Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Релейная защита и автоматические системы управления устройствами электроснабжения. Учебное пособие для СПО
.pdf
91
Таким образом, работу этого реле удобно анализировать в комплексной плоскости. Активную составляющую
Zp откладываем по горизонтали, реактивную по вертикали.
КЗ, произошедшее в какой-либо точке ЛЭП, характеризуется сопротивлением Zк, от места установки защиты до
точки КЗ. Данное сопротивление так же можно изобразить
на комплексной плоскости рис. 3.4 (отрезок ОК).
Рис. 3.4. Вектор сопротивления КЗ на векторной плоскости
Если КЗ произошло через электрическую дугу, в
этой же точке ЛЭП, то как показали исследования, сопро-
тивление до места КЗ будет изображаться сопротивлен ием ОК′ (так как появляется дополнительное сопротивление rд). При определенных условиях Zк, может определяться вектором ОК″. Таким образом, в общем случае со-
противление КЗ — Z
к
, определяется четырехугольником
подобным ОКК′К″. В результате действие реле при КЗ
будет обеспечено, если характеристики срабатывания ре-
ле будут охватывать область комплексной плоскости,
в которой может находиться вектор сопротивления при КЗ
для конкретной ЛЭП.
Характеристикой срабатывания реле называется
зависимость
)(fZ
p1.p.c
=
. В зависимости от вида характе-
ристики срабатывания различают ненаправленное реле
полного сопротивления; направленное реле полного со-
противления, реле сопротивления со смещенной круговой
92
характеристикой, реле с эллиптической характеристикой и
так далее. Характеристики перечисленных реле указаны
соответственно на рис. 3.5, а, б, в, г.
Рис. 3.5. Характеристики срабатывания
реле сопротивления
Из характеристик видно, что сопротивление срабатывания постоянно только у ненаправленного реле полного
сопротивления, а у остальных реле оно зависит от угла φ
р
.
Некоторому углу φ
р max
, соответствует наибольшее сопро-
тивление срабатывания, т.е. наибольшая чувствительность.
Реле с характеристиками рис. 3.5, б, г могут совмещать в
себе функции дистанционного органа и органа направле-
ния мощности.
В реле сопротивления из подводимых к нему току и
напряжению формируются две электрические Е1 и Е2 или
магнитные величины Ф
1
и Ф
2
, которые затем сравниваются
между собой, по одному из принципов на которых основа-
ны реле направления мощности.
Дистанционные органы подключаются к трансформаторам тока и напряжения, таким образом, чтобы сопротивление Zр, было пропорционально расстоянию до места
КЗ, и не зависело от вида повреждения. Так, дистанционные органы, реагирующие на многофазные КЗ, включают-
93
ся на линейные напряжения и разности фазных токов одноименные с напряжением (т.е. Up = Uab; Ip = Ia – Ib); дистанционные органы, реагирующие при однофазном КЗ на
фазные напряжения Up = Uф и на токи Ip = Iф + КI0, где Iф,
I0 — фазный ток и ток нулевой последовательности. С целью уменьшения количества реле сопротивлений применяются двухсистемные и односистемные схемы включения
дистанционных органов, в которых либо осуществляется
автоматические переключение цепей тока и напряжения в
зависимости от вида КЗ (контактами пусковых органов),
либо применяются многофазные реле сопротивления.
На примере сети, показанной на рис. 3.6, рассмотрим
выбор уставок трехступенчатой дистанционной защиты,
установленной на подстанции А.
Рис. 3.6. Согласование дистанционных защит
со ступенчатыми характеристиками
Первая зона, дистанционный орган этой зоны не
должен срабатывать при КЗ: а) на шинах противоположной подстанции Б (т. К1); б) в месте подключения отпайки,
если отпайка включена через выключатель (т. К2); в) за
трансформатором отпайки, если отпайка включена без выключателя (т. К3). Перечисленным условиям соответству-
ют следующие формулы:
94
л.зап
I
А.з.c
ZКZ =
; (3.3)
.уч.з ап
I
А.з.c
ZКZ =
; (3.4)
)ZZ(КZ
Т.уч.з ап
I
А.з.c
+=
, (3.5)
где
I
А.з.c
Z
— сопротивления срабатывания первичной зоны;
л
Z
— сопротивление защищаемой линии АБ;
.уч
Z
— со-
противление участка линии от места установки защиты до
точки отпайки;
Т
Z
— сопротивление трансформатора от-
пайки;
.зап
К
= 0,8÷0,85 — коэффициент запаса. Для ЛЭП с
отпайками без выключателей на стороне высокого напряжения, берется меньшее из значений
I
А.з.c
Z
, полученных по
выражениям (3.3) или (3.5), для линий, имеющих отпайки с
выключателями — значение
I
А.з.c
Z
определяется по выра-
жению (3.4). Первая зона выполняется без выдержки времени, то есть
I
А
t
= 0.
