типа ШЭ2710582. // Там же.
С. 96 - 98.
8.	Дони Н. А., Фурашов В. С. Комплекс микропроцессорных защит
для присоединений 330 кВ. // Там же. С. 94, 95.
9.	Шкафы микропроцессорной дифференциально-фазной защиты
“БРЕСЛЕР-0411” с функцией однофазного автоматического по-
вторного включения / В. А. Ефремов, О. Н. Григорьев,
Н. В. Подшивалин, Ю. Я. Лямец // Там же. С. 69 — 75.
10.	Вазюлин М. В., Стрелков В. М.» Фокин Г. Г. Микропроцессор-
ный модуль для панели АПВ типа ПДЭ-4.01, выполняющий фун-
кции погасания дуги и успешности ОАПВ линии // Там же.
С. 108- НО.
11.	Терминалы защиты серии БЭ2704: Руководство по эксплуатации.
Чебоксары: НПП “ЭКРА”, 2000.
12.	Основные принципы построения релейной защиты оборудования
330 — 750 кВ с использованием микропроцессорных устройств
серии ШЭ2710 / Ю. Н. Алимов, А. К. Белотелов, А. И. Левиуш и
др. // Электрические станции. 2005. № 7. С. 32 — 35.
49
13.	Микропроцессорные средства противоаварийной автоматики ло-
кального уровня / А. А. Акинин, А. Б. Ваганов, Д. Р. Любарский
и др.; Под ред. В. А. Шуина, М. Ш. Мисриханова, А. В. Мошка-
рина И Повышение эффективности работы энергосистем: Тр.
ИГЭУ. Вып. VII. М.: Энергоатомиздат, 2004. С. 436 — 444.
14.	Акинин А. А., Иванов И. А., Любарский Д. Р. Микропроцессор-
ное устройство автоматики ограничения повышения напряже-
ния с контролем ресурса оборудования // Вестник ИГЭУ. 2005.
Вып. 1.
15.	Кочкин Н. А., Шурупов А. А., Фокин Г. Г. Шкаф дистанционной
и токовой защиты линии с ОАПВ типа ШЭ2710 521. // Релейная
защита и автоматика. 2004. М.: ВВЦ, 2004. С. 99.
16.	Овчаренко Н. И. Аналоговые элементы микропроцессорных
комплексов релейной защиты и автоматики. М.: НТФ “Энерго-
прогресс”, 2001. [Библиотечка электротехника, приложение к
журналу “Энергетик”. Вып. 9 (33)].
17.	Овчаренко Н. И. Программные функциональные элементы
микропроцессорной автоматики и релейной зашиты электро-
энергетических систем. М.: НТФ “Энергопрогресс”, 2006. [Биб-
лиотечка электротехника, приложение к журналу “Энергетик”.
Вып. 5 -6(89 - 90)].
18.	Шкаф направленной высокочастотной защиты линии типа
2607 031: Руководство по эксплуатации. Чебоксары: ООО НПП
“ЭКРА”, 2000.
19.	Шкаф дифференциально-фазной защиты линии и устройства
однофазного автоматического повторного включения типа
ШЭ2710 582: Руководство по эксплуатации. Чебоксары: ООО
НПП “ЭКРА”, 2005.
20.	Шкаф резервной зашиты и однофазного автоматического по-
вторного включения линии типа ШЭ2710 521. Чебоксары: ООО
“ЭКРА”, 2004.
21.	Шкаф основной защиты автотрансформаторов ШЭ2710 542. Че-
боксары: ООО “ЭКРА”, 2004.
22.	Индикатор микропроцессорный фиксирующий ИМФ-ЗС: Тех-
ническое описание, инструкция по эксплуатации, паспорт. М.:
ЗАО “РАДИУС Автоматика”, 2004.
23.	Арцишевский Я. Л. Определение мест повреждения линий элект-
ропередачи в сетях с заземленной нейтралью. М.: Высш, шк.,
1988.
24.	Аржанников Е. А., Чухин А. М. Методы и приборы определения
мест повреждения на линиях электропередачи. М.: НТФ “Энер-
гопрогресс”, 1998. [Библиотечка электротехника, приложение к
журналу “Энергетик”. Вып. 3].
25.	Терминал регистрирующий типа БЭ2704V900: Руководство по эк-
сплуатации. Чебоксары: ООО НПП “ЭКРА”, 2004.
