8.6. Выбор уставок токовых защит нулевой последовательности

Ненаправленные отсечки нулевой последовательности. Как уже отмечалось выше, токовые ненаправленные защиты НП применяются на ЛЭП с односторонним питанием места КЗ токами I₀ там, где заземленные нейтрали трансформаторов расположены с одной стороны линии (рис.8.11, а).

М гновенные отсечки НП отстраиваются от тока 3I_o max при КЗ на шинах противоположной ПС аналогично (5.2):

(8.8)

Н енаправленные токовые отсечки НП можно применять также в сети, имеющей заземленные нейтрали с обеих сторон защищаемой ЛЭП (рис.8.12). В этом случае селективность действия ненаправленной отсечки АК достигается отстройкой ее тока срабатывания от токов, проходящих по защищаемой ЛЭП как при КЗ на шинах противоположной ПС В, так и при КЗ на шинах ПС А, где установлена отсечка (рис.8.12, а), По большему из этих двух токов 3I_OK 1 max или 3I_OK 2 max. определяется ток I_с.з АК, обеспечивающий селективность отсечки. Если при этом чувствительность ненаправленной отсечки окажется недостаточной, следует применять направленную отсечку НП. Расчет ведется по (8.8).

Отсечки с выдержкой времени (реле 2 на рис.8.11, а) отстраиваются по току и времени от мгновенной токовой отсечки НП 3 следующей ЛЭП W2. При расположении нейтралей с одной стороны защищаемой линии W1 ток 3I₀ в отсечках 2 и 3 при КЗ на ЛЭП W2 одинаков. Поэтому, исходя из условия селективности, принимают

(8.9)

где k_отс = 1,2.

Выдержка времени t₂ = t₃ + Δt.

Максимальная токовая защита НП. При согласовании уставки времени с РЗ трансформаторов необходимо учитывать, что МТЗ НП, в отличие от МТЗ, реагирующих на фазные токи, не действует при КЗ за понижающими трансформаторами с соединением обмоток ^y/_Δ или ^y/_y с изолированными нейтралями, поскольку при этом на стороне высшего напряжения ток 3I₀ не возникает (см. рис.8.2, б).

Зоны действия отсечек определяются графически по точке пересечения кривой 3I₀ = f(l_р–к) с прямой I_с.з, как показано на рис.8.11, б. Для полноценной защиты отсечки мгновенные и с выдержкой времени должны дополняться МТЗ НП, полностью резервирующей предыдущие присоединения. Выбор ее уставок рассматривается ниже.

Направленные отсечки нулевой последовательности. Ток срабатывания направленной мгновенной отсечки НП выбирается так, чтобы она не действовала при КЗ за шинами противоположной подстанции В (рис.8.12, а, б). Для выполнения этого требования необходимо принять

(8.10)

Значение I_0 расч должно определяться для реально возможной схемы сети и режима заземленных нейтралей, при которых определяемый ток будет максимальным. Для отсечки с реле РТ-40 и полупроводниковыми реле тока на ЛЭП 110-220 кВ можно принимать k_н = 1,2 ÷ 1,3, а для реле РТ-80 и РТ-90 k_н = 1,4 ÷ 1,5. На ЛЭП 330-750 кВ k_н = 1,4 ÷ 1,5 с учетом того, что апериодическая составляющая тока КЗ в этих сетях затухает медленнее [6].

Если в сети, где установлена МТЗ НП, возможна работа какой-либо ЛЭП двумя фазами (например, во время действия ОАПВ), то ток срабатывания РЗ нулевой последовательности нужно дополнительно отстроить от токов 3I₀, появляющихся в указанном режиме, или принять t_c.з > t_0 апв.

В общем случае чувствительность МТЗ НП характеризуется коэффициентом чувствительности k_ч = 3I_0 min / I_0 с.з, где 3I_0 min – минимальный ток НП при однофазном КЗ на землю для двух случаев: в конце защищаемой ЛЭП и в конце резервируемого участка. В первом случае считается нормальным k_ч ≥ 1,5, а во втором – не менее 1,2.

Т ок срабатывания мгновенных отсечек на параллельных линиях необходимо выбирать с учетом наличия значительной взаимоиндукции от параллельной цепи, а также от параллельных участков линий, проходящих вблизи, которые оказывают существенное влияние на сопротивление НП [5]. При одинаковом направлении токов I₀ в обеих цепях взаимоиндукция одной ЛЭП увеличивает сопротивление второй, а при различном – уменьшает его. В результате этого в первом случае токи в параллельных ЛЭП уменьшаются, а во втором – увеличиваются. Имея это в виду, максимальное значение тока I₀ в параллельных линиях при внешних КЗ определяют из рассмотрения трех расчетных схем (рис.8.13, а–в).

