Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Короткие замыкания и защита линий 0,4-35 кВ. II часть - 2110002 «Монтаж и наладка электрооборудования электрических станций, подстанций и линий электр
.pdf
Реле срабатывает, если поток Фр больше Фт, на величину достаточную для преодоления трения якоря и противодействия
полюса S постоянного магнита. Условие срабатывания реле
можно выразить уравнением Ф
1
, разделив обе части последнего равенства на ωр , получим
р0 ωр
— Фт = Ф
р
или Iр ωр — Iт ωтт=
р0
ток срабатывания
ω
I
= I
c.p
po
+
ω
T
р
IT = I
+ kT I
po
T
(4.8)
где
1
— ток срабатывания реле при IT = 0; kт = ωт / ωр — коэф-
р0
фициент торможения.
Графически характеристика срабатывания реле представлена на рис. 4.11. Наклон прямой зависит от коэффициента k
.
т
Применение реле с тормозным действием повышает чувствительность защиты К к. з. в зоне, что следует из сравнения
характеристик простого токового реле (прямая З) и тормозного
(кривая 2) на рис. 4.11. При к. з. в зоне ток к. з., протекающий в
рабочей обмотке реле, изображается прямой 4. Как видно, тормозное реле срабатывает при токе I
, меньшем Iк2, при котором
к1
срабатывает простое токовое реле.
4. Во всех рассмотренных схемах подразумевалась установка
реле на трех фазах в тех случаях, когда реагировать на все виды
к. з. для выполнения таких схем необходимо шесть дифференциальных реле и не менее четырех соединительных проводов.
Для уменьшения числа реле и соединительных проводов
реле включаются через фильтры симметричных составляющих
или суммирующие трансформаторы, как показано на принципиальной схеме рис. 4.14.
Помимо уже рассмотренных элементов в этой схеме предусмотрены разделительные (изолирующие) трансформаторы ИТ,
с помощью которых цепь соединительного кабеля АВ отделяется от цепей реле. Такое разделение исключает появление в цепях реле высоких напряжений, наводимых в жилах кабеля при
протекании токов к. з. по защищаемой линии или возникающих
в них по любым другим причинам.
101
Рис. 4.14 -Полная принципиальная схема односистемной дифференциальной
защиты линии
В нормальном режиме и при внешних к.з. по соединительным жилам, цепям промежуточного и изолирующего трансформаторов и тормозным обмоткам реле циркулирует ток, пропорциональный первичному току линии, а в рабочих обмотках
проходит ток небаланса I
нб
= I
нб. т. т
+ I’
нб
При к. з. на линии токи в рабочих обмотках суммируются и
хотя в тормозных обмотках реле протекает ток к. з., защита срабатывает, так как действие рабочей обмотки превосходит противодействие тормозной обмотки реле. В соединительных проводах
А и В проходит небольшой ток, равный разности токов I
— I11.
1
На практике получили распространение защиты с комбинированными фильтрами прямой и обратной последовательностей или
прямой и нулевой последовательностей. Ток (или напряжение) на
выходе таких фильтров пропорционален I
Составляющая прямой последовательности I
+ kI2 или I1 + kI0.
1
имеется при
1
все видах к. з.
Слагающая kI
возникает при несимметричных повреждениях
2
(двухфазных и однофазных) и позволяет повысить чувствительность защиты, увеличивая ток в реле. То же самое достигается с
помощью слагающей kI
, но только при замыканиях на землю. В
0
связи с этим за последнее время отдается предпочтение фильтру
I
+ kI2. Электротехническая промышленность изготовляет защи-
1
ту, построенную на основе изложенных выше принципов, типа
ДЭЛ с фильтром I
имевшая аналогичное исполнение, но с фильтром I
102
+ kI2, Раньше выпускалась защита типа РДЛ,
1
+ kI0.
1
ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА
5-1. НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
В сетях сложной конфигурации с несколькими источниками
питания рассмотренные выше максимальные и направленные
защиты не могут обеспечить селективного отключения к. з. В
этом нетрудно убедиться на примере кольцевой сети с двумя
источниками питания, представленной на рис. 5.1.
Рис. 5.1- Кольцевая сеть с двумя источниками питания:
О— — максимальная направленная защита, ►-дистанционная защита.
