Лекции_ОП-РЗА8

случае, как и все защиты с относительной селективностью, токовые защиты выполняются со ступенчатыми (плавными зависимыми) или комбинированными характеристиками выдержек времени t = f (1) .

Для сетей с U ном ³ (35−110кВ) и выше защиты выполняются ступенчатыми. Преимуществом защиты со ступенчатыми характеристиками по сравнению с другими является более простое выполнение ИО.

~

Первые ступени обычно работают без специально устанавливаемой выдержки времени ( t − время срабатывания защиты).

t = 0.02 − 0.1 сек Учитывают действие в каскаде трубчатых разрядников.

Вторые ступени работают с выдержкой времени t (II) , обычно одинаковой для всех защит линий сети. Это время, составляющее в среднем около 0.5сек, предотвращает возможность срабатывания II ступени защиты при к.з. в начале смежных элементов. Защищаемая II ступенью зона l (II) должна с запасом охватывать конец участка (за I зоной) и шины п/ст противоположной стороны. Конец l (II) ограничивается началом второй зоны защиты смежного участка, что предотвращает возможность одновременного срабатывания смежных защит (последующей и предыдущей) с одинаковым t (II) при к.з. во

второй зоне предыдущей защиты (например, защиты 3 при к.з. в l (II) 2 защиты 2).

Третьи ступени − имеют наибольшие выдержки времени t (III), выбираемые по ступенчатому принципу тем большими, чем ближе включена защита к источнику питания. При этом выдержка времени n-ой защиты

tnIII = t(nIII-1) max + t ,

где t - ступень выдержки времени, применяемая в среднем около 0.5 сек.

Основное назначение III ступеней − выполнение функций резервирования при к.з. на предыдущем участке и отказе его защиты или выключателя. Конец зон действия lIII III ступеней часто не фиксируется. Очень часто защиты выполняются таким образом, что последующие ступени каждого устройства могут срабатывать при несрабатывании по некоторым причинам (например, из-за низкой чувствительности) предыдущих ступеней.

Целесообразность выполнения защиты с 4-мя ступенями может возникнуть при недостаточной чувствительности II ступени n-ой защиты к к.з. в конце защищаемого элемента. Тогда для предотвращения возможных отключений таких к.з. часто с большой выдержкой времени tnII при 3-х ступенчатом выполнении защиты между II и последней ступенями включают дополнительную со временем tnIII > tnII-1 , а III ступень превращают в IV c tnIV .

Рассмотрим в качестве примера расчет линии 110 кВ Комиэнерго “ Микунь-Едва-Усогорск-Чернутьево”

ВЛ − 177

31.8 35.8 33.5 4.2 ВЛ −178

Расчеты сопротивлений линии и трансформаторов, а также токи

Определение места повреждения ЛЭП Комиэнерго. Сыктывкар. П/ст Микунь. 27.10.1993 Общая протяженность ВЛ-177 + ВЛ-178 =212.2 км Результаты испытаний

Рассмотрим типы и ступени защиты ЛЭП Микунь – Едва

– Усогорск − Чернутьево

На ВЛ − 177, ВЛ − 178 устанавливаем токовые защиты. МТЗ от К(2) и К(3) и защита нулевой последовательности от К(1).

Первые ступени защит выполняются без выдержек времени. Ее время срабатывания определяется временем срабатывания исполнительного органа и ИО. Как правило t (I) <0.1 и может снижаться до 0.01−0.02 сек. Выбор тока срабатывания защиты п/ст Микунь определяем из минимального режима при КЗ на шинах п/ст Едва:

К(3) : I = 1.8 ;

К(1) : I = 1.6 .

Максимальный ток нагрузочного режима по ЛЭП может достигать 1 кА (800 А). Ток срабатывания

I сI.з. = Котс/ × I к max ,

общем случае, чем чувствительнее защита, тем условия резервирования лучше. Однако чрезмерная чувствительность может обусловить работу от токов нагрузки. Поэтому при выборе уставки токовой защиты от междуфазных КЗ могут быть применены два способа.

