РЗА / Лекция 15

Лекция 15

15.1. Выбор уставок дистанционной защиты

15.2. Оценка дистанционной защиты

15.1. Выбор уставок дистанционной защиты

Н иже рассматривается выбор характеристик трехступенчатой ДЗ на примере участка сети с одиночными ЛЭП, показанного на рис.11.44. Выбираются уставки ДЗ А, уставки ДЗ В и С принимаются заданными. Характеристики согласуемых защит t_з = f(Z) изображаются графически на диаграмме в осях Z, t (рис.11.44, б). На оси Z откладываются первичные сопротивления прямой последовательности Z₁ участков сети.

При выборе сопротивления срабатывания ДО необходимо учитывать погрешности, вызывающие отклонение Z_c.з от принятой уставки Z_y. Действительное значение Z_c.з = Z_y ± ΔZ. На значение ΔZ влияют погрешности ДО, ТН и ТТ. В расчетах принимается Δ_ТТ = –0,1; Δ_ТН = ± 0,05; Δ_ДО = ± 0,1. Помимо этих погрешностей вводится запас, учитывающий погрешности расчета и регулирования уставок. Расчет сопротивлений срабатывания удобнее вести в первичных величинах (U_р, I_p, Z_p) с последующим пересчетом выбранных уставок на вторичную сторону.

Первая ступень защиты. Время срабатывания I ступени t_I определяется собственным временем действия ИО и элементов ЛЧ ДЗ (t_I = 0,02 ÷ 0,1 с). Сопротивление срабатывания Z_I выбирается из условия, чтобы ДО этой зоны не могли сработать за пределами защищаемой ЛЭП (W₁ на рис.11.44):

(11.34)

где Z_l Wl — первичное сопротивление прямой последовательности защищаемой ЛЭП W₁, k' — коэффициент, учитывающий Δ_ТН и Δ_ДО, могущие вызвать увеличение Z_IA (k'= 0,85 ÷ 0,9); Z_1yд — удельное сопротивление ЛЭП; l_АВ — длина W₁.

Из (11.34) следует, что длина I зоны l_I = (0,85 ÷ 0,9)l_АВ.

Вторая ступень защиты служит для защиты с минимально возможной выдержкой времени t_II участка защищаемой ЛЭП, не вошедшего в зону I ступени. Сопротивление срабатывания Z_IIA ^и выдержку времени t_II отстраивают от быстродействующих РЗ трансформаторов и ЛЭП, отходящих от шин противоположной подстанции (рис.11.44).

Выдержка времени выбирается

(11.35)

где t_IB — максимальное время действия быстродействующих РЗ следующего участка (t_IB = 0,1 с), Δt = 0,3 ÷ 0,5 с.

С учетом этого t_IIA = 0,4 ÷ 0,6 с. Если на ПС В имеется УРОВ (см. гл. 21), то tm = t_IB + t_УРOB + Δt.

Для согласования с линейными РЗ II зона должна быть отстроена от самой короткой I ступени на следующем участке (Z_IB). Вторая зона должна быть отстроена от точки К', т.е. от конца I зоны ДЗ В с учетом ее сокращения, аналогично тому как отстраивалась I зона этой же ДЗ (рис.11.45). Отсюда, считая, что источник В отключен:

(11.36)

где k" — коэффициент, учитывающий сокращение Z_IB на ΔZ, принимается равным 0,9; k' — коэффициент, учитывающий возможное увеличение Z_IIA в результате погрешностей ДО II зоны ДЗ A (k'= 0,85 ÷ 0,9); l_АВ и l_BK1 — см. рис.11.44.

Протяженность II ступени ДЗ А l_IIА =(0,85 ÷ 0,9)(l_AB + 0,9l_BKl).

При наличии нескольких источников питания, подключенных к шинам противоположной подстанции, расчет Z_II необходимо вести с учетом подпитки места КЗ током I_к от дополнительного источника В.

