8.6. Выбор уставок токовых защит нулевой последовательости

Ненаправленные отсечки нулевой последовательности. Как уже отмечалось выше, токовые ненаправленные защиты НП применяются на ЛЭП с односторонним питанием места КЗ токами I₀ там, где заземленные нейтрали трансформаторов расположены с одной стороны линии (рис. 8.11, а).

Мгновенные отсечки НП отстраиваются от тока 3 I_0max при КЗ на шинах противоположной ПС аналогично (5.2):

I_с.з=k_отс3I_0max. (8.8)

Ненаправленные токовые отсечки НП можно применять также в сети, имеющей заземленные нейтрали с обеих сторон защищаемой ЛЭП (рис. 8.12). В этом случае селективность действия ненаправленной отсечки АК достигается отстройкой ее тока срабатывания от токов, проходящих по защищаемой ЛЗП как при КЗ на шинах противоположной ПСВ, так и при КЗ на шинах ПСА, где установлена отсечка (рис. 8.12,а). По большему из этих двух токов 3I_0К1max, или 3I_0К2maxопределяется токI_с.з, обеспечивающий селективность отсечки. Если при этом чувствительность ненаправленной отсечки окажется недостаточной, следует применять направленную отсечку НП. Расчет ведется по (8.8).

Отсечки с выдержкой времени (реле 2 на рис. 8.11,в) отстраиваются по току и времени от мгновенной токовой отсечки НП3следующей ЛЭПW2.При расположении нейтралей с одной стороны защищаемой линииW1 ток 3I₀ в отсечках2 и3при КЗ на ЛЗПW2 одинаков. Поэтому, исходя из условия селективности, принимают

I_с.з2 =k_отсI_с.з3 , (8.9)

где k_отс= 1,2.

Выдержка времени t₂ = t₃ + t.

Максимальная токовая защита НП. При согласовании уставки времени с РЗ трансформаторов необходимо учитывать, что МТЗ НП, в отличие от МТЗ, реагирующих на фазные токи, не действует при КЗ за понижающими трансформаторами с соединением обмоток/или/с изолированными нейтралями, поскольку при этом на стороне высшего напряжения ток 3I₀ не возникает (см. рис. 8.2, 6).

Зоны действия отсечек определяются графически по точке пересечения кривой 3I₀ = f(l_P-K) с прямойI_с.з, как показано на рис. 8.11,б. Для полноценной защиты отсечки мгновенные и с выдержкой времени должны дополняться МТЗ НП, полностью резервирующей предыдущие присоединения. Выбор ее уставок рассматривается ниже.

Направленные отсечки нулевой последовательности. Ток срабатывания направленной мгновенной отсечки НП выбирается так, чтобы она не действовала при КЗ за шинами противоположной подстанции В (рис. 8.12,а, 6). Для выполнения этого требования необходимо принять

I_с.з = k_н3I_0расч. (8.10)

Значение I_0расчдолжно определяться для реально возможной схемы сети и режима заземленных нейтралей, при которых определяемый ток будет максимальным. Для отсечки с реле РТ-40 и полупроводниковыми реле тока на ЛЭП 110-220 кВ можно приниматьk_н= 1,21,3, а для реле РТ-80 и РТ-90k_н= 1,41,5. На ЛЭП 330-750 кВk_н = 1,41,5 с учетом того, что апериодическая составляющая тока КЗ в этих сетях затухает медленнее [6].

Если в сети, где установлена МТЗ НП, возможна работа какой-либо ЛЭП двумя фазами (например, во время действия ОАПВ), то ток срабатывания РЗ нулевой последовательности нужно дополнительно отстроить от токов 3I₀, появляющихся в указанном режиме или принятьt_с.з > t_0АПВ.

В общем случае чувствительность МТЗ НП характеризуется коэффициентом чувствительности k_ч=3I_0min/I_0с.з , где 3I_0min- минимальный ток НП при однофазном КЗ на землю для двух случаев: в конце защищаемой ЛЭП и в конце резервируемого участка. В первом случае считается нормальнымk_ч1,5, а во втором – не менее 1,2.

Ток срабатывания мгновенных отсечек на параллельных линиях необходимо выбирать с учетом наличия значительной взаимоиндукции от параллельной цепи; атакже от параллельных участков линий, проходящих вблизи, которые оказывают существенное влияние на сопротивление НП [5]. При одинаковом направлении токовI₀в обеих цепях взаимоиндукция одной ЛЭП увеличивает сопротивление второй, а при различном – уменьшает его. В результате этого в первом случае токи в параллельных ЛЭП уменьшаются, а во втором – увеличиваются. Имея это в виду, максимальное значение токаI₀ в параллельных линиях при внешних КЗ определяют из рассмотрения трех расчетных схем (рис. 8.13,а-в).

