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

Подождите немного. Документ загружается.

УД/ УП2

•щ—и

р*—«-1—II

Рис.

4.30. Схема блока конденса-

торов БК-400

Рис.

4.29. Характеристики заряда и разряда конденсатора

После каждого срабатывания РЗ, а также после исчезнове-

ния напряжения на шинах ПС, от которых питаются зарядные

устройства, конденсаторы разряжаются, РЗ не может действо-

вать на отключение, пока не произойдет повторный заряд

конденсаторов. Для повышения надежности РЗ желательно

иметь возможно меньшее время заряда *

ар> чтобы восстано-

вить ее готовность в цикле АПВ, обеспечивая возможность

действия при повторном включении повреждений ЛЭП

(рис.

4.29).

Выпускаемые промышленностью блоки конденсаторов

БК-400 (рис. 4.30) используются совместно с устройствами

БПЗ-400 и состоят из разделительных диодов Уй1 и УИ2 типа

Д226Б и конденсаторов С типа МБГП емкостью 10 мкФ ± 10%,

400

В.

Общая емкость блока конденсаторов БК-401 равна 40 мкФ,

БК-402 - 80 мкФ, БК-403 - 200 мкФ. Первые два рассчитаны на

питание ЭО выключателей с пружинными приводами, а по-

следний - с электромагнитными.

Блоки БПЗ-401 и БПЗ-402, время заряда которых ^ар

= 0,05

-*•

0,07 с, рассчитаны на одновременное питание несколь-

ких конденсаторных блоков в схемах с диодным или контакт-

ным разделением цепей (рис. 4.31). При замыкании контактов

устройств РЗ одного из присоединений (например, Р31) через

ЭО выключателя этого присоединения пройдет ток разряда

конденсаторов С1, предназначенных только для этого при-

соединения. Разряд других конденсаторов предотвращается

благодаря диодам, установленным в блоке БК-400 (рис. 4.31, а)

либо размыканием контакта Р31.1 (рис.

4.31,

б).

221

1УЛ1 ГУД2 С/ /уд/ /уяг С/

а) Б)

Рис.

4.31. Принципиальная схема подключения блоков конденсаторов РЗ к за-

рядному устройству:

— с

разделением цепей при помощи диодов; 6

—

с контактным разделением

цепей

Источники с предварительно заряженными конденсатора-

ми применяются на подстанциях без аккумуляторных бата-

рей для питания ЭО выключателей, в электрических сетях

6-10 кВ для питания элементов автоматики и широко исполь-

зуются на упрощенных ПС без выключателей на стороне ПО

и 220 кВ для осуществления операций по включению коротко-

замыкателей и отключению отделителей трансформаторов.

Недостатком схемы МТЗ с конденсатором, заряжаемым от

устройства

БПЗ-401,

является возможность отказа РЗ в дейст-

вии при включении на КЗ подстанции, находившейся без на-

пряжения. МТЗ может отказать из-за того, что разрядившийся

при отсутствии напряжения на подстанции конденсатор не

сможет зарядиться при включении на КЗ из-за низкого уровня

остаточного напряжения. Чтобы предотвратить подобные

отказы, применяются зарядные устройства с блоками питания

БПЗ-402, питающиеся от ТТ. Токовый зарядный блок приме-

няется как дополнительный к блоку напряжения.

Положительными качествами источников с предварительно

заряженными конденсаторами являются: возможность отклю-

чения выключателей с электромагнитными приводами, тре-

бующих значительной мощности от источника питания, ко-

торую не могут обеспечить ТТ и блоки питания малой мощно-

сти;

независимость мощности и напряжения этих источников

от тока и напряжения в аварийных режимах защищаемого

объекта, что позволяет применять заряженные конденсаторы

222

для любых РЗ и для выполнения логических операций РЗ и

автоматики при отсутствии напряжения на подстанции.

Существенным недостатком заряженных конденсаторов

является кратковременность тока разряда, ограничивающая

их применение для питания логической части РЗ (для каждо-

го реле требуется свой конденсаторный блок), и непригод-

ность для питания элементов, работающих с выдержкой вре-

мени.

Следует отметить, что наличие напряжения 400

на кон-

денсаторах и БПЗ требует особого внимания к соблюдению

правил техники безопасности. При проведении работ на УЗ,

конденсаторах и в питающихся от них цепях необходимо

снять напряжение с блока БПЗ, разрядить конденсаторы че-

рез высокоомное сопротивление и отключить их от питаемой

сети.

