- •1 Общие вопросы релейной защиты
- •1.1 Реле и их классификация
- •1.2 Основные требования к релейной защите
- •1.3 Виды повреждений и ненормальных режимов работы сетей
- •1.4 Оперативного ток и его источники
- •1.5 Первичные измерительные преобразователи в релейной защите и их схемы соединения с нагрузкой
- •1.5.1 Трансформаторы тока
- •1.5.2 Схемы соединения измерительных трансформаторов тока и
- •1.5.2.1 Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в полную звезду
- •1.5.2.2 Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звезду
- •1.5.2.3 Схема соединения трансформаторов тока в треугольник, а обмоток реле в звезду
- •1.5.2.4 Двухфазная однорелейная схема соединения в неполный треугольник (на разность токов двух фаз)
- •1.5.2.5 Схема соединения трансформаторов тока в фильтр нулевой последовательности
- •1.5.3 Трансформаторы напряжения и схемы соединения их обмоток и реле
- •2. Релейная защита лэп
- •2.1. Токовые защиты лэп
- •2.1.1. Защита линий с помощью максимальной токовой защиты
- •2.1.1.1. Схемы максимальных токовых защит
- •2.1.1.2 Выбор тока срабатывания максимальной токовой защиты
- •2.1.1.3 Выбор времени срабатывания действия максимальной токовой защиты
- •2.1.1.4. Общая оценка и область применения максимальных токовых защит
- •2.1.2. Токовые отсечки
- •2.1.2.1. Мгновенная токовая отсечка
- •2.1.2.2. Мгновенная токовая отсечка
- •2.1.2.3. Выбор тока срабатывания токовой отсечки с выдержкой времени
- •2.1.3 Общая оценка токовых защит
- •2.1.4. Комбинированная отсечка по току и напряжению
- •2.1.4.1 Выбор параметров срабатывания защиты
- •2.2. Токовые направленные защиты
- •2.2.1. Максимальная токовая направленная защита
- •Условия исключают друг друга.
- •Выбор тока срабатывания производится по трем условиям:
- •2.2.2. Токовые направленные отсечки
- •2.2.3. Краткая оценка токовых направленных защит
- •2.3. Дистанционная защита
- •На рис. 34 приведена схема трехступенчатой защиты, которая включает следующие органы:
- •2.3.1. Выбор параметров срабатывания
- •2.4. Защита от замыканий на землю
- •2.4.1 Защита от замыканий на землю в сетях с изолированной и эффективно-заземленными нейтралями
- •2.4.2. Защита от однофазных коротких замыканий на землю в сети с заземленной нейтралью
- •2.5. Защиты лэп с абсолютной селективностью
- •2.5.1. Дифференциальные защиты лэп
- •2.5.1.1 Продольная дифференциальная защита лэп Продольной дифференциальной токовой защитой называется защита, основанная на принципе сравнения амплитуд и фаз токов по концам защищаемого элемента.
- •2.5.1.2. Поперечная дифференциальная защита
- •Выбор параметров срабатывания
- •2.5.2. Высокочастотные защиты лэп
- •3. Защита трансформаторов
- •3.1. Газовая защита трансформатора
- •3.2. Максимальная токовая защита трансформаторов
- •3.3. Максимальная токовая защита от перегрузки
- •3.4. Токовая отсечка
- •3.5. Токовая защита нулевой последовательности
- •3.6. Дифференциальная токовая защита трансформаторов
- •3.7. Особенности защиты трансформаторов, не имеющих выключателей на стороне высшего напряжения
- •4. Релейная защита шин станций и подстанций
- •4.1. Токовые защиты
- •4.2. Дифференциальная защита
- •5. Защита синхронных генераторов
- •5.1. Виды повреждений и ненормальных режимов работы
- •5.2 . Виды защит, применяемых для генераторов
- •5.2.1. Продольная дифференциальная защита
- •5.2.2. Поперечная дифференциальная защита
- •5.2.3. Защита от однофазных замыканий на землю в обмотке статора
- •5.2.4 Максимальная токовая защита от внешних замыканий
- •5.2.5 Токовая защита обратной последовательности
- •5.2.7 Максимальная токовая защита генератора от симметричных перегрузок
- •5.2.8 Защита от повышения напряжения
- •5.2.9 Защита от замыканий на землю обмотки возбуждения
- •5.2.10. Защита ротора от перегрузки
- •5.2.11. Защита от асинхронного режима при потере возбуждения
- •5.3. Особенности защит синхронных компенсаторов
- •6.Защита электродвигателей
- •7. Резервирование отказов в действии релейной зашиты и
- •Оглавление
2.3.1. Выбор параметров срабатывания
I ступень защиты включает пусковое реле КА, реле направления мощности KW и промежуточное реле, реле сопротивления KZ. Сопротивление срабатывания первой ступени выбирается по условию:
где - сопротивление фазы защищаемой линии.
