Н.В. Чернобровов Релейная защита

3.Пусковые реле, включенные через фильтры симметричных составляющих (реле ПР1

иПР2), отстраиваются от токов небаланса при внешних трехфазных к. з.

Ток срабатывания РТ1 (пускающего в. ч. пост) Ic.3 РТ1 отстраивается от нагрузки и определяется по выражению

где 1Н. макс принимается равным максимальной нагрузке в н о р м а л ь н о м р е ж и м е ; при этом допускается, что в аварийных режимах реле РТ1 может ср або тать , по скольк у это не м о жет в ы - звать ло жно го действ ия защиты .

Ток срабатывания реле РО (РП4). От величины этого тока зависит величина угла блокировки β,что видно из рис. 12-26. Угол β, а следовательно, и ток срабатывания РО, должны быть такими, чтобы защита не действовала при внешних к. з. и надежно работала при повреждении в зоне, при имеющих место искажениях фаз. ,

2)появлением сдвига фаз первичных токов по концам защищаемой линии Δφс вследствие наложения на ток сквозного к. з. емкостных токов линии, эта погрешность учитывается только на длинных линиях 330 кВ и выше (см. § 14-1, б);

3)угловыми погрешностями органа манипуляции комплектов защит Δφм;

конечной скоростью распространения токов в. ч. с одного конца линии на другой. Время прохождения в.

распространения электромагнитных волн (в. ч. сигнала), приближенно принимается равной скорости света

3·105 км/с.

За время t фаза первичного тока, например на конце т, изменяется на Δφ градусов. Продолжительность одного периода первичного тока (с частотой f= 50 Гц) Т = 1/50 = 0,02 с. С учетом

321

этого

Подставив в это выражение значение t, полу-

км фаза первичного тока искажается на угол Δφ = 6°. С учетом сказанного полная фазовая погрешность, или отклонение угла сдвига фаз ψ от 180°, при

Расчет и опыт эксплуатации показывает, что суммарное значение погрешностей достигает 40—55° в зависимости от

длины и напряжения линии. С учетом необходимого запаса угол блокировки β принимается равным 45—66°. Соответствующий этому предельно допустимый сдвиг фаз между то-

. .

ками I m и I n угол ψ== 180° — β. Такое отличие сдвига фаз ψ от 180° приводит к нарушению н е п р е р ы в н о с т и в. ч. сигнала, как показано на рис. 12-27, и появлению тока IРо в реле РО (реле ПР4 в ДФЗ-2), под действием этого тока защита может сработать неправильно. Для исключения неправильной работы защиты при внешних к. з. необходимо выполнить условие

где IРО макc— максимальный ток в реле РО, а ψ — максимальный допустимый угол

надежную работу при к. з. в зоне, для чего необходимо, чтобы сдвиг фаз между I m и In угол ψ≤ 180 — β. В защите ДФЗ-2 предусмотрено три уставки срабатывания на реле ПР4, которым соответствуют три значения (уставки) угла блокировки β: ±45; ±52 и ±60°. Поэтому практически выбор IРОс.р сводится к выбору β с учетом расчетных значений угловых погрешностей.

322

ным 1,5. Отсюда

Анализ показывает, что отношение I1/I2 имеет наибольшее значение при двухфазных к. з. на землю на противоположном конце линии. Наиболее неблагоприятным (при схеме питания фильтра, показанной на рис. 12-24) является замыкание на землю фаз В и С. В этом случае токи прямой и обратной последовательностей фазы А, через которые выражается Uф, сдвинуты на 180º (рис. 12-28).

По расчетному значению I1/I2 согласно (12-9) находят минимальную величину коэффициента k. Рекомендуются значения k порядка 6—8. По, условию селективности при внешних замыканиях коэффициенты k должны приниматься одинаковыми на обоих концах линии.

12-9.ОЦЕНКАВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ЗАЩИТ

Принцип действия в. ч. защит, направленных и дифференциально фазных, надежен и прост. В настоящее время эти защиты являются единственными защитами, обеспечивающими мгновенное и двустороннее отключение к. з. на линиях большой протяженности. Общим недостатком всех в. ч. защит являются более высокая стоимость и сложность по сравнению с другими видами защит.

