
- •Глава первая общие понятия о релейной защите
- •1.1. Назначение релейной защиты
- •1.2. Повреждения в электроустановках
- •1.3. Векторные диаграммы токов и напряжений при кз
- •1.4. Ненормальные режимы
- •1.5. Основные требования, предъявляемые к устройствам релейной защиты
- •1.6. Структурные части и основные элементы рз
- •1.7. Виды устройств рз
- •1.8. Изображение схем рз на чертежах
- •1.9. Источники и схемы оперативного тока
- •Глава вторая принципы построения измерительных и логических органов релейной защиты
- •2.1. Общие принципы конструктивного исполнения реле
- •2.2. Электромеханические реле
- •2.3. Конструкции реле, выполняемых на электромагнитном принципе
- •2.4. Промежуточные реле (логические элементы)
- •2.5. Указательные реле
- •2.6. Реле времени
- •2.7. Поляризованные реле
- •2.8. Индукционные реле
- •2.9. Реле тока на индукционном принципе
- •2.10. Индукционные реле тока серий рт-80 и рт-90
- •2.11. Индукционные реле направления мощности
- •2.12. Магнитоэлектрические реле
- •2.13. Измерительные органы на полупроводниковой элементной базе
- •2.14. Типовые функциональные элементы полупроводниковых ио
- •2.15. Аналоговые микросхемы, используемые для построения функциональных элементов ио
- •2.16. Основные схемы включения операционных усилителей, используемые в устройствах рз
- •2.17. Простейшие функциональные элементы, выполняемые на оу
- •2.18. Схемы сравнения двух электрических величин
- •2.19. Измерительные органы тока и напряжения на имс
- •2.20. Измерительные органы (реле) с двумя входными величинами на интегральных микросхемах
- •2.21. Элементы логической и исполнительной частей устройств рз
- •2.22. Органы логики на имс
- •Глава третья трансформаторы тока и схемы их соединения
- •3.1. Трансформаторы тока и их погрешности
- •3.2. Параметры, влияющие на уменьшение намагничивающего тока
- •3.3. Требования к точности трансформаторов тока, питающих рз
- •3.4. Выбор трансформаторов тока и допустимой вторичной нагрузки
- •3.5. Типовые схемы соединения обмоток трансформаторов тока
- •3.6. Нагрузка трансформаторов тока
- •3.7. Фильтры симметричных составляющих токов
- •3.8. Новые преобразователи первичного тока
- •Глава четвертая максимальная токовая защита
- •4.1. Принцип действия токовых зашит
- •4.2. Максимальная токовая зашита лэп
- •4.3. Схемы мтз на постоянном оперативном токе
- •4.4. Поведение мтз при двойных замыканиях на землю
- •4.5. Выбор тока срабатывания
- •4.6. Выдержки времени защиты
- •4.7. Максимальная токовая защита с пуском от реле напряжения
- •4.8. Максимальные токовые защиты на переменном оперативном токе
- •4.9. Максимальные токовые защиты с реле прямого действия
- •4.10. Общая оценка и область применения мтз
- •Глава пятая токовые отсечки
- •5.1. Принцип действия токовых отсечек
- •5.2. Схемы отсечек
- •5.3. Отсечки мгновенного действия на линиях с односторонним питанием
- •5.4. Неселективные отсечки
- •5.5. Отсечки на линиях с двусторонним питанием
- •5.6. Отсечки с выдержкой времени
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава шестая трансформаторы напряжения и схемы их соединения
- •6.1. Основные сведения
- •6.2. Погрешности трансформатора напряжения
- •6.3. Схемы соединения трансформаторов напряжения
- •6.4. Повреждения в цепях тн и контроль за их исправностью
- •6.5. Емкостные делители напряжения
- •6.6. Фильтр напряжений обратной последовательности
- •Глава седьмая токовая направленная защита
- •7.1. Необходимость направленной защиты в сетях с двусторонним питанием
- •7.2. Функциональная схема и принцип действия токовой направленной защиты
- •7.3. Схемы включения реле направления мощности
- •7.4. Поведение реле направления мощности, включенных на токи неповрежденных фаз
- •7.5. Схемы направленной максимальной токовой защиты
- •7.6. Выбор уставок срабатывания
- •7.7. Мертвая зона
- •7.8. Токовые направленные отсечки
- •7.9. Оценка токовых направленных защит
- •Глава восьмая защита от коротких замыканий на землю в сети с глухозаземленной нейтралью
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Максимальная токовая защита нулевой последовательности
- •8.3. Токовые направленные защиты нулевой последовательности
- •8.4. Отсечки нулевой последовательности
