С учетом приложения 2 траекто jX рия ZpCt) по выражению (7.115)
есть окружность с координатой центра и радиусом R0:
|
|
В частном случае при q = 1 тра |
|
|
ектория Z.p(t) есть прямая линия, |
|
|
относительно которой точки -Z.1 и |
|
|
Z.2 симметричны. Анализ поведе |
|
Рис. 7.29. Анализ ДО при кача |
ния ДЗ производится на основе со |
|
поставления траектории Zit) с |
|
ниях и асинхронном ходе в ЭС |
|
на основе траектории входного |
расположением характеристики |
|
сопротивления |
срабатывания ДЗ (рис. 7.29). |
|
|
При этом возможность срабаты |
вания ДЗ определяется нахождением участков траектории Zp(t) внуrри характеристики срабатывания, а точки и Zь пересече ния траектории с ХС определяют углы расхождения эквивалент ных ЭДС 0а, 0ь, соответствующие срабатыванию и возврату ДО.
Из (7.114) при Zp(t) = z.a и Z.p(t) = Zь имеем:
Одним из основных допущений при подобном подходе явля
ется замена подводимых к Д3 действительных токов и напряже ний с составляющими частот ro1 и . эквивалентными синусо идальными сигналами с частотой ro0 с переменной амплитудой и фазой, определяемыми выражением (7.113). В то же время ЭС и практически все ДЗ содержат частотно-зависимые цепи, пара метры которых (сопротивление, коэффициенты передачи) зави сят от частоты сигналов.
Анализ с учетом указанных факторов рассмотрен в [5].
7.8. Характеристики срабатывания дистанционных органов и определяющие их факторы
Областью срабатывания ДО называется область в плоско сти одного из входных сопротивлений Z, например, по выраже ниям (7.8) и (7.9), соответствующая срабатыванию ДО при на
хождении в ней контролируемого параметра Zp = Il/4·
Характеристwсой срабатывания ДО называется граничная линия в плоскости Z, отделяющая область срабатывания от об
ласти несрабатывания при идеализированных условиях, соответ ствующих отсутствию влияния на область срабатывания ряда факторов (порога чувствительности, температуры, переходных процессов и т.д.).
В соответствии с дистанционным принципом защиты основ ным требованием, предъявляемым к характеристикам ДО, явля ется обеспечение действия при одних удаленностях повреждений и недействия при других удаленностях и в режимах отсутствия повреждений. Для обеспечения этого требования ДО должен иметь характеристику срабатывания, охватывающую по крайней мере линию входного сопротивления при металлических по вреждениях на RЛ (пунктирная линия на рис. 7.6). Однако по добная узкая характеристика не обеспечивает полноценную за щиту вследствие того, что необходимо учитывать влияние ряда других факторов, таюке определяющих действие ДО в режимах наличия и отсутствия повреждений. Наличие этих факторов тре бует как расширения области срабатывания ДО для обеспечения охвата возможных повреждений, так и сужения этой области для обеспечения несрабатывания при повреждениях вне защищае мых зон и в режимах отсутствия повреждений (см. §7.6). В пер-
вую очередь это следующие факторы. |
ен |
Переходное сопротивление |
в м |
есте повре |
|
жд |
ия. Наличие |
данного фактора обусловливает необходимость расширения ХС для охвата области входных сопротивлений при КЗ через пере ходное сопротивление (см. §7.3, рис. 7.11, 7.1 3 и 7.26). Однако следует учитывать, что при существенных сдвигах эквивалент
ных ЭДС по фазе и больших значениях коэффициента разветв
ления kp по выражению (7.29), что имеет место при мощной си
стеме, |
|
подпитывающей |
7 |
|
2 |
противоположный конец ВЛ |
( |
IZc2 |
1 |
< |
IZc1 |
+ Zлl |
на рис. |
. |
, |
а |
) эквивалентное переходное со |
|
|
|
|
5 |
|
противление Z.n по выражению (7.29) может вызывать излиш-
хе
о
Рис. 7.30. Возможность ИЗ11Иm неrо срабатывания ДО при КЗ через переходное сопротивление
нее срабатывание при внешних повреждениях вследствие попада ния результирующего вектора входного сопротивления по выра
жению (7.28) в область срабаты вания ДО (см. рис. 7.22,б и 7.30).
