11.12. Пусковые органы дистанционных защит

Функции пусковых органов, виды и требования к ним. В §11.3 отмечалось, что пусковые органы (ПО) применяются в односистемных ДЗ, выполняемых с переключениями в цепях тока и напряжения, а также в трехсистемных, если они имеют один комплект ДО на две ступени ДЗ или если их ДО не отстроены от максимальной нагрузки. Пусковые органы в этих ДЗ выполняют следующие функции:

1) в односистемных схемах подводят при КЗ к ДО токи и напряжения поврежденных фаз для правильного определения положения места повреждения;

2) в схемах с одним комплектом ДО для I и II ступеней производят переключения, необходимые для изменения уставки срабатывания при КЗ за пределами I зоны;

3) не позволяют ДЗ действовать на отключение в нормальном режиме, если для повышения чувствительности к КЗ ее ДО недостаточно отстроены от нагрузки;

4) при необходимости осуществляют пуск элементов времени II и III ступеней;

5) выполняют роль ДО резервной (обычно III) ступени ДЗ.

Все ПО должны удовлетворять трем основным требованиям: обладать достаточной чувствительностью в пределах заданной зоны действия, иметь надежную отстройку от I_н mах и, по возможности, не действовать при качаниях. В односистемных ДЗ ПО должны четко определять, на каких фазах возникло КЗ, и в зависимости от этого подводить к ДО напряжение и ток, обеспечивающие его правильное действие.

В качестве ПО применяются токовые реле, реагирующие на фазные токи. Необходимость отстройки ПО от нагрузки ограничивает чувствительность ДЗ при КЗ, особенно на длинных и сильно загруженных ЛЭП. В связи с этим наибольшее применение находят PC с характеристиками, позволяющими надежно отстроить ПО от нагрузки и обеспечить в то же время наибольшую зону действия при КЗ. На протяженных ЛЭП следует использовать PC с эллиптическими и сложными характеристиками. Для обеспечения надежного пуска ДЗ при КЗ через переходное сопротивление R_п характеристика срабатывания PC, изображенная в осях R, jX, должна охватывать заштрихованную площадь ОКК'К", показанную на рис.11.13, д, в которой располагаются векторы Z_p при КЗ через R_п. С учетом изложенного наиболее рациональной характеристикой ПО является четырехугольник. Лучшими качествами с точки зрения отстройки от нагрузки и качаний обладает токовое реле ОП. Оно не реагирует на симметричные режимы и, следовательно, не может сработать при симметричной нагрузке и качаниях.

Токовые пусковые органы, реагирующие на фазные токи, выполняются с помощью максимальных реле тока. При большой кратности тока эти ПО обладают четкой избирательностью поврежденных фаз. Токовые ПО должны устанавливаться на каждой фазе защищаемой ЛЭП. В сетях с изолированной и компенсированной нейтралью токовые ПО можно устанавливать на двух фазах. Ток срабатывания ПО отстраивается от I_ра6 mах так же, как I_с.з МТЗ (см. гл. 4). Наибольшее применение токовый пуск находит в ДЗ сетей 35 кВ. При наличии токовых ПО отпадает необходимость применения блокировки при неисправностях в цепях напряжения.

Токовые реле обратной последовательности. Двухфазные КЗ сопровождаются появлением тока ОП, и реле надежно действует. При трехфазных КЗ I₂ = 0. Чтобы обеспечить пуск ДЗ от реле ОП при трехфазных КЗ, предусматривается особая схема, фиксирующая кратковременное появление I₂ в первый момент возникновения повреждения. Эта схема рассмотрена в § 12.4 (см. рис.12.4 и 12.5). Очевидно, что ПО, реагирующий на ток I₂, не может действовать избирательно, определяя поврежденную фазу, и по этой причине не может применяться в односистемных ДЗ. Преимуществом пуска от тока I₂ является недействие его при симметричных перегрузках и качаниях, а также высокая чувствительность при КЗ, поскольку I_с.p ОП отстраивается только от I _нб фильтра, имеющего небольшое значение.

Пусковые реле сопротивления. Схемы включения. Пусковые PC ненаправленные и направленные, с круговыми и эллиптическими характеристиками включаются на междуфазные напряжения и разность одноименных фаз токов согласно табл.11.1. Схема табл. 11.1 обеспечивает стабильность зоны действия при всех видах КЗ, что очень важно, когда пусковые реле выполняют функции ДО III зоны ДЗ. Однако эта схема не обеспечивает избирательности поврежденных фаз. При двухфазных КЗ все три реле питаются током КЗ и имеют пониженное напряжение, поэтому при близких КЗ они могут сработать все одновременно, что не позволяет выявлять поврежденные фазы по действию пусковых реле.

Ненаправленные реле сопротивления. Для исключения действия пускового реле в нормальном режиме и при нагрузках его сопротивление срабатывания Z"_c.p выбирается меньше минимального значения сопротивления Z_раб min, возникающего на зажимах реле в рабочем режиме (рис.11.35), т.е.:

(11.27)

где U_раб min — минимальное рабочее напряжение; I_{раб mах} — наибольший ток нагрузки.