При к. з. на линии Л2 максимальная направленная защита
З должна работать быстрее защиты 1, а при к. з. на линии Л1,
наоборот, защита 1 должна работать быстрее защиты З. Эти
противоречивые требования не могут быть выполнены при помощи максимальной направленной защиты. Кроме того, максимальные и направленные защиты часто не удовлетворяют требованию быстроты действия. Токовые отсечки далеко не всегда
применимы, а продольные дифференциальные защиты могут
устанавливаться только на коротких линиях.
В связи с этим возникла необходимость в применении других принципов, позволяющих получить защиты с необходимым
быстродействием, обеспечивающие селективность и чувствительность в сетях любой конфигурации. Одной из таких защит
является дистанционная защита.
Выдержка времени дистанционной защиты зависит от расстояния (дистанции) 1 (рис.5.2) между местом установки защиты и точкой к. з. ближайшая к месту повреждения дистанци-
103
онная защита всегда имеет меньшую выдержку времени, чем
более удаленные защиты, благодаря этому автоматически обеспечивается селективное отключение поврежденного участка.
Рис. 5.2- Зависимость выдержки времени дистационной защиты от
расстояния L
до места к.з.
р.к
Например, при к. з. в точке К (рис. 5.2) защита 2, расположенная ближе к месту повреждения, работает с меньшей выдержкой
времени, чем более удаленная защита 1. Если же к. з. возникнет
в точке К
то время действия защиты 2 автоматически увеличит-
2
ся и к. з. будет селективно отключено защитой 3, которая в этом
случае срабатывает быстрее остальных защит (2 и 1).
Основным элементом места к. з. дистанционной защиты является дистанционный орган (называемый также измерительным органом), определяющий удаленность к. з. от места установки защиты.
В качестве дистанционного (измерительного) органа используются реле сопротивления, непосредственно или косвенно реагирующие на полное, активное или реактивное сопротивление линии (Ζ, г, х). Сопротивление фазы линии от места установки реле до места к. з. пропорционально длине этого участка,
так как Ζ
= Ζу lр k; х
р.к
р.к
= х
у lр
k; r
р.к
= r
у lр
k,
где
Ζ
участка линии длиной l
р.к, rр.к
, х
— полное, реактивное и активное сопротивления
р.к
, гу, ху, Ζу — удельное сопротивление
р.к
на 1 км линии.
Таким образом, поведение реле, реагирующих на сопротивление линии, зависит от удаленности места повреждения 1
р.к
. В зависимости от вида сопротивления, на которое реагирует
дистанционный орган (Ζ, х или г), дистанционные защиты подразделяются на защиты полного, реактивного и активного сопротивлений. Дистанционные защиты реактивного и особенно
активного сопротивлений применяются редко и поэтому в дальнейшем не рассматриваются.
104
Для обеспечения селективности дистанционные защиты в
сетях сложной конфигурации необходимо выполнять направленными, действующими только при направлении мощности к. з. от
шин в линию (рис.5.1). Выдержки времени у защит, работающих при одинаковом направлении мощности, взаимно согласовываются так, чтобы при к. з. за пределами защищаемой линии
каждая защита имела выдержку времени на ступень больше выдержки времени защит на следующем участке. Направленность
действия дистанционных защит осуществляется при помощи
обычных реле направления мощности или путем применения
направленных измерительных органов или пусковых реле, способных реагировать на направление мощности к. з.
5-2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЫДЕРЖКИ ВРЕМЕНИ
ДИСТАНЦИОННЫХ ЗАЩИТ
Зависимость времени действия дистанционной защиты от
расстояния или сопротивления до места к. з. t = f (L
(Ζ) называется характеристикой выдержки времени дистанционной защиты.
По характеру этой зависимости дистанционные защиты делятся на три группы: с плавно нарастающими характеристиками времени действия, ступенчатыми и комбинированными характеристиками (рис. 5.3).
Конструктивное выполнение дистанционных защит с наклонной и комбинированной характеристиками значительно сложнее,
чем с характеристикой ступенчатого типа; в то же время ступенчатые защиты обеспечивают более быстрое отключение повреждений, чем защиты с наклонной характеристикой. В результате
этого наиболее распространенными являются дистанционные
защиты со ступенчатой характеристикой. Они выполняются в
большинстве случаев с тремя ступенями времени: t
ветствующими трем зонам действия защиты (рис. 5-3, б).
