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
Рис.3.18 - “Мертвая зона” реле направления мощности
Для вычисления U
а) определяют S
:
c.р
пользуясь лабораторными испытаниями
с.р,
или заводскими данными;
б) вычисляют ток в реле при трехфазном к. з.
В самом начале линии (точка N), тогда
(3)
I
кN
Iр =
n
T
в) вычисляют sin (α — φp), для чего сначала находят φp = агсtg
(х
/ ry ), здесь хy и ry удельные сопротивления данной линии;
y
зная φ
90-градусной схемы φ
α, можно найти sin (α — φ
ходят U
и схему включения реле, можно найти φp, например: для
к
г) подставляют в выражение (3.7) I
.
с.р
= φк - 90; зная угол внутреннего сдвига
p
);
p
, S
и sin (α — φp) и на-
р
с.р
После этого вычисляют первичное фазное напряжение U
необходимое для срабатывания реле.
Если реле включено на фазное напряжение, то U
где n
— коэффициент трансформатора напряжения.
н
При включении на линейное напряжение U
ф1
= U
= U
ф1
/3.
с.р
Определяют величину сопротивления Žm, участка m, в ко-
тором падение напряжения от тока I
U
ф1
Žm =
I
кN
, равно Uф1:
кN
с.р nн
,
ф1
,
81
Определяют длину мертвой зоны m =Ζm/Ζy (км),
где Ζ
— удельное сопротивление 1 км линии:
y
2
zy=√(x
y
+ r
2
)
y
Мертвая зона является недостатком защиты. Однако опыт
эксплуатации показывает, что в случае применения чувствительных реле отказ последних из-за мертвой зоны крайне редок
вследствие малого значения m.
3-8. ТОКОВЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ОТСЕЧКИ
Токовые направленные отсечки основаны на том же принципе, что и токовые ненаправленные отсечки .
Реле направления мощности в схеме отсечки не позволяет
действовать при мощности к. з., направленной к шинам. Следовательно, отстройка тока срабатывания направленной отсечки
ведется только от токов к. з., направленных от шин подстанции.
В этом заключается принципиальное отличие направленной отсечки от ненаправленной.
Направленная отсечка применяется в сети с двусторонним
питанием, когда токовая отсечка оказывается слишком грубой
из-за необходимости отстройки ее от тока к. з., притекающего с
противоположного конца защищаемой линии к шинам подстанции, где установлена отсечка.
Ток срабатывания у направленной отсечки меньше, чем у
ненаправленной; поэтому зона действия у первой отсечки значительно больше, чем у второй.
Вследствие наличия мертвой зоны у реле мощности направленная отсечка должна применяться только в тех случаях, когда
простая отсечка не удовлетворяет условию чувствительности.
Схема мгновенной направленной отсечки отличается от схемы направленных токовых защит (рис. 3.4) только отсутствием
реле времени.
Направленные отсечки выполняются мгновенными и с выдержкой времени. Выбор тока срабатывания производится, как
и у токовой отсечки, по выражению (2.2) с тем отличием, что
направленную отсечку не требуется отстраивать от к. з. шин
данной подстанции, так как в этом случае мощность направле-
82
на к шинам и отсечка блокируется реле мощности. Направленные отсечки реагируют на токи качаний. Поэтому их следует
отстраивать от токов при качаниях, как это было показано, или
снабжать блокировкой от качаний, если отстройка от токов качания вызывает недопустимое загрубление отсечки.
В ряде случаев оказывается возможным применять трехступенчатые направленные защиты, состоящие из мгновенной
отсечки, отсечки с выдержкой времени и, чувствительной токовой защиты.
Применение ступенчатой токовой направленной защиты
следует рекомендовать во всех случаях, когда она удовлетворяет требованиям чувствительности и быстродействия.
3-9. КРАТКАЯ ОЦЕНКА ТОКОВЫХ
НАПРАВЛЕННЫХ ЗАЩИТ
Принцип действия токовых направленных защит прост и
надежен и позволяет обеспечить селективную защиту сетей
с двусторонним питанием. Сочетание направленных отсечек
с направленной токовой защитой дает возможность получить
защиту, во многих случаях обеспечивающую достаточную быстроту отключения к. з. и чувствительность.