Охват первой ступенью защиты всей линии W невозможен в связи с неточностью задания сопротивления линии, неточностью установки реле и другими погрешностями. Время действия I ступени выбирается минимально допустимым, то есть отстраивается лишь от действия разрядников:
0,080,1c
II ступень защиты включает пусковое реле КА, реле направления мощности KW, реле времени KT2, реле сопротивления KZ2, промежуточное реле KL:
.
Время действия II ступени защиты:
0,6 с.
Зона действия второй ступени защищает всю линию W и шины подстанции.
При КЗ в зоне действия I ступени II ступень выполняет функции резервной защиты.
Рис.35. Зоны действия и выдержка времени срабатывания ступеней дистанционной защиты
III ступень защиты: включает пусковое реле, реле направления мощности KW, реле времени KT3, промежуточное реле KL.
Если пусковое реле токовое, то третья ступень – это максимальная токовая направленная защита. Ее параметры выбираются следующим образом.
Время срабатывания:
,
где - время срабатывания максимальной токовой защита смежного элемента;- ступень селективности.
Ток срабатывания:
,
где - коэффициентом надежности,- коэффициент запуска,- коэффициент возврата,- максимально возможный рабочий ток..
Если третья ступень выполняется на базе реле сопротивления, то ее параметры выбираются следующим образом:
,
где - минимальное значение рабочего напряжения.
Основные достоинства дистанционной защиты:
– селективна в сетях любой конфигурации;
– обладает хорошей чувствительностью и быстродействием. До 85% защищаемой линии отключает без выдержки времени.
2.4. Защита от замыканий на землю
2.4.1 Защита от замыканий на землю в сетях с изолированной и эффективно-заземленными нейтралями
Замыкание одной фазы на землю в сети с незаземленной или резонансно-заземленной нейтралью не cопровождается протеканием больших токов. Такой режим работы сети не является нормальным, но допускается в течении двух часов, то есть не требует немедленного отключения поврежденного участка. Основная задача релейной защиты в этом случае состоит в определении момента возникновения повреждения и определении поврежденной фазы.
В течении двух часов после возникновения повреждения (однофазного замыкания на землю) оно должно быть устранено. Если это невозможно, то линию разгружают, а потребителей переводят на другой источник питания.
В месте замыкания на землю протекает емкостной ток, величина которого зависит от протяженности и разветвленности сети.
Отыскание места замыкания на землю производится с помощью общих или индивидуальных устройств сигнализации. Общая сигнализация при замыканиях на землю выполняется одним из способов, показанных на рис.36.
Наиболее простым способом является включение трех вольтметров PV на фазные напряжения (рис.36а). Такие устройства, называемые контролем изоляции, имеются на каждой электростанции и подстанции. Нормально вольтметры показывают равные по значению фазные напряжения. При глухом (металлическом) замыкании на землю одной из фаз напряжение этой фазы относительно земли станет равным нулю, а напряжения двух других фаз возрастут и станут равными междуфазному. Соответственно этому изменятся показания вольтметров. Если замыкание на землю будет не глухим, а через переходное сопротивление, то напряжение поврежденной фазы понизится, а неповрежденных фаз повысится в меньшей степени, чем в первом случае, что также отразится на показаниях вольтметров. Таким образом, изменение показаний вольтметров сигнализирует о возникновении замыкания на землю и указывает поврежденную фазу.