4.9. МАКСИМАЛЬНЫЕ ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ

С РЕЛЕ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

В распределительных сетях 6-10 кВ применяются МТЗ с

реле прямого действия. Выпускаются токовые реле прямого

действия, мгновенные типа РТМ и с ограниченно зависимой

характеристикой РТВ.

Схемы МТЗ прямого действия отличаются простотой и не-

большой стоимостью. На рис. 4.32, а и 6 показаны двухфазные

схемы МТЗ с реле типа РТВ. Реле РТВ представляет собой

электромагнитное реле с втягивающимся якорем (рис. 4.33).

Нормально под действием пружины 3 якорь реле 2 находится

в нижнем положении. При появлении тока /

> /

с р

в обмотке

реле 1 возникает электромагнитная сила Р

, превышающая

силу Г

пружины 3; якорь реле 2, представляющий собой по-

движный цилиндр, втягивается и сжимает пружину 3, кото-

рая давит на стопорное кольцо 5 ударника 4, стремясь под-

нять последний. Однако движение ударника несвободно,

оно тормозится часовым механизмом 6. Чем больше ток /

тем больше сжимается пружина под действием силы .Р

и тем

быстрее движется часовой механизм. Время, необходимое

для перемещения ударника из начального положения до

момента удара по отключающему рычагу 7 привода, зависит

от значения тока 7

. При 1

ср

пружина сжимается до преде-

ла, и дальнейшие увеличения тока не сопровождаются изме-

' 223

-Г— У А Т1 У А Т2

РгО-гСН

~\ УАТ

а} б)

Рис.

4.32. Схемы РЗ с реле прямого действия

(а,

б) и характеристика реле РТВ (в)

^з^ДЕ

Рис.

4.33.

Токовое реле прямого действия типа РТВ

224

нением скорости движения часового механизма. При этом

наступает независимая часть характеристики реле (рис. 4.32, в).

В конце хода ударник 4 расцепляется с часовым механизмом.

Благодаря этому его скорость и обусловленная ею кинетиче-

ская энергия ударника резко увеличиваются, и он с возросшей

силой ударяет по рычагу 7, отключая выключатель.

Недостатки реле прямого действия отмечены в § 1.6. По-

грешность по времени действия этих реле достигает ± 0,3 с.

Поэтому при выборе выдержки времени на РЗ с РТВ ступень

селективности

А*

принимается равной 0,8 с. Обмотка реле име-

ет значительное потребление (примерно 50

В •

А) при токе

срабатывания. Поэтому ТТ, питающие реле прямого действия,

достаточно сильно загружены. По мере втягивания якоря 2

и перемещения ударника 4 вверх потребление реле растет.

4.10. ОБЩАЯ ОЦЕНКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МТЗ

Достоинством МТЗ является ее простота, надежность и не-

большая стоимость. МТЗ обеспечивает селективность в ради-

альных сетях с односторонним питанием. К недостаткам

МТЗ относятся: большие выдержки времени, особенно вблизи

источников питания; недостаточная чувствительность при

КЗ в разветвленных сетях с большими токами нагрузки.

МТЗ получила наиболее широкое распространение в ради-

альных сетях, в сетях 10 кВ и ниже является основной РЗ.

Вопросы для самопроверки

Чем определяется значение Д* ступени селективности?

Должны ли измениться параметры максимальной токовой

защиты питающей линии при дополнительном подключении

нового потребителя к шинам приемной подстанции?

В каком случае при расчете МТЗ можно не учитывать ко-

эффициент самозапуска электродвигателей?

В чем особенности реле, используемых в схемах МТЗ на

переменном оперативном токе?

Как определить чувствительность МТЗ, установленной

на параллельных линиях?

225

Глава пятая

ТОКОВЫЕ ОТСЕЧКИ

5.1.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТОКОВЫХ ОТСЕЧЕК

Отсечка является разновидностью МТЗ, позволяющей обес-

печить быстрое отключение КЗ. Токовые отсечки подразде-

ляются на отсечки мгновенного действия и от-

сечки с выдержкой времени.

Селективность токовых отсечек достигается ограниче-

нием их зоны действия так, чтобы отсечка не работала

при КЗ за пределами этой зоны, на смежных участках сети,

РЗ которых имеет выдержку времени, равную или большую,

чем отсечка. Для этого ток срабатывания отсечки (/

сз

) должен

быть больше максимального тока КЗ (/

к тах

), проходящего че-

рез нее при повреждении в конце участка (например, АМ на

рис.