Опыт эксплуатации показывает, что направленная защита
работает надежно.
К недостаткам защиты следует отнести:
1) большие выдержки времени, особенно вблизи источников
питания;
2) недостаточную чувствительность в сетях с большими на-
грузками и небольшими относительно их кратностями тока к.з.;
3) мертвую зону при трехфазных к. з.;
4) возможность неправильного выбора направления при нару-
шении цепи напряжения, питающей реле направления мощности.
Максимальная направленная защита широко применяется в
качестве основной защиты сетей напряжением до 35 кВ с двусторонним питанием.
В сетях 110 и 220 кВ направленная токовая защита применяется в основном как резервная, а иногда, в сочетании с отсечкой, как основная.
83
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ЛИНИЙ
4-1. НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ
На линиях, отходящих от шин электростанций или узловых
подстанций энергосистем, часто по условиям устойчивости
требуется обеспечить отключение к. з. в пределах всей защищаемой линии без выдержки времени ( t =0). Это требование нельзя выполнить с помощью рассмотренных выше мгновенных
токовых отсечек, так как зона их действия охватывает только
часть защищаемой линии. Кроме того, отсечки неприменимы
на коротких линиях, где токи к. з. в начале и конце линии не
имеют существенного различия. В этих случаях используются
защиты, принцип действия которых обеспечивает отключение
повреждений без выдержки времени в пределах всей защищаемой линии, в том числе и на линиях малой протяженности.
К защитам такого типа относятся дифференциальные защиты. Они обеспечивают мгновенное отключение к. з. в любой
точке защищаемого участка и обладают селективностью при к.
з. за пределами защищаемой линии (внешние к. з.).
Дифференциальные защиты подразделяются на продольные
и поперечные. Первые служат для защиты как одинарных, так
и параллельных линий, вторые — только параллельных линий.
4-2. ПРИНЦИII ДЕЙСТВИЯ ПРОДОЛЬНОЙ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ
Принцип действия продольных дифференциальных защит
основан на сравнении величины и фазы токов в начале и конце
защищаемой линии.
Рис. 4.1- Токи по концам линии: а — при внешних к. з.; б — при к. з. на линии
84
Как видно из рис. 4.1, при внешнем к. з. токи I1 и I
конца ли-
11
нии АВ направлены в одну сторону и равны по величине, а при
к. з. на защищаемой линии они направлены в разные стороны и,
как правило, не равны друг другу
1
Обычно токи, проходящие от сборных шин в линию, считаются
положительными, а к сборным шинам — отрицательными. При такой
условности токи по концам линий в режиме внешнего к. з. и нагрузки
имеют противоположные знаки, т. е. сдвинуты по фазе на 180° , а при
к. з. на линии — одинаковые или совпадают по фазе.
1
.
Следовательно, сопоставляя величину и фазу токов I1 и I11
можно определять, где возникло к. з. — на линии или за ее пределами. Такое сравнение токов по величине и фазе осуществляется в реагирующем органе (реле) дифференциальной защиты.
Для этой цели по концам линии устанавливаются трансформаторы тока Т1 и Т11 (рис. 4.2) с одинаковым коэффициентом
трансформации.
Рис. 4.2- Принцип действия дифференциальной защиты:
а — токораспределение при к. з. вне защищаемой линии; б — ток небаланса;
в — токораспределение при к. з. на защищаемой линии
85
Их вторичные обмотки соединяются при помощи соединительного кабеля и подключаются к дифференциальному реле
таким образом, чтобы при внешних к. з. ток в реле был равен
разности токов в начале и конце линии, т. е. I
на линии — их сумме I
+ I11.
1
— I11, а при к. з.
1
Имеются две принципиально различные схемы дифференциальных защит: с циркулирующими токами и уравновешенными напряжениями.
В схеме с циркулирующими токами (рис. 4.2, а) вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются так, чтобы
при внешнем к. з. их э. д. с. были направлены последовательно, а токи в соединительных проводах имели одинаковое направление. Дифференциальное реле Р включается параллельно
вторичным обмоткам трансформаторов тока, образуя цепь для
замыкания вторичных токов I
В1
и I
В11
.
