Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем

Подождите немного. Документ загружается.

В С

кял

няс кяо

в с

а)

+ КАП

•НЯС.

няо.

'-, кт

нг.

+ НЯ.1

кт

Ч)

ки 1-Г

зц

Л/7

РИС.

4.5. Двухфазные схемы МТЗ:

двухрелейная: а

—

цепи переменного тока; б

—

цепи постоянного тока; одно-

релейная: в

—

цепи переменного тока; г

—

цепи постоянного тока

токовое реле в общем проводе токовых цепей. В этом проводе

(см.

§3.6) протекает геометрическая сумма токов двух фаз,

питающих схему, равная току третьей (отсутствующей в схеме)

фазы В. С дополнительным реле двухфазная схема становится

по чувствительности равноценной трехфазной. Двухфазные

схемы широко применяются в сетях с изолированной нейт-

ралью, где возможны только междуфазные КЗ. Двухфазные

схемы применяются в качестве МТЗ от междуфазных КЗ и в

сетях с глухозаземленной нейтралью. При этом для отключе-

ния однофазных КЗ устанавливается дополнительная МТЗ,

реагирующая на ток НП.

Однорелейная схема (рис. 4.5, в, г). Защита состоит из тех же

элементов, что и предыдущая схема, но выполняется одним

токовым реле КА, которое включается на разность токов двух

аз

1р -

1а

1с

реагирует на все случаи междуфазных КЗ.

К недостаткам, ограничивающим применение схемы, нужно

отнести меньшую чувствительность по сравнению с двухрелей-

ной схемой при КЗ между фазами АВ и ВС; недействие МТЗ

при одном из трех возможных случаев двухфазного КЗ за транс-

форматором с соединением обмоток ^/д (см.

3.6), когда 1

= 1п

191

Однорелейная схема находит применение в распределитель-

ных сетях 6-10 кВ, питающих трансформаторы с соединением

обмоток т/г и для РЗ электродвигателей.

Двухфазная защита с зависимой характеристикой. Токовые

цепи этой МТЗ выполняются так же, как и РЗ с независимой

характеристикой (рис. 4.5, а, в). В качестве реле тока с зависи-

мой характеристикой выдержки времени в отечественных

схемах используются реле типов РТ-80 и РТ-90. Схемы оператив-

ных цепей МТЗ аналогичны схемам на рис. 4.5,

б,

г за исклю-

чением того, что в них отсутствуют реле времени (КТ).

4.4.

ПОВЕДЕНИЕ МТЗ ПРИ ДВОЙНЫХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ

В сети с изолированной нейтралью возможны одновременные

замыкания на землю разноименных фаз в двух разных точках

сети (рис. 4.6). В этих случаях желательно отключить не обе

поврежденные ЛЭП, а только одну из них - Ш или У/2.

При случайном расположении ТТ (на разных участках, на

разноименных фазах) МТЗ может работать неправильно, если

оба замыкания на землю возникнут на тех фазах, где ТТ нет,

как это показано на рис. 4.6. В этом случае МТЗ обеих повреж-

денных ЛЭП не подействуют, что повлечет неселективное

отключение источника питания сети.

Из рис. 4.7 нетрудно установить, что при размещении ТТ на

одноименных фазах А и С повреждения будут отключать-

ся селективно (т. е. в одной точке сети), за исключением сле-

дующих случаев:

а) если более удаленное от источника питания замыкание

на землю (в точке К2) окажется на фазе В, не имеющей ТТ,

а второе на фазе А или С (рис. 4.7, а), то в этом случае подей-

ствует МТЗ и отключит ближнюю к источнику питания ЛЭП

УЛ. Трехфазная МТЗ в этих условиях обеспечивает селектив-

ное отключение

М72;

б) если оба замыкания на землю возникнут на ЛЭП У/1 и

У/2, имеющих МТЗ с одинаковыми выдержками времени и на

тех фазах (А и С), которые оборудованы ТТ (рис. 4.7,

6"),

то двух-

фазные МТЗ обеих ЛЭП отключат обе точки повреждения

одновременно, т. е. обе МТЗ работают неселективно. Совершен-

но так же в этом случае действует МТЗ и в трехфазном испол-

нении;

192

А В С

ее

[**1 Щ\

п^пг

=ЬсР

Я'"

'к,

кг.