Сопротивление в месте установки ДЗ А, подводимое к ее зажимам:

(11.37)

где k_T = I_К2 /I_К1 — коэффициент токораспределения, показывающий, во сколько раз ток на поврежденном участке больше тока, на который реагирует ДО ДЗ*.

Поскольку k_т > 1, то значение Z_pA, измеряемое ДО, превосходит действительное сопротивление Z_AKl = Z_AB + Z_BKl. Поэтому Z_II следует выбирать с учетом ожидаемой подпитки по выражению

(11.38)

Здесь Z_IB, k', k" — такие же величины, как в (11.36); k_T — коэффициент токораспределения**, равный I_К2/I_К1 при повреждении в конце I ступени ДЗ В.

Для отстройки от КЗ за трансформаторами, Т ПС В с учетом токораспределения II ступень ДЗ А должна удовлетворять условию:

(11.38a)

где Z_т min — сопротивление наиболее мощного трансформатора на ПС В с учетом его изменения (по данным завода); k' — то же, что в (11.34). При определении k_т для расчета уставки Z_IIA по (11.36) и (11.38) следует исходить из реально возможного режима сети и источников питания. За окончательное значение Z_II принимается меньшее из двух по (11.38) и (11.38а). Выбранное Z_IIA проверяется по условию надежного действия при КЗ на шинах ПС В. Согласно ПУЭ:

*Принимается, что I_К1, I_К2, I_кз не имеют сдвига фаз, в действительности же такой сдвиг возможен за счет различия фаз ЭДС Е_А и Е_B и углов сопротивления Z_A, Z_B и Z_AB.

** В приведенных выше выражениях Z_IIA (11.36) и k_т (11.38) определяются как отношение тока, проходящего по поврежденному присоединению, к току ДЗ А, при этом k_т > 1. В руководящих указаниях принимается отношение тока в рассматриваемой ДЗ к току в поврежденном присоединении, при этом k'_т < 1 и входит в формулы (11.36) и (11.38) в виде множителя 1/ k''_т.

Для ЛЭП с сопротивлением 5-20 Ом следует стремиться, чтобы k_ч ≥ 1,5 ÷ 2, так как при малом k_ч ДЗ на ЛЭП с небольшим сопротивлением могут отказывать при КЗ через R_п.

Если II зона недостаточно надежно охватывает защищаемую ЛЭП, т.е. если k_ч < 1,25, то ее можно отстраивать не от I, а от конца II зоны ДЗ В. При этом время действия и зоны ДЗ А должно отстраиваться от времени II зоны t_IIB: t_JIA = t_IIB + Δt, а значение Z_IIA должно выбираться по (11.36), в котором вместо Z_IB нужно подставить Z_IIB. На протяженных ЛЭП с большой нагрузкой уставку Z_II, выбранную по условию надежного охвата защищаемой ЛЭП, следует проверять по условию отстройки от нагрузки по выражению (11.42), по которому выбирается уставка IIIступени.

Третья ступень предназначается для резервирования присоединений (ЛЭП и трансформаторов), отходящих от шин противоположной ПС (В на рис.11.44). Дистанционные органы этой ступени должны действовать при КЗ в конце наиболее длинной ЛЭП, отходящей от шин противоположной ПС, и за подключенными к ней трансформаторами. Удовлетворяющее условию резервирования Z_III обычно имеет значительную величину. Поэтому вторым условием для выбора Z_III является ее отстройка от Z_paб min. Часто второе условие является определяющим уставку и ограничивающим зону резервирования III ступени. При определении Z_paб необходимо учитывать ток самозапуска электродвигателей, при котором

(11.39)

На транзитных ЛЭП, электрически удаленных от промышленной нагрузки (ЛЭП 330-1150 кВ), k_сзп = 1 (коэффициент самозапуска). Приближенно k_сзп оценивается так же, как при выборе I_сзп МТЗ (см. § 4.5).

