Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Релейная защита устройств электроэнергетики. Курс лекций
.pdf
Токовые обмотки этих реле подключены к вторичным обмоткам
трансформаторов тока ТА1–ТА3, а обмотки напряжения – к вторичной обмотке трансформатора напряжения ТV. Реле направления мощности КW1, КW2 и КW3 включаются по 90-градусной схеме, при которой токовая обмотка включена на одну фазу, а обмотка
напряжения – на межфазное напряжение других фаз.
При КЗ на линии токовые реле и реле направления мощности
срабатывают, и, замыкая свои контакты, подают питание на реле
времени КТ, которое с выдержкой времени замыкает цепь катушки
отключения YAT через катушку указательного реле КН. Выключатель Q отключит линию с выдержкой времени МТНЗ. Указательное
реле КН сигнализирует о срабатывании МТНЗ.
Токи срабатывания защит АК1–АК6 и токовых реле определяются соответственно по формулам (4.4) и (4.3).
При трехфазном КЗ вблизи места установки защиты напряжение
в сети резко падает. Если напряжение, подводимое к реле мощности, окажется слишком малым, то реле может не сработать. Следовательно, МТНЗ имеет мертвую зону вблизи шин РУ, от которого
получает питание линия электропередачи.
Наличие мертвой зоны и большие выдержки времени вблизи
источников питания являются недостатками МТНЗ, которые могут
быть устранены за счет совместного применения МТНЗ и ТО без
выдержки времени.
4.6.Дистанционная защита
Дистанционной защитой называется такая защита, которая работает на принципе измерения полного Z = Z0 · L, активного R = R0 · L
или реактивного X = X0 · L сопротивления от места установки ее реле
до точки короткого замыкания (КЗ) на линии (Z0, R0 и X0 – полное,
активное и реактивное удельные сопротивления защищаемой линии, Ом/км; L – расстояние от места установки реле до точки КЗ,
км) [1–3].
Для реле сопротивления отношение напряжения на зажимах
реле Up к току в реле Ip пропорционально расстоянию (или по другому – дистанции) от точки КЗ до места установки защиты, что определило название защиты.
В дистанционных защитах используются реле минимального
сопротивления, так как при возникновении КЗ сопротивление от
точки КЗ до места установки защиты уменьшается.
41
Дистанционные защиты бывают ненаправленные и направлен-
ИП
TA
3
U
ные: первые применяют в радиальных сетях с односторонним питанием, вторые – в сетях любой конфигурации.
Наибольшее применение получили защиты с трех- и четырехступенчатыми характеристиками, работающие на принципе измерения
полного сопротивления. Каждая ступень определяет длину защитной зоны с соответствующим временем срабатывания защиты.
Время срабатывания дистанционной защиты зависит от отношения напряжения U
к току Ip, подводимым к зажимам обмоток
p
напряжения и тока реле сопротивления KZ, таким образом
t = f (U
U
I
– сопротивление на зажимах реле;
где Z
p
/ Ip) или t = f (Zp); (4.9)
p
= U
p
/ KTV; (4.10)
ост
= IK / KTA, (4.11)
p
Up – напряжение на зажимах реле;
Ip – ток реле;
U
– остаточное напряжение на шинах подстанции;
ост
KTV, KTA – коэффициенты трансформации соответственно транс-
форматора напряжения TV и трансформатора тока TA.
С увеличением Zp должно увеличиваться время срабатывания
защиты. Для пояснения указанной зависимости примем одинаковыми коэффициенты трансформации TA и TV на подстанциях TП1
и TП2 (рис. 4.9).
U
ост1
TП1TП2 TП3
t
1
t
TV1
U
TV2
KZ1
p
I
W1 W2
p
1
I
K
KZ2
TA2
Рис. 4.9. Принцип работы дистанционной защиты
2
U
ост2
W
I
1К
K
L
42
При одинаковых токах I
2
1Т
t,2,4,6
ношение Up / Ip = Zp, подводимое к реле KZ, где больше U
в линиях большим становится то от-
K
ост
. Из
рис. 4.9 видно, что при КЗ в точке К1 по линиям W1 и W2 протекают
токи I
одинаковой величины. Поскольку U
K
ост1
> U
, то Zp1 > Zp2
ост2
и t1 = f(Zp1) > t2 = f(Zp2). Защита подстанции TП2 должна работать
быстрее, так как от нее до точки КЗ расстояние меньше.
