Раздел 2. Защита и автоматика линий электропередачи

1. Токовые защиты

1.1. Основные органы токовых защит.

Токовые защиты содержат три ступени, являются относительно селективными и могут осуществлять как ближнее, так и дальнее резервирование.

1 ступень защиты (токовая отсечка без выдержки времени) – измерительный орган;

2 ступень защиты (токовая отсечка с выдержкой времени) и 3 ступень защиты (максимальная токовая отсечка) – измерительный орган и орган выдержки времени.

Функции измерительного органа выполняют реле тока КА, входящие в измерительную часть схемы. Они реагируют на повреждения или нарушения нормального режима работы и вводят в действие орган выдержки времени, если он имеется. Для повышения чувствительности защиты иногда используют комбинированный измерительный орган, в котором наряду с реле тока имеются реле напряжения KV. В качестве органа выдержки времени можно использовать отдельное реле времени КТ.

Наряду с этим в одном реле тока могут быть объединены оба органа защиты.

1.2. Первая ступень токовой защиты от междуфазных кз – токовая отсечка без выдержки времени.

Основными достоинствами токовых отсечек без выдержки времени являются: – селективное действие и в сетях сложной конфигурации с любым числом источников питания;

– быстрое отключение наиболее тяжелых КЗ, возникающих вблизи шин станций и подстанций;

– простота схемы.

Основные ее недостатки:

– защита только части длины линии (0,15... 0,2 длины линии);

– зависимость защищаемой зоны от режима работы системы и переходного сопротивления в месте КЗ,

– не срабатывает при внешних КЗ.

Селективное действие первой ступени токовой защиты достигается тем, что ее ток срабатывания принимается большим максимального тока КЗ, проходящего через защиту при повреждении вне защищаемого элемента.

Действие защиты при КЗ на защищаемом участке обеспечивается благодаря тому, что ток КЗ в сети, а следовательно, и в защите увеличивается по мере приближения места КЗ к источнику питания (рис. 2. 1), причем кривые изменения тока КЗ имеют различную крутизну в зависимости от режима работы системы и вида (кривые 1 и 2 на рис. 2.1 соответственно для максимального и минимального режимов).

Рис. 2.1. Выбор тока срабатывания и определение защищаемой зоны

токовой отсечки без выдержки времени.

Выбор тока срабатывания токовой отсечки без выдержки времени. Расчет производится для трехфазного КЗ у подстанции Б в точке К в максимальном режиме.

При этом ток срабатывания защиты и ток срабатывания реле

(2.1)

k^I_отс – коэффициент отстройки (учитывает влияние апериодической составляющей тока КЗ),

– при определении токов срабатывания обычно рассматривают симметричный режим, в этом случае коэффициент схемы обозначают ,

K_I – коэффициент трансформации трансформаторов тока,

I⁽³⁾_{к. вн max} – начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ.

Ток срабатывания не зависит от режима работы и места повреждения. Отсечка сработает, когда ток, проходящий по защищаемой линии АБ (рис. 2.1), больше или равен току срабатывания защиты, т. е. Это условие выполняется при КЗ в пределах участка (максимальный режим) или участка (минимальный режим) защищаемой линии.

Таким образом, участки и являются зонами, защищаемыми отсечкой. Они определяются точками пересечения кривых изменения тока КЗ 1 и 2 с прямой 3 изображающей ток ; следовательно, отсечка защищает не всю линию, а только некоторую ее часть.

Как следует из указанных графиков, защищаемая зона тем больше, чем меньше ток срабатывания и чем больше крутизна кривой изменения тока КЗ, которая определяется режимом работы и видом КЗ. Поэтому в зависимости от режима работы и вида КЗ защищаемая зона отсечки изменяется. Чувствительность защиты определяется длиной защищаемой зоны и коэффициентом чувствительности . При КЗ у места установки защиты в минимальном режиме .

Для увеличения защищаемой зоны и повышения чувствительности защиты коэффициент отстройки k^I_отс выбирается как можно меньшим, в зависимости от типа реле k^I_отс = 1,2 … 2,0.

В рассмотренном случае защищаемая зона охватывает только часть линии и токовую отсечку без выдержки времени нельзя использовать в качестве единственной или основной защиты.

Исключение – линии, питающие один трансформатор (рис. 2.2).

С помощью токовой отсечки можно защитить всю линию, если допустить ее срабатывание при повреждении в трансформаторе. Ток срабатывания при этом выбирается по максимальному току КЗ за трансформатором (точка К₂).

Рис. 2.2. Радиальная линия – токовая отсечка без выдержки времени

Если допустить, что защита срабатывает при повреждении в трансформаторе:

, ,

X_{с min} и X_{с max} – сопротивление системы в минимальном и максимальном режимах,

X_л – сопротивление линии,

X_{Т min} – минимальное сопротивление трансформатора.

При и k^I_отс = 1,3 вся линия защищается.

Выбор тока срабатывания токовой отсечки в линии с двусторонним питанием.

При такой схеме защиты устанавливаются с обеих сторон защищаемой линии (защиты А1 и А2 на рис. 2.3, а). Кривые 1 и 2 (рис. 2.3, б) показывают изменение максимальных токов КЗ, соответственно от источников А и Б при перемещении КЗ вдоль защищаемой линии. Токи срабатывания отсечек должны быть выбраны таким образом, чтобы при внешних КЗ (точки К_а и К_Б) защиты не действовали.

Рис. 2.3.

При повреждении в точке К_Б по защищаемой линии и через места установки защит от источника А проходит максимальный ток . При этом защиты А1, А2 обеих сторон линии не должны срабатывать, т. е. .

При повреждении в точке К_А по защищаемой линии и через места установки защит от источника Б проходит максимальный ток . При этом защиты также не должны действовать, т. е. .

Из двух значений выбирается больший ток срабатывания, что является первым условием его выбора. В данном случае (рис. 2.3, б)

. (2.2)

В эксплуатации возможны случаи качаний генераторов источника А относительно генераторов источника Б и выхода их из синхронизма, при этом по линии АБ могут проходить большие уравнительные токи. Отсечки в этом случае не должны действовать, поэтому

(2.3)

Уравнение (2.3) – это второе условие выбора тока срабатывания отсечек на линиях с двусторонним питанием. Максимальный уравнительный ток возникает, когда векторы эквивалентных ЭДС Е_а и Е_Б соответственно источников А и Б смещены на угол .

Окончательно ток срабатывания принимают равным большему из значений, полученных по формулам (2.2) и (2.3).

На линиях с двусторонним питанием отсечки устанавливают с обеих сторон линии, причем у этих отсечек одинаковый ток срабатывания.