Для обеспечения возврата ДО после отключения КЗ необходимо выполнить условие:

(11.40)

где k_отс = 1,1.

Сопротивление срабатывания Z_с.з(H), обеспечивающее условие возврата ДО в нагрузочном режиме при Z_pa6 min, находится с учетом k_в:

(11.41)

подставив Z_paб min (11.39), получим

(11.42)

Полученное значение Z_с.з(н), так же как и Z_paб min, является комплексным вектором с аргументом, равным углу нагрузки φ_н = 10 ÷ 30°.

Сопротивление срабатывания III ступени Z_с.з(р) определяется по условию чувствительности при КЗ в конце резервируемого участка:

(11.43)

г де — наибольшие первичные сопротивления Z_p.к в месте установки ДЗ А с учетом подпитки при металлическом КЗ в конце резервируемой ЛЭП и за трансформатором (W₂ и трансформатор Т на рис.11.44); k_ч ≥ 1,2 согласно ПУЭ, а при КЗ в конце защищаемой ЛЭП (на шинах В) k_ч > 1,5.

По найденным значениям Z_с.з(н) и Z_с.з(р) уставка срабатывания III ступени Z_III выбирается так, чтобы Z_с.з ДО в диапазоне углов φ_н было равно или меньше Z_с.з(н), а при φ_р = φ_к = φ_лZ_с.з ДО было по возможности равно или больше Z_с.з(р) (рис.11.46). В ряде случаев условие резервирования (11.43) не удается выполнить из-за необходимости отстройки от нагрузки Z_pa6 min.

Особенности выбора Z_III в зависимости от вида характеристики срабатывания. ДО с характеристикой в виде окружности с центром в начале координат имеет одинаковые Z_с.з при любых φ_р. Уставка срабатывания Z_III является радиусом окружности и выбирается из условия отстройки от Z_paб min: Z_III < Z_с.з(н), определяемому по (11.42). Зная Z_p.к maх при КЗ в конце резервируемого участка, находят k_ч = Z_III/ Z_p.к maх.

ДО с круговой характеристикой, проходящей через начало координат (рис.11.46), имеет Z_с.з, зависящее от φ_р по уравнению Z_с.з =Z_с.з maxcos(φ_м.ч – φ_р) Для отстройки от нагрузки определяется Z_с.з(н) по (11.42) и <φ_н mах. Эти величины подставляются вместо Z_с.з и φ_р в уравнение срабатывания, из которого находится

(11.44)

Найденное значение Z_III является диаметром окружности, расположенным под углом φ_м.ч = φ_л к оси R и определяющим возможную зону резервирования.

Уставка срабатывания Z_y = Z_III ДО с четырехугольной характеристикой, проходящей через начало координат, выбирается из условия резервирования по (11.43). Найденное значение Z_с.з(р) показано на рис.11.47 в виде вектора 0К, расположенного под углом φ_к = φ_м.ч к оси R. Вектор Z_с.з(р) (0К) определяет положение верхней стороны четырехугольника и является предварительной уставкой III ступени, подлежащей проверке по условию отстройки от Z_paб min. Отстройка от нагрузки осуществляется выбором положения правой боковой стороны. Из (11.42) находится наибольшее значение Z_с.з(н), отстроенное от Z_paб min, и определяется φ_н mах.

Если, используя имеющийся диапазон регулирования положения правой стороны характеристики, обеспечить условие отстройки не удается, то необходимо уменьшить предварительно выбранную уставку Z_с.з(р) или сместить четырехугольник в I квадрант. У ДО с характеристикой в виде треугольника Z_с.зIII выбирается аналогично.

Проверка Z_с.з ДО по току точной работы I_т.р. Проверяется, что минимальное значение тока КЗ в точке каждой ступени ДЗ больше тока точной работы ДО этой ступени (при выбранной уставке) не менее чем в 1,3 раза: I_K min = 1,3 I_т.р.