Иногда для получения звукового сигнала в провод, соединяющий нулевую точку вольтметров с нулевым проводом от трансформатора напряжения TV, включается указательное реле. Нормально, когда сумма фазных напряжений равна нулю, реле не работает. При замыканиях на землю напряжение нулевой точки вольтметров становится равным сумме фазных напряжений неповрежденных фаз. Под влиянием этого напряжения реле KH срабатывает и подает сигнал.
Рис.36. Устройства общей сигнализации при замыканиях на землю
Устройство по схеме рис.36б состоит из трех реле минимального напряжения KV. При замыкании на землю реле, включенное на напряжение поврежденной фазы, срабатывает и подает сигнал. Поврежденная фаза определяется по выпавшим флажкам указательных реле KH (на рис.36 не показано).
Устройство по схеме рис.36в состоит из реле напряжения КV, включенного на специальную обмотку трансформатора напряжения TV, соединенную по схеме фильтра напряжения нулевой последовательности. При возникновении замыкания на землю на специальной обмотке появляется напряжение, реле KV срабатывает и подает общий сигнал. По получении общего сигнала отыскание поврежденной линии производится поочередным кратковременным отключением и обратным включением линий, питающихся от шин подстанции. Поврежденная линия определяется по исчезновению сигнала «земля» в момент отключения линии. Такой способ применяется в основном на небольших подстанциях и при неразветвленной сети.
На электростанциях и подстанциях с большим количеством линий и при разветвленной сети такой способ не обеспечивает достаточно быстрого отыскания поврежденной линии. Поэтому кроме контроля изоляции устанавливается на каждой линии устанавливается селективная защита от замыканий на землю.
Рис.37. Прохождение токов замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью
Так как линия является элементом сети с распределенными параметрами, то токи нулевой последовательности в различных точках сети различны (рис. 37).
Наибольшие токи поврежденной линии протекают в голове линии. В поврежденной линии течет суммарный ток, обусловленный емкостью всей сети. Направление тока у неповрежденных линий к шинам, у поврежденной от шин подстанции. Поэтому в сетях с малым током замыкания на землю можно создать защиту, реагирующую как некоторую тока, так и на его направление.
Широкое распространение получила защита, реагирующая на абсолютную величину суммарного емкостного тока (рис. 38).
Величина тока замыкания на землю в сети 6-35 кВ порядка 6-20 А. Это в десятки раз меньше номинального тока измерительного трансформатора. Поэтому обычные трансформаторы тока для защит от замыканий на землю непригодны. Используются специальные трансформаторы нулевой последовательности TAZ (рис. 39) состоящие из тороидального сердечника, на который намотана вторичная обмотка. Первичной обмоткой является кабель или кабельная вставка на воздушной линии.
Рис.38. Схема защиты реагирующей на суммарный емкостный ток
Рис.39. Конструкция трансформатора тока нулевой последовательности
В нормальном режиме работы сумма потоков фаз равна нулю.
.
При возникновении замыкания на землю суммарный магнитный поток равен сумме нескомпенсированных потоков нулевой последовательности:
.
Этот поток наводит во вторичной обмотке э.д.с., под действием которой в обмотке реле KA протекает ток, приводящий к срабатыванию защиты.
При замыкании в сети на землю токи повреждения могут замыкаться как через землю, так и по проводящей оболочке кабеля, в том числе и неповрежденного, что может вызвать неправильное действие защиты. Поэтому воронку и кабель на участке от трансформатора нулевой последовательности до воронки изолируют от земли, а заземляющий провод присоединяют к воронке кабеля и пропускают через отверстие магнитопровода трансформатора нулевой последовательности в направлении кабеля. При таком исполнении цепей защиты токи, проходящие по броне и проводящей оболочке кабеля, компенсируются токами, возвращающимися по заземляющему проводу.
