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

Подождите немного. Документ загружается.

О--а—о

©--О:

-@ээс

=о *

=о

ю , го

/~\ I—I "" 4 Т7 - К\

I тз

АПВ

ГЭС А

*4 Зона отсечки 1

•сыЗО+а-

Зона

отсечки

Зи 2

-г~\-^Зот

|'ТН

отсечк

-г-п —„

Рис. 5.5. Неселективные отсечки в со-

°-)

четании с АПВ

линия У/1 будет включена в работу, а поврежденная У/2 от-

ключится вновь. Для предотвращения повторного отключе-

ния У/1 ее отсечка выводится из работы после действия АПВ

и спустя некоторое время после успешного включения У/1.

При этом должно быть соблюдено условие *ДПВ1

^АПВз>

*АПВ1

^АПВз соответственно выдержки времени АПВ ЛЭП

У/1 и У/2.

5.5.

ОТСЕЧКИ НА ЛИНИЯХ С ДВУСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ

На линии с двусторонним питанием мгновенная отсечка

не должна действовать при КЗ за пределами защищаемой

ЛЭП (в точках К

и К

на рис. 5.6). Ток срабатывания отсечки

выбирают большим тока 1

кА

, проходящего от генератора А

при КЗ на шинах В, и тока 1

в, проходящего от генератора В

при КЗ на шинах А. Ток срабатывания вычисляется по выра-

жению (5.2), где вместо /

(м)

тах

подставляется больший из

токов 1

кА

или 1

в- Во избежание неправильной работы отсеч-

ки при качаниях ее ток срабатывания должен отстраиваться

и от токов качания /

кач

, для чего /

с-э

должно удовлетворять

одновременно с (5.2) условию (5.4):

*с.з

^отсАсач тах

(р.4)

где

/с

отс

= 1,2+1,3.

Максимальное значение 7

кач

определяется по формуле

*кач тах

2Е/Х

АВ

где Е - ЭДС генераторов А и В (принимается, что Е

= Е

= Е =

1,05Ц.

ен

);

д - суммарное сопротивление между генера-

I, 231

Рис.

5.6. Мгновенные отсечки на ЛЭП с дву-

сторонним питанием

„ Зона отсечки

К*

"л

торами А и В, равное Х

гА

+ Х

св

+ Х

гВ

, при этом Х

гА

и Х

д -

сверхпереходные сопротивления обоих генераторов

Х%;

св

сумма сопротивлений всех остальных элементов, включенных

между шинами генераторов А и В.

Ток срабатывания выбирается большим из двух значений,

полученных по условиям (5.2) и (5.4). На ЛЭП с двусторонним

питанием отсечки устанавливаются с обеих сторон ЛЭП с оди-

наковым током срабатывания. Зона действия каждой отсечки

определяется по точке пересечения N прямой /

с-3

с соответ-

ствующей кривой тока. Схема отсечки для ЛЭП с двусторон-

ним питанием не отличается от схем на рис. 5.2, а.

5.6. ОТСЕЧКИ С ВЫДЕРЖКОЙ ВРЕМЕНИ

Мгновенная отсечка защищает только часть ЛЭП; чтобы вы-

полнить РЗ всей ЛЭП с минимальным временем действия,

применяется отсечка с выдержкой времени (см. рис. 5.2, б).

Зона и время действия такой отсечки 1 (рис. 5.7,

а,

б) согласу-

ются с зоной и временем действия мгновенной отсечки 2 так,

чтобы была обеспечена селективность.

Для выполнения этих условий время действия РЗ *

1 отсеч-

ки

выбирается на ступень ДI больше г

отсечки 2:

Чл = Чг + А*- (5-5)

В зависимости от точности реле времени отсечки 2 *

= 0,3

-г-

0,6 с. Зона действия отсечки 1 должна быть короче зоны

работы отсечки 2 (рис. 5.7, в).

232

1к-

г)

\1*=т

^>"

1 Т^

Зона отсечки 1

•—Н

,г

1 1

!.,<

г I | I

• I* I К

^ Г»г=1«г=1,

^и

« I

I I

27ТТ

*,»

а1-

Г |**1

I Т . >Зона.

Зона. >*—~*Н

отсечки

отсечки 1 '

Г**=*

+л*ь4-1х-| ,

Рис.