Высокочастотные защиты получили широкое распространение как основные защиты в сетях 110—750 кВ. Они позволяют обеспечить быстрое и селективное отключение к. з. при любой конфигурации сети и являются наиболее чувствительными. Учитывая, что в. ч. защиты относятся к числу сложных, их следует применять только в тех случаях, когда более простые виды защит оказываются непригодными.

В Советском Союзе наиболее широкое распространение получила дифференциальнофазная защита. Дифференциально-фазная в. ч. защита имеет существенное преимущество: она не реагирует на качания. Это преимущество приобретает важное значение с внедрением быстродействующих и несинхронных АПВ, сочетание которых с защитами, реагирующими на качания, вызывает затруднения. Помимо того, дифференциально фазная защита, применяемая в СССР, отличается простой схемой и высокой чувствительностью пускового органа. Для линий 750 кВ разработана направленная в. ч. защита НДФЗ-750, которая в цикле ОАПВ превращается в дифференциально-фазную.

ГЛАВА ТРИНАДЦАТАЯ

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ НЕПРАВИЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ ЗАЩИТЫ ПРИ КАЧАНИЯХ

13-1. ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ ТОКА, НАПРЯЖЕНИЯ И СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ЗАЖИМАХ РЕЛЕ ПРИ КАЧАНИЯХ

Явления, называемые качаниями, возникают при нарушении синхронной работы генераторов электрической системы. Качания сопровождаются возрастанием тока и снижением напряжения в сети, на эти изменения тока и напряжения защиты реагируют так же, как и на симметричное к. з.

Представление о характере изменения тока и напряжения при качаниях дает рассмотрение простейшей электрической системы (рис. 13-1, а), состоящей из двух генераторов: ГА И ГВ, связанных между собой линией электропередачи. В нормальных условиях угловые ско-

. .

рости ωА и ωВ с которыми вращаются векторы э. д. с. Е А И Е В, одинаковы. При нарушении синхронизма частота вращения роторов генераторов ГА и ГВ, а также частота вращения векторов их э. д. с. становятся различными.

Если предположить, что частота вращения ротора генератора ГА стала большей, чём генератора Гв, то и электрическая скорость ωА > ωВ. :

.

В результате этого вектор Е А (рис. 13-1, б) будет вращаться относительно вектора

323

.

Пренебрегая активным сопротивлением rАВ, можно считать что ток I кач отстает от з.

.

д. с. Е на 90°. С учетом (13-1), (13-2) и (13-2а)

Из (13-3) следует, что действующее значение тока качания Iкач меняется с такой же

.

периодичностью, как и Е . Характер изменения Iкач по времени показан на рис. 13-2, а.

Максимальное значение Iкач достигается при δ = 180°, т. е. когда э. д. с. генераторов ГА и ГВ противоположны по фазе,

При δ = 0 , когда э. д. с. генераторов совпадают по фазе,Iкач снижается до нуля.

324

Однако в действительности при δ = 0 ток Iкач будет отличен от нуля, так как обычно ЕА ≠ ЕВ. ЭТО обстоятельство необходимо учитывать при анализе поведения защиты при качаниях.

Н а п р я ж е н и е в какой-либо точке М сети при качаниях (рис. 13-1, а) равно:

13-1, б) и составляет его часть. Следовательно, на диаграмме на рис. 13-1, в конец вектора напряжения UМ будет лежать на отрезке АВ. В каждый момент времени или, иначе говоря, при каждом значении угла δ действующее напряжение в различных точках сети будет различным. Наименьшее значение оно имеет в точке С, в которой вектор напряжения Uс пер-

.

участках сети однородно. По мере удаления (вправо и влево) от электрического центра системы (точки С) напряжение UМ нарастает.

С изменением угла δ изменяются и напряжения во всех точках сети. При δ = 0 напряжение во всех точках сети одинаково и имеет максимальное значение Uмакс = Е. С увеличением δ напряжение в сети снижается, имея наименьшую величину в электрическом центре (в точке С). При δ = 180° напряжение в электрическом центре системы падает до нуля, в остальных же точках системы оно отлично от нуля и равно Uм = IкачzCМ (рис. 13-1, г).

На рис. 13-2, б показан характер изменения напряжения в точках М и С сети в функции угла δ. Кривые изменения сопротивления для тех же точек сети

приведены на рис. 13-2, в.