Рис.

4.6. Неправильная расстановка ТТ двухфазных МТЗ в сети с изолированной

нейтралью

А В

Ъ&-

—ь&

1 I. Ъс(-

' г

с ША] ГЛТ] А В С \КЛ\ ГКА]

^ЪсГ

А В

а)

А В С

Ч*^

!2?

=Ь=Р

*/2

кТГ~

б) -

•

-В

•С

С Щ\ Щ\ АВС Ш

.[иГГУ-^ Ц11иГ

и/

К!

щ*\

^ЪсЯ

Ъ/2

~^Т2-

Рис.

4.7. Различные случаи работы двухфазной МТЗ при замыканиях на землю

в двух точках при правильной установке ТТ (на одноименных фазах):

—

неселективное отключение участка; б — неселективное отключение од-

новременно двух ЛЭП; в

—

селективное отключение только одной ЛЭП

193

в) если одно повреждение (К1) возникает на фазе В, не име-

ющей ТТ, а второе (К2) - на фазе А или С, имеющей его

(рис.

4.7, в), то двухфазная МТЗ работает только на одной из

двух поврежденных ЛЭП, в результате чего одна из поврежден-

ных ЛЭП остается в работе. Трехфазная МТЗ в приведенном

случае действует неселективно, отключая обе ЛЭП при лю-

бом сочетании поврежденных фаз.

Таким образом, в первом из трех приведенных случаев

(рис.

4.7, е) имеет преимущество трехфазная схема, а в третьем

(рис.

4.7, в) - двухфазная, которая действует правильно в

2/3 случаев повреждений. С точки зрения ликвидации двой-

ных замыканий на землю двухфазная схема имеет преимуще-

ство перед трехфазной, что и обусловливает ее применение.

4.5. ВЫБОР ТОКА СРАБАТЫВАНИЯ

Исходным для выбора тока срабатывания МТЗ является

требование, чтобы она надежно работала при повреждениях

на защищаемом участке, но в то же время не действовала

при максимальном рабочем токе нагрузки

нтах

и кратковре-

менных перегрузках, вызванных пуском и самозапуском

электродвигателей (см. гл. 18), а также нарушением нормаль-

ного режима электрической сети.

Электродвигатели имеются в составе большей части элект-

рических нагрузок. При понижении или исчезновении напря-

жения, вызванном КЗ либо кратковременным перерывом

электроснабжения потребителей при действии АПВ или АВР,

электромагнитный момент вращения электродвигателей

уменьшается, и они начинают тормозиться. При этом наиболее

важные для производства электродвигатели оказываются

полностью или частично заторможенными, оставаясь подклю-

ченными к сети. При восстановлении напряжения они начина-

ют разворачиваться (самозапускаются), потребляя из сети

повышенные пусковые токи. Суммарный ток во время само-

запуска может существенно превосходить суммарный макси-

мальный рабочий ток нагрузки /

р тах

установившегося режима.

Увеличение тока нагрузки из-за самозапуска электродвига-

телей принято оценивать коэффициентом самозапуска /с

сзп

показывающим, во сколько раз возрастает ток

тах

. Для от-

стройки МТЗ от /

н тах

необходимо выполнить два условия.