При КЗ в точке К1 на шинах противоположной подстанции возможны две схемы, показанные на рис. 8.13,а, б. Максимальный токI₀ в ЛЭП получается в случае отключения одной из параллельных цепей и заземления ее с двух сторон (рис. 8.13, 6).

В этом режиме сопротивление оставшейся в работе линии W1вследствие взаимоиндукции от токаI₀₂ уменьшается, что влечет за собой увеличение расчетного тока.

Третья расчетная схема приведена на рис. 8.13, в. При определенных сочетаниях сопротивленийX₀элементов рассматриваемой сети токI₀ в ЛЭПW1 может достигнуть максимального значения не в случае повреждения на шинах в точкеК1, а при КЗ на параллельной ЛЭП в точкеК2 в режиме одностороннего отключения этой ЛЭП. Хотя КЗ в точкеК2 является более удаленным, чем КЗ в точкеК1, токI₀₁ в ЛЭПW1 в этом случае может оказаться больше благодаря уменьшению сопротивленияW1, вызванного взаимоиндукцией отW2, создаваемой токомI₀₂, направленным противоположноI₀₁. Характер измененияI₀₁, I₀₂ в зависимости от положения точки КЗ показан на рис. 8.13,г. В качествеI_0расчберется большее из полученных значенийI_01.

Из теории расчета токов КЗ [5] известно, что при равенстве суммарных сопротивлений прямой и обратной последовательностей схемы замещения ток >, еслиX₀> X₁. Подсчитав и сопоставивX₀с X₁, находят расчетный вид КЗ (одно- или двухфазное КЗ на землю).

Чувствительность первой ступени МТЗ НП проверяется при КЗ на землю в месте ее установки. Коэффициент чувствительности должен быть не менее 1,2 [6]. Зона действия отсечки может быть найдена графически, как показано на рис. 8.11, по точке пересечения кривой 3I₀= f(l_P-K) сI_с.з. Кроме отстройки от токов КЗ необходимо проверить отстройку мгновенной отсечки от токов неполнофазного режима, появляющихся при неодновременном замыкании фаз выключателя и при действии ОАПВ. От неодновременности замыкания фаз, которая в нормально отрегулированном выключателе очень мала, можно отстроиться собственным временем отсечки 0,06-0,1 с. От неполнофазного режима, возникающего в цикле ОАПВ, отсечкаt= 0 с должна отстраиваться током срабатывания по (8.11).

Уставки отсечки с выдержкой времени. Селективность отсечки (АК1 на рис. 8.14) с выдержкой времениt> 0 обеспечивается ограничением ее зоны срабатывания, так чтобы отсечкаАК1 не действовала за пределами быстродействующей зоны защитыАК2, установленной на следующем участке (W2), и была бы согласована сАК2 по времени. Исходя из этого условия ток срабатывания рассматриваемой отсечкиАК1 отстраивается от тока 3I₀ появляющегося в защищаемой ЛЭПW1 при КЗ в конце зоны РЗАК2(точкаМ на ЛЭПW2). Ток срабатывания отсечкиАК1 определяется по выражению

I_с.з = k_отс k_т 3I_0Mmax , (8.11)

где 3I_0Mmax – максимальное значение периодической составляющей тока 3I₀, проходящего поW₂ при КЗ на землю в точкеМ (в конце зоны РЗ, от которой производится отстройка);k_т– коэффициент токораспределения, учитывающий влияние тока подпиткиI_0т от нейтрали трансформатораТ, подключенного к шинам противоположной ПСВ, k_т=3I_0W1/3I_0W2; k_отс не учитывает апериодической составляющей тока 3I₀, посколькуt_отс 0,3 0,5 с;k_отс= 1,1.

Если к шинам противоположной ПС В подключен автотрансформатор или трансформатор с соединением обмотокY₀ / Y₀, с заземленными нейтралями, то отсечка должна быть отстроена по току и времени от РЗ НПt= 0, с установленной на АТ (трансформаторе), направленной в сторону смежной сети другого напряжения или от конца зоны дифференциальной РЗ этих элементов.

На рис. 8.14 приведен графический способ определения значения 3I_0Mв (8.11) и зоны действия отсечки с выдержкой времениАК1. Строятся кривыеI_АК1иI_АК2(рис. 8.14,б) изменения тока 3I₀ проходящего в реле отсечекАК1 иАК2 при К3 в разных точкахW1 иW2. По точке пересечения кривойI_АК2с прямойI_с.зАК2 находится граница (точкаМ) зоны действия мгновенной отсечкиВ, установленной наW2.

