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

Подождите немного. Документ загружается.

ная схема на рис. 4.20, и отличается лишь наличием реле К\\/7

и КШ.

Во всех рассмотренных схемах РНМ могут неправильно опре-

делять направление мощности при неисправностях в цепях

напряжения. В результате этого НТЗ может неправильно по-

действовать при КЗ. Для своевременного выявления неисправ-

ностей в цепях напряжения необходимо предусматривать

устройство контроля их исправности (см.

6.4).

7.6.

ВЫБОР УСТАВОК СРАБАТЫВАНИЯ

Ток срабатывания пусковых реле. Основным условием при

выборе 4з НТЗ является отстройка от токов нагрузки с учетом

самозапуска в послеаварийном режиме:

_ "Ътс^с.зпинтах ,_ _.

••с.з

—

Г • ' '••')

"в

Максимальное значение

нтах

следует определять, исходя

из наиболее тяжелых, но возможных в эксплуатации режимов.

В кольцевых сетях и радиальных с двусторонним питанием

(рис.

7.1,

а, 6") максимальные нагрузки на ЛЭП возникают при

размыкании сети.

Ток срабатывания НТЗ должен быть также отстроен от то-

ков,

возникающих в неповрежденных фазах при КЗ на землю в

сети с глухозаземленной нейтралью:

•"сз

Котс-'н.ф ) ( '•*)

где /

ф - полный ток в неповрежденной фазе. Для НТЗ, устанав-

ливаемой в сети с глухозаземленной нейтралью, предназна-

ченной для действия и при КЗ на землю, /

.ф = /

+ к1

0К

(см.

§7.4),

ток к1

0К

определяется специальным расчетом;

*с

отс

коффициент надежности, в зависимости от точности оценки

значения 1

.ф принимается равным

1,2-1,5

для РЗ, устанавли-

ваемых в сети с изолированной нейтралью, ток 7

.ф = 7

, прохо-

дящий по неповрежденной фазе при двухфазном КЗ. В этом

случае 4з, выбранный по (7.3), удовлетворяет условию (7.4).

За окончательное принимается большее значение /

сз

, по-

лученное по выражениям (7.3) и (7.4).

Для РЗ в сети с малым током замыкания на землю (где

*н.ф = /

) и для РЗ в сети с глухозаземленной нейтралью, блоки-

261

руемых при КЗ на землю, ток срабатывания пусковых реле вы-

бирается только по первому условию, т. е. по (7.3).

Для обеспечения селективности чувствительность РЗ, дей-

ствующих в одном направлении, необходимо согласовать так,

чтобы токи срабатывания нарастали при обходе РЗ против

направления их действия.

В показанной на рис.

7.1,

б сети токи срабатывания НТЗ

должны удовлетворять условиям

•"СЗб •'с.34 •'с.32 •'с.Э1>

*С.ЗЗ *С.Э5 ^С.37 •'СЗ!'

(7.5)

Разница в значениях тока срабатывания двух смежных РЗ

обычно принимается примерно равной 10%.

В схемах с блокировкой по напряжению напряжение сраба-

тывания реле минимального напряжения выбирается по (4.14).

Чувствительность реле тока при КЗ проверяется, так же как и

чувствительность МТЗ, по (4.6).

Выдержка времени защиты выбирается из условия селек-

тивности. Для этой цели согласуются выдержки времени РЗ,

действующих в одном и том же направлении, которые по это-

му признаку делятся на две группы:

И &

< *Б* < *Б. < «Б.- (

)

<А1 > <Лз

*Л

> Ь

А1

Обозначая через А* ступень времени между двумя смежны-

ми РЗ, покажем графически согласование времени действия

РЗ (рис. 7.11).

Рассматривая диаграмму выдержек времени на рис. 7.11,

можно заметить, что направленность действия требуется не

для всех РЗ. Например, выдержка времени РЗ А

больше, чем

А-*-

-—В

А-1

Бг

А з

6» ^5 Бе

А 7

Бв

о»-

-*о

о*- -*о1о»- •*о|о»--»о

о«-

-»о|о». -*о|о»- -»о|

* 1 1*6*

*вг

*ЛЗ

хл

Чс

и?

*вв

РИС.

7.11. Встречно-ступенчатый

принцип выбора выдержек вре-

мени

262

рЗ Б

; следовательно, селективность РЗ А

при направлении

мощности КЗ к шинам может быть обеспечена без ОНМ. То же

самое относится и к РЗ Б

, отсюда вытекает общее правило,

что ОНМ должен устанавливаться на тех РЗ, у которых при на-

правлении мощности к шинам нельзя обеспечить селектив-

ность посредством выдержки времени. Для выяснения, в ка-

ких именно точках сети можно установить ненаправленную

МТЗ,

нужно сначала выбрать выдержки времени по встречно-

ступенчатому принципу.