194

У-^

МТ3

Г~^

МТЗг

Рис. 4.8. К выбору тока срабатывания МТЗ с учетом коэффициента возврата реле

По первому условию МТЗ, пришедшая в действие при КЗ

в сети (вне защищаемой ЛЭП), должна надежно возвращать-

ся в исходное состояние после отключения КЗ при наличии

в защищаемой ЛЭП тока нагрузки

тах

(рис. 4.9, а). Так, на-

пример, при КЗ в точке К1 (рис. 4.8) токовые реле МТ31 и МТ32

приходят в действие. После отключения действием МТ32 по-

врежденной ЛЭП

УИ2

ток КЗ прекращается и в неповрежден-

ной ЛЭП №1 остается ток

нтах

питающий нагрузку Н

. При

этом ИО МТ31, пришедшие в действие при КЗ, должны возвра-

титься в исходное положение.

Для обеспечения возврата МТ31 (рис. 4.8) ее ток возврата

воз

должен быть больше максимального тока нагрузки

нтах

проходящего по ЛЭП Ш и ее МТ31 после отключения КЗ

"воз *нтах''

••воз ^отс-'н тах

(4.1)

где

/с

отс

- коэффициент отстройки, учитывающий погрешность

О МТЗ

ОАГГЗ

Ю7|

ЯПВ

таг

Двигатели

в)

Рис.

4.9. Характерные схемы сети для определения максимального тока на-

грузки при выборе тока срабатывания МТЗ:

—

при отключении параллельной ЛЭП; 6

—

при отключении одной ЛЭП и

действии АВР; в

—

при АПВ линии, питающей нагрузку, имеющую электродви-

гатели

195

токового реле МТЗ;

нтах

в общем случае равен ^п^ртах-

Подставив это значение вместо

тах

в (4.1), найдем

*воз "' *отс*сзп-'р тах •

У^-'-'*)

Коэффициент отстройки

отс

для реле типов РТ-40, РТ-80

и статических реле принимается равным

1,1-1,2.

Учитывая,

что соотношение 1

В03

С-3

определяется /с

(см. §2.2), подстав-

ляем в это соотношение /

в03

из (4.1а). Зная значение к

для

рассматриваемых реле, находим первичный ток срабатывания,

обеспечивающий возврат МТЗ при

тах

по первому условию:

отс

*с.з

Г '

сзп-'р тах • (4.^)

По второму условию ИО тока, находящиеся в состоянии не-

действия МТЗ, не должны срабатывать при появлении

нтах

'с.з > 1птах- (4-3)

Наибольшее значение

нтах

имеет обычно в трех после-

аварийных режимах:

а) при отключении одной из параллельных линий нагрузка

на оставшейся удваивается (рис. 4.9, а);

б) при успешном включении от АПВ (или вручную) повреж-

денной ЛЭП с подключенной к ней нагрузкой (например, на

рис.

4.9, в при включении от АПВ И

!);

в) если к ЛЭП с рассматриваемой МТЗ (рис.

4.9,

в), находя-

щейся в работе и питающей нагрузку с током

рВк

при дейст-

вии АВР подключается дополнительная нагрузка, оставшаяся

без напряжения из-за отключения питавшей ее ЛЭП (\У2 на

рис.

4.9, б).

Характер изменения токов в режиме б) и в) аналогичен по-

казанному на рис. 4.10, а. В режиме б) в защищаемой ЛЭП

Ш и МТЗ появляется ток 1^

тах

сзп

ртах

Ток срабатывания

МТЗ выбирается по выражению

*с.з

^отс^н тах • 1

-4)

В третьем режиме после отключения №2 АВР подает напря-

жение на нагрузку Н

от Ш. Начинается самозапуск. Полный

ток нагрузки Ш после действия АВР

'нтахМ

'р таг М +

*р

тах 1У2*сзп •

Рис.

4.10.

Характер изменения тока

и напряжения

в ЛЭП при КЗ в

сети

и после его отключения:

—

ток;

—

напряжение

у1--ПО

Норнальный

ре» им

Сапозапуск

двигателей

Чтобы исключить срабатывание

МТЗ на

У/1,

ток

срабатыва-

ния

РЗ

согласно условию

(4.3)

рассчитывается

по

выражению

•'с.з *отс

н таг

^отс^р

тах

У/1

^сзп-"р

тах У/2)'

(4.5)

Из двух значений 7

СЗ

, полученных

по (4.2) и (4.4) или

(4.5),

принимается большее.