Различие токов в месте уста новки ДЗ и в месте КЗ для ДО
резервных ступеней. Как пока зано в §7.5, возможны значитель ные области расположения векто- ра входного сопротивления при повреждениях в зонах резерви рования, отключаемых с выдерж кой времени (см. например, рис. 7.26). Указанные области обусловлены наличием подпитки
места повреждения токами от различных источников и расхож дением эквивалентных ЭДС по фазе. С учетом этого необходи мо соответствующее расширение ХС для обеспечения охвата об ласти входного сопротивления при I<З в зоне резервирования.
Изменение областей срабатывания в зависимости от вида повреждения. Как видно из табл. 2.2, входное сопротивление пропорционально расстоянию до места повреждения. Пропорциональность обеспечивается для отдельных ДО лишь при определенных видах повреждения, которые будем в даль нейшем назЬIВатъ основными, например для ДОАВ при К3 АВС, АВ, АВО. Однако, определенные значения I.lp = и lp = lл -1.в подводятся к ДОАВ и при других видах повреждений - неоснов
для данного ДО (например АО, ВО). В большинстве случаев при неосновных видах повреждений ДО не срабатывают или сра батывают лишь при близких к месту установки ДЗ поврежде ниях. При этом области срабатывания при неосновных повреж дениях зависят от параметров нагрузочного режима ЭС (см. ниже).
В некоторых случаях, например при наличии устройства од нофазного автоматического повторлого включения (ОАПВ) на линиях, срабатывание ДО при неосновных повреждениях не желательно даже при К3 в зоне действия защиты, так как не обходимо правильно фиксировать поврежденную фазу. Для
обеспечения этих требований ХС должна иметь определенную конфигурацию, в частности не охватывать области, куда мо жет попасть входное сопротивление при неосновных повреж дениях.
Влияние режима наrрузIСИ. Характеристика срабатывания должна иметь такую конфигурацию, чтобы области нахождения входного сопротивления в нагрузочном режиме (см. §7.7, рис. 7.28) не пересекались с областями срабатывания. Указан ное условие в ряде случаев вступает в противоречие с требова ниями охвата дуговых повреждений и повреждений в зонах ре зервирования и требует определенных компромиссных решений при выборе характеристики срабатывания.
Влияние режимов качаний и асинхронного хода. Должно быть обеспечено отсутствие срабатывания ДО в режимах кача ний и асинхронного хода с учетом возможных траекторий век тора входного сопротивления. Обычно это требование обеспе чивается дополнительными функциями. Однако имеется ряд ва риантов ДО, которые отстроены от режимов качаний по прин ципу действия. В любом случае большая степень отстройки от этих режимов достигается при уменьшении областей срабаты вания ДО.
Погрешности, вносимые измерительными трансформато рами напряжения и тока. Эти погрешности вызывают появление на входах к ДО величин 14,, lp, не соответствующих имеющемуся в действительности сопротивлению петли КЗ. По этому ХС должна обеспечивать с запасом охват необходимых об
ластей с учетом погрешностей ТН и ТГ. |
о |
йчивость фу |
к |
|
Факторы, ВJIИЯЮЩИе на статическую у |
ст |
|
|
н |
|
ционирования ДО. Конечная чувствительность и нелинейность |
элементов ДО, влияние температуры и других климатических факторов обусловливают отклонения ХС. Эти отклонения харак теризуют статическую устойчивость функционирования ДО и должны учитываться для обеспечении правильного функциони рования ДЗ в нагрузочных и установившихся режимах КЗ.
Факторы, влияющие на динамическую устойчивость функ
ционирования ДО (15]. При любых скачкообразных возмуще ниях (КЗ, коммутациях) в ЭС возникают переходные процессы, которые на определенное время искажают входные сигналы Ilp, lp. Это приводит к неправильным действиям ДО (замедлениям при КЗ в зонах действия или излишним срабатываниям) и на-
рушениям динамической устойчивости функционирования. Кон фигурация хе таюке определенным образом влияет на динами ческую устойчивость функционирования ДО. Так, расширение хе приводит к уменьшению замедления в переходных режимах, но увеличивает область излишних срабатываний при внешних повреждениях; сужение хе вызывает обратный эффект. Данные вопросы рассмотрены в гл. 2.