Избирательное действие трехступенчатой направленной дистан-
ционной защиты в радиальной сети с двусторонним питанием обес-
печивают подбором выдержек времени и уставок сопротивлений
срабатывания. Выдержки времени выбирают при питании линий от
одного источника питания, например, сначала от ИП1, а затем от
ИП2 (рис. 4.10).
ТП2
Q7
Т1
П3
ТП4
ТП
ИП3
~
AK1 AK2 AK3 AK4 AK5 AK6
ИП1
Q1
~
W1
Q2 Q3
(K1) (K2)
W2
Q4
Q5
W3
Q6
ИП
Т2
Q8
t,1,3,5
t
1-3
t
1-1
t
2-2
t
4-3
t
1-2
t
2-1
t
3-1
t
t
4-2
t
4-1
6-3
t
3-2
t
3-2
t
6-2
t
3-3
t
t
5-1
5-2
t
6-1
Рис. 4.10. Избирательное действие трехступенчатой
дистанционной защиты
Наименьшую выдержку времени имеет первая зона, составляющая 70–80 % длины защитной линии. Например, время срабатывания t
защиты 1 (первая цифра – номер защиты, вторая
1-1
~
43
цифра – номер зоны) определяется собственным временем срабатывания реле, входящих в схему защиты, и составляет 0,1–0,2 с.
Длина первой зоны ограничена 70–80 % длины защищаемой линии ввиду возможности неизбирательного действия защиты при
КЗ на смежном участке из-за погрешностей реле дистанционной
защиты в измерении сопротивления до точки КЗ. Во вторую зону
входит незащищенный участок защищаемой линии и 30–40 %
длины смежной линии. Выдержки времени t
1-2
и t
второй и тре-
1-3
тьей ступеней (зон) создают искусственно. Выдержка времени
второй зоны должна быть больше выдержек времени максимальных защит трансформатора Т1 подстанции TП2 и линии, присоединенных к шинам подстанции, питающейся от защищаемой
линии.
В третью зону входят участки, сопротивление до которых не
измеряет реле сопротивления. Время срабатывания t
третьей
1-3
зоны должно быть больше времени срабатывания резервных защит линий.
При КЗ в точке К1 на поврежденной линии срабатывает первая ступень защиты 4 со временем t
со временем t
. Защиты 2 и 5 не срабатывают, так как их органы
3-2
и вторая ступень защиты 3
4-1
направления имеют настройку, противоположную направлению
мощности КЗ. Придут в действие защиты 6 и 1, но отключения не
произведут, так как t
6-2
> t
4-1
и t
1-3
> t
3-2
.
Комплект дистанционной защиты состоит из следующих органов: пускового KZ3 (рис. 4.11), направления мощности KW, дистанционных KZ1 и KZ2, выдержки времени KT2 и KT3, блокировок по
напряжению KV и от качания в электрической системе АКВ, автоматически выводящих защиту из работы при режимах, не соответствующих КЗ.
В качестве пускового органа используют реле полного сопротивления или реле тока. На схеме (рис. 4.11) пусковым органом
KZ3 служит реле сопротивления третьей ступени, питаемое током Ip
и напряжением Up.
Орган направления мощности KW позволяет работать защите
только при направлении мощности от шин подстанции к точке КЗ;
его выполняют с помощью реле направления мощности и предусматривают только в тех случаях, когда пусковые и дистанционные
органы являются ненаправленными.
Дистанционные органы KZ1 и KZ2 определяют расстояние от ме-
ста установки защиты до точки КЗ.
