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

Подождите немного. Документ загружается.

Фильтр напряжений ОП превращается в фильтр токов ОП,

если на его входы подать напряжения, пропорциональные раз-

ности токов 1А-1в

1в~1с-

Вопросы для самопроверки

Назначение заземлений нейтралей первичной и вторич-

ной обмоток у трансформаторов напряжения с соединением

обмоток звезда-звезда.

При каких повреждениях на зажимах разомкнутого тре-

угольника появляется напряжение, превышающее Ы

н6

Что показывает коэффициент холостого хода т

х фильтра

напряжений обратной последовательности (ФНОП)?

Почему к ФНОП следует подводить линейные, а не фаз-

ные напряжения?

Каково назначение реле КАО в устройстве блокировки

КРБ-11?

Глава седьмая

ТОКОВАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА

7.1.

НЕОБХОДИМОСТЬ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ

В СЕТЯХ С ДВУСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ

Направленной называется РЗ, действующая только при

определенном направлении (знаке) мощности КЗ 5

. Необхо-

димость в применении направленных РЗ возникает в сетях с

двусторонним питанием (рис.

7.1,

а) и в кольцевых сетях с од-

ним источником питания (рис.

7.1,

6). При двустороннем пита-

нии места КЗ для ликвидации повреждения РЗ должна уста-

навливаться с обеих сторон защищаемой ЛЭП, как показано

на

рис.

7.1.

Самым простым способом РЗ от КЗ, как и в сетях с односто-

ронним питанием, может служить защита, реагирующая на

возникновение тока КЗ. Однако простая МТЗ, реагирующая

только на значение тока (рассмотренная выше), в подобных

сетях не может обеспечить селективного отключения повреж-

дения. Для селективного действия ее необходимо дополнить

251

1Л

Г* 1' 2'

^кА

1 2

0| О*

е-ц

ПС1

о о

3 Ч

•0|0*

К1

\Ы1

И 5' 6'

11 О О

о—

кч

—о

о*-

кг

н1В

о о

«в

7 8

ли

И^

;

чэ

Рис.

7.1. Схема сети с двусторон-

ним питанием и размещение РЗ

в этих сетях:

—

радиальная сеть; б

—

кольцевая сеть,

О —

направлен-

ная токовая РЗ (стрелка указы-

вает направление мощности,

при котором РЗ действует на

отключение)

«4

<-к1В

реле направления, реагирующим на знак мощности, протека-

ющей по защищаемому присоединению. Действительно, пред-

положим, что в сети на рис.

7.1,

а на всех ЛЭП установлены

МТЗ,

и рассмотрим действие одной из них - например 5'. При

КЗ в точке К1 выдержка времени защиты 5' должна быть мень-

ше времени действия РЗ 6\ 7' и 8', т. е. *

, <

,, 1

и (

,. В слу-

чае же КЗ в точке К2 МТЗ 5' должна действовать медленнее РЗ

6' (*

, > *

,). Одновременное выполнение обоих требований

невозможно. Так, при выполнении первого требования (т. е.

при Г

. < 1

.) МТЗ 5' будет действовать неселективно при КЗ

на И^З. Эту неселективность можно устранить, заменив МТЗ

направленной защитой 5, действующей только при направ-

лении мощности КЗ от шин в ЛЭП. При этом РЗ 5 не будет

действовать при КЗ на У/3, так как в этом случае мощность

КЗ будет направлена из линии к шинам и поэтому второе тре-

бование (*

> 1

) отпадает. При аналогичном выполнении всех

остальных МТЗ сети селективное отключение повреждений

становится возможным при выборе выдержек времени РЗ,

действующих в одном направлении, по ступенчатому принци-

пу. Исходя из сказанного, можно сформулировать следующие

252

принципы выполнения селективной РЗ в сетях с двусторонним

питанием:

1) защита должна устанавливаться с обеих сторон каждой

ЛЭП и действовать на отключение при появлении тока КЗ,

если мощность направлена от шин в линию (рис. 7.1);

2) выдержки времени на РЗ, работающих при одном направ-

лении мощности (от генератора А или генератора В), должны

согласовываться по ступенчатому принципу, нарастая по на-

правлению к источнику питания: у РЗ, действующих от тока

источника А, выдержка времени *

< г

;