Защита должна согласовываться по времени не только с

РЗ,

установленными на транзитных НЭП кольцевой или ради-

альной сети, но также с РЗ других присоединений, отходящих

от шин противоположной подстанции. Так, например, РЗ

4 на рис.

7.1,

б должна иметь выдержку времени, согласованную

с РЗ 6 и 8. Выдержка времени 1

выбирается на ступень выше

той РЗ, у которой время действия больше. Если 1

> 1

, то

= *

+ М.

7.7. МЕРТВАЯ ЗОНА

Выше указывалось на возможность отказа в действии РНМ

при КЗ вблизи места установки РЗ вследствие недостаточного

значения напряжения (рис. 7.12). Участок НЭП при КЗ, в пре-

делах которого РНМ не работает из-за того, что мощность на

его зажимах оказывается меньше мощности срабатывания,

называется мертвой зоной.

Для характеристики чувствительности РЗ важно знать про-

тяженность мертвой зоны. Имеются различия в определении

Рис. 7.12. Мертвая зона реле направ-

ления мощности

кю==^

©-

/си/

«/„-

ПТТТТТТТТТТТТТГгтптгп

-Г

263

мертвой зоны для индукционных и полупроводниковых РНМ.

Для индукционного РНМ по известному значению мощно-

сти срабатывания реле

ср

= Ц4,зш(а-Ф

) (7.7)

определяют напряжение срабатывания реле при КЗ на границе

мертвой зоны в точке М (рис. 7.12):

Ц, = Ц-т, = — • (

)

-Р

^зт(а-фр)

В выражение (7.8) подставляются значения:

- по завод-

ским данным или лабораторным испытаниям; 1, - определен-

ное расчетом при трехфазном КЗ в самом начале ЛЭП (точ-

ка N на рис. 7.12): Г = 1^ /Щ, где К} - коэффициент трансфор-

мации ТТ; 51п(а -

) - угол внутреннего сдвига а принимается

из каталога, ф для 90-градусной схемы равен ф

- 90° (ф

при-

нимается для сетей разного напряжения равным: 35 кВ - 45°,

ПО кВ -

60-70°,

220 кВ - 75-82°).

Поскольку РНМ включается на междуфазное напряжение,

4*1 =Ц:.р*1/Д (7.9)

где Ь',

- первичное фазное напряжение, необходимое для

срабатывания РНМ; К

- коэффициент трансформации ТН.

Длина мертвой зоны, км, определяется по выражению

, _ "Ф

•т

*кЛГ

у '

где 2

-удельное сопротивление 1км ЛЭП.

Для полупроводникового РНМ расчет мертвой зоны упроща-

ется, так как значение 11

ср

задано и предварительные вычис-

ления по его определению не нужны.

Мертвая зона является недостатком НТЗ. Однако опыт

эксплуатации показывает, что в случае применения чувстви-

тельных реле отказ последних из-за мертвой зоны крайне ре-

док вследствие малого значения 1

. Для обеспечения отклю-

чения КЗ в пределах мертвой зоны там, где это возможно,

устанавливается токовая (ненаправленная) отсечка.

264

7.8. ТОКОВЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ОТСЕЧКИ

Токовые направленные отсечки основаны на том же прин-

ципе, что и токовые ненаправленные отсечки (см. гл. 5). Реле

направления мощности в схеме отсечки не позволяет ей дей-

ствовать при мощности КЗ, направленной к шинам. Следова-

тельно, отстройка тока срабатывания направленной отсечки

ведется только от токов КЗ, направленных от шин подстанции.

Направленная отсечка применяется в сети с двусторонним

питанием, когда ненаправленная токовая отсечка оказыва-

ется слишком грубой из-за необходимости отстройки ее от то-

ка КЗ, протекающего с противоположного конца защищаемой

ЛЭП к шинам ПС, где установлена отсечка. Вследствие нали-

чия мертвой зоны у РНМ направленная отсечка должна приме-

няться только в условиях, когда простая отсечка не удовле-

творяет условию чувствительности.

Направленные отсечки выполняются мгновенными и с вы-

держкой времени. Выбор тока срабатывания производится,

как и у простой токовой отсечки, по (5.2).

Направленные отсечки реагируют на токи качания. Поэто-

му их следует отстраивать от токов при качаниях, как это было

показано в

5.5.

НТЗ со ступенчатой характеристикой. В ряде случаев при-

меняются трехступенчатые НТЗ, состоящие из мгновенной

отсечки, отсечки с выдержкой времени и чувствительной МТЗ.