Чем больше нагрузка, тем меньше чувствительность пускового реле при КЗ. Поэтому на длинных ЛЭП с большими нагрузками PC с круговой характеристикой в начале координат оказывается недостаточно чувствительным при КЗ. Ненаправленные PC применяются в качестве ПО в сетях 35 кВ и на недлинных и малозагруженных ЛЭП 110кВ. По сравнению с токовыми пусковыми реле ненаправленные PC отличаются большей чувствительностью к КЗ.

Пусковые направленные реле сопротивления с круговой характеристикой. Характеристика 2 направленного реле (рис.11.35) значительно лучше удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ПО, чем ненаправленное PC с характеристикой 1.

Недостатком направленного реле является мертвая зона по напряжению, так как реле не работает при U_р = 0 или значениях, близких к нему. Этот недостаток при двухфазных КЗ устраняется применением подпитки реле напряжением третьей фазы. Для устранения мертвой зоны при трехфазных КЗ устанавливается токовая отсечка или производится смещение характеристики реле в сторону III квадранта. Последнее допустимо, поскольку III ступень ДЗ работает с выдержкой времени.

Направленные PC с круговой характеристикой получили широкое применение в качестве ПО в сетях 110-500 кВ. Их применение особенно целесообразно на длинных, сильно загруженных ЛЭП.

П усковые направленные реле с эллиптической (или овальной) характеристикой. На рис.11.36 приведены для сравнения характеристики двух направленных PC. Обе характеристики имеют одинаковую зону действия (отрезок АВ) при КЗ с углом φ_р = φ_м.ч = φ_л. Но при φ_р ≠ φ_м.ч реле с эллиптической характеристикой имеют меньшую зону действия, чем PC с круговой характеристикой, поэтому они лучше отстраиваются от нагрузки и качаний. Реле с эллиптической характеристикой допускают значительно меньшее переходное сопротивление R_п в месте КЗ. Это является недостатком, который нужно учитывать при выборе уставки по малой оси эллипса. Реле имеет мертвую зону при двух- и трехфазных КЗ, которая устраняется так же, как у направленного PC с круговой характеристикой.

Реле сопротивления с блокировкой от фазоограничителя, ограничивающего действие ДЗ при перегрузке. Улучшение характеристики ПО можно получить, применив комбинированный пуск, состоящий из направленного PC и блокирующего PC смешанного типа (рис.11.37, а). Характеристика 2 смешанного типа выражается уравнением Z_c.p = k/соs(φ_р – δ) и представляет собой прямую линию, проходящую под углом 90° – δ к оси R. Величина k является проекцией векторов Z_c.p на перпендикуляр AM и имеет постоянное значение. Зона действия реле заштрихована. Сочетанием направленного PC и блокирующего реле 2, отсекающего правую часть характеристики, можно достигнуть дальнейшего улучшения характеристики пускового устройства. В качестве блокирующего реле можно использовать РHМ с углами внутреннего сдвига 60 и 30°.

П усковое реле с характеристикой в виде четырехугольника. Характеристика PC показана на рис.11.37, б. Площадь четырехугольника ABCD должна быть минимальной, но обеспечивающей работу реле в пределах выбранной зоны действия. Исходя из этого характеристика реле должна удовлетворять следующим условиям: для обеспечения направленности действия точка А характеристики должна совпадать с началом координат — точкой 0; прямая ВС должна проходить через точку L, соответствующую концу расчетной зоны действия реле (рис.11.37, в); прямая AL представляет собой характеристику сопротивления защищаемой зоны и образует с осью R угол φ_л, равный углу полного сопротивления линии Z_л. Точка С выбирается из условия действия реле при КЗ в конце защищаемой зоны при наличии переходного сопротивления R_п в месте повреждения. Как указывалось:

(11.28)

С учетом угла α сдвига фаз между векторами I_к = I_N + I_М и I_N (рис.11.37, г) прямая ВС должна проходить относительно оси R под углом α₁ = α + α_зап, где α_зап — угол запаса, учитывающий угловую погрешность измерительных трансформаторов и погрешность в срабатывании реле. Сторона CD должна быть смещена относительно отрезка AL на величину ΔZ, характеризующую дополнительное сопротивление, обусловленное электрической дугой R_д. При приближении места КЗ к точке А ток I_к возрастает, в результате R_д и ΔZ уменьшаются. С учетом этого угол β₁ принимается меньшим угла защищаемой линии φ_л. Сторона AD должна равняться значению ΔZ', которое определяется сопротивлением электрической дуги при КЗ в начале ЛЭП (точка А), и иметь угол α₂ = α + α_зап. Сторона АВ располагается под углом β₂ > φ_л с таким расчетом, чтобы реле надежно действовало при металлических КЗ на защищаемом участке ЛЭП (прямая AL) с учетом погрешности измерительных трансформаторов и реле. Полученная характеристика реле ABCD обеспечивает необходимую чувствительность при КЗ и имеет наилучшую отстройку от нагрузки и качаний по сравнению с другими характеристиками, обладающими равной чувствительностью при металлических КЗ. Для устранения мертвой зоны и улучшения резервирования при КЗ на длинных электропередачах можно применять смещение характеристики относительно начала координат.