Выдержка времени III ступени ДЗ А выбирается по условию селективности с III ступенью резервируемой ДЗ В: t_IIIA = t_IIIB + Δt. В некоторых случаях для уменьшения t_III сопротивление срабатывания Z_IIIA можно согласовывать с концом зоны Z_IIB следующего участка.

Вторичные сопротивления срабатывания. Для пересчета первичных сопротивлений на вторичную сторону ТТ и ТН используются выражения

Вторичное сопротивление срабатывания реле

(11.45)

Особенность выбора уставок срабатывания ДЗ на ЛЭП с ответвлениями. На ЛЭП с ответвлениями, питающими понижающие ПС (рис.11.48), уставки срабатывания I и II зон дополнительно отстраиваются от КЗ за трансформатором ответвления; первая ступень отстраивается по выражению

Z₁ = k'(Z_АС + Z_от + Z_т).

О тстройка Z_II производится по (11.38), где вместо Z_W1 подставляется сумма сопротивлений участка ЛЭП от места установки ДЗ А до трансформатора ответвления, участка ответвления Z_от и трансформатора Z_т: Z_IIA = k'Z_AC + k_т(Z_от + Z_т). Отстройка ведется для наиболее тяжелого случая, когда W2 отключена с противоположной стороны. Выдержка времени выбирается по условию (11.35). При этом допускается неселективное действие I зоны ДЗ А при КЗ в трансформаторе ответвления. Эта неселективность устраняется с помощью АПВ ЛЭП. Вторая зона ДЗ при повреждении в трансформаторе действует селективно, поскольку t_II отстраивается от быстродействующих РЗ ЛЭП и трансформаторов. Чувствительность III зоны ДЗ III должна, проверяться при КЗ за трансформатором, а t_III отстраиваться от времени действия МТЗ трансформатора.

Ток срабатывания токовых ПО, применяемых в ДЗ сети ; з5 кВ, выбирается так же, как и у МТЗ, по условию отстройки от нагрузки:

(11.46)

где k_н = 1,2; I_раб max — максимальный ток нагрузки.

Если необходимо обеспечить избирательность поврежденных фаз (например, в ДЗ ПЗ-152 и ДЗ-1), то I_с.з должно удовлетворять также условию

(11.47)

где k_н = 1,2; I⁽²⁾_неп.ф — максимальное значение тока в неповрежденной фазе при двухфазном КЗ на защищаемой ЛЭП.

Чувствительность ПО проверяется при КЗ в конце защищаемой ЛЭП и в конце зоны резервирования по минимальному значению I_к. Согласно ПУЭ k_ч в первом случае должен быть не меньше 1,5, а во втором — 1,2.

15.2. Оценка дистанционной защиты

Основными достоинствами дистанционного принципа являются: селективность действия в сетях любой конфигурации с любым числом источников питания: малые выдержки времени при КЗ в начале защищаемого участка, которые обеспечиваются I зоной, охватывающей до 85-90% защищаемой ЛЭП; большая, чем у МТЗ, стабильность зон действия; значительно большая чувствительность при КЗ и лучшая отстройка от нагрузки и качаний по сравнению с МТЗ.

К числу недостатков ДЗ следует отнести: невозможность обеспечения мгновенного отключения КЗ в пределах всей защищаемой ЛЭП; реагирование на качания и нагрузку; возможность ложной работы при неисправностях в цепях напряжения; сложность схем ДЗ и ДО.

В качестве путей дальнейшего усовершенствования ДЗ можно указать следующие: сочетание ДЗ с ВЧ (см. гл. 13) или передачей отключающих (разрешающих) импульсов на противоположные концы ЛЭП, что позволяет обеспечить быстродействие в пределах всей защищаемой ЛЭП; внедрение ДЗ на ИМС, способствующее повышению надежности ДЗ; применение упрощенных схем ДЗ при использовании ее для резервирования основных РЗ ЛЭП и смежных участков; разработка и применение ДЗ, построенных на микропроцессорах, что позволит повысить ее надежность и технические параметры.