44
+
TV
YAT
Q
–
SQ
KL
–
KH3KH2KH1
KV AKB
+
I
К
I
p
TA
К
Рис. 4.11. Схема взаимодействия элементов дистанционной защиты
KZ1 KZ 2KZ3 KW
+
К защите от качаний
U
p
KT2 KT3
+
–
+
–
–
В ступенчатых защитах дистанционные органы выполняют с помощью реле минимального сопротивления, которое срабатывает
при условии
U
где Z
– сопротивление уставки срабатывания реле, т. е. наиболь-
уср
/ Ip = Zp ≤ Z
p
, (4.12)
уср
шее значение сопротивления линии (наименьшее значение тока КЗ), при котором реле приходит в действие.
Органы выдержки времени KT2 и KT3 создают выдержки времени
срабатывания защиты в зависимости от состояний дистанционных
органов KZ1 и KZ2; их выполняют на базе реле времени обычных
конструкций.
Блокировку по напряжению KV осуществляют с помощью реле на-
пряжения KV, контактами которого снимается напряжение с оперативных цепей при исчезновении напряжения Up со стороны TV
(при наличии Up контакты KV замкнуты). Отсутствие этой блокировки может привести к неправильному действию защиты, так как
при нарушении вторичных цепей TV Up = 0 и, следовательно, Zp = 0,
поэтому защита может сработать ложно.
45
Блокировка от качаний АКВ выводит защиту из работы, размыкая
p pp
22
Z RX
своими контактами цепь отключения. Блокировка АКB необходима
потому, что при качаниях в электрической системе напряжение U
снижается, а ток Ip возрастает; уменьшается Zp, в результате чего пусковые и дистанционные органы могут сработать и вызвать неправильное действие защиты.
При КЗ на линии срабатывает пусковое реле KZ3 и реле мощности
KW, через замкнувшиеся контакты которых (при замкнутых контактах KV) подается «плюс» постоянного тока к контактам дистанционных органов KZ1, KZ2 и на обмотку реле времени KT3 третьей зоны.
Если КЗ возникло в пределах первой зоны, то дистанционный
орган первой зоны KZ1 замыкает свои контакты, образуя цепь реле
KL через контакты SQ. Замкнувшимися контактами KL составляется цепь катушки отключения YAT через обмотку указательного реле
KH1 и замкнутые блок-контакты выключателя Q. Следует иметь
в виду, что при КЗ в первой зоне приходит в действие и реле KZ2,
но отключение произойдет от реле KZ1, так как при замыкании его
контактов создается цепь реле KL без выдержки времени.
Если КЗ произошло во второй зоне, то KZ1 не сработает, так
как сопротивление на его зажимах больше сопротивления уставки
срабатывания первой зоны (Zp1 > Z
). В этом случае срабатывает
уср1
только дистанционный орган KZ2, потому что сопротивление на его
зажимах меньше сопротивления уставки срабатывания второй зоны
(Zp2 < Z
). Замыканием контактов KZ2 запускается реле времени
уср2
KT2, которое после отсчета времени для второй зоны замыкает контакты в цепи реле KL, действующего на отключение выключателя.
При КЗ в третьей зоне дистанционные органы KZ1 и KZ2 не срабатывают, так как Zp1 > Z
и Zp2 > Z
уср1
. Реле времени KT3, запущен-
уср2
ное при срабатывании KZ3 и KW, с выдержкой времени для третьей
зоны замыкает свои контакты в цепи реле KL, вызывающего отключение выключателя. С целью упрощения защиты обычно не ставят
специальных измерительных органов третьей зоны.
Сопротивление Zp, подводимое к зажимам реле (также и сопротивлениие уставки срабатывания реле Z
), является комплексной
уср
величиной Zp = Rp + jXp, активную Rp и реактивную Xp составляющие которого изображают на комплексной плоскости с координатами R и jX. Сопротивление Zp представляет вектор, модуль которо-
го
= +
, а направление определяется углом ϕp его наклона
к оси сопротивлений Rp.
p
46
Характеристика срабатывания реле сопротивления на комплексной плоскости представляет собой пограничную линию, которая
отделяет область срабатывания от области несрабатывания реле.