Вторая зона. Дистанционные органы этой зоны не
должны срабатывать при КЗ в конце первой зоны защиты
смежной линии (точки К4), а также не должны срабатывать
при КЗ за трансформаторами приемной подстанции (точка
К5). В соответствии с этим
III
А.з.c
Z
, принимается равными
меньшей из величин, найденных по выражениям:
)ZККZ(КZ
I
Б.з.с.л.р.з апл.зап
II
А.з.c
+=
; (3.6)
]ZК)N1(Z[КZ
Т.Т.р
2
Tmaxл.зап
II
А.з.c
−+=
, (3.7)
где
I
Б.з.с
Z
— уставка первой зоны защиты смежной ли-
нии — БВ; ZT — сопротивление наиболее мощного трансформатора подстанции Б;
Tmax
N
— максимальное относи-
95
тельное отклонение коэффициента трансформации отпай-
ки;
.зап
К
— коэффициент запаса, учитывающий погреш-
ность в работе защиты линии БВ и в выборе ее уставок;
1.з.к
2.з.к
.л.р
I
I
К =
и
1.з.к
Т.з.к
.Т.р
I
I
К =
— коэффициенты токораспределе-
ния, учитывающие неравенство токов в месте повреждения
I
к.з.2
или I
к.з.Т
и в месте установки защиты I
к.з.1
.
Выдержка времени второй ступени, отстраивается от
быстродействующих защит смежной линии, то есть
ttt
I
Б
II
A
+=
.
Третья зона. Эту зону трехступенчатой характери-
стики обеспечивают пусковые органы. При выполнении их
токовыми реле, уставка по току берется так же как и для
МТЗ, а при выполнении в виде направленных реле сопротивления, выполняется отстройка от минимального воз-
можного сопротивления в рабочем режиме:
)cos(ККI3
U
Z
.н агрч.max.рВ.запmax.р аб
min
III
з.c
−
=
, (3.8)
где
III
А.з.с
Z
— сопротивление срабатывания третьей зоны; U
min
—
минимальное рабочее линейное напряжение; I
раб. max
— максимальный рабочий ток; КВ — коэффициент возврата реле
сопротивления;
наг р
— угол между U
min
и I
раб.max
.
Найденное по (3.8) значение
III
А.з.с
Z
, представляет со-
бой диаметр окружности характеристики срабатывания
защиты.
Общая оценка дистанционной защиты
Достоинства: селективность действия в сетях любой
конфигурации с любым числом источников питания; ма-
лые выдержки времени в начале защищаемого участка,
96
в сравнении с другими типами защит, что необходимо по
условиям устойчивости, требующим быстрого отключения
повреждений вблизи шин электростанций; значительно
большая чувствительность при КЗ и лучшая отстройка от
нагрузки и качаний по сравнению с МТЗ.
Недостатки: сложность защит как в части схемы,
так и в части входящих в ее состав реле; невозможность
мгновенного отключения КЗ в пределах всех защищаемых
линий, следовательно, они не могут служить основными
защитами на тех участках сети, где необходимо выполнение этого требования; необходимость отстройки от качаний и нагрузки, что снижает чувствительность защиты, а
возможность действия при качаниях вынуждает усложнять
защиту применением блокировки.
Несмотря на отмеченные недостатки, дистанционная
защита, является пока наиболее совершенной резервной
защитой от междуфазных КЗ для ЛЭП всех напряжений
до 750 кВ включительно и достаточно быстродействующей защитой для сетей 110 и 220 кВ, где она используется
в качестве основной защиты на ЛЭП средней и большой
длины.
3.2. Высокочастотные защиты
Высокочастотные защиты предназначены для быстрого двухстороннего отключения защищаемой ЛЭП при
повреждениях в зоне защиты, для линий средней и большой длины. Удовлетворяющие этому же требованию продольные дифференциальные защиты непригодны для защиты ЛЭП, вследствие высокой стоимости соединительного кабеля и недопустимого увеличения его сопротивления. Особенность высокочастотных защит заключается в
том, что для их селективного действия при внешних КЗ
необходима связь между комплектами защиты, установленными по концам защищаемой линии. Такая связь осу-
97
ществляется посредством токов высокой частоты, которые
передаются по проводам защищаемой ЛЭП. Высокоча-
стотные защиты не реагируют на внешние КЗ, поэтому,
как и дифференциальные защиты, не имеют выдержки
времени. Применяются два типа защит: направленные за-
щиты с высокочастотной блокировкой; дифференциальнофазные высокочастотные защиты.
