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
ТОКОВАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА
3-1. НЕОБХОДИМОСТЬ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ
В СЕТЯХ С ДВУСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ
Направленной называется защита, действующая только при
определенном направлении (знаке) мощности к. з. Необходимость в применении направленных защит возникает в сетях с
двусторонним питанием. Защита в этих сетях должна не только
реагировать на появление тока к. з., но для обеспечения селективности должна также учитывать направление мощности к. з.
в защищаемой линии (или, иначе говоря, фазу тока в линии относительно напряжения на шинах).
В сетях с двусторонним питанием (рис. 3.1, а) и кольцевых
сетях (рис. 3.1, б) направление тока и мощности к. з. зависит от
места возникновения повреждения и может иметь два противоположных значения. Например, как следует из рис. 3.1, а, при
к. з. на линии Л2 в точке К1 через защиту 5 проходит ток I
источника питания В к точке к. з.
к1В
от
Рис. 3.1- Схемы сети с двусторонним питанием и размещение защит
в этих сетях: а — радиальные сети; б — кольцевые сети; Ô— токовая
направленная защита (стрелка указывает направление мощности, при
которой защита действует на отключение)
61
При к. з. в точке К2 на линии Л3 ток К2А, проходящий по
линии Л2 через защиту 5, направлен от источника А и противоположен I
Рис.3.2- Векторная диаграмма токов и напряжения в месте установки
.
к1В
защиты 5 (рис.3.1, а) при к.з. в точках К1 и К2
Если принять, что в первом случае Iк1 (рис. 3.2) отстает от
напряжения U
на шинах подстанции 3 на угол φк1 , а мощность
ш
к. з. (активная Р и реактивная Q) положительна и направлена от
шин в линию, то во втором случае ток I
носительно I
, а соответствующая этому мощность к. з. (как это
к1
сдвинут на 180° от-
К2
видно из рис. 3-2) отрицательна и поэтому направлена из линии
к шинам. Таким образом, повреждение на защищаемой линии
или на других присоединениях, отходящих от шин данной подстанции.
Это обстоятельство используется в направленной защите,
которая по знаку мощности определяет, на каком присоединении возникло повреждение, и действует только при к. з. на защищаемом участке.
Простая токовая защита, не реагирующая на знак мощности, действует как при к. з. на защищаемой линии, так и при повреждениях на других присоединениях, отходящих от шин подстанции, питающей защищаемую линию. Поэтому получить
селективное отключение к. з. в сетях с двусторонним питанием
с помощью простой токовой защиты, как правило, невозможно.
Действительно, предположим, что в сети на рис. 3.1, не
установлены максимальные токовые защиты, и рассмотрим
действие какой- либо из них, например защиты 5
точке К1 выдержка времени защиты 5
времени действия защит 6
62
1
, 71 и 81, т. е. t
1
должна быть меньше
,
< t
5
1
,
,
, t
и t
6
7
. При к. з. в
,
. В случае
8
же к. з. в точке К2 защита 5’ должна действовать медленнее
,
защиты 6’ (t
,
> t
). Одновременное выполнение обоих требова-
5
6
ний невозможно. Выполнение же только одного из двух требований приведет к неселективной работе защиты.
,
Так, при выполнении первого требования (т. е. при t
,
,
< t
7
, t
,
< t
максимальная защита 5, будет действовать неселек-
5
8
5
< t
,
, t
6
тивно при к. з. на линии Л3.
Эту неселективность можно устранить, заменив максимальную защиту 5’ направленной защитой 5, действующей только
при направлении мощности к. з. о т шин в линию. В этом случае
защита 5 не будет действовать при к. з. на Л3 и поэтому второе требование (t
,
> t6) отпадает. При аналогичном выполнении
5
всех остальных защит сети селективное отключение повреждений становится возможным при выборе выдержек времени
защит, действующих в одном направлении, по ступенчатому
принципу.
На основании изложенного можно сформулировать следующие принципы выполнения селективной защиты в сетях с двусторонним питанием:
1. Защита должна устанавливаться с обеих сторон каждой
линии и действовать при направлении мощности от шин в линию.
2. Выдержки времени на защитах, работающих при одном
направлении мощности (от генератора А или генератора В),
должны согласовываться между собой по ступенчатому принципу, нарастая по направлению к источнику питания, от тока
которого действуют рассматриваемые защиты.
,
5
3-2. СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТОКОВОЙ
НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ
Максимальная направленная защита должна реагировать на
величину тока и направление мощности при к. з. Она представляет собой максимальную токовую защиту, дополненную реле
направления мощности.
Схема защиты, упрощенно показанная для одной фазы (рис.