Вторичный

ток

срабатывания реле

ср

находится

с учетом коэффициента трансформации

ТТ и

схемы включе-

ния реле, характеризуемой коэффициентом схемы

сх

(см. § 3.6):

А:.р

сх

(4.6)

Для схемы соединения

звезду (полную

неполную)

/с

сх

1. При

включении реле

на

разность токов двух

фаз к

сх

Уз.

Из выражений (4.2), (4.4), (4.5) следует,

что

значение

сз

зави-

сит

не

только

от /

р тах

, но

также

от к

/с

сзп

целях уменьше-

ния

для

повышения чувствительности МТЗ при

КЗ

стремят-

ся применять токовые реле с высоким

/с

Значения

/с

сзп

принимаются равными

3-6 для

нагрузки

пре-

обладанием электродвигателей;

1,5-2 - при

малом удельном

значении электродвигателей. Когда электродвигатели состав-

ляют почти 100% нагрузки,

ток

самозапуска можно рассчиты-

вать

как

трехфазное

КЗ за

сопротивлением полностью затормо-

женных электродвигателей.

Выбрав

ток

срабатывания

МТЗ,

следует проверить согласо-

вание

ее по

чувствительности

с МТЗ

следующего смежного

197

ПТЗЙ

СН-о

1*7

мтзв

Зона МТЗЯ

Рис.

4.11. К проверке чув-

ствительности МТЗ

4/2

•як

нг,

Зона резервиро-

вания

МТЗН и МТЗВ

участка радиальной сети. В общем случае МТЗ п, ближе распо-

ложенная к источнику питания, должна быть грубее, чем МТЗ

п + 1, расположенная дальше.

Для этого необходимо выполнить условие

*с.з п *с.э(п

или

^СЗ П *ОТС^С.З(П + 1)5

(4.6а)

где

отс

- коэффициент отстройки, учитывающий погрешность

реле по току срабатывания, равный

1,1-1,5.

Поскольку /

выбирается по току нагрузки, то практически

условие согласования чувствительности смежных МТЗ всегда

выполняется, так как чем ближе ЛЭП (и МТЗ) к источнику пи-

тания, тем больше ее нагрузка, а следовательно, и ток /

сз

Чувствительность МТЗ. Проверка ведется по минимальному

значению тока КЗ

т1П

при повреждении в конце зоны МТЗ,

которая должна охватывать защищаемую ЛЭП и резервировать

РЗ следующего участка (второго), т. е. линию

№2

и трансформа-

торы, отходящие от шин приемной подстанции В (рис. 4.11).

Минимальный ток КЗ рассчитывается для реального минималь-

ного режима на электростанциях и в сетях, питающих ЛЭП.

Чувствительность МТЗ оценивается коэффициентом чувстви-

тельности

к = Г • /Т

"•ч

к гшп'-'с.з'

(4.7)

Коэффициент чувствительности для защищаемой ЛЭП счи-

тается допустимым, если к

> 1,5, при КЗ на резервируемом

участке допускается к

> 1,2.

4.6. ВЫДЕРЖКИ ВРЕМЕНИ ЗАЩИТЫ

Ступень времени. Для обеспечения селективности выдержки

времени МТЗ выбираются по ступенчатому принципу (см.

рис.

4.1). Разница между временем действия МТЗ двух смежных

уиастков (например, А и В на рис. 4.12) называется ступенью

времени или ступенью селективности:

А* = *

" *в.

(4.8)

Ступень Д( должна быть такой, чтобы при КЗ на каком-ни-

будь участке сети (например, на \Ув) МТЗ соседнего участка

(т.е.

на \\\) не успевала сработать.