При к.з. вне защищаемой линии (рис. 4.2, а), а также в нормальном режиме первичные токи I
и I
и в начале и в конце
1
11
линии равны по величине и направлены в одну сторону.
Вторичные токи I
В1
и I
каждого трансформатора тока за-
В11
мыкаются через обмотку реле Р и проходят по ней в противоположных направлениях, навстречу друг к другу. Поэтому ток в
реле равен геометрической разности вторичных токов, т. е.
I
= I
p
В1 – IВ11
(4.1)
или, выражая вторичные токи через первичные, получаем:
I
I
1
I
=
p
n
При равенстве коэффициентов трансформации nT1 = n
T1
11
–
n
T11
(4.1a)
T11
=n
и отсутствии погрешностей в работе трансформаторов тока
I
= I
В1
сируются, ток I
вторичные токи, поступающие в обмотку реле, балан-
В11
= 0 и реле не работает. Аналогичное положение
p
имеет место и при качаниях. Таким образом, по принципу действия дифференциальная защита не реагирует на внешние к. з.,
токи нагрузки и качания, поэтому она осуществляется без выдержки времени и не должна отстраиваться от токов нагрузки
и качания. В действительности трансформаторы тока работают
86
с погрешностью (рис. 4.2, б), вследствие этого вторичные токи
имеют некоторое различие по величине и по фазе, а их разность
не равна нулю.
В реле появляется ток небаланса
I
= I
нб
В1 – IВ11
(4.2)
Для исключения неселективной работы защиты при внешних к.з. ток срабатывания дифференциальной защиты должен
превышать максимальное значение тока небаланса:
I
с.з > Iнб. макс.
(4.2а)
П р и к. з. н а защищаемой линии (рис. 4.2, в) первичные
токи I
и I11 направлены от шин подстанции в линию (к месту
1
к. з.). При этом направление первичного тока на одном из концов линии, по сравнению с его направлением при внешнем к. з.,
меняется на противоположное (ток I
ственно меняется направление вторичного тока I
на рис. 4.2, в). Соответ-
11
в трансфор-
В11
маторе тока на этом конце линии. Из показанного на рис. 4.2, в
токораспределения видно, что вторичные токи I
и I
В1
и в этом
В11
случае проходят, поэтому ток в реле равен их сумме
Iр = IВ1 + I
В11
=
I
I
1
11
+
n n n
=
I
.
к.з
(4.3)
где
I
- полный ток к. з., равный сумме токов I1 и I
к.з
притекаю-
11 ,
щих к месту повреждения (к точке К).
Под влиянием этого тока защита срабатывает. Выражение (4.3)
показывает, что дифференциальная защита реагирует на полный
ток к. з. I
в месте повреждения, и поэтому в сети с двусторонним
к.з
питанием она обладает большей чувствительностью, чем токовые
защиты, реагирующие на ток, проходящий только по одному концу линии. Зона действия защиты охватывает участок линии, расположенный между трансформаторами тока Т1 и Т11.
В схеме с уравновешенным напряжением (рис. 4.3, а)
вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются так,
чтобы в условиях внешнего к. з. их э. д. с. были направлены
встречно, а реле включается последовательно в цепь соединительных проводов.
87
Рис. 4.3- Принцип действия дифференциальной защиты на равновесии
напряжения
При внешних к. з., а также при прохождении токов нагрузки
вторичные э. д. с. трансформаторов тока равны и совпадают по
фазе
Е В1 = Е
, поскольку I1 = I
В11
11
, а n
T1
= n
. Отсюда
T11
следует, что ток
– Е
Е
Iр =
В1
В11
z
= 0,
где
Ζ — полное сопротивление контура «трансформаторы тока
— реле».
Погрешности трансформаторов тока нарушают баланс
вторичных э. д.с. и вызывают появление э. д. с. небаланса
Е = E
нб = EВ1
– E
В11
Под действием Е
в реле возникает ток небаланса Iнб. Так
нб
же как и в схеме с циркулирующими токами, для обеспечения
селективности защиты при внешних к. з. ток срабатывания реле
должен превышать ток небаланса.