- •8.5. Ступенчатая токовая защита нулевой последовательности
- •8.6. Выбор уставок токовых защит нулевой последовательности
- •8.7. Оценка и область применения токовых ступенчатых защит нп
- •Глава девятая защита от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью
- •9.1. Токи и напряжения при однофазном замыкании на землю
- •9.2. Основные требования к защите
- •9.3. Принципы выполнения защиты от однофазных замыканий на землю
- •9.4. Фильтры токов и напряжений нулевой последовательности
- •9.5. Токовая защита нулевой последовательности
- •9.6. Направленная защита
- •9.7. Защита, реагирующая на высшие гармоники тока в установившемся режиме
- •9.8. Защиты, реагирующие на токи переходного режима
- •Глава десятая дифференциальная защита линий
- •10.1. Принцип действия продольной дифференциальной защиты
- •10.2. Токи небаланса в дифференциальной защите
- •10.3. Общие принципы выполнения продольной дифференциальной защиты линии
- •10.4. Дифференциальные реле с торможением
- •10.5. Полная схема дифференциальной защиты линий
- •10.6. Устройство контроля исправности соединительных проводов
- •10.7. Продольная дифференциальная защита линий типа дзл
- •10.8. Оценка продольной дифференциальной защиты
- •10.9. Принцип действия и виды поперечных дифференциальных защит параллельных линий
- •10.10. Токовая поперечная дифференциальная зашита
- •10.11. Направленная поперечная дифференциальная защита
- •10.12. Оценка направленных поперечных дифференциальных защит
- •Глава одиннадцатая дистанционная защита
- •11.1. Назначение и принцип действия
- •11.2. Характеристики выдержки времени дистанционных защит
- •11.3. Принципы выполнения селективной защиты сети с помощью ступенчатой дистанционной защиты
- •11.4. Структурная схема дистанционной защиты со ступенчатой характеристикой
- •11.5. Схемы включения дистанционных и пусковых измерительных органов на напряжение и ток сети
- •11.6. Характеристики срабатывания реле сопротивления и их изображение на комплексной плоскости
- •11.7. Общие принципы выполнения реле сопротивления, используемых в дз в качестве измерительных органов, и требования к их конструкциям
- •11.8. Реле сопротивления на диодных схемах сравнения абсолютных значений двух электрических величин
- •11.9. Реле сопротивления на сравнении фаз двух электрических величин. Выполняемые на имс
- •11.10. Схемы трех основных функциональных элементов pc, построенных на сравнении фаз
- •11.11. Реле сопротивления со сложными характеристиками срабатывания, выполненные на имс
- •11.12. Пусковые органы дистанционных защит
- •11.13. Погрешность срабатывания pc, обусловленная током Iр
- •11.14. Искажение действия дистанционных органов
- •11.16. Выполнение схем дистанционных защит
- •11.17. Дистанционная защита типа шдэ-2801, выполняемая на имс
- •11.18. Выбор уставок дистанционной защиты
- •11.19. Оценка дистанционной защиты
- •Глава двенадцатая предотвращение неправильных действий защиты при качаниях
- •12.1. Характер изменения тока, напряжения и сопротивления на зажимах реле при качаниях
- •12.2. Поведение защиты при качаниях
- •12.3. Меры по предотвращению неправильных действий рз при качаниях
- •12.4. Блокирующее устройство, реагирующее на несимметрию токов или напряжений сети
- •12.5. Устройство блокировки при качаниях, реагирующее на скорость изменения тока, напряжения или сопротивления
- •12.6. Блокирующее устройство, реагирующее на скачкообразное приращение электрических величин (векторов тока прямой и обратной последовательностей)
- •Глава тринадцатая высокочастотные защиты
- •13.1. Назначение и виды высокочастотных защит
- •13.2. Принцип действия направленной защиты с вч-блокировкой
12.3. Меры по предотвращению неправильных действий рз при качаниях
Как следует из сказанного, при качаниях возникают условия для неправильных, хаотических действий РЗ, которые приводят к тяжелым системным авариям. Важным требованием, предъявляемым к РЗ, является недействие ее при качаниях. Некоторые РЗ, например дифференциальные, не реагируют на качания по своему принципу действия. Большинство же РЗ воспринимают качания как симметричное КЗ, и поэтому требуются специальные меры, предотвращающие возможность их ложной работы. В качестве таких мер используются три способа.