5.1), за пределами которого она не должна работать: 7

СЗ

> 4м'

Действительно, ток КЗ в какой-либо точке рассматриваемо-

го участка сети

/„ =

+ Ху1

лк

(5.1)

где Е

- эквивалентная ЭДС генераторов энергосистемы; Х

-^л.к - сопротивление ЭЭС и участка ЛЭП (АМ) до точки КЗ;

- удельное сопротивление, Ом/км; /

лк

- длина участка до

точки КЗ.

Зона действия мгновенной от-

сечки по условиям селективности

не должна выходить за пределы

защищаемой ЛЭП. Зона действия

отсечки, работающей с выдержкой

времени, выходит за пределы за-

щищаемой ЛЭП и по условию се-

лективности должна отстраивать-

ся от конца зоны РЗ смежного

участка по току и по времени.

Зона,

отсгчки

Рис.

5.1.

Принцип действия токовой отсечки

226

Токовые отсечки применяются как в радиальной сети с

односторонним питанием, так и в сети, имеющей двустороннее

питание.

5.2.

СХЕМЫ ОТСЕЧЕК

Схемы цепей постоянного тока отсечек изображены на

рис.

5.2,

а,

б. Схемы отсечек, выполненные на электромехани-

ческих реле и на постоянном оперативном токе, аналогичны

схемам МТЗ, приведенным на рис. 4.2 и 4.4.

Рис.

5.2. Схемы цепей постоянного

тока токовой отсечки на электро-

механических реле:

—

мгновенной с I = 0; б

—

с вы-

держкой времени; в

—

на полупро-

водниковых элементах

+ „ И V + „ «Г _

+ *•/ 1 «И ^УАГ -

КА

+ , КН о

УАТ

рчрчн

в)

или

УАТ

I I)

Так же как и МТЗ, отсечки выполняются на постоянном и

переменном оперативном токе, а также с помощью реле пря-

мого действия по схемам, приведенным на рис. 4.19, 4.27, 4.29,

4.31.

Схемы отсечек с выдержкой времени полностью совпадают

со схемами МТЗ с независимой выдержкой времени. Схемы от-

сечек без выдержки времени отличаются от схем МТЗ отсут-

ствием реле времени.

5.3.

ОТСЕЧКИ МГНОВЕННОГО ДЕЙСТВИЯ

НА ЛИНИЯХ С ОДНОСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ

Ток срабатывания отсечки. Ток срабатывания мгновенной

отсечки должен удовлетворять условию (5.2) при КЗ в конце

защищаемой ЛЭП АВ, т. е. в точке М (рис. 5.3):

•*с.з

*атс*к(М)тах >

(5.2)

227

Рис.

5.3. Графический метод определения зоны действия мгновенной отсечки:

1 —максимальный ток /

; 2

—

минимальный ток /

Рис.

5.4. Зона действия отсечки блока линия-трансформатор

где 1

(щ

тах

- максимальный ток КЗ в фазе ЛЭП при КЗ на ши-

нах подстанции В (точка М на рис. 5.3);

ОТС

- коэффициент

отстройки.

Ток КЗ

(щ

та

рассчитывается для таких режимов работы

ЭЭС и видов повреждений, при которых он оказывается наи-

большим. Поскольку собственное время действия отсечки рав-

но 0,02-0,01 с, то ток КЗ рассчитывается для начального момен-

та времени (г = 0) и принимается равным действующему зна-

чению периодической составляющей. При расчете тока КЗ

генераторы замещаются сверхпереходным сопротивлением Хд.

В схемах отсечки, где токовые реле действуют непосредст-

венно на отключение без промежуточного реле или с быстро-

действующим промежуточным реле, время действия отсечки

может достигать одного периода (т. е. 0,02 с). В этом случае

следует учитывать апериодическую составляющую тока КЗ,

умножая ток

(М)тах

на

коэффициент к

1,6-5-

1.8.

У отсечек ЛЭП с токовыми реле типа РТ-40

/с

отс

= 1,2 -^ 1,3;

с реле типа РТ-80 и РТ-90

/с

отс

= 1,5 из-за большей погрешности

реле.

На одиночных ЛЭП, питающих тупиковую ПС, и на ЛЭП, пи-

тающих подстанции, подключенные по схеме ответвления,

необходимо дополнительно к условию (5.2) отстроить отсечку

от суммарного броска тока намагничивания трансформаторов,

установленных на этих подстанциях. Отстройка проверяется

228

по выражению

(3-5)11

Н0М

(5.2а)

где I /

ом.т

суммарный номинальный ток трансформато-

ров ПС.