При КЗ в точке К1 на шинах противоположной подстанции возможны две схемы, показанные на рис.8.13, а, б. Максимальный ток I₀ в ЛЭП получается в случае отключения одной из параллельных цепей и заземления ее с двух сторон (рис.8.13, б). В этом режиме сопротивление оставшейся в работе линии W1 вследствие взаимоиндукции от тока I₀₂ уменьшается, что влечет за собой увеличение расчетного тока.

Третья расчетная схема приведена на рис.8.13, в. При определенных сочетаниях сопротивлений Х₀ элементов рассматриваемой сети ток I₀ в ЛЭП W1 может достигнуть максимального значения не в случае повреждения на шинах в точке K1, a при КЗ на параллельной ЛЭП в точке К2 в режиме одностороннего отключения этой ЛЭП. Хотя КЗ в точке К2 является более удаленным, чем КЗ в точке К1, ток I₀₁ в ЛЭП W1 в этом случае может оказаться больше благодаря уменьшению сопротивления W1, вызванного взаимоиндукцией от W2, создаваемой током I₀₂, направленным противоположно I₀₁. Характер изменения I₀₁, I₀₂ в зависимости от положения точки КЗ показан на рис.8.13, г. В качестве I_0 расч берется большее из полученных значений I₀₁.

Из теории расчета токов КЗ [5] известно, что при равенстве суммарных сопротивлений прямой и обратной последовательностей схемы замещения ток , если . Подсчитав и сопоставив , находят расчетный вид КЗ (одно- или двухфазное КЗ на землю).

Чувствительность первой ступени МТЗ НП проверяется при КЗ на землю в месте ее установки. Коэффициент чувствительности должен быть не менее 1,2 [6]. Зона действия отсечки может быть найдена графически, как показано на рис.8.11, по точке пересечения кривой 3I₀=f(l_р–к) с I_с.з. Кроме отстройки от токов КЗ необходимо проверить отстройку мгновенной отсечки от токов неполнофазного режима, появляющихся при неодновременном замыкании фаз выключателя и при действии ОАПВ. От неодновременности замыкания фаз, которая в нормально отрегулированном выключателе очень мала, можно отстроиться собственным временем отсечки 0,06-0,1 с. От неполнофазного режима, возникающего в цикле ОАПВ, отсечка с t = 0 с должна отстраиваться током срабатывания по (8.11).

Уставки отсечки с выдержкой времени. Селективность отсечки (АК1 на рис.8.14) с выдержкой времени t > 0 обеспечивается ограничением ее зоны срабатывания, так чтобы отсечка АК1 не действовала за пределами быстродействующей зоны защиты АК2, установленной на следующем участке (W2), и была бы согласована с АК2 по времени. Исходя из этого условия ток срабатывания рассматриваемой отсечки АК1 отстраивается от тока 3I₀, появляющегося в защищаемой ЛЭП W1 при КЗ в конце зоны РЗ АК2 (точка М на ЛЭП W2). Ток срабатывания отсечки АК1 определяется по выражению

(8.11)

г де 3I_oМ mах – максимальное значение периодической составляющей тока 3I₀, проходящего по W₂, при КЗ на землю в точке М (в конце зоны РЗ, от которой производится отстройка); k_т – коэффициент токораспределения, учитывающий влияние тока подпитки I_от от нейтрали трансформатора Т, подключенного к шинам противоположной ПС В, k_т = 3I_oW1/3I_oW2; k_отс не учитывает апериодической составляющей тока 3I₀ поскольку t_отс ≥0,3 ÷ 0,5 с; k_отс = 1,1.

Если к шинам противоположной ПС В подключен автотрансформатор или трансформатор с соединением обмоток Y₀/Y₀ с заземленными нейтралями, то отсечка должна быть отстроена по току и времени от РЗ НП с t = 0, с установленной на AT (трансформаторе), направленной в сторону смежной сети другого напряжения или от конца зоны дифференциальной РЗ этих элементов.

На рис.8.14 приведен графический способ определения значения 3I_oМ в (8.11) и зоны действия отсечки с выдержкой времени АК1. Строятся кривые I_АК1 и I_АК2 (рис.8.14, б) изменения тока 3I₀, проходящего в реле отсечек АК1 и АК2 при КЗ в разных точках W1 и W2. По точке пересечения кривой I_АК2 с прямой I_{с.з АК2} находится граница (точка М) зоны действия мгновенной отсечки В, установленной на W2.