Имеются защиты и с большим числом ступеней и зон, но
увеличение их числа ведет к усложнению защит и не дает существенной пользы.
Принцип обеспечения селективности действия защит со
ступенчатой характеристикой иллюстрируется на рис. 5.4.
) или t = f
р.к
, t11, t
1
соот-
111
105
Рис. 5.3- Характеристики дистанционных защит t = f (L
а — наклонная; б — ступенчатая; в — комбинированная
Рис.5.4- Согласование выдержек времени дистанционных защит со
ступенчатой характеристикой:
ΔΖ-погрешность дистанционного реле, Δt- ступень селективности
):
р.к
Протяженность первой зоны берется несколько меньше протяженности линии с учетом погрешности ΔΖ в сопротивлении
срабатывания дистанционного реле. В зависимости от точности реле первая зона составляет 0,7—0,85 длины защищаемой линии. При к. з. в пределах первой зоны защита действует
мгновенно. Остальная часть линии и шины противоположной
подстанции охватываются второй зоной, протяженность и выдержка времени которой согласуются с первой зоной защиты
следующего участка. Короткое замыкание в пределах второй
106
зоны защита отключает с выдержкой времени t2. Последняя,
третья зона защиты является резервной, ее протяженность выбирается из условия охвата следующего участка на случай отказа его защиты или выключателя. При повреждениях в третьей
зоне защита действует с выдержкой времени t
.
3
На диаграмме рис. 5.4 пунктиром показаны выдержки времени токовых направленных защит в предположении, что они
установлены вместо дистанционных. Сравнение их с характеристиками дистанционных защит показывает, что дистанционный принцип позволяет существенно уменьшить время отключения к. з. на линиях и, что особенно важно, дает возможность
отключать к. з. вблизи шин станций и подстанций быстрее, чем
удаленные от шин к. з.
5-3. ЭЛЕМЕНТЫ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ
И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
Дистанционная защита относится к числу сложных защит.
Все разновидности этой защиты состоят из нескольких общих элементов (органов защиты), выполняющих определенные
однотипные функции.
Взаимную связь между органами дистанционной защиты,
их назначение и выполняемые ими функции можно пояснить
упрощенной структурной схемой защиты со ступенчатой характеристикой, показанной для одной фазы на рис. 5.5.
Рис. 5.5- Упрощенная схема трехступенчатой дистанционной защиты
107
Защита состоит из следующих органов:
1) пускового органа 1, пускающего защиту при возникновении к. з. Обычно пусковой орган выполняется при помощи реле
полного сопротивления или токовых реле. На рис. 5.5 в качестве пускового органа 1 показано реле сопротивления, питаемое током I
и напряжением Up сети;
p
2) дистанционного органа 2, определяющего удаленность ме-
ста к. з. В ступенчатых защитах — выполняется с помощью реле
минимального сопротивления. К реле подводится ток и напряжение защищаемой линии (I
Ζр = U
/ Ip < Ζ
p
с.р
и Up) и оно срабатывает при условии
p
(5.1)
где
— наибольшее сопротивление, при котором реле начина-
Ζ
с.р
ет действовать, т. е. сопротивление срабатывания реле.
Сопротивление Ζ
иногда называется фиктивным, так как
р
в некоторых режимах (например, при нагрузке и качаниях) не
является сопротивлением линии. В этих случаях оно представляет собой отношение U
/ Ip обладающее размерностью сопро-
p
тивления, но не имеющее физического значения;
3) органа выдержки времени 3, создающего выдержку времени, с которой в зависимости от поведения дистанционного
органа действует защита; выполняется в виде реле времени
обычной конструкции;
4) органа направления мощности 4, не позволяющего работать защите при направлении мощности к. з. к шинам подстанции. Выполняется при помощи реле направления мощности и
предусматривается только в тех случаях, когда пусковые и дистанционные органы не обладают направленностью;
5) блокировки, автоматически выводящие защиту из действия
в тех режимах, когда защита может сработать неправильно при
отсутствии повреждения. Обычно применяются две блокировки:
а) блокировка 5 от исчезновения напряжения U
правностях в цепях напряжения, питающих защиту; при U
как следует из (5.1), Ζ
= О, в этих условиях пусковые реле (если
р
при неис-
p
= О,
p
они реагируют на Ζ) и дистанционные органы защиты приходят
в действие, что может привести к неправильной работе защиты;
блокировка 5 выполняется по схемам, она приходит в действие
при неисправностях в цепях напряжения, снимает оперативный
ток с защиты, не позволяя ей действовать на отключение;
108
б) блокировка 6 от неправильного действия защиты при качаниях в системе; в этом режиме напряжение U
ток I
возрастает, при этом согласно (5.1) Ζр уменьшается, в ре-
р
снижается, а
p
зультате чего пусковые и дистанционные органы защиты могут
сработать и вызвать неправильное действие защиты; при возникновении качаний блокировка 6 приходит в действие и выводит защиту из работы, размыкая ее цепь отключения.