Чтобы МТЗ ЛЭП

не сработала при КЗ на предыдущем участ-

ке,

она должна иметь выдержку времени, большую времени

отключения на ТУд:

ЧА >

Чв +

*п В

*в В >

где 1

в ~ выдержка времени МТЗ В; 1

в - положительная по-

грешность в сторону замедления реле времени МТЗ В; 1

ъВ

время отключения выключателя Н

^ с момента подачи импуль-

са в катушку отключения до разрыва тока КЗ контактами вы-

ключателя. Приняв запас ^

зап

и учтя, что МТЗ А может из-за

погрешности реле времени снизить выдержку времени на ве-

личину (

п А

(отрицательная погрешность), получим

*з А = *з В + *п В + *в В + *п А

*зап •

Отсюда минимальная ступень времени

М = I

зА

(

(4.8а)

(4.9)

~^7

•

ПТЗД

а)

(

л/

К1 Н*

Защита

линии

Я (МТЗЯ)

Защита

линии В

1ТЗВ)

Защита линии

(МТЗЯ)

Л1

\3аш,ита ли-

°в<1нии в(птзв)

Рис.

4.12. Ступенчатый принцип выбора выдержек времени:

Д(

—

ступень времени (а); согласование действия МТЗ соседних участков (6);

выбор характеристик зависимых МТЗ (в)

199

Согласно выражению (4.9) выбирается ступень для МТЗ с

независимой характеристикой. Что касается МТЗ с зависимой

характеристикой, выполняемых с помощью индукционных

реле,

то они могут продолжать работать по инерции после от-

ключения тока КЗ. Поэтому ступень времени у таких МТЗ долж-

на быть увеличена на время инерционной ошибки реле 1^.

Л*=<пВ + «вВ + *

А + *и + 'зап-

(

-1°)

Для применяемых в эксплуатации реле и выключателей

ступень времени колеблется у МТЗ с независимой выдержкой

времени в пределах 0,35-0,6 с, а у МТЗ с зависимой или ограни-

ченно зависимой характеристикой 0,6-1 с. При согласовании

с быстродействующей РЗ погрешность ее не учитывается

= 0), и тогда А* = 0,35

0,4 с.

Выбор времени действия МТЗ. Согласование МТЗ с независи-

симъши характеристиками. Считая, что выдержка времени

МТЗВ задана, выдержку времени МТЗА (см. рис. 4.11) опреде-

ляют по выражению

ЧА

= Чв + Д*. (4.11)

Согласование МТЗ с зависимыми характеристиками. Выдерж-

ки времени МТЗ с зависимой или ограниченно зависимой ха-

рактеристикой также должны удовлетворять условию (4.11),

но,

поскольку время действия этих реле зависит от тока, необ-

ходимо задавать пределы тока, при которых это условие долж-

но выполняться. Положим, что ЛЭП, показанные на рис. 4.12, а,

оборудованы МТЗ, имеющей ограниченно зависимую характе-

ристику. Требуется выбрать характеристику МТЗА (рис. 4.12, а)

и согласовать ее с характеристикой МТЗВ, которая известна.

МТЗА должна иметь время на ступень больше МТЗВ при

всех КЗ в пределах зоны совместного действия МТЗА и МТЗВ,

т. е. на И^. Если при КЗ в точке К1 (начало зоны МТЗВ) ток КЗ,

проходящий через МТЗА и МТЗВ, равен 1щ, то при всех КЗ за

точкой К1, т. е. в зоне работы МТЗВ, токи КЗ будут меньше.

Следовательно, условие селективности (4.11) должно выпол-

няться при токе 1

К1 тах

и всех токах, меньших его. В случае КЗ

на ЛЭПд время действия МТЗА не должно согласовываться с

МТЗВ и может быть сколь угодно малым; при этом ток КЗ, про-

ходящий через МТЗА, будет больше

1щ

тах

. Из этих условий вы-

текает следующий порядок подбора зависимых характеристик:

200