5.8. Выбор /

сз

отсечки с выдерж-

кой времени на ЛЭП с двусторонним

питанием

Рис.

5.7. Выбор /

с-3

отсечки с выдержкой времени на ЛЭП с односторонним пи-

танием

В сети с односторонним питанием согласование зон дейст-

вия РЗ 1 и 2 обеспечивается при выполнении условия

г = к I

•4.31 "•отс-'с.зг'

(5.6)

где к

1,1 -*- 1,2. Зона действия отсечки 2 (АМ на рис. 5.7, а)

находится графически.

В сети с двусторонним питанием токи /

к1

и 1

К2

, проходящие

через отсечки 1 и 2, неодинаковы (рис. 5.8): 1

К2

> /

К1

. С учетом

этого согласование зон действия отсечек 1 и 2 выполняется

обычно графическим способом. Для этой цели (рис. 5.8) стро-

ится зависимость /

к1

и /

к2

от расстояния / до точки КЗ.

По пересечению прямой 1

сз2

с кривой 1

К2

(точка М) опреде-

ляется конец зоны действия отсечки 2. От точки М необходимо

отстроить отсечку 1. Для этого по кривой /

к1

находится ток

Амм» проходящий в РЗ 1 при КЗ в конце зоны отсечки 2 (точ-

ка М).

В соответствии с условием (5.2):

*С31

^отсчсцМ) •

(5.6а)

233

&-Р

Рис.

5.9. Характеристика трехступен-

чатой токовой РЗ

Расчет ведется при максимальном /

к1

и минимальном /

к2

значениях. Ток /

с 3

должен быть также отстроен от /

д при КЗ

на шинах подстанции А. Зона действия отсечки определяет-

ся по точке пересечения

С3

и /

к1

. Схемы отсечки с выдержкой

времени выполняются так же, как и схемы МТЗ с независимой

характеристикой (4.2).

Токовые отсечки являются самой простой РЗ. Быстрота

действия в сочетании с простотой схемы составляет важное

преимущество этих РЗ. Недостатками отсечек являются: не-

полный охват защищаемой ЛЭП и непостоянство зоны дейст-

вия в связи с изменением режима энергосистемы.

Сочетая МТЗ 1 с мгновенной отсечкой 3 и отсечкой с вы-

держкой времени 2, можно получить трехступенчатую МТЗ,

обеспечивающую быстрое отключение повреждений на защища-

емой линии Ш и резервирующую РЗ 4 и 5 следующего участ-

ка. Характеристика времени действия трехступенчатой МТЗ

показана на

рис.

5.9.

Вопросы для самопроверки

Почему токовая отсечка должна быть рассчитана по мак-

симальному режиму?

Как ликвидируется КЗ в пределах "мертвой зоны" токовой

отсечки?

В чем особенность расчета токовой отсечки на линиях

с двусторонним питанием?

Каково назначение ступеней в трехступенчатой токовой

защите?

В сочетании с какой автоматикой применяется неселек-

тивная токовая отсечка?

Глава шестая

ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

И СХЕМЫ ИХ СОЕДИНЕНИЯ

6.1.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Информацию о контролируемом напряжении ИО РЗ получа-

ют от первичных трансформаторов напряжения (ТН). Основны-

ми параметрами ТН (рис. 6.1) являются: номинальное первичное

напряжение 1/

1ном

(равное номинальному напряжению контро-

лируемой электрической сети), вторичное номинальное напря-

жение

ном>

значение которого обычно принимается равным

100 или 100/\/ЗВ. Отношение этих величин, называемое номи-

нальным коэффициентом трансформации, %

ном

= ^ном^ном

[24].

Начала и концы первичных и вторичных обмоток ТН Н (н)

и К (к) обозначаются изготовителями так же, как и у силовых

трансформаторов: у первичной обмотки буквами А и X, у вто-

ричной соответственно а и х. Для питания устройств РЗ ис-

пользуются в большинстве случаев ТН, установленные на

сборных шинах ПС и РУ электростанций, к вторичным обмот-

кам которых подключаются РЗ всех присоединений (рис. 6.2, а),

или на каждом присоединении, питающие РЗ только этого

присоединения.