50
Содержание
Часть 1
Предисловие...............................................3
ГЛАВА ПЕРВАЯ. Микропроцессорная релейная защита
линий электропередачи высокого
и сверхвысокого напряжений..............................5
1.1.	Виды и особенности. Унифицированные терминалы.....5
1.2.	Микропроцессорная фильтровая направленная
высокочастотная защита................................14
1.3.	Микропроцессорная дифференциально-фазная
высокочастотная защита................................30
1.4.	Терминалы дифференциально-фазной защиты..........36
Список литературы........................................49
Часть 2
Предисловие.................................................
1.5.	Микропроцессорная дистанционная
и токовая направленная нулевой последовательности
защиты линий электропередачи.............................
ГЛАВА ВТОРАЯ. Микропроцессорная автоматика линий
электропередачи высокого и сверхвысокого напряжений.........
2.1.	Виды микропроцессорной автоматики...................
2.2.	Микропроцессорная автоматика повторного включения...
2.3.	Микропроцессорное устройство контроля погасания
электрической дуги и успешного включения
отключенной фазы с одной стороны.........................
2.4.	Действие автоматики однофазного повторного включения. . . .
2.5.	Микропроцессорная автоматика
ограничений повышения напряжения.........................
2.6.	Микропроцессорные автоматические устройства
определения мест повреждения линий электропередачи.......
2.7.	Автоматический регистратор электромагнитных
переходных процессов.....................................
Список литературы...........................................
51
Библиотечка электротехника
Приложение к производственно-массовому журналу “Энергетик"
ОВЧАРЕНКО НИКОЛАЙ ИЛЬИЧ
Микропроцессорная релейная зашита и автоматика линий
элекгропередачи ВН и СВН (часть 1)
АДРЕС РЕДАКЦИИ:
115280, Москва, ул. Автозаводская, 14/23
Телефоны: (495) 675-19-06, тел. 675-00-23 доб. 22-47; факс: 234-74-21
Научный редактор А. М. Александров
Редакторы: Л. Л. Жданова, Н. В. Ольшанская
Худож.-техн. редактор Т. Ю. Андреева
Корректор Е. П. Севостьянова
Сдано в набор 05.03.07. Подписано в печать 20.04.07.
Формат 60x84,/j6. Печать офсетная.
Печ. л. 3,25. Заказ БЭТ/04( 100)-2007
Макет выполнен издательством “Фолиум”: 127238, Москва, Дмитровское ш., 58.
Отпечатано типографией издательства “Фолиум”: 127238, Москва, Дмитровское ш., 58
Журнал “Энергетика за рубежом”
— приложение к журналу “Энергетик”
Подписывайтесь на специальное приложение к жур-
налу “Энергетик” — “Энергетика за рубежом”. Это
приложение выходит один раз в два месяца.
Журнал “Энергетика за рубежом" знакомит читателей
с важнейшими проблемами современной зарубежной
электроэнергетики, такими, как:
—	развитие и надежность энергосистем и
энергообъединений;
—	особенности и новшества экономических и рыночных
отношений в электроэнергетике;
—	опыт внедрения прогрессивных технологий в энерге-
тическое производство;
—	модернизация и реконструкция (перемаркировка)
оборудования электростанций, электрических и теп-
ловых сетей;
—	распространение нетрадиционных и возобновляе-
мых источников энергии;
— энергосбережение, рациональное расходование
топлива и экологические аспекты энергетики.
Подписку можно оформить в любом почтовом от-
делении связи по объединенному каталогу “ПРЕССА
РОССИИ”. Том 1. Российские и зарубежные газеты
и журналы.
Индексы журнала “Энергетика за рубежом”
— приложения к журналу “Энергетик”
87261 — для предприятий и организаций;
87260 — для индивидуальных подписчиков.
OS авторе
Николай Ильич Овчаренко —
лауреат премии Президента
Российской Федерации
в области образования,
доктор технических наук,
профессор кафедры
“Релейная защита и
автоматизация энергосистем"
Московского энергетического
института (технического
университета).
Н. И. Овчаренко — автор ряда научно-технических монографий,
учебных пособий и учебников по теории и технике автоматики и
релейной защиты электрических станций, сетей и систем. Наи-
более крупные из них: монография “Аналоговые и цифровые эле-
менты автоматических устройств энергосистем” (1989 г.) и учеб-
ники для вузов “Элементы автоматических устройств энергосис-
тем” (1995 г.), “Автоматика электрических станций и электро-
энергетических систем” (2000 г.) и монография “Аппаратные и
программные элементы автоматических устройств энергосис-
тем” (2004 г.).
Отечественную микропроцессорную
релейную защиту
и противоаварийную автоматику
— вместо зарубежных аналогов