((учетом рассмотренных факторов определяются требования к характеристикам срабатывания отдельных ступеней ДЗ, в частности (16]. Основные требования к ХС первой ступени рас смотрим на примере ДО с четырехугольной хе (рис. 7.31,а).
Ограничение сверху определяется уставкой ДО Z.y, характери зуемой выражением (7.2), а также вершинами Z( (, Z.) (, выбирае мыми на расстоянии от Z.y с целью охвата дуговых повреждений и обеспечения надежности и быстроты срабатывания с учетом различных влияющих факторов. Небольшой наклон верхней сто роны обеспечивает повышение селективности при внешних ду говых повреждениях (см. рис. 7.30).
Ограничение справа выбирается на определенном расстоянии от характеристики короткозамкнутой линии с целью охвата ду говых повреждений. Сопротивление дуги Rд нелинейно и с при ближением места КЗ к источнику питания значение Rд падает (см. §7.3). Поэтоl.JУ правая сторона хе Z.1 (рис. 7.31,а) имеет наююн к оси (()учитывающий меньшие возможные значения Rд при близких дуговых замыканиях.
Ограничение области действия слева определяется возможны ми погрешностями ДО в статических и динамических режимах, а также и требованием необходимого быстродействия. При этом, чем больше точка Z.к удалена от стороны Z.iZ,( () тем с боль шими запасами обеспечивается срабатывание, и ДО имеет мень шие времена срабатывания. Существенное расширение области слева нежелательно ввиду возрастающей подверженности ДО влиянию качаний и ухудшения динамических характеристик в части расширения областей излишних срабатываний в переход ных режимах.
Нижняя сторона ((), характеристики в IV квадранте плоско сти Z. выбирается таким образом, чтобы обеспечить надежное срабатывание при близких повреждениях через переходное со противление, когда входное сопротивление располагается вбли зи активной оси.
пряжения Ilp• Токи при КЗ в точках (, и ), протекают в противо положных направлениях. Для четкой фиксации К3 в этих точ ках необходимо принятие специальных мер - введение поля ризующих цепей от других фаз, контуров памяти (см. §2,6).
Четырехугольная характеристика (рис. 7.31,а) не является единственно возможной для ДО первой ступени. В зависимости от класса напряжения и протяженности линий электропереда чи, от значения передаваемых мощностей, ответственности объ ектов, возможностей технической реализации могут применять
ся различные виды хе (рис. 7.31,б-е).
При этом возможны как повышение чувствительности к пе
реходным сопротивлением при КЗ, например, для защит кабель ных линий (рис. 1-..)2)3(,5так и в необходимых случаях допол
нительные меры по отстройке от нагрузки защит протяженных ВЛ (рис. 7.31,е).
В отличие от ХС первой ступени, характеристика второй )( пени должна перекрывать с учетом (7.5) всю защищаемую ли нию и участки соседних линий. Обеспечение надежного отклю чения повреждений в конце защищаемой линии требует расши рения области срабатывания в верхней части хе с учетом охва
та повреждений при дуговых замыканиях и наличия подпиток места повреждения токами, протекающими через место установ ки Д3 (см. §7.3). В этом плане многоугольные ХС имеют суще ственные преимущества перед круговыми.
Ограничение ХС справа выполняется с учетом тех же факто ров, что и для ДО первой ступени. При выполнении второй )( пени направленной требования к нижней части ХС такие же, как и для ДО первой ступени. При смещении ее в III и IV квад ранты: плоскости Z. (рис. 1... )3,5з) обеспечивается надежное дей ствие второй ступени при К3 в начале защищаемого участка и резервирование действия первых ступеней защит при К3 на ши нах подстанции.
Характеристики срабатывания третьей ступени имеют наи большую зону срабатывания и выполняют функции дальнего ре зервирования (охвата смежного элемента сети). При этом необ ходимо обеспечить охват удаленных повреждений с учетом под питки места К3 от других источников и расхождений углов эк вивалентных ЭДС (см. §7.6, рис. 7.26), что обусловливает необ ходимость охвата значительных областей плоскости Z в верхней части хе (расширение хе и увеличение уставок). Однако при
(),,
этом четырехугольные и круговые характеристики, проходящие через начало координат или охватывающие его, не всегда обес печивают отстройку от нагрузочных режимов.