Ток срабатывания отсечки принимается равным большему

значению из определенных по (5.2) и (5.2а).

Ток срабатывания реле отсечки выбирается по выражению

1с.р=~к

сх

(5.26)

где к

сх

- коэффициент схемы.

Зона действия отсечки определяется графически, как пока-

зано на рис. 5.3. Обычно строятся кривые тока КЗ в зависимости

от расстояния /

л к

до точки КЗ; 1

= /(/) для максимального и

минимального режимов (кривые 1 и 2 на рис. 5.3), и по точке

пересечения их с прямой /

сз

находится конец зоны отсечки в

максимальном и минимальном режимах (Л^ и Ы

соответст-

венно).

Зону действия отсечки можно также определить по формуле

100

' - - Х

1, (5.3)

где Х

отс

- зона действия отсечки, выраженная в процентах от

сопротивления защищаемой ЛЭП; Х

- сопротивление защи-

щаемой ЛЭП; Х

- сопротивление ЭЭС (см. рис. 5.1); 7

СЗ

- ток

срабатывания отсечки, выбранной согласно (5.2) и (5.2а).

Правила устройства электроустановок рекомендуют приме-

нять отсечку, если ее зона действия охватывает не менее 20%

защищаемой ЛЭП. Вследствие простоты отсечки она приме-

няется в качестве дополнительной РЗ и при зоне действия,

меньшей

20%,

если основная РЗ ЛЭП имеет мертвую зону.

При схеме работы ЛЭП блоком с трансформатором (рис. 5.4)

отсечку отстраивают от тока при КЗ за трансформатором в точ-

ке К

. В этом случае отсечка защищает всю ЛЭП и оказывает-

ся весьма эффективной.

Время действия отсечки. Время действия мгновенной от-

сечки складывается из времени срабатывания токовых и про-

межуточного реле (рис. 5.2, а). При быстродействующих проме-

229

жуточных реле (0,02 с) отсечка срабатывает в течение времени

= 0,04 •*• 0,06 с. Наличие промежуточного реле облегчает

работу контактов токовых реле и позволяет не учитывать апе-

риодическую составляющую тока КЗ, поскольку последняя

затухает очень быстро (за 0,02-0,03 с). На ЛЭП, защищенных

от перенапряжений трубчатыми разрядниками, отсечка не

должна срабатывать при их действии. Время работы разряд-

ников составляет около 0,01-0,02 с. При каскадном действии

разрядников оно увеличивается до 0,04-0,06 с. Применением

промежуточного реле с временем действия I = 0,06 н- 0,08 с

удается отстроить отсечку от работы разрядников.

5.4. НЕСЕЛЕКТИВНЫЕ ОТСЕЧКИ

Неселективной отсечкой называется мгновенная отсечка,

действующая при КЗ за пределами своей ЛЭП. Такая отсечка

применяется для быстрого отключения КЗ в пределах всей

защищаемой ЛЭП. Неселективное действие отсечки при КЗ

вне ЛЭП исправляется при помощи АПВ, включающего обрат-

но отключившуюся ЛЭП. Примеры применения неселектив-

ной отсечки приведены на рис. 5.5.

В первом случае на линии

У/1

(рис.

5.5,

а) установлена отсеч-

ка 1, неселективная по отношению к РЗ трансформаторов.

Ток срабатывания отсечки 1 отстраивается от конца зоны от-

сечек 2 и 3, установленных на трансформаторах Т2 и ТЗ, т. е.

*с.з = (М -

1,2)/

.з

(или 7

.зз).

При КЗ в каком-либо трансформаторе, например ТЗ, в преде-

лах зоны действия отсечки 1 последняя срабатывает неселек-

тивно одновременно с отсечкой поврежденного трансформато-

ра. В результате этого, кроме трансформатора ТЗ, неселективно

отключается УЛ. При этом пускается устройство АПВ, кото-

рое включает обратно неселективно отключившуюся ЛЭП

УЛ

и восстанавливает питание подстанции В.

Во втором случае (рис. 5.5, б) на

УЛ

для той же цели установ-

лена отсечка 1, неселективная относительно мгновенной от-

сечки 2 ЛЭП

УИ2.

Отсечка 1 отстроена по току от конца зоны

действия отсечки 2, но поскольку их выдержки времени оди-

наковы (1

= ^2 = 0), то при КЗ на участке ЛЭП У/2, где зоны

действия отсечек совпадают, обе они могут сработать одно-

временно. Действием АПВ и в этом случае неповрежденная

230