Характеристика срабатывания большинства реле сопротивления
(рис. 4.12, а, б) представляет собой окружность. Затемненная часть
характеристики, где Z
< Z
p
, соответствует области срабатывания
уср
реле, так как оно является реле минимального сопротивления.
Реле сопротивления срабатывает при Zpʹ < Z
Zpʺ > Z
(рис. 4.12, а).
уср
и не срабатывает при
уср
Различают два основных типа реле сопротивления. У первого
типа реле величина сопротивления срабатывания зависит только
от отношения Up / Ip и не зависит от угла между ними. У второго
типа реле величина сопротивления уставки срабатывания зависит
не только от отношения Up / Ip, но и от угла ϕp между Up и Ip, подведенными к реле. Зависимость Z
от угла ϕp между напряжением
уср
Up и током Ip, подводимыми к зажимам реле, называется угловой ха-
рактеристикой реле сопротивления Z
= f(ϕp). Она определяет зону
уср
действия реле по углу между Up и Ip.
Характеристики срабатывания реле, приведенные на рис. 4.12, а, б,
являются окружностями, но они имеют различный характер изменения сопротивления уставки срабатывания реле Z
как сопротивление уставки Z
реле измеряется величиной вектора
уср
от угла ϕp, так
уср
от начала координат до окружности.
Характеристика реле на рис. 4.12, а представляет собой окружность с центром в начале координат. Сопротивление уставки срабатывания Z
этого реле равно радиусу окружности и не зависит от
уср
угла ϕp между Up и Ip. Реле с такой характеристикой имеет одинаковое
Z
= К во всех четырех квадрантах, как в квадранте I (рис. 4.12, а),
уср
что соответствует КЗ на защищаемой линии W2 (рис. 4.12, д), так
и в квадранте III – при КЗ за шинами подстанции TП2 на линии
W1. Такое реле называется ненаправленным реле полного сопротивления.
Характеристика срабатывания реле, изображенная на рис. 4.12, б,
тоже окружность, но проходит через начало координат комплексной
плоскости. У реле с такой характеристикой сопротивление уставки
срабатывания, определяемое от начала координат до окружности,
для разных углов ϕp будет различно. Наибольшее значение сопротивления уставки срабатывания реле Z
равно диаметру окруж-
уср max
ности.
47
а б
–jx
II
III
+jx
+r
I
II
III IV
+jx
+r
I
II
III
IV
–r
I
II
III IV
+jx
+r
ИП
ТV
2
I
Z
= К
у.ср.
′
Z
р
–r
0
′′
Z
р
–r
В
Z
у.ср. max
φ
С
м.ч
Z
у.ср.
0
в г
+jx
В
φ
м.ч
0
Z
см
–jx
д
ТП1
1
Q1
~
W 1
Рис. 4.12. Характеристики реле сопротивления:
а, б, в – круговые; г – эллиптическая; д – защитные зоны реле
48
IV
Z
у.ср. max
С
Z
у.ср.
+r
ТП2
K1 АК3
Q2 Q3
–r
–jx
В
Z
у.ср. max
φ
м.ч
С
Z
у.ср.
0
–jx
ТП3
K2
ИП
~
TA
W 2
Q4
Угол наклона Z
к оси активных сопротивлений r называют
уср max
углом максимальной чувствительности и обозначают ϕмч. Это означает, что Z
и ϕмч являются предельными значениями, при кото-
уср max
рых реле еще срабатывает. Оно будет надежно работать при значениях сопротивлений и углов, меньше Z
уср max
и ϕмч.