3.3), состоит из трех основных элементов (называемых иногда
органами защиты): токового реле 1, реагирующего на появле-
63
ние к. з. (пусковой орган защиты); реле на правления мощности
2, определяющего направление мощности к. з. (орган направления), и реле времени З (орган времени).
Рис. 3.3- Упрощенная схема максимальной направленной защиты (стрелки
указывают положительные направления токов)
В качестве реле направления мощности могут служить
электромеханические реле или реле на полупроводниках. Поведение этих реле зависит от знака подведенной к их зажимам
мощности:
Sp = UpIp sin (α – φp ) (3.1)
где α - угол имеет постоянную величину, равную 0, 90° или
0
; (90° > α1 >0).
α
1
При к. з. на защищаемой линии или на следующих за ней
участках токовые реле и реле направления мощности замыкают
свои контакты и приводят в действие реле времени. Через установленную выдержку времени его контакты замыкаются, подавая импульс на отключение выключателя. При к. з. на других
присоединениях, отходящих от данной подстанции, мощность
к. з. направлена к шинам, поэтому контакты реле мощности размыкаются, не позволяя защите действовать на отключение.
В нормальном режиме при направлении мощности нагрузки
от шин в линию реле направления мощности могут замкнуть свои
контакты, однако срабатывание защиты в этом случае предотвращается пусковым реле, контакты которого остаются разомкнутыми. С этой целью пусковые реле отстраиваются от тока нагрузки.
В тех случаях, когда по условию чувствительности при к. з. токовые реле не удается отстроить от максимальной нагрузки, применяется блокировка от реле минимального напряжения. Упрощен-
64
ная схема максимальной направленной защиты с блокировкой
минимального напряжения приведена на рис. 3.4, она аналогична
рассмотренной в 1.6 схеме максимальной токовой защиты.
Рис. 3-4. Упрощенная схема максимальной направленной защиты с
блокировкой минимального напряжения.
В сетях с изолированной нейтралью максимальная направленная защита устанавливается на двух одноименных фазах
во всей сети. В сетях с глухозаземленной нейтралью защита
устанавливается на трех фазах, если же защита служит для
действия только при междуфазных повреждениях, то она устанавливается на двух фазах.
Токовые направленные защиты выполняются как на постоянном, так и на переменном оперативном токе. Двухфазная схема на переменном оперативном токе представлена на рис. 3.5.
Рис. 3.5- Схема токовой направленной защиты на переменном оперативном
токе: а — токовые цепи и цепи отключения защиты; б — цепи
промежуточных реле П; в — цепи реле времени, г — цепи напряжения
65
Она выполнена с дешунтированием катушки отключения с
токовым реле времени В и промежуточными реле 1П и 2П с
мощными переключающими контактами. -
При нарушении цепей напряжения одной или двух фаз,
питающих реле направления мощности, защита может при к.
з. подействовать, неправильно. Поэтому для своевременного
выявления повреждения цепей напряжения необходимо иметь
устройства, контролирующие их исправность.
3-3. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЛЕ
НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ
а) Требования к схемам
Реле направления мощности включаются, как правило, на
фазный ток и фазное или междуфазное напряжение. Сочетание
фаз тока и напряжения питающих реле, называемое схемой его
включения, должно быть таким, чтобы реле правильно определяло знак мощности к. з. при всех возможных случаях и видах повреждений и чтобы к нему подводилась наибольшая мощность S
Мощность S
, как это следует из формулы (3.1), может
p
иметь недостаточную для действия реле величину при к. з.,
близких к месту установки реле, за счет снижения напряжения
U
или при неблагоприятном значении угла φр при котором sin
p
(α — φ
Таблица 3.1
) равен или близок к нулю.
p
p
.
Отсюда следует, что, во-первых, реле должно включаться
на такое напряжение, которое при близких к. з. не снижается
до нуля, и, во-вторых, напряжение и ток, подводимые к реле,
66
должны подбираться так, чтобы угол сдвига между ними φр в
условиях к. з. не достигал значений, при которых мощность на
зажимах реле приближается к нулю.
Рис. 3.6- Схема включения реле направления мощности
Следует отметить, что первое требование выполнимо только при двухфазных и однофазных к. з., в случае же к. з. все фазные и междуфазные напряжения могут снизиться до нуля.
В современных схемах максимальных направленных защит применяется включение реле направления мощности по
так называемым 90-градусной и иногда 30-градусной схемам.
Соответствующие указанным схемам сочетания токов и напряжений приведены в табл. 3.1 применительно к схеме включения реле на рис.3.6.