При к. з. на линии работают реле ПО и реле мощности М.
Через их контакты подается плюс постоянного тока к контактам
дистанционных органов и на катушку реле времени третьей зоны.
Если к. з. возникло в пределах первой зоны, то дистанционный
орган первой зоны ДО
ключение линии. Если к. з. произошло во второй зоне, ДО
замыкает контакты, образуя цепь на от-
1
не
1
работает, так как сопротивление на его зажимах больше уставки
сопротивления срабатывания первой зоны (z
приходит в действие дистанционный орган второй зоны ДО
замыкает контакты и пускает реле времени В
мени t
замыкает контакт и посылает импульс на отключение.
11 В11
При к. з. за пределами второй зоны омметры ДО
> z1). В этом случае
р
. По истечении вре-
11
. Он
11
и ДО11
1
не работают, так как сопротивления на их зажимах превышают
уставки сопротивления срабатывания. Защита не может действовать со временем первой и второй зон. Реле времени В
111
запущенное пусковым реле, срабатывает когда истечет его выдержка времени t
, и посылает импульс на отключение выклю-
111
чателя. Специальных измерительных органов третьей зоны для
упрощения обычно не ставят.
5-4. ХАРАКТЕРИСТИКИ СРАБАТЫВАНИЯ
ДИСТАНЦИОННЫХ РЕЛЕ И ИХ ИЗОБРАЖЕНИЕ
НА КОМПЛЕКСНОЙ ПЛОСКОСТИ
а) Использование комплексной плоскости для изображения
характеристик реле
Характеристикой срабатывания называется зависимость z
= f (φp), которая определяет значения векторов zр на зажимах
реле при его срабатывании.
Сопротивление г является комплексной величиной, поэтому
характеристики срабатывания реле и сопротивления на их зажимах удобно изображать на комплексной плоскости, в осях х,
с.р
109
r (рис. 5.6). В этом случае по оси вещественных величин комплексной плоскости откладываются активные сопротивления г,
а по оси мнимых величин j располагаются реактивные сопротивления х. Любое полное сопротивление на зажимах реле z
= U
ставляющие в виде комплексного числа z
но в осях г, х вектором с координатами r
может быть выражено через активные и реактивные со-
р/Iр
= гр + jхр и изображе-
р
и хр (рис. 5.6, а).
р
Величина этого вектора характеризуется модулем
а его направление — углом φ
определяется соотношением х
рис. 5.6, б видно, что угол φ
рами тока I
и напряжения Up и, следовательно, можно считать,
р
что на комплексной плоскости вектор I
,
и rр, поскольку tg φр = хр/rр Из
р
равен углу сдвига фаз между векто-
р
совпадает с осью поло-
p
жительных сопротивлений г, а напряжение U
— с вектором zр.
p
, который
р
Любой участок сети, например линию Л1, показанную на
рис. 5.6, в, можно также представить в осях г, х вектором z
имея в виду, что каждая точка характеризуется определенными
сопротивлениями г
и хл.
л
Если сопротивления всех участков сети имеют один и тот же
угол φ
, то их геометрическое место на комплексной плоскости
л
изобразится в виде прямой, смещенной относительно оси г на
угол φ
(рис. 5.6, г).
л
р
л
Рис. 5.6- Комплексная плоскость г, j х:
а — изображение вектора z
в и г — участок сети и его изображения в осях r, jх;
д — к. з. через сопротивление г электрической дуги; заштрихована область
сопротивлений z
; б — треугольник сопротивлений;
р
при к. з. через r электрической дуги
р
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]