Первый способ − предполагает знание токов нагрузки, проходящих по защищаемым линиям. Токи срабатывания и возврата должны быть такими, чтобы после КЗ реле могло возвратиться в несработанное состояние. В это время по защищаемой ЛЭП проходит увеличенный ток нагрузки, обусловленный увеличением тока, потребляемого АД при их самозапуске. Расчетное значение

где Кз =1.2-1.3 − коэффициент запаса, учитывающий увеличение тока нагрузки за счет возможного расширения потребителей;

Кn =1.5-2.5;

КВ =0.85-0.95 − коэффициент возврата,

регламентируется ТУ; Ксх − коэффициент схемы, учитывающий схему

включения ТТ ( Ксх =1).

Второй способ − исходит из необходимости обеспечить минимальную чувствительность защиты КЧ (при КЗ в зоне основная защита Кч =1.5-2.0; резервная защита Кч =1.2-1.5).

Уставка

I ср = Ксх I к min , Кч n Т

IK,min- минимальное значение первичного тока при КЗ в конце зоны, где защита действует как основная или резервная;

КСХ- коэффициент схемы , соответствующий рассматриваемому виду КЗ;

ИТ - коэффициент трансформации ТТ.

48

Токовая отсечка.

В справочнике IСЗ = KОТС I R max (3) ;

KОТС = 1.2 - коэффициент отстройки, учитывающий наличие апериодической и периодической составляющих в токе ;

I СЗ = KОТС IУР. КАЧ . МАКС ; KОТС = 1.1; IУР. КАЧ . МАКС - макс.

Уравнительный ток качаний в полнофазном режиме. Уставка первых ступеней (токовых отсечек) для ВЛ Микунь- Едва-Усогорск-Чернутьево :

Вторая ступень токовой защиты.

Основное назначение II ступени - защита зоны lII , в которую входит конец защищаемого участка и шины приемной п/ст. Для рассматриваемой ЛЭП Комиэнерго это:

а) п/ст Едва; б) п/ст Усогорск.

Дополнительным назначением может являться резервирование Iступени.

Выдержка времени t II = tnII = t(In−1)MAX + dt , где dtступень выдержки времени, а t(In−1)MAX -max время Iступеней защит

линии или быстродействующих защит других элементов в п/ст, например защиты понижающих трансформаторов. Ток срабатывания II ступеней должен выбираться по следующим условиям:

Чувствительность II ступени, характеризуемая КIIч , рассчитывается по металлическому КЗ на шинах приемной п/ст.

Коэффициент чувствительности м.б. небольшим KЧII = 1.25 , т.к. II ступень резервируется более чувствительной III ступенью.

KОТСII = 1.1 -1.2 ;

Для п/ст Микунь I CII.З = 1.4 ×1.1 = 1.54 кА п/ст Едва I CII.З = 1×1.2 = 1.2 кА

Токовая отсечка с выдержкой времени.

Максимальная токовая защита. Третья ступень токовой защиты.

Выдержки времени рассматриваемой ступени защиты выбираются по ступенчатому принципу, согласно которому последняя ступень последующее по направлению к источнику питания защиты должна иметь выдержку времени, большую максимальной выдержки времени последних ступеней предыдущих защит на ступень dt (при отсутствии УРОВ). В

общем случае t III = t( − ) + dt ; с УРОВ

n n 1 MAX

t III = t( − ) + dt + t .

n n 1 MAX УРОВ

Ток срабатывания МТЗ. Ток срабатывания IС.З последней ступени д.б. больше макс. Рабочего тока IРАБ.МАКС в защищаемой линии. Однако, как правило, выбор IС.З определяется более тяжелыми условиями. Для определения IC.З защиты п/ст Микунь необходимо рассмотреть поведение защиты в следующих случаях:

1.при КЗ на одном из трансформаторов п/ст Едва;

2.при КЗ, отключении и последующем АПВ. Для случая 1.

при этом по крайней мере К’’ З>K’ З , т.к. в этом случае ток двигателей падает до нуля. Для рассматриваемой ЛЭП К’ З и К’’ З принимаются равными 1, т.к. в ней двигательная нагрузка практически отсутствует.