Рис. 3.7- Векторные диаграммы токов и напряжений, подводимых к реле
направления мощности:
а — при 90
0
–градусной схеме, б — при 300 –градусной схеме
67
Названия схем 90 - градусная, 30 – градусная и т.п. носят
условный характер. Схемы именуются по углам φ
между током
р
и напряжением, подведенными к реле в симметричном трехфазном режиме при условии, что токи в фазах совпадают с одноименными фазными напряжениями (рис. 3.7). Свойства каждой
схемы могут быть выявлены анализом работы реле мощности,
включенного по той или иной схеме, при к. з.
б) 90-градусная схема
В качестве примера ниже рассмотрена работа реле направ-
ления мощности типа РБМ –171 с углом максимальной чувствительности φ
Угол внутреннего сдвига этого реле α = 90
Момент такого реле М=kU
=-300 , включенного по 90 – градусной схеме.
м.ч
cos (φр +30).
p Ip
0
+ φ
= 90 -30 = 600.
м.ч
Анализ ведется графическим методом для реле, включенно-
го на ток I
На рис.3.8 изображена векторная диаграмма напряжений и
тока I
= IA и напряжение Up = UBC.
p
при трехфазном к.з. на линии.
A
Рис.3.8- Векторная диаграмма напряжений и тока фазы А при трехфазном
к.з. на линии
Ток IА отстает от напряжения UA на угол φк, определяемый
соотношением активного и реактивного сопротивлений линии
от шин до точки к. з. и влиянием активного сопротивления дуги,
возникающей в месте повреждения. Соответственно этому вектор I
имеет два предельных положения. Одно I
А
чисто реактивным сопротивлением, когда φ
– при к. з. через дугу в начале линии, когда φ
68
1
– при к. з. за
А
= 90°, и второе I
к
= 0.
к
11
А
Рис. 3.9- Векторная диаграмма токов и напряжений на зажимах реле и
линии моментов реле направления мощности М
Зона положительных моментов заштрихована
= k, Up Ip sin (600 - φр ).
вр
На основе полученной векторной диаграммы можно установить, что угол сдвига между напряжением и током на зажимах
реле, т. е. между U
ния колеблются в зависимости от φ
По найденным значениям φ
и I
, φр = φк — 90°, а его предельные значе-
BC
А
от 0 до 900 .
к
определяются знак и относи-
р
тельная величина момента реле. С этой целью строится диаграмма тока и напряжения на зажимах реле для рассмотренного
случая к. з. (рис. 3.9). На ней относительно вектора напряжения
U
, наносится линия изменения знака момента N1 N2 и линия
p
максимального момента М
ция тока I
- φ
), наглядно характеризует величину и знак момента.
р
на линию максимального момента, равная 1A sin (α
А
При к. з. в зоне проекция тока I
для данного типа реле. Проек-
1 М2
имеет положительный знак,
A
а в случае к. з. вне зоны – отрицательный, так как при этом фаза
тока I
максимума М
мент снижается от М
– 90° момент уменьшается до 0,5 М
меняется на 180°. Величина момента достигает своего
A
При изменении φ
, при φр = – 30° (чему соответствует φк = 60°).
макс
в сторону уменьшения от – 30 до 0° мо-
р
до 0,86 М
макс
, а при увеличении φр до
макс
.
макс
Из приведенных результатов следует, что поведение реле
при трехфазных к.з. в зоне и вне зоны будет правильным и величина момента вполне достаточной для действия реле.
69
Указанные выводы могут быть получены и аналитически путем рассмотрения значений sin (α — φ
величинах φ
С точки зрения величины U
.
р
, при трехфазных к. з. схема обе-
p
) при указанных выше
р
спечивает максимально возможное значение напряжения на зажимах реле, поскольку реле питается линейным, а не фазным
напряжением.
Построив аналогичным образом диаграммы для токов и напряжений при однофазных и двухфазных к. з. и определив предельные значения φ
и φк, можно проанализировать работу реле
р
при данной схеме включения и для этих видов повреждений.
Подобным анализом можно выяснить наиболее выгодные
углы внутреннего сдвига реле α. Так, если положить α = 90°, то
рассматриваемое реле станет косинусным. При включении его
по 90-градусной схеме линия изменения знака момента N
расположится перпендикулярно вектору U
симальных моментов будет совпадать с U
граммы на рис. 3.10 видно, что при φ
=Uвс , а линия мак-
p
(рис.3.10). Из диа-
p
= 0 момент реле равен
к
1 N2
нулю, поэтому косинусные реле не следует включать по 90-градусной схеме.
Рис. 3.10- Линия моментов реле направления мощности М
Зона положительных моментов заштрихована
= Up Ip cos φ
вр
Исследования показывают, что 90-градусная схема оказывается наиболее выгодной для реле направления мощности с углом α
0
от 30
до 60°. Оптимальные условия имеют место при α = 45°.
70
р
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]