Первый из них, наиболее простой, состоит в том, что параметры срабатывания пусковых реле РЗ выбираются с таким расчетом, чтобы они не действовали при качаниях. С этой целью ток срабатывания должен выбираться больше максимального тока качания Iс.з > Iкач, у ДЗ Zc.з должно быть меньше минимального значения сопротивления, возможного в данной точке сети при качаниях: ZC.3 < Zкач min. Последнее условие можно выполнить, если ЭЦК лежит за пределами зоны действия ДЗ. Практически этот путь предотвращения ложной работы РЗ при качаниях применим только для токовых отсечек и первых зон ДЗ. В качестве второго способа служит отстройка от качаний при помощи выдержки времени порядка 1-2 с. Это применимо в тех случаях, когда указанное замедление РЗ допустимо по условиям устойчивости и селективности. И наконец, третьим способом предотвращения ложной работы РЗ при качаниях является применение блокировок, выводящих РЗ из действия при возникновении качаний.
Блокирующие устройства должны удовлетворять двум основным требованиям: 1) выводить РЗ из действия при качаниях, возникших как в нормальном режиме, так и при КЗ; 2) не должны препятствовать работе РЗ, если во время качаний на защищаемом ею участке возникает КЗ. Разработаны два типа блокирующих устройств: одно отличает КЗ от качаний по появлению несимметрии тока или напряжения сети, а второе — по скорости изменения тока, напряжения или сопротивления в месте установки РЗ при КЗ и качаниях.
12.4. Блокирующее устройство, реагирующее на несимметрию токов или напряжений сети
Характерным признаком, отличающим симметричные качания от КЗ, служит появление кратковременной несимметрии токов и напряжений при КЗ.
При двухфазных и однофазных КЗ токи и напряжения всегда несимметричны (см. §1.3).
При металлических трехфазных КЗ равенство сопротивлений фаз не нарушается, поэтому токи и напряжения в этом режиме симметричны. Однако исследования и опыт эксплуатации показывают, что трехфазные повреждения обычно начинаются с замыкания одной или двух фаз, а затем переходят в трехфазные КЗ. Такое положение имеет место даже при включении ЛЭП на трехфазную закоротку, вследствие разновременности замыкания фаз контактами выключателя. Помимо этого и при одновременном замыкании трех фаз вследствие переходных процессов, возникающих в первичных и вторичных цепях измерительных трансформаторов, появляется кратковременная несимметрия вторичных величин. В результате по отмеченным причинам в начальный момент трехфазного КЗ кратковременно возникает несимметрия. Наиболее четким признаком несимметрии, а следовательно, и КЗ является появление составляющих ОП (U2 и I2) в токах и напряжениях. Поэтому устройства, отличающие КЗ от качания по появлению несимметрии, выполняются реагирующими на составляющие ОП. Принцип действия такого блокирующего устройства состоит в том, что оно разрешает работать РЗ при КЗ, когда появляются составляющие ОП, и запрещает ей действовать на отключение, если I2 и U2 не появлялись, блокируя таким образом РЗ при качаниях и симметричной нагрузке.