Поэтому принимают компромиссное решение, исключающее (рис. 7.31,u) или сужающее (рис. 7.31,е) с целью отстройки от нагрузки области в нижней части ХС, но расширяющее области в конце зоны действия.
Смещение ХС вверх (рис. 7.31,u) обеспечивает отстройку от нагрузочных режимов при сохранении чувствительности к уда ленным повреждениям.
На рис. 7.31,к иллюстрируютсявозможности использования направленных в прямом направлении (Z1, Z11 ), в обратном на правлении (Zш) и ненаправленных (ZN) ступеней дистанцион ный защиты [9]. При этом величины <рн и )(,характеризуют мак симальную нагрузку и таюке являются параметрами и устанав ливаются пользователем.
Это позволяет иметь конфигурацию характеристики срабатыва ния ДО, оптимизированную относительно параметров нагрузочно го режима. В зависимости от конкретных условий, в первую оче редь от параметров, режимов и конфигурации сети, требуются раз личные формы ХС, обеспечивающие необходимые чувствитель
.ность и селективность ДЗ. Поэтому одним из требований к ХС яв ляется возможность их регулировки применительно к реальным изменяющимся условиям. Во всехДО имеется регулировка масшта ба, а часто и конфигурации ХС в плоскости сопротивлений.
7.9.Характеристики срабатывания ДО при различных видах повреждений в трехфазных сетях
7.9.1. Основные и неосновые повреждения
Как следует из изложенного в гл. 2, riофазные и трехфазные ДО наиболее эффективно действуют лишь при определенных ви дах повреждений в трехфазных сетях, когда входное сопротив ление Zp = I.lp/lp характеризует в существенной степени удален ность места повреждения от места установки защиты. С учетом этих видов повреждений выбираются характеристики и устав ки ДО. Эти повреждения являются основными для рассматрива емых ДО. Обеспечение отключений всех возможных поврежде
ний производится совокупностью различных ДО либо ДО и из мерительных органов другого типа (тока, напряжения, направ-
ления мощности). При этом нельзя не учитывать то обстоятель ство, что при повреждениях, которые не являются для данного ДО основными, на входе ДО таюке имеются токи и напряжения, на которые ДО определенным образом реагирует. В таких усло виях ДО не должен действовать при К3 вне защищаемой зоны, а иногда, например при наличии устройства ОАПВ, и при неко торых видах повреждений на защищаемом участке, что дает воз можность различать однофазные и междуфазные КЗ. Поэтому поведение ДО должно анализироваться и при для не го повреждениях в ЭС.
Многочисленные исследования (например, [4, 5, 47]) пока зывают, что у многих пофазных ДО и у всех трехфазных ДО ха рактеристики срабатывания как при основных, так и неоснов ных повреждениях неоднозначны и зависят не только от выпол нения ДО, но и от параметров ЭС (соотношений между сопро тивлениями отдельных последовательностей в ЭС, переходного сопротивления КЗ, передаваемых по ВЛ мощностей в доаварий ном режиме, вида и места повреждения).
В частности, поведение пофазного ДО, например, дОлв ана лизируется достаточно просто лишь при металлических К3 АВ, АВО, АВС на основе соотношений (7.8) и при К3 через переход ное сопротивление при одностороннем питании на основе со отношения (7.30) путем сопоставления значения Ziк с характе ристикой срабатывания ДО в плоскости Zлв (см. рис. 7.31).
Замер ДО при этом зависит только от сопротивления петли К3 и не зависит от параметров и режимов ЭС. При этих же ви дах КЗ через переходное сопротивление в сети с двусторонним питанием замер ДО определяется с учетом (7.28) и (7.29) не только сопротивлением петли КЗ, но и параметрами ЭС, от ко торых зависит коэффициент разветвления токов kp. В данном случае таюке можно использовать характеристику срабатывания ДО в плоскости Zлв• Возникает вопрос об анализе поведения
дОлв при других видах К3 СА, САО, СО). Ис пользование в прямом виде характеристик ДО в плоскости ос
новного повреждения при этом невозможно.
В то же время, этот анализ необходим для оценки правильно сти и эффективности функционирования ДО при различных ви дах повреждений в зоне и вне зоны действия. Так же как и при основных повреждениях, для оценки поведения ДО при неоснов ных повреждениях необходимо иметь характеристики ДО в той