Из рис. 4.12, б видно, что основная область срабатывания реле
расположена в квадранте I, чем обеспечивается защита линии W2;
небольшая область срабатывания находится в квадранте II за «спиной» защиты при КЗ на линии W1, что возможно при преобладании емкостной нагрузки над индуктивной, например, при наличии
продольной емкостной компенсации; очень маленькая область
срабатывания в квадранте IV, что соответствует КЗ на защищаемой
линии W2 с преобладанием емкостной нагрузки в виде продольной
емкостной компенсации. Реле не работает при расположении Zр
в III квадранте, что соответствует КЗ за «спиной» защиты, т. е. на
линии W1 в точке К1 (рис. 4.12, д) с преобладанием индуктивной
нагрузки, характерным для большинства линий.
При КЗ в точке К1 мощность КЗ от источника питания ИП2
направлена к шинам TП2, ток в реле изменяет свое направление,
совпадая с направлением оси – r, реле «клинит», т. е. контакты реле
идут на размыкание. Реле сопротивления, характеристикой которого
является окружность, проходящая через начало координат комплексной плоскости, называется направленным реле полного сопротивления.
Направленное реле полного сопротивления с характеристикой,
представленной на рис. 4.12, б, имеет «мертвую» зону по напряжению при КЗ вблизи шин подстанции как на защищаемой линии W2,
так и на не защищаемой линии W1.
На рис. 4.12, в приведена смещённая круговая характеристика срабатывания реле, которая является промежуточной между
характеристиками, изображенными на рисунке 4.12, а, б. Окружность этой характеристики смещена вниз по линии наибольшей
чувствительности в квадрант III на величину сопротивления смещения Zсм.
Pеле с такой характеристикой работает надежно как при КЗ на
защищаемой линии W2 у шин подстанции TП2 (рис. 4.12, д), так
и при КЗ на части линии W1, за «спиной» реле в квадранте III. Следовательно, это реле не является направленным. Данное реле используют в основном в защитах шин подстанций. При Zсм = 0 реле
превращается в направленное реле сопротивления, а при Zсм = D/2 –
в ненаправленное реле.
49
На рисунке 4.12, г изображена характеристика направленного
реле, имеющая вид эллипса. Сопротивление уставки срабатывания
Z
такого реле зависит от угла ϕр и имеет наибольшее значение при
уср
ϕ
= ϕмч. Угол ϕмч обычно принимают равным углу защищаемой ли-
р
нии. Сопротивление Z
равно большой оси эллипса. По срав-
уср max
нению с круговой эллиптическая характеристика имеет меньшую
рабочую область, что дает возможность лучше отстроить реле от качаний и перегрузок.
Направленная дистанционная защита обеспечивает избирательное отключение поврежденных линий с относительно небольшой
выдержкой времени в сетях любой конфигурации с любым числом
источников питания. Однако дистанционную защиту в простых сетях (радиальных, кольцевых с одним источником питания и др.),
в которых обеспечивается избирательное отключение применением
простейших направленных и ненаправленных МТЗ и ТО, применять
нецелесообразно, так как она сложнее их по выполнению и дороже по
стоимости. Ее применение для простых сетей будет оправдано в том
случае, если простые по выполнению и недорогие по стоимости защиты по току или напряжению не удовлетворяют требованиям чувствительности или избирательности. Дистанционную защиту применяют
преимущественно в сложных сетях напряжением 35; 110; 220 и 500 кВ.
4.7.Продольная дифференциальная токовая защита
Принцип действия продольной дифференциальной токовой
защиты линии электропередачи основан на сравнении токов, протекающих в начале и в конце защищаемой линии. Для измерения
значения силы тока на концах защищаемого участка линии используются трансформаторы тока TA1 и TA2 с одинаковыми коэффициентами трансформации. Вторичные цепи этих трансформаторов
соединяются последовательно двухпроводной линией, к которой
параллельно подключена обмотка реле тока KA (рис. 4.13) [1, 3].
В нормальном режиме, а также при внешних КЗ токи во вторичных обмотках трансформаторов тока будут равны, разность их будет
равна нулю, ток через обмотку токового реле КА протекать не будет,
следовательно, защита действовать не будет (рис. 4,13, б). Ток в обмотке реле КА равен разности вторичных токов трансформаторов
тока TA1 и TA2
I
= I21 – I22, (4.13)
P
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]