Блокировки при качаниях, реагирующие на абсолютные значения I2 и U2, пока имеют преимущественное распространение в отечественных ДЗ. Они выполнены на электромеханических реле с готовностью к повторному пуску через определенное время после отключения КЗ. Серийно выпускаются устройства блокировки при качаниях (УБК) двух типов: КРБ-125 с ПО, реагирующими на U2 и 3I0, и КРБ-126 с ПО, реагирующими на I2 и 3I0.
Принципиальная схема блокирующего устройства типа КРБ с возвратом и готовностью к действию через определенное (заданное) время tB. На рис.12.4, а, б приведены схемы блокирующего устройства с токовым ПО, реагирующим на ток I2 и дополнительно, для повышения чувствительности при КЗ на землю, на ток I0.
Схема ПО (рис.12.4, а). Ток I2 получается с помощью фильтра ОП Ф2, на выход которого включен понижающий трансформатор ТА2. Ток 3I0 получается от промежуточного трансформатора тока ТА0, который включен в рассечку нулевого провода ТТ. Токи I2 и 3I0 выпрямляются VS1 и VS2, суммируются и подаются в обмотку Р исполнительного реле пускового органа КА. В качестве исполнительного реле служит поляризованное реле с двумя обмотками: рабочей Р и тормозной Т. Тормозная обмотка Т питается выпрямленным током одной из фаз Iф и противодействует срабатыванию реле. Ток рабочей обмотки (I2, + kI0) действует на срабатывание.
Ток срабатывания реле КА (рис. 12.4, б) зависит от тормозного тока IТ = Iф и выражается уравнением: Iс.р = Iн + kтIт, где kт — коэффициент торможения; Iн — ток срабатывания реле при отсутствии торможения, которое предусмотрено для предотвращения ложной работы ПО блокировки во время качаний. При КЗ I2 и I0 достаточно велики, поэтому несмотря на торможение реле должно надежно срабатывать. Чувствительность ПО и коэффициент торможения kт регулируются изменением витков трансформаторов ТА1, ТА2 и ТА0. Конденсатор С6 и дроссель L2 сглаживают кривую выпрямленного тока. Конденсатор С4 и дроссель L1 фильтруют токи высших гармоник (главным образом 5-й), которые могут вызвать появление токов небаланса в рабочей обмотке ПО, так как соотношение сопротивлений плеч фильтра Ф2 подобрано для частоты 50 Гц. Трансформаторы ТА2 и ТА0 служат для уменьшения токов I2 и I0 до значений, безопасных для выпрямителей VS1 и VS2.
Л
огическая
схема
устройства показана на рис.12.4, в.
Она одинакова для устройств, реагирующих
как на ток, так и напряжение ОП. В состав
схемы входит промежуточное реле КL1,
осуществляющее пуск и вывод из работы
блокируемой РЗ по команде ПО устройства
КА,
реле времени КТ
и промежуточное реле KL2
с замедленным возвратом (на время Δt
≈ 0,2 ÷ 0,3 с), выполняющие операции по
прекращению пуска РЗ через время Δt,
достаточное для ее срабатывания, по
запрету повторного пуска РЗ в течение
заданного времени tгот
и по восстановлению готовности всех
реле логической схемы к новому пуску.
Для надежного действия блокирующего устройства при трехфазном КЗ пусковой орган КА и промежуточное реле КL1 должны иметь повышенное быстродействие (0,009 с), позволяющее им реагировать на кратковременную несимметрию, появляющуюся в начальный момент этого повреждения. Чтобы обеспечить это условие, применяется особая схема пуска КL1, позволяющая улавливать кратковременное срабатывание ПО (КА) и фиксировать его на время, необходимое для действия РЗ. Для этого в исходном режиме обмотка КL1 непрерывно питается током через замкнутые контакты КА.1 и KL1.2 (рис.12.4, в). Реле KL1 находится в сработанном состоянии, контакт KL1.1, осуществляющий пуск РЗ, разомкнут. Контакт KL1.2 замкнут. Контакт KL1.3, пускающий реле времени КТ, разомкнут. Промежуточное реле KL2 обтекается током и находится в сработанном состоянии — его контакты разомкнуты.