у РЗ, действующих

от тока источника В,

< *

7.2.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

ТОКОВОЙ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАШИТЫ

Направленная токовая защита (НТЗ) при КЗ должна реаги-

ровать на значение тока и направление мощности в повреж-

денных фазах защищаемой ЛЭП. Структурная (функциональ-

ная) схема НТЗ, наиболее часто применяемая и показанная

на рис. 7.2, состоит из трех основных элементов (органов): два

пусковых реле тока КА (органы тока), которые срабатывают

при появлении тока КЗ и выдают сигнал, разрешающий РЗ

действовать; два реле направления мощности К№ (органы на-

правления мощности - ОНМ), которые срабатывают при направ-

лении мощности от шин в ЛЭП и подают сигнал, разрешающий

РЗ действовать. Если же мощность направлена к шинам, то ре-

ле

ХИ

выдают сигнал, блокирующий действие РЗ; логической

схемы (органы логики), которая действует по заданной про-

и*г

•^

ки/

КА

ГЦ

1Г1

'АВ

1е

—*-*• КА -I

ИЛИ

КТ

КН

Отключение

Рис.

7.2. Структурная схема направленной МТЗ

253

А В С *

НА1

К\Л/1

-О—=В-|

Ш2

НА

2 КМ2

ЛВС К\л/1

н=ь

К\л/2

б)

Рис. 7.3. Двухфазная схема направленной

МТЗ

с электромеханическими реле:

—

цепи переменного тока; 6

—

цепи напряжения

грамме: получив сигнал о срабатывании органа тока, ОНМ

формирует сигнал о срабатывании РЗ, который с заданной вы-

держкой времени поступает на ЭО выключателя и производит

его отключение. Пусковое реле тока КА включают на ток фазы

ЛЭП, а реле направления мощности (РНМ) - на ток той же

фазы и соответствующее междуфазное напряжение (рис. 7.3).

Поведение РНМ определяется знаком мощности, подведенной

к его зажимам:

= 1/р/

5т(а-фр), (7.1)

где а - угол сдвига между напряжением и током в цепи напря-

жения реле (угол внутреннего сдвига); <р

- угол сдвига между

Ир и 1

При КЗ на защищаемой НЭП 5

положительно (+ 5

), и РНМ

разрешает НТЗ действовать на отключение.

При КЗ на защищаемой ЛЭП Ш (см. рис. 7.1) или на следу-

ющем за ней участке У/2 реле КА и

КМ/,

приходя в действие,

подают сигналы на вход И (рис. 7.2). На выходе элемента И по-

является сигнал, который приводит в действие КТ (рис. 7.2

и 7.4). Через заданное время на выходе КТ появляется сигнал,

действующий на исполнительный элемент КЬ, подающий ко-

манду на отключение выключателя. При КЗ на других при-

соединениях данной подстанции (У/2 на рис. 7.1) КА срабаты-

вает, если /

> /

с-3

, но так как

КУ7

не работает, элемент И, а

следовательно, и НТЗ в целом не действуют.

Рассматриваемая схема может быть реализована с помощью

как контактных, так и бесконтактных реле.

254

Рис.

7.4. Оперативная схема двух-

релейной направленной МТЗ

чь

На отключение

Оперативная схема действия контактных (электромехани-

ческих) реле показана на рис. 7.4.

В нормальном режиме, если мощность нагрузки направлена

от шин в ЛЭП, РНМ может сработать. Для исключения при этом

срабатывании НТЗ ее пусковой орган КА необходимо отстраи-

вать от тока нагрузки

тах)-

При качаниях в энергосистеме НТЗ может работать ложно,

если ток качания окажется больше 1

СЗ

, мощность 5р на зажи-

мах

КУ7

будет направлена от шин в ЛЭП, а период качаний

будет больше выдержки времени НТЗ. Для исключения дей-

ствия НТЗ при качаниях ее время действия должно быть боль-

ше

с.

Анализируя действия НТЗ, установленных в кольцевой се-

ти (см. рис.

7.1,

б), следует иметь в виду возможную

каскадность ее действия, т. е. последовательное срабатыва-

ние РЗ и отключение выключателей, установленных по кон-

цам защищаемой ЛЭП. Так, например, при КЗ в точке К1 из-

мерительные органы РЗ 6, установленной на ПС III, удаленной

от источников питания, могут не подействовать в первый мо-

мент возникновения повреждения из-за недостаточной чув-

ствительности. После же отключения поврежденной ЛЭП со

стороны ПС I ток, протекающий от ПС III, увеличится и РЗ 6 по-

действует каскадно, ликвидируя КЗ в точке К1.

7.3.

СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ

Требования к схемам. Реле направления мощности включа-

ются, как правило, на фазный ток и междуфазное напряжение.

Сочетание фаз тока и напряжения реле, называемое его схе-

мой включения, должно быть таким, чтобы реле правиль-

но определяло знак мощности КЗ при всех возможных случаях

255

и видах повреждений, и чтобы к РНМ подводилась возможно

большая мощность.