Токовая защита нулевой последовательности.

Защита IV ступенчатая (ШДЭ-2801). I- отсечка без выдержки времени; II и III - отсечки с выдержкой времени, IVчувствительная защита с выдержкой времени, выбираемая по возможности по встречно-ступенчатому принципу. Выдержки времени II и III ступеней согласуются с выдержками времени ступеней предыдущих элементов, с которыми производится согласование по току (ЛЭП, АТ), с учетом выдержки времени УРОВ. Расчет параметров производится в следующем порядке:

I ступень : 1. IIС.З выбирается по условиям отстройки от 3I0 в защите :

при КЗ на землю на шинах противоположной п/ст;

в неполнофазном кратковременном режиме при неодновременном включении фаз выключателя;

в неполнофаном режиме в цикле ОАПВ на ЛЭП.

погрешности и запас; I03-max значение периодической составляющей тока 3I0 при КЗ на противоположной п/ст, I0,НЕП- макс. Значение тока 3I0 в неполнофазном режиме.

2 и 3 условия могут не рассматриваться, когда от разновременности включения I ступень отстраивается по времени, а при ОАПВ - выводится автоматически из работы. Ток срабатывания I ступени дополнительно проверяется по условиям отстройки от броска тока намагничивания силовых трансформаторов, если в сети возможно их включение под напряжение через контролируемую линию.

2. Ток срабатывания II ступени выбирается по условиям: а) отстройки от 3I0 в защите при КЗ на землю за АТ предыдущей п/ст (на стороне смежного напряжения);

б) согласования с I ступенью защиты предыдущей ЛЭП или защиты от КЗ на землю, установленной на стороне смежного напряжения АТ предыдущей п/ст (если это необходимо для повышения чувствительности);

в) отстройки от 3I0 в защите в неполнофазном режиме в цикле ОАПВ на защищаемой линии или предыдущей ЛЭП. Отстройка от токов не требуется, если выполнены условия, аналогичные I ступени. Ток срабатывания по условию а)

периодической составляющей начального тока I0 в защите при КЗ на землю за АТ противоположной п/ст.

По условию б)

I 0IIС.З > KОТС 3I 0 РАСЧ ,

где KОТС = 1.1 и I 0 РАСЧ - расчетный токмаксимальное значение периодической составляющей при КЗ на землю в конце зоны ступени защиты, с которой производится согласование.

Для радиальной и кольцевой сети с одиночными линиями без диагональных связей 3I0 РАСЧ можно определить аналитически. Ток срабатывания

I 0C .З > KОТС KТОК I 0С.З. ПРЕД

где I 0С.З. ПРЕД - ток срабатывания ступени защиты, с

которой производится согласование; KТОК - max коэффициент токораспределения, равный отношению тока в рассматриваемой

защите к току в защите с которой производится согласование, при КЗ в конце зоны последней.

Поскольку в указанных сетях при перемещении КЗ вдоль смежной линии КТОК остается неизменным, он м.б. рассчитан при КЗ в любой точке этой линии.

Чувствительность защиты по току оценивается выражением

КЧ.Т = 3I0ЗMIN/I0С.З ,

где I0ЗMIN - min значение периодической составляющей тока I0 при расчетном виде КЗ в расчетном режиме.

При КЗ в конце ЛЭП и на шинах противоположной п/ст допустимый КЧ.Т>1.5. При наличии надежной резервной защиты КЧ.Т допустимо иметь равным 1.3. Если минимально допустимые значения коэффициентов чувствительности не получаются, дополнительно ко II устанавливают III ступень.

3.Ток срабатывания III ступени выбирается по условию согласования с защитой предыдущей линии или АТ, установленной на стороне смежного напряжения, и по условию отстройки от 3I0 в неполнофазных режимах, как в п. 2. Для III ступени также дополнительно проверяется отстройка от тока небаланса в нулевом проводе ТТ при качаниях, асинхронном ходе и при КЗ м/у тремя фазами за трансформаторами (АТ) данного и противоположного концов линии.

