ГОУВПО «Воронежский государственный

технический университет»

Кафедра электромеханических систем и электроснабжения

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторных работ №1-4

по дисциплине «Релейная защита и автоматизация»

для студентов специальности 110302

«Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»

очной формы обучения

Воронеж 2011

Составители: канд. техн. наук С.А.Горемыкин,

канд. техн. наук Н.В. Ситников

УДК 621.316.925.1

Методические указания по выполнению лабораторных работ №1-4 по дисциплине "Релейная защита и автоматизация" для студентов специальности 110302 "Электрификация и автоматизация сельского хозяйства" очной формы обучения / ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. С.А. Горемыкин, Н.В. Ситников. Воронеж, 2011. 53 с.

Методические указания содержат краткие теоретические пояснения по существующим схемам релейной защиты и автоматики линий электропередач, от токов КЗ и токов перегрузки, а также по устройствам защиты низковольтных асинхронных электродвигателей.

По методике выполнения лабораторных работ даются задания, указания по выполнению, требования к отчету, контрольные вопросы и перечень необходимой для подготовки литературы.

Предназначены для студентов 5-го курса очной формы обучения.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2003 и содержатся в файле МУ Рел.защ.doc

Табл. 10. Ил.12. Библиогр. 3 назв.

Рецензент канд. техн. наук, доц. Н.И. Королев

Ответственный за выпуск зав. кафедрой

канд. техн.наук, доц. В.П. Шелякин

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

 ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2011

Лабораторная работа № 1 Исследование режимов работы поперечной дифференциальной токовой направленной защиты параллельных линий

1. Цель работы

1.1. Ознакомиться со схемой защиты смонтированной на стенде и электрическими аппаратами, входящими в ее состав.

1.2. Изучить принцип действия защиты во всех режимах (нагрузочный режим, режим КЗ на защищаемом участке, внешнее КЗ, обрыв одной из параллельных линий).

1.3. Выполнить расчет тока срабатывания пускового органа и экспериментально проверить работоспособность защиты во всех режимах.

2. Теоретические сведения

Поперечная дифференциальная токовая направленная защита параллельных линий предназначена для избирательного отключения поврежденной линии при КЗ на ней. Упрощенная схема защиты для одной фазы приведена на рис. 1.1. Защита установлена с обеих сторон двух параллельных линий с односторонним питанием, присоединенных к шинам через отдельные выключатели (Q₁, Q₂, Q₃, Q₄). Защита в своем составе имеет два комплекта, один установлен у шин питающей подстанции А, второй у шин приёмной подстанции Б. Каждый из комплектов имеет в своём составе два органа: пусковой (обычно реле тока KА) и избирательный (реле направления мощности KW). Зонами защиты являются участки параллельных линий от ТАI до ТАIII и от ТАII до ТАIV (рис. 1.1). Реле тока, включенное на разность вторичных токов трансформаторов тока, выявляет наличие повреждений в зоне параллельных линий. Избирательное отключение одной из двух параллельных линий (поврежденной), обеспечивается при помощи реле направления мощности двухстороннего действия, обычно включенного по 90-градусной схеме.

Ток, проходящий по обмотке реле тока и по токовой обмотке реле направления мощности I_P комплекта у шин подстанции А, определяется разностью вторичных токов трансформаторов тока (I_2I, I_2II), т.е. следующим выражением:

, (1.1)

где - коэффициент трансформации трансформаторов тока;

, - первичные токи через трансформаторы тока ТАI, ТАII;

, -токи во вторичных обмотках трансформаторов тока ТАI, ТАII.

В нагрузочном режиме или при внешнем КЗ (т. К₁ на рис. 1.1), токи и будут равны (в случае рассмотрения идеальных трансформаторов тока – с идентичными характеристиками намагничивания) вследствие равенства первичных токов и . Следовательно ток , будет равен нулю – комплект защиты не срабатывает рис. 1.1. Аналогичные рассуждения приемлемы для комплекта защиты установленного у шин Б при нагрузочном режиме или при внешнем КЗ. Таким образом, ток через реле , , определяется следующим выражением:

(1.2)

Ток для рассматриваемых режимах так же будет стремиться к 0, поэтому действие комплекта защиты, не проходит.

В случае КЗ в зоне защиты (например в т. К₂ см. рис. 1.1), токи и не равны по величине, что приводит к неравенству токов и и появлению тока отличного от нуля в катушках КА и KW. Величина тока определяется разностью - , направление током . В том случае, если данный ток будет больше тока срабатывания пускового органа, реле КА срабатывает (замыкает свои контакты). Реле направления мощности оценивает угол между вектором тока и напряжением , по результатам чего производит избирательное замыкание верхних своих контактов. В итоге цепь оперативного тока для отключения выключателя подготовлена.

При рассмотрении КЗ ветки направление токов а следовательно необходимо изменить на противоположное относительно указанного на рис. 1.1. Таким образом, через и будет протекать ток величина которого определяется суммой + направление тока . В итоге срабатывают реле и , и тем самым обеспечивают цепь оперативного тока для отключения выключателя .