Рис.40. Схема установки трансформатора на кабеле
Чувствительность защиты характеризуется минимальным первичным током замыкания на землю. При использовании электромагнитного реле с трансформаторами тока нулевой последовательности можно выполнить защиту, действующую при минимальном первичном токе замыкания на землю IЗ =5 А, поэтому эту защиту нельзя применять, например, на линиях торфоразработок.
Условия выбора тока срабатывания защиты:
,
,
где =1,1;–коэффициент, учитывающий бросок тока в первый момент времени после возникновения замыкания на землю; = 4…5, при= 0;= 2…3, при>0;– суммарный емкостной ток, протекающий через данную защиту при замыкании на землю на соседнем присоединении;- ток небаланса.
Из двух условий второе является расчетным. Если оно выполняется, то выполняется и первое.
Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности:
,
где 3I0 – емкостной ток, протекающий через защиту при повреждении на данной линии.
Допускаются следующие значения: 1,25 для кабельных линий; 1,5 для воздушных линий.
Лучшие результаты обеспечиваются если защита будет направленной. Реле мощности подключается к кабельному трансформатору тока и к обмотке трансформатора напряжения, соединенной по схеме разомкнутого треугольника. При этом включение производится так, чтобы реле действовало на замыкание контактов, когда ток замыкания на землю проходит в направлении от шин подстанции в линию, что имеет место только на поврежденной линии. На неповрежденных линиях ток замыкания на землю направлен к шинам подстанции, поэтому защита на неповрежденных линиях работать не будет. Благодаря направленности действия защита этого типа не требует отстройки от собственного емкостного тока линий и поэтому, как правило, обеспечивает необходимую чувствительность.
В схемах защиты используются специальные реле мощности, которые имеют значительно меньшее потребление, чем индукционные реле мощности. Защита может применяться в некомпенсированных или не полностью компенсированных сетях. В перекомпенсированных сетях она применяться не может, так как ток замыкания на землю в таких сетях имеет одинаковое направление в поврежденной и неповрежденных линиях.
Данная защита оказывается чувствительной при емкостном токе IС 5 А. Если нейтраль трансформатора заземлена через дугогасящий реактор, то емкостной ток будет скомпенсирован индуктивным. Защита работать не будет.
В таких случаях используются защиты, реагирующие на емкостные токи переходного процесса и защиты, реагирующая на некомпенсированные токи высших гармоник.
Пробой изоляции фазы обычно происходит в момент, когда амплитуда фазного напряжения максимальна. В первый момент времени емкость поврежденной фазы разряжается на землю. Фазное напряжение уменьшается до нуля. По линии текут емкостные токи. В следующий момент времени емкости здоровых фаз заряжаются и их напряжение возрастает до линейного. По здоровым фазам текут волны емкостных зарядных токов, в несколько раз превышающих величину емкостного тока установившегося процесса. Индуктивный ток катушки отстает от емкостного и в течении нескольких микросекунд он остается нескомпенсированным.
В защитах, реагирующие на емкостные токи переходного процесса применяются специальные быстродействующие реле, реагирующие на переходный процесс неповрежденной фазы.
В сети имеется большое количество источников высших гармоник. Их источниками являются генераторы, силовые трансформаторы, тиристорные преобразователи и другой оборудование. При возникновении однофазного замыкания на землю содержание высших гармонических в сети резко увеличивается, причем содержание высших гармонических в токе нулевой последовательности поврежденной линии во много раз больше, чем в токе нулевой последовательности неповрежденных линий. Такой положение наблюдается как в сети с изолированной нейтралью, так и в сети с заземленной через дугогасящий реактор нейтралью. Дугогасящий реактор только увеличивает содержание высших гармонических в токе нулевой последовательности поврежденной линии. Поэтому для определения замыкания на землю применяется защита, реагирующая на некомпенсированные токи высших гармоник (рис. 41).
Рис.41. Схема защиты, реагирующей на некомпенсированные токи высших гармоник
На рис.41 фильтр высших гармоник (ФВГ) пропускает только токи высших гармоник, повышая чувствительность защиты.