13-2. ПОВЕДЕНИЕ ЗАЩИТЫ ПРИ КАЧАНИЯХ

П о в е д е н и е п у с к о в ы х р е л е т о к а , н а п р я -

ж е н и я и с о п р о т и в л е н и я . Характер изменения Iкач, Uкач и zкач таков, что защиты, реагирующие на указанные величины,

могут приходить в действие. Действительно, сопоставляя уставки срабатывания соответствующих защит с кривыми изменения Iкач,

Uкач, zкач (рис. 13-2, а, б и в), легко убедиться в том, что реагирующие на ток, напряжение и сопротивление реле приходят в

действие при качаниях.

Особенно неблагоприятные условия для защит, реагирующих на U и z , возникают в электрическом центре качаний и в близлежащих от него точках из-за резкого понижения напряжения на этом участке сети.

П е р и о д к а ч а н и й Ткач зависит от степени расхождения скоростей синхронных генераторов. Чем больше разница между

ωА>ωВ, тем меньше период качаний Ткач.

Как видно из кривых на рис. 13-2, защиты действуют только в течение части периода качаний Т'. Так, например, токовые реле

срабатывают при Iкач ≥ Iс.р и возвращаются при сни жении Iкач до величины Iвоз. Аналогично ведут себя реле напряжения и реле сопротивления.

Защиты, действующие мгновенно, могут сработать при любом значении периода качаний

при условии, что у токовых реле Iс.р < Iкач макс а у реле напряжения и сопротивления Uс.р. и zс.р. соответственно больше, чем Uкач.мин и zкач.мин.

325

13-4. УСТРОЙСТВО БЛОКИРОВКИ ЗАЩИТЫ ПРИ КАЧАНИЯХ, РЕАГИРУЮЩЕЕ НА ТОК ИЛИ НАПРЯЖЕНИЕ ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Устройство, изображенное на рис. 13-4, отличает качания от к. з. по появлению тока или напряжения обратной последовательности в сети. Для этой цели используется реле Н2, включенное через фильтр тока или напряжения обратной последовательности. П р и к а - ч а н и я х токи и напряжения симметричны и не содержат составляющих обратной последовательности. Следовательно, в этом случае реле обратной последовательности не будет действовать.

П р и д в у х ф а з н ы х и о д н о ф а з н ы х к. з. токи в напряжения несимметричны и содержат значительную составляющую обратной последовательности, под действием которых реле Н2 приходит в действие.

Пр и т р е х ф а з н ы х к. з. токи и напряжения симметричны, и поэтому U2 и I2 =

0.Однако исследования и практика эксплуатации показывают, что в начальный момент

трехфазного к. з. из-за неодновременного замыкания трех фаз появляется ток и напряжение обратной последовательности.

Трехфазные повреждения обычно начинаются с замыкания одной или двух фаз и затем переходят в трехфазное. Такое положение имеет место даже при включении на трехфазную закоротку вследствие разновременности замыкания контактов выключателя.

Кроме того, исследования показывают, что и при одновременном замыкании трех фаз кратковременно появляется ток в реле обратной последовательности за счет переходных процессов в фильтрах, обусловленных, во-первых, внезапным изменением тока или напряжения в первичной цепи и, во-вторых, появлением апериодической составляющей в токе и напряжении при к. з. В результате отмеченных причин в начальный момент трехфазного к. з. на выходе фильтра появляются напряжение и ток обратной последовательности; они быстро затухают, однако продолжительность их появления достаточна для действия пускового реле Нг. Из сказанного следует, что к. з. в отличие от качаний всегда сопровождаются длительным или кратковременным появлением U2 и I2.

Принцип действия блокировки с реле обратной последовательности состоит в том, что она разрешает работать защите при появлении тока или напряжения обратной последовательности и не позволяет ей производить отключение, если несимметрия, характеризуемая появлением U2 и I2, отсутствует.

Такая блокировка работает как пусковой орган, пускающий защиту только при к. з. и не действующий при нагрузке и качаниях. Для действия при трехфазных к. з. схема блокировки выполняется с ф и к с а ц и е й к р а т к о в р е м е н н о й н е с и м м е т р и и . Имеются два варианта схем, различающихся по способу их возврата в начальное состояние после к. з.: с б ы с т р ы м в о з в р а т о м после отключения к. з. и с в о з в р а т о м ч е р е з о п р е д е л е н н о е в р е м я после прекращения к. з.