Для найденной точки М по кривой I_АК1 определяется значение тока 3I_oМ, проходящего через отсечку АК1 при КЗ в конце зоны действия отсечки В. Полученный ток 3I_oМ является расчетным током, от которого нужно отстроить отсечку АК1. Подставляя найденный ток в (8.11), находим I_{с.з АК1}, при котором отсечка А не работает за пределами зоны действия отсечки АК2. Ток I_{с.з АК1}, удовлетворяющий этому условию, можно найти аналитически, определив коэффициент токораспределения k_т в схеме НП рассматриваемого участка сети (рис.8.14, а).

Из схемы замещения этого участка (рис.8.14, в) следует, что при КЗ в любой точке ЛЭП W2 отношение между токами I_oW1 и I_oW2 является постоянной величиной и равно:

Отсюда

(8.12)

При КЗ в конце зоны отсечки в условиях, когда последняя находится на грани действия, ток I_oW2= I_{с.з АК2}; подставив это в (8.12), найдем, что в этом случае по отсечке АК1 будет проходить ток I_oW1 = k_тI_{с.з АК2}.

Если принять I_{с.з АК1} = k_тI_{с.з АК2}, то при токе I_oW2 < I_{с.з АК2} ток I_oW1, проходящий по отсечке АК1, также будет меньше I_{с.з АК1} и, следовательно, РЗ АК1 не будет действовать за пределами зоны действия РЗ АК2. С учетом этого принимается: I_{с.з АК1} =k_нk_тI_{с.з АК2}

При выборе I_{с.з АК1} отсечки с выдержкой времени на параллельных ЛЭП для определения максимального значения I_0 расч необходимо исходить из расчетных схем, приведенных на рис.8.13. В этом случае чувствительность отсечки АК1 согласуется с мгновенными отсечками АК2 и АКЗ (рис.8.14, г).

Выдержка времени t_АК1 отсечки АК1 принимается на ступень Δt больше времени действия отсечки АК3 на параллельной ЛЭП и отсечки АК2.

При наличии ОАПВ, которое широко применяется в сетях ВН и СВН, ток срабатывания отсечки I_с.з о надо отстроить от 3I₀, появляющегося в неполнофазном режиме на защищаемой ЛЭП в цикле ОАПВ (если t_оапв > t₀)> или отстроить отсечку по времени, выбрав t₀ > t_оапв.

Выбор уставок чувствительных ступеней МТЗ нулевой последовательности. Уставки чувствительных ступеней (третьей и четвертой) МТЗ НП согласуются по чувствительности и выдержкам времени с уставками аналогичных РЗ, установленных на предыдущих участках контролируемой сети. Кроме того, токовые реле чувствительных ступеней МТЗ НП должны отстраиваться от токов небаланса, возникающих в нулевом проводе ТТ при протекании больших токов КЗ или качаний.

Чтобы исключить неселективное срабатывание МТЗ НП под воздействием тока небаланса при междуфазных КЗ за пределами защищаемой ЛЭП, ток срабатывания РЗ выбирается больше тока небаланса по следующему выражению:

(8.13)

Это условие должно выполняться, если рассматриваемая МТЗ НП имеет выдержку времени, равную или меньшую, чем РЗ от междуфазных КЗ, установленная на поврежденном элементе. Как правило, указанное соответствует условию отстройки от токов небаланса при КЗ между тремя фазами за трансформаторами и на стороне низшего напряжения автотрансформаторов подстанций данного и противоположного концов защищаемой ЛЭП [6].

В (8.13) k_отс принимается равным 1,25, а I_нб определяется по выражению

(8.14)

где I_расч соответствует току трехфазного КЗ; k_нб принимается равным: 0,05 – при небольших кратностях I_к до (2-3)I_ном; 0,05-0,1 – при больших кратностях, но не превосходящих (0,7-0,8)I_К 10 (I_К 10 – предельная кратность первичного тока ТТ при 10%-ной погрешности).

При больших кратностях тока КЗ I_нб определяется в соответствии с [6].

Если выдержка времени рассматриваемой МТЗ НП превышает время срабатывания соответствующих РЗ от междуфазных КЗ, ток срабатывания чувствительной ступени МТЗ НП отстраивается от тока I_нб mах при наиболее тяжелом нормальном режиме. Руководящие указания по РЗ [5] рекомендуют в этом случае принимать меньшее из указанных выше значений k_нб.

Если по ЛЭП, на которой установлена рассматриваемая МТЗ НП, могут возникать синхронные качания или асинхронный ход, сопровождаемые значительным увеличением токов во всех фазах, необходимо проверить отстройку РЗ от возникающих при этом токов небаланса.