3. Ток срабатывания IV ступени отстраивается от тока небаланса в нулевом проводе ТТ при КЗ К3 за трансформаторами и на стороне НН АТ:

I 0CЗ = kОТС k ПЕРkНБ I РАСЧ ,

где КОТС=1.25; КПЕР - коэффициент, учитывающий увеличение тока небаланса в переходном режиме;

КПЕР=2 при tСР=0.1 сек и КПЕР=1 при tСР=0.6 с; КНБ -

коэффициент небаланса, зависящий от кратности расчетного тока к номинальному, трансформаторов тока при I РАСЧ = (2 − 3)I НОМ , КНЕБ=0.05, при больших кратностях, но меньших предельной КНБ=(0.05-1); IРАСЧ- макс. значение фазного тока, проходящего в месте установки защиты при внешнем К3.

Ток срабатывания этой ступени проверяется по условию отстройки от суммарного тока нагрузочного режима. Коэффициент чувствительности ступени проверяется при К(1) в

конце зоны резервирования и допускается не менее 1.2 (при каскадном отключении КЗ).

Когда IV ступень не удовлетворяет условиям чувствительности, допустимо выбрать ток срабатывания по условию обеспечения требуемой чувствительности и дополнительно проверить выбранный ток срабатывания по условию отстройки от тока небаланса в максимальном нагрузочном режиме. Ориентировочно в расчетах можно принять (0.050.1)IНОМ но не менее 60 А.

Дистанционная защита.

АК’=Zk+Rд , КК’>AK”, т.к. IК в начале больше, чем в конце зоны защиты.

Для ИО РС шкафа ШДЭ применяют следующие виды характеристик.

X

Z

Z

φМЧ 2

I ступень – характеристика срабатывания РС I ступени в плоскости сопротивлений имеет форму, близкую к окружности, проходящей через особые точки z1, z2, z3. φМЧ=75º.

По сравнению с круговой характеристикой эллипс имеет меньшую рабочую область. Это дает возможность лучше отстроить реле от качаний и перегрузок, но ухудшает чувствительность при КЗ через Rf.

II ступень - характеристика срабатывания II ступени – четырехугольник с вершинами z1, z2, z3, z4, охватывающий начало координат. Предусмотрены две ступени регулирования наклона правой боковой стороны четырехугольника в/а=0.6 и в/а=0.3 угол φМЧ=75º (угол обозначает угол направления, по которому задается уставка ZУСТ).

вС

Подобная характеристика направленных РС, имеющая форму 4-х угольника, наиболее близко совпадает с контуром области расположения векторов Zp при КЗ и является с этой точки зрения наиболее рациональной. (см. Области ОКК’ K’’ и эту характеристику).

Пунктиром показан вариант характеристики ОА’ и ВС’ , предусматривающий расширение зоны реле для обеспечения его действия при двустороннем питании КЗ через переходное сопротивление.

Условия построения 4-х угольной характеристики : для обеспечения направленности действия точка О должна совпадать с началом координат; прямая А’ В должна проходить через точку А, соответствующую к концу расчетной зоны действия реле; прямая ОА представляет собой характеристику сопротивления защищаемой зоны и образует с осью R угол φЛ, сопротивления ZЛ.

Точка В определяет величину Rf в конце зоны защиты.

Угол α1 = α + α ЗАП , α2 = α + αЗАП , α ЗАП - угол запаса, учитывающий угловую погрешность ИТТ и погрешность срабатывания реле.

Сторона ОА’ располагается под углом β2>φЛ с таким расчетом , чтобы реле надежно действовало при металлических КЗ на защищаемой ЛЭП (ОА) с учетом погрешностей измерительных трансформаторов и реле. Полученная характеристика реле ОА’ ВС’ 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 ЛЭП можно применять смещение характеристики относительно начала координат.