Мощность 5

, как это следует из (7.1), может иметь недо-

статочное для действия РНМ значение при КЗ, близких к ме-

сту установки реле, за счет снижения напряжения Ц, или при

неблагоприятном значении угла

<р

при котором 5т(ос - <р

) ра-

вен или близок к нулю. Отсюда следует, что, во-первых,

РНМ должно включаться на такое напряжение, которое при

близких КЗ не снижается до нуля, и, во-вторых, напряжение

и ток, подводимые к реле, должны подбираться так, чтобы

угол сдвига между ними ф

в условиях КЗ не достигал значе-

ний, при которых мощность на зажимах реле приближается

к нулю.

Следует отметить, что первое требование выполнимо толь-

ко при двух- и однофазных КЗ, в случае же трехфазного КЗ

все фазные и междуфазные напряжения могут снижаться до

нуля.

В современных схемах НТЗ применяется включение РКМ

по так называемой 90-градусной схеме сочетания токов и на-

пряжений, приведенным ниже применительно к схеме вклю-

чения РНМ, показанным на рис. 7.4:

Реле I II III

'р 1А 1В

ВС

СА

АВ

Название схемы (90-градусная) носит условный характер.

Схема именуется по углам ср

между напряжением и током,

подведенным к РНМ в симметричном трехфазном режиме при

условии, что токи в фазах совпадают с одноименными фазны-

ми напряжениями (рис. 7.5).

90-градусная схема включения РНМ. Ниже рассмотрена ра-

бота РНМ типа РБМ-171 с углом максимальной чувствительно-

сти (р

м-ч

= -

30°,

включенного по 90-градусной схеме. Угол внут-

реннего сдвига этого реле а = 90° +

<р

= 90° - 30° = 60° (см.

§2.12).

Мощность на зажимах такого реле: 5

соз

(Ф

+ 30°); РНМ включено на ток /

= 1

и напряжение 1!

= Иве-

На рис. 7.6 изображена векторная диаграмма напряжений

и тока 1

при трехфазном КЗ на ЛЭП. Ток /д отстает от напря-

жения 1/

на угол ф

. Вектор 1

имеет два предельных поло-

жения: 1

- при КЗ за чисто реактивным сопротивлением X,

256

Рис.

7.5. Векторные диаграммы токов и напряжений, подводимых к реле на-

правления мощности при 90-градусной схеме включения

Рис.

7.6. Векторная диаграмма напряжений и тока фазы А при трехфазном КЗ

на защищаемой ЛЭП [линии моментов реле направления мощности М

вр

= Ш

/р5т(60°-фр)]

когда <р

= 90°,

1'А

- при КЗ через дугу в начале ЛЭП, когда

Фк

* 0°.

По найденным значениям Ф

определяются знак и значе-

ние мощности на входе РНМ. С этой целью строится диаграмма

тока и напряжения на зажимах РНМ для рассмотренного слу-

чая КЗ (рис. 7.6). На ней относительно С/

построена линия

^1^2 изменения знака мощности

и линия М

максималь-

ной мощности5

для данного типа РНМ. Проекция

на линию

максимальной мощности, равная 7д = зт

(а

- ф

), характеризу-

ет значение и знак мощности. При КЗ в зоне проекция /д

имеет положительный знак, а в случае КЗ вне зоны ("за спи-

ной") - отрицательный. Значение мощности на реле достига-

ет максимума

тах

при ф

= ф

= -

30°

(чему соответствует

= 60°). Из диаграммы и характеристики реле следует, что

поведение РНМ при трехфазном КЗ в зоне и вне зоны будет

правильным и значение 5

достаточным для действия РНМ

Построив векторные диаграммы У

и /

для двух- и одно-

фазных КЗ при возможных предельных значениях Ф

и Ф

можно установить, что и при этих видах повреждения на за-

жимах РНМ обеспечивается достаточное значение 5

для его

правильного действия.

7.4. ПОВЕДЕНИЕ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ,

ВКЛЮЧЕННЫХ НА ТОКИ НЕПОВРЕЖДЕННЫХ ФАЗ

В поврежденных фазах поведение РНМ определяется током

и мощностью КЗ, проходящим по этим фазам, направление

которых однозначно зависит от места повреждения. В иных

условиях находятся реле, включенные на токи неповрежден-

ных фаз. Эти токи и соответствующие мощности могут вызвать

ложную работу РНМ, разрешая отключить неповрежденную

ЛЭП при внешних КЗ.