Направленная защита
с высокочастотной блокировкой
Их принцип действия основан на сравнении направлений мощности КЗ по концам защищаемой линии. Сравнивая направления мощности по концам ЛЭП можно
определить, где возникло повреждение, на линии или за ее
пределами. Определение направления мощности при КЗ
(от шин в линию или наоборот) осуществляется при по-
мощи реле мощности КW (рис. 3.7), которые устанавлива-
ются на обоих концах ЛЭП, и включаются так, чтобы при
КЗ на защищаемой линии они разрешали действие защит
на отключение.
Рис. 3.7. Сравнение направления мощности по концам
ЛЭП при помощи реле направления мощности KW
Так при КЗ в точке К (рис. 3.7) на отключение подей-
ствуют защиты 3 и 4. На неповрежденной ЛЭП — участок
АВ — реле мощности защиты 1 также замыкает свои кон-
98
такты, разрешая действовать защите на отключение, одна-
ко на другом конце линии АВ, реле направления мощности
защиты 2, под влиянием мощности КЗ, направленной к
шинам, размыкает свои контакты, чем запрещает действие
на отключение своей защиты и одновременно блокирует
действие защиты 1. Блокировка действия защиты 1 осуществляется посылкой сигнала тока высокой частоты по
проводам этой же линии. Блокирующий ток посылается
специальными генераторами токов высокой частоты ГВЧ
(рис. 3.8), управляемыми реле мощности KW и принимает-
ся специальными приемниками высокой частоты (ПВЧ).
Приняв сигнал, ПВЧ выпрямляет полученный ток и подает
его в обмотку блокирующего реле Б, которое размыкает
цепь отключения своей защиты, не позволяя ей действовать на отключение. При КЗ на защищаемой ЛЭП блокирующий сигнал отсутствует, так как срабатывает реле
мощности и не позволяет действовать ГВЧ, в этом случаи
контакты блокирующего реле Б, остаются замкнутыми,
разрешая действовать защите на отключение.
Рис. 3.8. Принцип действия направленной защиты
с высокочастотной блокировкой
99
На рассмотренном принципе выполняются защиты,
сравнивающие направление мощностей в фазах или мощ-
ности нулевой, или обратной последовательности. Реле
мощности в двух последних случаях включаются через соответствующие фильтры на токи и напряжения нулевой
или обратной последовательности.
Таким образом, высокочастотная защита состоит из
двух комплектов (А и В — рис. 3.8), каждый из которых
содержит: релейную часть — та часть, которая реагирует
на мощность КЗ и ее направление; и высокочастотную
часть, генерирующую и принимающую токи высокой частоты. Следует отметить, что в релейную часть, помимо
указанных на упрощенной структурной схеме рис. 3.8 ор-
гана направления мощности KW и блокирующего реле Б,
входит пусковой орган. Пусковой орган защиты выполняется при помощи двух реле, одно из которых запускает передатчик ГВЧ, а второе реле управляет цепью отключения
защиты, то есть его контакты включены последовательно с
контактами реле KW, и замыкаются при возникновении
повреждения. В качестве таких реле используются токовые
реле, а в случаи недостаточной их чувствительности — реле сопротивления.
Дифференциально-фазная
высокочастотная защита
Принцип действия этой защиты основан на сравнении фаз тока по концам защищаемой линии. Направление
тока от шин в линию считаем положительным. Так при
внешнем КЗ (точка К1) рис. 3.9, а, токи по концам защищаемой ЛЭП Im In имеют различные знаки, следовательно, их
можно считать сдвинутыми на 180°.
100
В случае же КЗ в точке К2 рис. 3.9, б, можно принять,
что токи Im In совпадают по фазе, если пренебречь сдвигом
векторов Еm и En, и различием углов полных сопротивлений Zm и Zn. Таким образом, сравнивая фазы токов по концам линии, можно установить местоположение КЗ.
Упрощенная схема и диаграмма, поясняющие прин-
цип действия данной защиты, приведены на рис. 3.10, 3.11.
Защита состоит из высокочастотного генератора
(ГВЧ) и приемника (ПВЧ), реле отключения (РО) и двухпусковых реле (КА1, КА2), одно из которых пускает ГВЧ,
второе контролирует цепь отключения защиты.
Токи высокой частоты передаются по каналу, образованному проводом защищаемой линии и землей. Выход
токов за пределы ЛЭП ограничивается заградителями 1.
Подключение ГВЧ и ПВЧ (высокочастотный пост-2), осуществляется через конденсаторы связи 3.
Генератор (ГВЧ), управляется непосредственно то-
ками промышленной частоты, при помощи специального
трансформатора Т
М
. ГВЧ, вырабатывает, посылая в линию
токи высокой частоты, при положительной полуволне
промышленного тока и не работает при отрицательной по-
луволне.
Рис. 3.9. Принцип действия
дифференциально-фазной защиты
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]