III ступень - характеристика срабатывания III ступени треугольник с вершинами z1, z2, z3. Предусмотрены две ступени регулирования наклона правой боковой стороны, проходящей через начало координат под углом γ=47º или γ=35º к оси R. Реле сопротивления I и III ступени имеют общий блок памяти для правильной работы при близких КЗ.

X

ZЛ

γ

φЛ

R

Характеристика РС III ступени, имеющая треугольную форму, позволяет отстроиться от Zp при больших значениях тока

значительном переходном сопротивлении Rf в случае удаленных КЗ.

Дистанционная защита ШДЭ-2801.

Работа защиты при КЗ в зоне I ступени.

I ступень работает без выдержки. Первичное сопротивление срабатывания Iступени защиты без выдержки времени д.б. отстроено от КЗ на шинах п/ст Едва по выражению

Z СЗI 1 » Z Л1 (1 + β + δ ) » 0,85Z 1 ,

где δ=0.1 погрешность расчета первичных величин, влияющих как на увеличение, так и на уменьшение защищаемой зоны и необходимый запас;

β=0.05 – погрешность ТН, влияющая на увеличение защищаемой зоны

X1мах=12.2 Ом

X1мin=12.7 Ом

6.5

57

Z 10 = 0.23 + j0.39 = 0.45Ð60°

I ступень ZIСЗ< ZЛ1/КОТС= ZЛ1/1.15 - отстройка от металлического КЗ на шинах п/ст противоположного конца ЛЭП. ZЛ1 – сопротивление защищаемой линии.

II ступень. Первичное сопротивление срабатывания II ступени ZIIСЗ принимается меньшим из полученных по условиям:

согласования с I ступенью защиты предыдущей линии. Здесь рассматривается расчеты ДЗ которые сводятся к определению:

а) - сопротивлений срабатываний;

выдержек времени;

чувствительности отдельных дистанционных ступеней;

пусковых органов защиты;

б) - параметры срабатывания и чувствительности защит при качаниях.

отношению первичных токов в линиях Л1 и Л2 при междуфазных КЗ на линии Л2 в конце зоны действия I ступени защиты 2 ; KТОК II = I Л1 / I Л 2 ;

d = sin ϕ3 / sin max ч - отношение синусов угла расчетного

сопротивления (угла защиты) и угла φМЧ; в предварительных расчетах d≈1;

1-α - учитывает возможное уменьшение ZСЗII , а KОТС -

возможное увеличение ZСЗII 1

Z СЗII 1 = 0.85 × 45 + 0.85 × 0.9 ×38.3 = 67.6 Ом

- для линий ВН (СН) - отстройки от КЗ на шинах СН (ВН) АТ п/ст, примыкающей к противоположному концу линии , или

58

отстройки от КЗ на стороне НН трансформатора ПС (включенного аналогично АТ)

∆U=0.12=12% РПП

- согласования с I ступенью защиты, установленной на

обмоток ВН и СН параллельно работающих трансформаторов (с учетом РПН);

учитываются реально возможные режимы , дающие max значение этих коэффициентов ; KТОК T = I Л1 / IТР = 0.5

ZСЗII = 0.85Z Л1 + 0.85 × 200 ×15 = 200 Ом

Меньшее из полученных значений (67.6 и 200) принимаем за расчетное значение.

II = I (II ) + D

tСЗ tСЗ СМ t , ∆t=0.5 с.

Коэффициент чувствительности II ступени определяется по формуле:

KСЗII 1 = ZСЗII 1 / Z Л1 , (ZСЗII 1 / Z3 )

где Z3 - max сопротивление на зажимах реле при металлическом КЗ в конце защищаемой зоны

KСЗII 1 = 67.6 / 45 = 1.5

Допустимое в соответствии с ПУЭ значение KЧ > 1.25

K1

чувствительности, то возможно увеличение ее сопротивления срабатывания и выдержку времени с учетом следующего. Если определяющим было условие согласования с I ступенью предыдущей линии, то возможно согласование со II ступенью этой же защиты. Если определяющим было условие отстройки от КЗ за АТ на шинах СН (ВН), то согласование может производится с I ступенью ДЗ на АТ.

режиме: