Лекции_ОП-РЗА8

Для повышения чувствительности к КЗ через переходное сопротивление значение следует выбирать max возможным, удовлетворяющим отстройке от Z НАГ.РАСЧ .

III ступень РС III ступени д.б. отстроены от min Z в рабочем режиме нагрузки , т.е. в условиях возможного I РАб.MAX

Для ШДЭ (треугольная характеристика) прежде всего рассматривается отстройка от максимального режима по углу (или по Z). Для этого следует выбрать угол γ наклона правой боковой стороны характеристики РС III ступени γ = ϕ НАГ РАСЧ + ϕ ДОП (*), φдоп=12º - дополнительный угол , он должен превышать сумму погрешностей характеристики в сторону уменьшения (δ≈5º), погрешностей расчета нагрузочного режима , погрешностей ТТ и т.д.

Если условие по углу удовлетворяется, то ZIIIСЗ1 выбирается по условию обеспечению требуемой чувствительности при каскадном отключении металлического КЗ в конце зоны резервирования

месте защиты при КЗ в конце зоны резервирования. Если условие (*) не выполняется, то

где K З = 1.5 - учитывает самозапуск

KЧ = 1.2 - коэффициент надежности

61

Z3 = 110.2 = 91.8Ом 1.2

Выдержку времени III ступени принимают по встречноступенчатому принципу на ступень селективности больше выдержки времени защиты 2 линии т.е. tЗIII1 = t32III + dt .

Для правильной работы должна быть проверена чувствительность каждой ступени по току точной работы IТ.Р., определяемая коэффициентом чувствительности kЧТ при КЗ тремя фазами в расчетной точке kЧТ = I ЗMIN / I ЗТ ,

Где IЗТ – минимальный первичный ток точной работы рассматриваемой ступени защиты.

IЗ MIN – для I и II ступеней допустимо определять при КЗ в конце защищаемой линии, при этом минимальной значение

kЧТ ³ 1.3

Выбор уставок и проверка РС по току точной работы

62

2. Выбирается ZУСТ min при 100% включенных витках вторичной обмотки ТН. Диапазон регулировок -5%-100% (20 крат по ZСЗ)

ШДЭ 2801 при I=5(1) А

Выбор ZУСТ MIN определяется из заданных диапазонов токов настройки т.е. из тех диапазонов в которых будут изменяться реальные токи КЗ. При малых уровнях целесообразно иметь большую уставку ZУСТ MIN и следовательно большую чувствительность по току, при больших уровнях токов настройки целесообразно иметь меньшую уставку ZУСТ MIN.

3. Проверяется чувствительность защиты по току точной работы при металлическом К(3) в конце зоны действия

4. При выбранной уставке ZУСТ MIN расчет уставок на ТН производится для каждой из ступеней. Расчетный процент включенных витков вторичной обмотки ТН к реле определяется в %

Проверка чувствительности по току точной работы. Эта проверка выполняется для I и II ступеней ДЗ, поскольку чувствительность РС III ступени по току ITP , как правило, обеспечивается. Рассмотрим на примере п/с Микунь:

Дифференциальная защита.

Дифференциальные защиты подразделяются на продольные и поперечные. Наиболее актуальны для нас продольные защиты.

По принципу действия ДФЗ не реагирует на:

на внешние КЗ;

на токи нагрузки и качания;

поэтому она выполняется без выдержек времени и не должна отстраиваться от токов нагрузки и качаний.

Применяются три типа ВЧЗ:

направленные РЗ с ВЧ - блокировкой, основанные на сравнении направления знаков мощности по концам защищаемой ЛЭП;

ДФЗ, основанные на сравнении фаз токов КЗ по концам ЛЭП;

комбинированные направленные и ДФЗ (НДЗ), сочетающие оба упомянутых принципа.

Принцип действия ДФЗ основан на сравнении фаз тока по концам защищаемой ЛЭП.

In

Выбор уставок ДФЗ

Для электрических сетей напряжением 110 кВ и выше в качестве основных линий применяются ДФЗ. Эти защиты имеют абсолютную селективность, быстродействие, работают при всех видах КЗ и не реагируют на качания в системе.

Принцип действия защиты основан на измерении фаз токов по концам защищаемой линии. Для преобразования трехфазной системы токов в обобщенную однофазную

используют комбинированный фильтр I&1 + k2 I 2 + k0 I 0 .

Защита имеет БИО:

блокирующие пусковые ИО;

отключающие ИО;

ИО манипуляции;

ОСФ;

РС.

ВЧ заградитель

TA

Линия

Конденсатор

связи

1. Пусковые реле I1, I2, I0, dI2, отключающие РС. 2. ИО манипуляции iM = k1i1 + k2i2 + k0i0 ш. 3. ОСФ

I I = I + k I 2 , I&11 = I1 + kI 2 , ϕ = угол между I 1 и I 11 = 180°

ϕСР = угол между I 1 и I 11 = 0 ± (180° − β )

При внешних КЗ обобщенные векторы токов сдвинуты на угол ϕ = 180° . Фактически из за погрешности ТТ и фильтров, а

также из за запаздывания в передаче высокочастотного сигнала по линии (6 эл. гр. на 100 км) вводится угол блокировки β , обеспечивающий отстройку от указанных факторов.

При внутренних КЗ ϕСР = 0 ± (180° - β ) .

Селективность защиты обеспечивается при соотношении пусковых ИО I СЗ ПО > I СЗ ПП > I MAX .

Расчет пусковых органов при симметричных КЗ

1.Ток срабатывания реле пуска передатчика

где kЗ=1.1 – коэффициент запаса по избирательности, kВ=0.85 – коэффициент возврата реле. IНАГ MAX – наибольший ток нагрузки, принимаемый по длительно допустимому току линии, kI – коэффициент трансформации ТТ.

2. Ток срабатывания отключающего реле выбирают по условию согласования с током срабатывания реле пуска передатчика

I СР ПО = kC I CP ПП , где kC=1.4 – коэффициент согласования

различных полукомплектов защиты.

3. Чувствительность токовых реле проверяют при К(3) в конце линии в минимальном режиме (допускается проверка в каскаде)

При недостаточной чувствительности в цепи отключения применяют реле сопротивления.

4. Уставка срабатывания РС выбирается по условию отстройки max нагрузочного режима

ϕ НАГ = 30 ¸ 40°.

2. Ток срабатывания реле ФТОП в цепи отключения отстраивают от тока небаланса в максимальном нагрузочном режиме

где kЗ=1.2 – коэффициент запаса по избирательности; kC=2 – коэффициент согласования цепей пуска передатчика и подготовки отключения различных полукомплектов защиты; kB=0.4-0.5 (ДФЗ-201) – коэффициент возврата реле ФТОП;

I 2 НБ П = k2 НБ I НАГ MAX - приведенный к первичной стороне ток небаланса ФОП;

k2 НБ = 0.02 - 0.03 - коэффициент небаланса ФОП;

I 2 НЕС П - ток обратной последовательности при

несимметричной нагрузке, приведенный к первичной цепи; Для ДФЗ-201 уставки срабатывания равны 1, 1.5, 2 А.

Уставки срабатывания реле пуска ВЧ – передатчика выполнены вдвое меньше

Обычно выбор уставок срабатывания производится в зависимости от чувствительности защиты, начиная с наибольших значений

I 2СР £ I 2MIN / 2 ,

где I 2MIN - наименьшее значение вторичного тока I2 при различных видах КЗ.

3. Чувствительность пускового органа по I2 определяется для каждого вида КЗ

Обычно условие (*) не является расчетным и выбор уставки I0СР производят по характеристикам чувствительности защиты с учетом токов I2В и 3I0В.

5. Результирующая чувствительность пускового органа определяется по семействам характеристик кратности тока срабатывания отключающего реле по отношению к току

срабатывания при заводской уставке I P(0) = f (I 2 B ,3I 0 B ) при различных сочетаниях I2УСТ, 3I0УСТ.

Алгоритм определения результирующей суммарной чувствительности

а) По известной уставке I2УСТ, определяемой по К(2) , находится кратность для рассматриваемого режима и вида КЗ

б) Для полученного значения I 2*B (пусть 1.5) по соответствующей кривой находиться относительный расчетный ток I0*, соответствующий kЧ=2, 3I 0*B РАСЧ = 0.5 .

в) Определяют расчетную уставку срабатывания по 3I0, выбирая ближайшую наименьшую:

где I0B MIN определяемый расчетом вторичный ток нулевой последовательности для данного режима и вида КЗ;

точке 2 на рисунке.

д) Определяется результирующий kЧ для известных значений I 2*B , 3I 0*ФАКТ (точки д, е на рисунке kЧ=2.8).

Рекомендации по выбору уставок ДФЗ.

МП ДФЗ проектируется для ЛЭП 110-220 кВ. В качестве примера расчета уставок ИО и коэффициентов ОМ рассмотрим линию 220 кВ Пушкино-Кр. Яр .

В соответствии с рекомендациями МЭК защита должна срабатывать при переходных сопротивлениях до 20 Ом.

Для выбора уставок смоделируем КЗ в 6 точках (см. рис.). Все точки КЗ находятся на расстоянии 0.5 км от шин (- 10.5;-0.5;0.5;59.5;60.5;119.5).

С точки зрения чувствительности актуальными являются случаи КЗ через большие сопротивления – 20 Ом. Результаты расчета приведены в таблице. Расчетными являются однофазное

КЗ (min значение токов I2 , I0 ) и К(3), по которому д.б. проведена отстройка от нагрузочного режима и выбор уставок по I1 .

Таблица

Проектирование МП-защиты с абсолютной селективностью (аналог ДФЗ-201).

Проектируемая защита предназначена для ЛЭП напряжением 110-220 кВ, а также для ЛЭП напряжением 330 кВ небольшой протяженности, где переходные процессы слабо отличаются от аналогичных процессов на ЛЭП 220 кВ. Поставим перед собой задачу проектирования микропроцессорной защиты, аналога ДФЗ-201.

Общая задача расчленяется на ряд подзадач. Наиболее значимы следующие из них (программная часть):

1.Задача фильтрации и получения информационных параметров входных сигналов;

2.Задача моделирования действия ИО;

3.Задача разработки и моделирования логики защиты;

4.Задача моделирования процессов в защищаемой сети;

5.Разработка инструментального программирования;

6.Комплексная проверка защиты на языке высокого уровня;

7.Программирование и отладка защиты на машинноориентированном языке;

8.

МП-ДФЗ (Релейная часть)

Анализ технических требований на защиту. Разработка функциональной схемы.

В технических требованиях на разработку микропроцессорной ДФЗ высоковольтных линий 110-220 кВ указано, что ТТ определяют только программное обеспечение релейной части.

Цель разработки и область применения.

ДФЗ по принципу своего действия является основной защитой ЛЭП с абсолютной селективностью действия. Она предназначена для использования в комплексе защит транзитных (магистральных) линий напряжением 110-220 кВ. Базовый вариант защиты предназначен для использования на двухконцевых ВЛ 110-220 кВ, оборудованных ТАПВ (трехфазным АПВ). Кроме того , как дополнительные возможности должно обеспечиваться использование защиты :

а) в сети внешнего электроснабжения тяговой нагрузки ; б) на многоконцевых ЛЭП без источников питания на

ответвлениях и т.п.

По требованию заказчика в МП-защите должно включать в свое ПО ряд защит (перегрузка, токовая на землю, УРОВ и т.д.), функций АПВ, регистратора и т.д.

Общие требования к выполнению защиты.

ДФЗ должна работать при всех видах КЗ в зоне и не реагировать на КЗ за зоной, работать при качаниях, неполно фазных режимах, реверсе мощности и т.п. Защита должна действовать на отключение двух выключателей. Диапазон токов, при которых обеспечивается правильное функционирование составляет 40 крат (40Iном). При этом возможно 50% насыщение ТТ. В защите д.б. предусмотрен полный самоконтроль и тестирование в различных режимах. Проектируемая защита должна отвечать действующим в России нормативно-техническим документах, а также всему комплексу стандартов МЭК, применяемых для МП - защит.

Технические характеристики.

В этом разделе ТТ обычно указывают токи и напряжения вторичных цепей, напряжение питания и потребляемую мощность по цепям постоянного и переменного тока. Здесь же указаны ИО, которые необходимо задействовать в защите, а также диапазон уставок ИО и т.д.

Особо для ДФЗ описаны требования органа манипуляции и органа сравнения фаз.

Принцип работы ДФЗ.

Указанная защита должна реагировать на все виды повреждений, а потому основным информационным параметром являются симметричные составляющие. В существующих защитах для повышения чувствительности используют весь спектр : токов прямой, обратной и нулевой последовательности , а также фазные и линейные токи и даже суммарный ток i2 + i0 .

Последнее необходимо для удаленных двухфазных КЗ через большие сопротивления. В этом случае львиную долю в токе КЗ составляет ток i1 , а токи i2 и i0 могут быть одновременно меньше уставки.

Особенностью ДФЗ является то, что она использует информацию второго конца ЛЭП - фазу тока манипулированного сигнала. Поэтому данная защита должна иметь два типа ИО:

а) реагирующие на величину тока; б) выявляющие фазу тока манипулированного сигнала и

сравнивающие ее с уставкой. Кроме того, ДФЗ включает в себя реле сопротивления. Этот блок предназначен для работы при трехфазных симметричных замыканиях и для резервирования при КЗ на отпайках за трансформаторами.

ИО, реагирующие на величины токов.

В существующих защитах присутствует весь спектр ИО, реагирующие на величину тока: iФ , iЛ , i2 , i0 . Это связано с

тем, что из-за больших погрешностей фильтров ИО и промежуточных передаточных цепей при разных видах КЗ удовлетворительно действует тот или иной орган. Здесь же следует учитывать и широкое разнообразие ЛЭП, где возможно применение защиты ДФЗ-201. При составлении технических требований на МП ДФЗ в них включили и разработку комбинированных ИО, типа i2 + i0 (суммирование амплитудных

действующих величин и сравнение их с уставкой), хотя схемы

замещения, а значит и токораспределение, обратной и нулевой последовательности различны.

Алгоритмы для ИО здесь самые элементарные: I > IУСТ .

Каждый ИО выдает сигнал в виде логических ( “1” или “0”) , а решение о работе защиты в целом ровно как и временные задержки осуществляются в логике защиты.

Анализ информационных параметров различных КЗ показывает , что всю информацию об аварии можно получить с двух токов - i2 , которая несет информацию о всех видах

несимметричных КЗ и i1АВАР = i1 − i1ПРЕД - содержащую в себе информацию о всех видах КЗ и аномальных режимах без исключения, как в симметричном так и в несимметричном режимах.

Здесь следует заметить , что если в сети возможна длительная не симметрия - неполно фазный режим , мощная однофазная (двухфазная) нагрузка, например мощные сталеплавильные печи, или тяговая нагрузка, то вместо i2 необходимо использовать

i2 АВАР = i2 − i2 ПРЕД .

Основной недостаток такого подхода к построению ИО на базе аварийных составляющих в том, что их выделение (появление) возможно только в момент смены режима. Известно, что при КЗ, коммутациях или ином возмущении в сети присутствуют наряду с основной гармоникой, апериодическая составляющая и высшие гармоники, которые вносят искажения в величины аварийных составляющих. Кроме того, при внешних КЗ (не в зоне) ИО должны сохранять свое состояние в течении длительного времени, что усугубляет ситуацию при некачественной фильтрации i2 АВАР , i1АВАР .

При использовании аварийных составляющих следует разработчикам учесть и такую их особенность, как срабатывание ИО при сбросе или отключении линии. Такого рода недостатки легко устранимы при введении контроля от величин соответственно U1 или I2. Таким образом укрупненный алгоритм (блок-схема-структурная схема ) ИО и части логики ДФЗ приведена на рисунке.

З1

Анализ информационных параметров для органа манипуляции показывает, что ток i0 нежелателен в ОМ, как имеющий разные с i1, i2 схемы замещения. Ток i1 в сильно нагрузочных режимах или при качаниях ( асинхронном ходе ) превышает величину ki2, а поэтому в этих режимах даже КЗ в зоне может давать сплошное заполнение в ВЧ-канале, то есть блокировку срабатывания ДФЗ.

В принципе информацию об аварии несут i1авар, i2авар, как правило, превышает i2пред, то есть без больших последствий i2авар, может быть заменен током i2. Иное дело с i1. Эта величина может превышать i1авар, а потому замена i1авар на i1 нецелесообразна и может привести к отказу в срабатывании при КЗ в зоне.

Возможным решением проблемы было использование в манипулированном сигнале i2 и

iм = i1авар + i2.

Однако, кратковременное появление i1авар может позволить получение сигнала на все время пуска защиты.

отключения поврежденной ЛЭП с учетом работы защиты в

каскаде и временем УРОВ, обеспечить

k1 i1аварe−t / τ + k2i2 ³ i1 .

В дальнейшем такое условие может не выполнятся. Если к этому моменту линия не была отключена, то это должно быть КЗ вне зоны защиты ДФЗ. Этот и другие подобные случаи рассмотрим при анализе логики защиты.

Логическая часть ДФЗ.

Введение.

Логическая часть любой защиты является “ мозгом защиты”. Именно в ней, как правило, определены все элементы времени, накладки, переключатели и т. п., а также сигнализация и контроль функционирования. В логику поступают и обрабатываются все внешние логические сигналы. В свою очередь логическая часть защит является источником сигналов отключения и других внешних сигналов УРЗА.

Логика ДФЗ.

Все рассуждения по построению логики соответствуют ТТ на ДФЗ.

∙ канал пуска ( фиксация КЗ ) и передачи ВЧ-сигналов;

∙канал пуска на отключение КЗ;

∙канал приема ВЧ-сигнала;

∙канал отключения;

∙канал отключения симметричных КЗ.

Фиксация КЗ и пуск ВЧ-сигнала.

Элементы времени DT1, DT2 работают по заднему фронту ( при пропадании сигнала, см. диаграмму).

Данная определяется отключением внешних трехфазных КЗ резервной защитой. Все это время в проводе сплошной ВЧ-сигнал, блокирующий работу защиты. Нюансы работы будут раскрыты ниже.

ОМ. На выходе ИО ОМ сигнал имеет форму прямоугольных импульсов, которые соответствуют полуволнам сигнала манипуляции. При наличии пускового

ВЧ-передатчика поступает сплошной блокирующий сигнал.

ОМ ВЧ передатчиком обеспечивает работу последнего с интервалом в половину периода промышленной частоты. Поэтому передатчик генерирует токи ВЧ пакетами, длительность которых равна интервалами между ними. Фаза этих пакетов соответствует фазе напряжения на выходе ОМ. Фаза напряжения на выходе ОМ в свою очередь соответствует фазе токов i1 + ki2 . ОМ выполняется без фильтра нижних частот, что повышает устойчивость функционирования защиты за счет снижения интенсивности переходных процессов в ОМ.

Канал пуска на отключение КЗ.

Канал пуска идентичен аналогичному каналу пуска и фиксации КЗ.

50-200 mS

Пуск на откл

Элементы времени, продлевают кратковременно появляющиеся аварийные составляющие. Время срабатывания этих элементов определяется max временем срабатывания защиты с учетом времени УРОВ. Для исключения излишнего срабатывания в первый момент внешнего КЗ предусмотрен

( выносные, встроенные ) и разнотипным защитам ( МП или электромеханические ). В обычных условиях это время 5-20