Первый способ экономичнее второго, так как требует меньше

ТН,

но его недостаток состоит в том, что при необходимости

произвести переключение присоединения с одной системы шин

на другую требуется переключение цепей напряжения РЗ

на ТН другой системы шин. Такое переключение делается

автоматически с помощью вспомогательных контактов @5,

установленных на ножах разъединителей, как показано на

А-

С-

Н(АУ

и (а)

Рис. 6.1. Схема включения трансформатора 1

напряжения (а), векторная диаграмма напря-

жений (б)

235

и,..

К(Х)

Шины ПС

По [V П

аз

лэт

РЗЗ

лэпз

Шины ПС

[ТУ

а.)

Рис.

6.2. Схемы питания цепей релейной защиты:

—

от шинного ТН; б

—

от линейного ТН

Рис.

6.3. Переключение цепей напря-

жения зашиты

одного трансформатора

напряжения на другой вспомогатель-

ными контактами шинных разъеди-

нителей

рис.

6.3, или управляемыми ими реле-повторителями. Эту опе-

рацию можно выполнить вручную - специальными рубильни-

ками.

Слабым местом автоматического переключения являются

вспомогательные контакты, отказ которых приводит к непра-

вильной работе устройств РЗ. Недостаток второго способа со-

стоит в том, что не исключается ошибка лица, проводящего

переключения, а его преимуществом является большая надеж-

ность цепей. При использовании ТН присоединений в случае

перевода соответствующего присоединения на другую систе-

му шин никаких операций в цепях напряжений не требуется.

Автоматический способ переключения цепей напряжения

обычно применяется на ЭС и на крупных ПС с большим числом

присоединений.

6.2. ПОГРЕШНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Трансформатор напряжения работает с погрешностью, ис-

кажающей вторичное напряжение как по величине, так и по

фазе.

В "идеальном" ТН, работающем без погрешностей, вто-

236

Рис.

6.4. Схема замещения (а) и векторная диаграмма (б) трансформатора на-

пряжения (первичный ток, напряжение и сопротивление приведены к числу

витков вторичной обмотки)

ричное напряжение

У./Ку,

(6.1)

где (7

- напряжение, подведенное к зажимам первичной об-

мотки; Кц - коэффициент трансформации "идеального" ТН,

равный отношению количества витков первичной и вторичной

обмоток. Однако за счет падения напряжения Д17 (рис. 6.4, б)

в первичной и вторичной обмотках действительное значение

вторичного напряжения будет равно:

V. = —* - ДГ7, (6.2)

что вытекает из эквивалентной схемы замещения ТН и вектор-

ной диаграммы (рис. 6.4,

а,

б).

Из этой же схемы следует

ш =

1нам<г;

(2[

(6.2а)'

Падение напряжения в обмотках ТН Д{/ обусловливает появ-

ление погрешности, искажающей значение и фазу у

(рис. 6.4, б)

по сравнению с расчетным напряжением 1/

= И^/Ку = 11[

по выражению (6.1).

Поскольку значения 2,

и 2

, а также ток намагничивания

*нам определены конструкцией ТН, в условиях эксплуатации

уменьшить его погрешность можно только уменьшением тока

237

нагрузки 1

. Допустимые погрешности нормируются при номи-

нальном напряжении, соответственно чему ТН подразделяют-

ся на классы: 0,2; 0,5; 1 и 3. Один и тот же ТН может работать

в разных классах точности в зависимости от значения нагруз-

ки.

Заводы обычно указывают номинальную мощность, под-

разумевая под ней максимальную нагрузку, которую может

питать ТН в гарантированном классе точности. Кроме того,

для ТН указывается максимальная мощность по условиям на-

грева, которая значительно превосходит его номинальную мощ-

ность. Погрешность по значению вторичного напряжения при-

нято оценивать в процентах:

С/1

V*-

кц

Д1/%

= —100. (6.3)

"и

Погрешность по фазе оценивается углом сдвига 6 между

векторами первичного и вторичного напряжений (рис. 6.4,б).

6.3.

СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Схема соединения трансформаторов напряжения в звезду,

приведенная на рис. 6.5, а, предназначена для получения на-

пряжений фаз относительно земли и междуфазных (линейных)

напряжений. Три первичные обмотки ТУ1 соединяются в звез-

ду. Начала каждой обмотки (А, В, С) присоединяются к соот-

ветствующим фазам ЛЗП, а концы X, У, 2 объединяются в

общую точку (нейтраль N1) и заземляются. При таком вклю-

чении к каждой первичной обмотке ТУ1 подводится напря-

жение фазы ЛЭП относительно земли. Концы вторичных об-

моток ТУ1 (х, у, г на рис. 6.5, а) также соединяются в звезду,

нейтраль которой N2 связывается с нулевой точкой нагрузки

N3 (сопротивления 1, 2, 3). В приведенной схеме нейтраль пер-

вичной обмотки (точка N1) жестко связана с землей и имеет

потенциал, равный нулю, такой же потенциал будет иметь

нейтраль N2 и связанная с ней нейтраль нагрузки N3. При та-

кой схеме фазные напряжения на вторичной стороне соот-

ветствуют фазным напряжениям относительно земли первич-

ной стороны. Заземление нейтрали первичной обмотки ТН и

наличие нулевого провода во вторичной цепи являются обя-

238

Рис.

6.5. Схема соединений однофазных трансфор-

маторов напряжения в звезду:

—

схема звезды с заземленной нейтралью пер-

вичной обмотки; б

—

то же с разземленной нейт-

ралью; в

—

векторная диаграмма

зательнъш условием для получения фазных напряжений от-

носительно земли.

Соединение обмоток ТН по схеме т/т обычно выполняется

по 12-й группе. Эта схема может быть осуществлена посредст-

вом трех однофазных ТН или одного трехфазного пятистержне-

вого ТН. Трехфазные трехстержневые ТН для данной схемы

применяться не могут, так как в их магнитопроводе отсутст-

вуют пути для замыкания магнитных потоков НП Ф

, создава-

емых током 1

в первичных обмотках при замыканиях на зем-

лю в сети. В этом случае поток Ф

замыкается через воздух

по пути с большим магнитным сопротивлением. Это приводит

к уменьшению сопротивления НП трансформатора и резкому

увеличению /

нам

. Повышенный 1

нам

вызывает недопустимый

нагрев трансформатора, в связи с чем применение трехстерж-

невых ТН недопустимо. В пятистержневых трансформаторах

для замыкания потоков служат четвертый и пятый стержни

магнитопровода (рис. 6.6).

Схема соединений обмоток ТН в открытый треугольник

изображена на рис. 6.7. Она выполняется при помощи двух од-

239

Рис.

6.6. Пути замыкания магнитных

потоков нулевой последовательности

в трехфазном пятистержневом ТН

'-ЧА>>-Г

-ЧАА-Г-'

АВ

"ВС

Ни

ОСА

Рис.

6.7. Схема соединений однофазных ТН в открытый треугольник

нофазных ТН, включенных на два междуфазных напряжения,

например Ц

АВ

и Иве- Напряжение на зажимах вторичных об-

моток ТН всегда пропорционально междуфазным напряжени-

ям,

подведенным с первичной стороны. Между проводами вто-

ричной цепи включаются реле. Схема позволяет получать все

три междуфазных напряжения *У

АВ

, Ы^с и Г_/

СА

Схема соединений обмоток однофазных ТН в фильтр напря-

жения НП выполняется посредством трех однофазных ТН, как

показано на рис. 6.8. Первичные обмотки соединены в звезду

с заземленной нейтралью, а вторичные - последовательно,

образуя незамкнутый треугольник. К зажимам разомкнутых

вершин треугольника подсоединяются реле. Напряжение

Ср на зажимах разомкнутого треугольника равно геометриче-

ской сумме напряжений вторичных обмоток:

-й,

Ыь

Ыс

Так как сумма трех фазных напряжений равна утроенному

напряжению НП, выражая вторичные напряжения через пер-

вичные, получаем

ЫА

УВ

УС зу

(6.4)

В нормальных условиях напряжения фаз симметричны,

= 0. При КЗ без земли также

= ЗЦ, = 0 (см. гл. 1). При КЗ

на землю (одно- и двухфазных) на зажимах разомкнутого тре-

угольника ТН появляется напряжение

ЗУ

/Кц.

240