При к. з. в зоне защиты (рис. 4.3, б) вторичные э. д. с. E
E
складываются и вызывают в реле ток Iр, под действием ко-
В11
В1
торого оно срабатывает.
В схемах дифференциальных защит находят применение оба
принципа. Ниже рассмотрены дифференциальные защиты, основанные на принципе циркуляции токов, так как защиты этого
типа получили распространение.
88
и
4-3. ТОКИ НЕБАЛАНСА
В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЕ
Правильный учет тока небаланса в схеме дифференциальной защиты имеет существенное значение, поскольку от его величины зависит ток срабатывания защиты (4.2а)
Iнб = I
В схеме защиты с циркулирующими токами (рис. 4.2, а) ток
I
= I
нб
Выразив вторичные токи через первичные с учетом погрешности трансформаторов тока , получим:
Iнб =
где
I
1нам
ным обмоткам ТТ
– I
В1
В11.
– I
В1
В11.
I
1
( (
– I
1нам
n
n
T
и I
— токи намагничивания, отнесенные ко вторич-
11нам
–
I
11
T
–
I11нам
( (
Рис. 4.4- Характеристика намагничивания трансформаторов тока Т1 и Т11
на рис. 4-2 и ток небаланса, обусловленный неидентичностью характеристик (а) и характеристики намагничивания
трансформаторов тока класса 0,5 и класса Д:
1 — вторичная э. д. с. Т1 Е
д.с.Т11 Е
= f(I
1B
), 3 –1нб = f(ЕВ или Вm) E1B = E
11нам
= f(I
1В
), 2 — вторичная э.
1нам
; 4 — харак-
11B
теристика трансформатора тока класса 0,5; 5— характеристика
трансформатора тока класса Д
89
Так как при внешнем к. з. I1 = I11 то
I
нб = I11нам
– I
1нам
(4.4)
Выражение (4-4) показывает, чтобы для уменьшения тока
небаланса необходимо выравнивать токи I
1нам
и I
(рис. 4.2,
11нам
б) по величине и фазе, тогда их разность будет минимальной.
Ток намагничивания зависит от магнитной индукции В или
от вторичной э. д. с Е
скольку В и Е
пропорциональны.
В
трансформаторов тока (рис. 4.4, а), по-
В
Из характеристик 1, 2 и З, приведенных на рис. 4.4, а, следует, что ток небаланса будет равен нулю при полной идентичности (совпадении) характеристик намагничивания 1 и 2 трансформаторов тока Т1 и Т11 (рис. 4.2, а) и равенстве вторичных
э. д. с. Е
В.
Выполнить эти требования с абсолютной точностью на
практике не удается, и поэтому ток небаланса всегда имеется.
Он возрастает с увеличением магнитной индукции В, которая в
свою очередь повышается при увеличении первичного тока I
к.з
и вторичной нагрузки Ζн.
Особенно значительно растет I
при насыщении трансформа-
нб
торов тока, так как при этом резко усиливается различие в токах
намагничивания трансформаторов тока. Поэтому, помимо обеспечения наибольшей идентичности характеристик намагничивания, стремятся к тому, чтобы при максимальном токе внешнего
к. з. сердечники трансформаторов тока не насыщались.
Для выполнения этого условия используются следующие пути:
1. Применяются трансформаторы тока, насыщающиеся при
возможно больших кратностях тока к. з. и вторичной нагрузки Ζ
н
Этому требованию наилучшим образом удовлетворяют
трансформаторы тока класса Д, специально изготовляемые для
дифференциальных защит (рис. 4.4, б).
2. Принимаются меры для ограничения величины вторичной
э. д. с. Е
от которой зависит магнитная индукция В (В = ЕВ).
В
Чтобы избежать насыщения, как видно из рис. 4.4, а, необходимо иметь Е
ЕВ = IВ (ΖВ + Ζн ) =
n
< Е
В
. Поскольку
нас
I
к.з
T
(ΖВ + Ζн ) , (4.5)
.
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]