Для найденной точки М по кривойI_АК1 определяется значение тока 3I_0M, проходящего через отсечку АК1 при К3 в конце зоны действия отсечкиВ. Полученный ток 3I_0Mявляется расчетным током, от которого нужно отстроить отсечкуАК1. Подставляя найденный ток в (8.11), находимI_с.зАК1 , при котором отсечка А не работает за пределами зоны действия отсечкиАК2. ТокI_с.зАК2 , удовлетворяющий этому условию, можно найти аналитически, определив коэффициент токораспределенияk_т, в схеме НП рассматриваемого участка сети (рис. 8.14,а).

Из схемы замещения этого участка (рис. 8.14, в) следует, что при КЗ в любой точке ЛЭПW2отношение между токамиI_0W1 иI_0W2 является постоянной величиной и равно:

=k_т.

Отсюда

I_0W1 =k_т I_0W2.(8.12)

При КЗ в конце зоны отсечки в условиях, когда последняя находится на грани действия, ток I_0W2 =I_с.зАК2;подставив это в (8.12), найдем, что в этом случае по отсечкеАК1 будет проходить токI_0W1 = k_т I_с.зАК2. Если принятьI_с.зАК1= k_т I_с.зАК2, то при токеI_0W2 <I_с.зАК2 токI_0W1, проходящий по отсечкеАК1, также будет меньшеI_с.зАК1 и, следовательно, РЗАК1 не будет действовать за пределами зоны действия РЗАК2. С учетом этого принимается:I_с.зАК1= k_н k_т I_с.зАК2.

При выборе I_с.зАК1 отсечки с выдержкой времени на параллельных ЛЭП для определения максимального значенияI_0расч необходимо исходить из расчетных схем, приведенных на рис. 8.13. В этом случае чувствительность отсечкиАК1 согласуется с мгновенными отсечкамиАК2 иАКЗ (рис. 8.14,г).

Выдержка времени t_АК1отсечкиАК1 принимается на ступеньt больше времени действия отсечкиАКЗ на параллельной ЛЭП и отсечкиАК2.

При наличии ОАПВ, которое широко применяется в сетях ВН и СВН, ток срабатывания отсечки I_с.з0 надо отстроить от 3I₀ появляющегося в неполнофазном режиме на защищаемой ЛЭП в цикле ОАПВ (еслиt_ОАПВ >t₀), или отстроить отсечку по времени, выбравt₀ > t_ОАПВ.

Выбор уставок чувствительных ступеней МТЗ нулевой последовательности. Уставки чувствительных ступеней (третьей и четвертой) МТЗ НП согласуются по чувствительности и выдержкам времени с уставками аналогичных РЗ, установленных на предыдущих участках контролируемой сети. Кроме того, токовые реле чувствительных ступеней МТЗ НП должны отстраиваться от токов небаланса, возникающих в нулевом проводе ТТ при протекании больших токов К3 или качаний.

Чтобы исключить неселективное срабатывание МТЗ НП под воздействием тока небаланса при междуфазных КЗ за пределами защищаемой ЛЭП, ток срабатывания РЗ выбирается больше тока небаланса по следующему выражению:

I_с.зНП = k_отсI_нбmax. (8.13)

Это условие должно выполняться, если рассматриваемая МТЗ НП имеет выдержку времени, равную или меньшую, чем Р3 от междуфазных КЗ, установленная на поврежденном элементе. Как правило, указанное соответствует условию отстройки от токов небаланса при КЗ между тремя фазами за трансформаторами и на стороне низшего напряжения автотрансформаторов подстанций данного и противоположного концов защищаемой ЛЭП [6].

В (8.13) k_отс, принимается равным 1,25, аI_нб определяется по выражению

I_нб= k_нбI_расч, (8.14)

где I_расчсоответствует току трехфазного КЗ;k_нбпринимается равным: 0,05 – при небольших кратностяхI_к до (2-3) I_норм; 0,05 – 0,1 – при бо´льших кратностях, но не превосходящих (0,7-0,8)I_к10 (I_к10 – предельная кратность первичного тока ТТ при 10%-ной погрешности).

При больших кратностях тока КЗ I_нбопределяется в соответствии с [6].

Если выдержка времени рассматриваемой МТЗ НП превышает время срабатывания соответствующих РЗ от междуфазных КЗ, ток срабатывания чувствительной ступени МТЗ НП отстраивается от тока I_нбmaxпри наиболее тяжелом нормальном режиме. Руководящие указания по РЗ [5] рекомендуют в этом случае принимать меньшее из указанных выше значенийk_нб.

Если по ЛЭП, на которой установлена рассматриваемая МТЗ НП, могут возникать синхронные качания или асинхронный ход, сопровождаемые значительным увеличением токов во всех фазах, необходимо проверить отстройку РЗ от возникающих при этом токов небаланса.