При КЗ появляются составляющие ОП и НП; ПО срабатывает, его контакт КА.1 размыкает цепь обмотки KL1, подвижная система которого возвращается, контакт KL1.2 размыкается, и KL1 остается в обесточенном состоянии независимо от положения контакта КА.1, фиксируя таким образом его кратковременное действие. После обесточения обмотки KL1 контакт KL1.1 замыкает цепь отключения блокируемой РЗ, разрешая ей срабатывать, а KL1.3 подает ток в обмотку реле времени КТ, которое приходит в действие. Его мгновенный контакт КТ.2 замыкается, обеспечивая самоудерживание реле КТ, второй мгновенный контакт КТ.1 размыкается, прерывая ток в обмотке промежуточного реле KL2 (рис.12.4, в). Якорь этого реле отпадает с замедлением, через время Δt ≈ 0,2 ÷ 0,3 с контакт KL2.1 замыкается, подавая ток в обмотку реле KL1. Последнее вновь срабатывает и выводит блокируемую РЗ из действия. При этом повторный пуск РЗ при срабатывании КА будет исключен, так как контакт КА.1 зашунтирован контактом KL2.1.
Возврат схемы в начальное состояние (готовности к действию) происходит после замыкания контакта реле времени КТ.3, который шунтирует обмотку реле времени, и оно, а следовательно, и KL2 возвращаются в исходное положение. После этого логическая схема готова к повторному действию.
Для исключения ложной работы ПО от небалансов при качании, а на участках с несимметричной нагрузкой и от составляющих ОП уставка срабатывания ПО отстраивается от этих величин. Это загрубляет блокирующее устройство. Кроме недостаточной чувствительности ПО, реагирующий на абсолютные значения U2 или I2, имеет два принципиальных недостатка: такой ПО может сработать не только при КЗ, но и при операциях по включению и отключению выключателей на симметрично нагруженных элементах сети, вследствие появляющейся кратковременной несимметрии, вызванной разновременностью замыкания и размыкания фаз контактами выключателя. Если указанная коммутация произойдет во время качаний или перегрузки, то ПО вводит в действие блокируемую РЗ, и она может подействовать ложно. Возможен отказ ПО при трехфазном КЗ, когда начальная несимметрия отсутствует или ее продолжительность недостаточна для срабатывания ПО.
Блокировка при качаниях с пуском от тока I2 не действует в симметричных режимах сети при любых неисправностях в цепях ТН и может благодаря этому служить блокировкой ДЗ от повреждений в цепях напряжения. Блокировка от качаний с пуском от U2 таким свойством не обладает. Поэтому БК с токовым пуском часто используется как блокирующее устройство при качаниях I ступени и пусковое устройство II и III ступеней ДЗ.
Такой пуск медленнодействующих ступеней предупреждает их ложное срабатывание при неисправности в цепях напряжения, в том числе и при одновременном исчезновении напряжения на трех фазах первичной стороны ТН.
Выбор уставок ПО блокировки, выполненных по рис.12.4. Реле напряжения или тока должно быть отстроено от максимальных небалансов, возникающих на выходе фильтра при симметричных режимах, и надежно работать при двух и однофазных КЗ в конце зоны блокируемой ступени. По первому условию:
(12.5)
где Uнб.ф — напряжение небаланса на выходных зажимах фильтра Ф2 при максимальном значении рабочего напряжения, а Iнб.ф — вторичный ток небаланса фильтра при максимальном значении токов качания.
По второму условию:
(12.6)
где U2min и I2min — минимальные напряжение и ток ОП при КЗ в конце зоны блокируемой РЗ; kч — коэффициент чувствительности, равный 1,5.
При недостаточной чувствительности реле ОП применяется комбинированный пуск от U2 + kI0 или I2 + kI0, а также торможение от тока фазы.
Выдержка времени на возврат БК в исходное положение (контакт КТ.3 на рис.12.4, в) определяется по следующему выражению:
(12.7)
где tOТКЛ1 и t OТКЛ2 — наибольшее время отключения КЗ первый раз и после АПВ соответственно; tАПВ — время действия АПВ.