Действительно, при двухфазных КЗ (рис. 7.7) по неповреж-

денной фазе проходит ток нагрузки /

. В схеме на рис. 7.7 7

на УЛ направлен от шин ПС2, и РНМ на неповрежденной фа-

зе С разрешит НТ32 отключить МЛ.

НТ31

нтзг

нтзз

НТЗ'*-

ПС1

Ш1

пег

I ПС5

Рис.

7.7. Направления токов в поврежденных и неповрежденных фазах. При КЗ

возможно неправильное действие НТЗ линии Ш под влиянием токов нагрузки

При КЗ на землю (одно- и двухфазных) на линии в сети с

глухозаземленной нейтралью, кроме токов нагрузки, по непо-

врежденным фазам проходит часть полного тока КЗ, уходящего

в землю в месте повреждения и возвращающегося к месту КЗ.

Таким образом, при КЗ на землю полный ток в неповреж-

денных фазах равен геометрической сумме токов нагрузки

и части полного тока КЗ:

*н.ф

/„ + к

(7.2)

где к - коэффициент, учитывающий долю тока

0-К)

замыка-

ющегося по неповрежденной фазе при КЗ на землю.

258

7.5. СХЕМЫ НАПРАВЛЕННОЙ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ

В сети с глухозаземленной нейтралью НТЗ, предназначен-

ная для действия только при междуфазных КЗ, выполняется

по двухфазной схеме (рис. 7.8, а, б). При этом для отключения

КЗ на землю предусматривается РЗ, реагирующая на токи НП

(см.

8.3).

В тех случаях, когда токи в неповрежденных фазах имеют

большие значения и отстройка от них пусковых токовых реле

недопустима по условию чувствительности, схема дополняет-

ся блокировкой, выводящей НТЗ из действия при КЗ на землю

(рис.

7.8). Блокировка осуществляется посредством реле то-

ка КА

, включенного в нулевой провод ТТ, соединенных по

схеме полной звезды. В схемах, выполненных на электромеха-

нических реле (рис. 7.8, в), при КЗ на землю реле КА

срабаты-

вает и снимает плюс, подводимый к НТЗ от источника опера-

тивного тока. Пофазный пуск в таких схемах сохраняется.

В схемах на полупроводниковых элементах реле КА

подает

сигнал, блокирующий действие защиты.

Схема с дополнительным пуском по напряжению применя-

ется, как и у МТЗ (см.

4.7), при больших токах нагрузки, тре-

бующих увеличения тока срабатывания пусковых токовых реле

до значения, при котором не обеспечивается необходимая

чувствительность НТЗ во время КЗ. Пусковой орган напряже-

ния блокирует действие НТЗ в режиме максимальной нагруз-

ки.

Благодаря этому орган тока отстраивается от нормальной

нагрузки, что повышает его чувствительность.

На рис. 7.9 приведена структурная схема НТЗ с двумя пуско-

выми органами для одной фазы (для упрощения чертежа).

КА1 КЫ1

ЛВС КМ +

ТА А

ТА В

ТАС

1 Ь т

^-ТОГ

КА2 КЫ2

гЕЪВ-

1 П

"*]

КА1.1 КУ/1.1

Рис. 7.8. Схема двухфазной направленной токовой защиты на электромехани-

ческих реле

259

кт

Рис.

7.9. Структурная схема направленной полупровод-

никовой максимальной токовой защиты

ОВ

КА № КУ

ТИТ

I I и и

Она представляет собой схему НТЗ с токовым пуском (см.

рис.

7.2 и 7.4), дополненную пуском по напряжению (КУ). При

этом на логический элемент И приходят три сигнала от реле

тока КА, направления мощности КМ и пускового устройства

напряжения КУ. При КЗ в зоне РЗ должны сработать реле

КА,

КМ/, КУ. Релейная защита срабатывает с установленной

выдержкой времени

на элементе времени КТ.

На рис. 7.10 представлена схема НТЗ на переменном опера-

тивном токе, выполненная с дешунтированием электромаг-

нита отключения УАТ. Схема работает так же, как аналогич-

ТА1 УАТЗ

кт км

^г-Ь-П

«» ш кт

ТЬ$

тш.

"^У7

кио«дБ

кт

тио

тьн

_г

ТШа.

КА5.1

К№1

ТЫ1с КА6.1

*•)

От

IV $)

Рис.

7.10. Принципиальная схема двухфазной максимальной направленной

защиты

токовым пусковым органом на переменном оперативном токе:

—

схема токовых цепей; б

—

схема цепей напряжения; в

—

схема вторичных

цепей реле времени; г

—

то же промежуточных реле

260