Учебное пособие 1907

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный технический университет»

С. А. Горемыкин, Н. В. Ситников

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

СИСТЕМ

Практикум

Воронеж 2021

ВВЕДЕНИЕ

Релейная защита относится к числу основных дисциплин, формирующих общепрофессиональную и специальную подготовку обучающихся в области электроэнергетики. Данная дисциплина является обязательной и неотъемлемой частью всех электроэнергетических систем, установок, объектов напряжением как до 1кВ так и свыше 1кВ. Финальным этапом освоения данной дисциплины, является возможность выпускников использовать полученные теоретические знания в области релейной защиты и автоматики в практической деятельности. Такая деятельность, применительно к данной дисциплине, неразрывно связана с умением решать задачи по выбору параметров отдельных защит, а также их взаимного согласования. В этой связи, данный практикум способствует практическому освоению и закреплению получаемых теоретических знаний в соответствующих разделах курса.

Практикум составлен с использованием материалов источников, указанных в библиографическом списке.

Издание включает три раздела, заключение, библиографический список, приложение.

В первой первом разделе представлены методические рекомендации по выполнению лабораторного практикума.

Во втором разделе рассматриваются материалы практических занятий. Третий раздел содержит пояснения к выполнению курсовой работы.

- 4 -

1.ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

1.1.Лабораторная работа № 1. Исследование режимов работы поперечной дифференциальной токовой направленной защиты

параллельных линий

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

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

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

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

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. 1.1.1. 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 ТАIIдо ТАIV (рис. 1.1.1). 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 токаи по токовой обмотке реле направления мощности IP комплекта у шин подстанции А, определяется разностью вторичных токов трансформаторов тока (I2I, I2II), т.е. следующим выражением:

где n T -коэффициент трансформации трансформаторов тока; I1I , I1II -первичные токи через трансформаторы тока ТАI, ТАII;

- 5 -

I2I , I2II -токи во вторичных обмотках трансформаторов тока ТАI, ТАII.

Внагрузочном режиме или при внешнем КЗ (т. К1 на рис. 1.1.1), токи I2I

иI2II будут равны (в случае рассмотрения идеальных трансформаторов тока – с

идентичными характеристиками намагничивания) вследствие равенства первичных токов I1I и I1II . Следовательно ток I p , будет равен 0 – комплект защи-

ты не срабатывает. Аналогичные рассуждения приемлемы для комплекта защиты установленного у шин Б при нагрузочном режиме или при внешнем КЗ. Та-

ким образом ток , через реле KA’, KW’, определяется следующим выражением:

тока I p отличного от нуля в катушках КА и KW. Величина тока I p определяет-

ся разностью I2I - I2II , направление током I2I .

В том случае, если данный ток будет больше тока срабатывания пускового органа, реле КА срабатывает (замыкает свои контакты). Реле направления мощности оценивает угол p между вектором тока I p и

напряжением U p , по результатам чего производят избирательное замыкание верхних своих контактов. В итоге цель оперативного тока для отключения

В итоге срабатывают реле КА` и KW`и тем самым обеспечивают цепь оперативного тока для отключения выключателя Q3 .

- 6 -

Рис.1.1.1. Упрощенная схема поперечной дифференциальной защиты

Величина тока срабатывания реле ( Ic p ) пусковых органов комплектов

защиты выбирается исходя из трёх условий. В том случае если защита предназначена только от многофазных КЗ, третье условие не распространяется и при выборе тока Ic p 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 Iс.р

выбирается исходя из следующих условий:

Выражения (1.3), (1.4) справедливы при коэффициенте схемы Коэффициент запаса K зап =1,3. Коэффициент возврата K в =0,8÷0,85. Ток Iраб.max . - максимально возможный рабочий ток при работе только одной

- 7 -

линии. Ток Iнб.max.расч.., является максимальным расчетным током небаланса

переходного режима при повреждении вне параллельных линий, величина этого тока определяется следующим выражением:

где - полная погрешность для трансформаторов тока, допустимо использование трансформатора тока с 10% ;

Kодн. - коэффициент однотипности трансформаторов тока (при одина-

ковых по своей конструкции и 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. Для первого случая принимают Kодн. =0,5, для

второго Kодн. =1);

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

Iкз.вн.max. - 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 тех зонах будет иметь место поочередное (каскадное) срабатывание комплектов защит. Так первоначально будет срабатывать комплект защиты, установленный у 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 Iр будет недостаточ-

ной для срабатывания реле KA (т. е. меньше Iс.р ). Недостаточная величина тока

Iр объясняется тем, что токи I2I и I2II , для рассматриваемого случая, достаточ-

но близки по величине (а ток Iр , как было отмечено ранее, определяется их раз-

ностью).

- 8 -

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 защищенных 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. 1.1.2 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 линии питающей подстанции. Тем не менее, данная защита обеспечивает селективную защиту параллельных участков ЛЭП (ЛIи ЛII) от TAIи TAIIв направлении сопротивления R4 . Представленная защита предназначена только от многофазных 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 само задерживанием KL1 KL2. Указательные реле КН1 и КН2 сигнализируют об отключении соответственно линий ЛI и ЛII.

- 9 -

Рис. 1.1.2. Схема лабораторной установки поперечной дифференциальной

токовой направленной защиты

- 10 -