Рис. 1.1 - Упрощенная схема поперечной дифференциальной направленной защиты

Величина тока срабатывания реле ( ) пусковых органов комплектов защит выбирается исходя из трёх условий. В том случае, если защита предназначена только от межфазных КЗ, третье условие не рассматривается и при выборе тока необходимо руководствоваться следующими двумя условиями:

­­­­­­– пусковой орган не должен срабатывать при внешних КЗ;

– пусковой орган не должен срабатывать от тока нагрузки при нормальной работе только одной линии, что необходимо для предотвращения срабатывания защиты при отключении параллельной линии с противоположной стороны.

В соответствии с перечисленными требованиями величина тока выбирается исходя из следующих условий:

(1.3)

(1.4)

Выражения (1.3), (1.4) справедливы при коэффициенте схемы =1. Коэффициент запаса =1,3. Коэффициент возврата =0,8÷0,85. Ток - максимально возможный рабочий ток при работе только одной линии. Ток _., является максимальным расчетным током небаланса переходного режима при повреждении вне параллельных линий, величина этого тока определяется следующим выражением:

, (1.5)

_где - полная погрешность для трансформаторов тока, допустимо использование трансформатора тока с ;

- коэффициент однотипности трансформаторов тока (при одинаковых по своей конструкции (однотипных) трансформаторах тока, устанавливаемых на двух параллельных линиях, расхождение их характеристик намагничивания меньше, чем при использовании разнотипных трансформаторов, поэтому в первом случае, ток небаланса будет меньше, чем во втором, что учитывается данным коэффициентом, соответственно =0,5 и для второго =1;

-коэффициент апериодичности, характеризующий увеличение тока небаланса трансформаторов тока в переходном режиме ( = 2);

- максимальная величина установившегося значения первичного тока, при КЗ вне зоны защиты.

За окончательное значение тока срабатывания реле принимается больший ток рассчитанный по выражению (1.3) или (1.4). Обычно при выборе тока срабатывания пускового органа определяющим является условие (1.4).

Существенными недостатками рассматриваемой защиты является наличие «зон каскадного действия» и «мёртвых зон». Зоны каскадного действия располагаются на защищаемых участках параллельных ЛЭП вблизи шин приёмной подстанции Б (очевидно что таких зон в рассматриваемом случае будет две). При КЗ произошедших в этих зонах будет иметь место поочередное (каскадное) срабатывание комплектов защит. В первую очередь сработает комплект защиты установленной шин подстанции Б, затем придёт в действие комплект защиты у шин подстанции А (после отключения повреждённой линии комплектом Б). Защита со стороны подстанции (А) не может прийти в действие одновременно с защитой со стороны подстанции (Б), при повреждениях в зоне каскадного действия, вследствие того, что величина тока будет недостаточной для срабатывания реле KA (т.е. меньше ). Недостаточная величина тока объясняется тем, что токи и , для рассматриваемого случая, достаточно близки по величине (а ток , как было отмечено ранее, определяется их разностью).

Под «мертвой зоной» понимается участок защищаемой линии, при КЗ в пределах которого отказывает в действии реле направления мощности, вследствие недостаточного напряжения, подводимого к нему, при металлических трехфазных КЗ у мест установки защиты. Таким образом «мертвые зоны» располагаются на защищаемых участках параллельных ЛЭП, находящихся вблизи мест установки комплектов у шин А и Б (очевидно таких зон в рассматриваемом случае будет четыре).

В том случае, если расчет показывает, что зона каскадного действия для токового пускового органа недопустима велика, то применяется комбинированный пусковой орган, состоящий из реле тока и реле напряжения контакты, которых включаются последовательно. При этом ток срабатывания реле тока может быть уменьшен, а неправильная работа защиты блокируется минимальным реле напряжения.

К поперечной дифференциальной токовой направленной защите оперативный ток должен подаваться, только если включены обе параллельные линии. В случае срабатывания защиты на отключение одной из линий, защита второй линии автоматически выводится из действия (за счет размыкания блока контактов выключателей). Выполнение данного условия необходимо, т.к. дифференциальная защита не обеспечивает селективной защиты оставшейся в работе линии.

На рис. 1.2 представлена испытательная схема поперечной дифференциальной токовой направленной защиты параллельных линий для одной фазы, в упрощенном исполнении. Защита имеет в своём составе только комплект защиты у шин питающей подстанции. Тем не менее, данная защита обеспечивает селективную защиту параллельных участков ЛЭП (ЛI и ЛII) от TAI и TAII в направлении сопротивления . Представленная защита предназначена только от межфазных КЗ. Сопротивление линий определяется сосредоточенными одинаковыми сопротивлениями R₂, R₃. Сопротивление системы и нагрузки имитируется соответственно сопротивлениями R₁ и R₄. Выключатели на линиях со стороны питания Q₁ и Q₂ заменены промежуточными реле с самозадерживанием KL1 KL2. Указательные реле КН1 и КН2 сигнализируют об отключении соответственно линий Л1 и Л2.

Указательные реле КН1 и КН2 сигнализируют об