Блокирующее устройство с быстрым возвратом (рис. 13-4) состоит из пускового ре-

328

ле Н2 реагирующего на напряжение (или ток) обратной последовательности; промежуточного реле Пф, фиксирующего срабатывание Н2 и замыкающего при своем действии цепь отключения блокируемой защиты; реле времени В, осуществляющего возврат реле Пф, и реле понижения напряжения Н3, включенного на линейное напряжение и предназначенного для действия при трехфазных к. з.

Для обеспечения надежного действия блокирующего устройства при симметричных трехфазных к. з. пусковое реле Н2 должно быть особо быстродействующим, чтобы реагировать на появление кратковременной несимметрии, а промежуточное реле Пф должно срабатывать даже тогда, когда реле Н2 действует кратковременно.

Чтобы достигнуть быстродействия, пусковое реле Н2 работает на размыкание контактов. Необходимая быстрота действия реле Пф получается при помощи особой схемы его пуска, позволяющей фиксировать появление кратковременной несимметрии. Для этой цели обмотка реле Пф непрерывно питается током через замкнутые контакты реле Н2 и Пф. Таким образом, при нормальном режиме сети реле Пф находится в сработанном состоянии и держит контакты в положениях, показанных на рис. 13-4. При появлении несимметрии (длительной или кратковременной) реле Н2 срабатывает и прерывает ток в обмотке реле Пф. Последнее отпадает и размыкает контактом Пф1 цепь своей обмотки, благодаря чему реле Пф остается в отпавшем состоянии независимо от положения контактов пускового реле Н2. Отпав, реле Пф замыкает цепь защиты и пускает реле времени В, которое с выдержкой времени, достаточной для срабатывания защиты, замыкает свои контакты и подает ток в обмотку реле

Пф.

Реле Пф срабатывает и вновь размыкает цепь защиты, запрещая ей действовать.

Если к моменту срабатывания реле Пф к. з. не прекратилось, то реле времени В удерживается в сработанном состоянии контактами реле Н2 или Н3 в зависимости от вида к. з. Благодаря этому промежуточное реле Пф не может подействовать вновь и цепь отключения защиты остается разомкнутой, чем предотвращается возможность ложной работы защиты при качаниях, возникающих во время к. з.

Полный возврат блокировки и готовность ее к повторному действию наступают после

возврата реле Н2 и Н3, т. е. н е м е д л е н н о п о с л е п р е к р а щ е н и я к. з.

Реле Н3 может работать и при качаниях. Чтобы исключить при этом пуск реле времени В, в цепи, замыкаемой контактами реле Н3, включено сопротивление r. Его величина выбрана такой, чтобы ограничить ток в реле времени до величины, достаточной для удержания его в сработанном состоянии, но недостаточной для его пуска.

Рассмотренная блокировка не исключает неправильной работы защиты в следующих случаях:

а) при качаниях, возникших в первый момент к. з., пока контакты реле Пф еще не разомкнули цепь отключения защиты;

б) при появлении во время качаний несимметрии, вызванной включением или отключением выключателя или какой-либо иной причиной. В результате этой несимметрии блокировка замыкает цепь защиты и последняя может сработать от качаний;

в) при несинхронном включении линии от АПВ, так как в этом случае защита вводится в действие от появившейся в момент включения несимметрии и может сработать от качаний, возникших после включения;

г) при удаленных трехфазных к. з., при которых реле напряжения Н3 может не действовать, в то время как реле Н2 оказывается чувствительным и срабатывает. В этом случае при отключении к. з. возможен повторный запуск блокировки от кратковременного появления несимметрии, что может повлечь за собой неправильное действие защиты под влиянием возникших качаний.

Н а п р я ж е н и е (или ток) с р а б а т ы в а н и я р е л е Н2 выбирается из условия отстройки от небаланса в нормальном режиме и при качаниях и надежного действия при

несимметричных к. з. в пределах защищаемого участка. Н а п р я ж е н и е с р а б а т ы - в а н и я р е л е Н3 берется максимально возможным по условию возврата реле при минимальном уровне рабочего напряжения

329