Характеристика времени и зон действия такой РЗ соответ-

ствует показанной на рис. 5.9. Применение ступенчатой НТЗ

следует рекомендовать во всех случаях, когда она удовлетво-

ряет требованиям чувствительности и быстродействия.

7.9. ОЦЕНКА ТОКОВЫХ НАПРАВЛЕННЫХ ЗАЩИТ

Принцип действия НТЗ прост и надежен и позволяет обес-

печить селективную РЗ сетей с двусторонним питанием. Со-

четание направленных отсечек с НТЗ дает возможность полу-

чить ступенчатую РЗ, во многих случаях обеспечивающую

достаточную быстроту отключения КЗ и чувствительность.

К недостаткам ее следует отнести: большие выдержки вре-

мени, особенно вблизи источников питания; недостаточную

чувствительность в сетях с большими нагрузками и небольши-

ми относительно их кратностями тока КЗ; мертвую зону при

265

трехфазных КЗ; возможность неправильного выбора направ-

ления при нарушении цепи напря|жения, питающей РНМ.

Максимальная направленная РЗ широко применяется в

качестве основной РЗ сетей напряжением до 35 кВ с двусто-

ронним питанием и в простых кольцевых сетях с одной точ-

кой питания.

В сетях ПО и 220 кВ НТЗ применяется в основном как резерв-

ная,

а иногда, в сочетании с отсечкой, как основная, если она

удовлетворяет требованиям по чувствительности и быстродей-

ствию.

Вопросы для самопроверки

Назначение дополнительной маркировки выводов ("*")

у реле направления мощности?

Где расположена и чем обусловлена "мертвая зона" реле

направления мощности?

Какие схемы соединения обмоток трансформаторов тока

и напряжения использует комплект направленной защиты

от междуфазных КЗ?

Какой тип реле мощности следует использовать в направ-

ленной защите от междуфазных КЗ?

Почему токовая направленная защита не может приме-

няться в сложных сетях с несколькими точками питания?

Глава восьмая

ЗАЩИТА ОТ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ

В СЕТИ С ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

8.1.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для защиты ЛЭП от КЗ на землю (одно- и двухфазных)

применяется РЗ, реагирующая на токи и мощности нулевой

последовательности (НП). Эта РЗ осуществляется более прос-

то и имеет ряд преимуществ по сравнению с рассмотренной

выше МТЗ, реагирующей на полные токи фаз. Защиты НП вы-

полняются в виде МТЗ НП и отсечек как простых, так и на-

правленных.

266

Рис.

8.1.

Однофазное КЗ в сети (а) и прохождение токов /

под действием [7

оК

(б)

Векторные диаграммы токов и напряжений при однофазном

КЗ приведены на рис. 1.6. При однофазном КЗ ток НП в месте

повреждения 1

ок

равен 1/3 тока КЗ в поврежденной фазе и

совпадает с ним по фазе, а напряжение (7

0К

в точке КЗ равно

1/3 геометрической суммы напряжений неповрежденных фаз.

Под действием напряжения НП, возникающего в месте

повреждения (точка К на рис. 8.1), возникают токи /

оК

, которые

замыкаются по контуру фаза-земля через место повреждения

(точку К) и заземленные нейтрали. Таким образом, при КЗ на

землю появление

токов

^ возможно только в сети, где имеют-

ся

трансформаторы

с заземленными нейтралями. При несколь-

ких заземленных нейтралях ток НП от места повреждения раз-

ветвляется между ними обратно пропорционально сопротив-

лениям ветвей. На рис. 8.2 показаны характерные случаи рас-

пределения токов НП в схемах сети. Направление токов, про-

ходящих к месту КЗ, принято за положительное. Если зазем-

лена нулевая точка трансформатора только с одной стороны

ЛЭП, то при КЗ на землю на ней токи НП проходят только

на участке между местом повреждения и заземленной нейт-

ралью. Если же заземлены нейтрали трансформаторов с двух

сторон рассматриваемого участка (рис. 8.2, б), токи НП прохо-

дят с обеих сторон от места КЗ. ,

Это позволяет сделать вывод, что распределение токов НП

в сети определяется расположением не генераторов, а зазем-

ленных нейтралей.

Если трансформатор имеет соединение обмоток звезда-

треугольник, то замыкание на землю на стороне треугольника

не вызывает токов НП на стороне звезды. Поэтому РЗ, установ-

ленные в сети звезды, не действуют при замыканиях на землю

в сети треугольника.

267

а) \з!о "^Щз!.

\з1'о 31'\ ®\31»

°31»\

•>0к

Рис.

8.2. Распределение токов нулевой последовательности при однофазном КЗ:

—

при заземлении нейтрали с одной стороны ЛЭП; б

—

при заземленных

нейтралях с обеих сторон ЛЭП; в

—

при заземлении нейтралей в сетях высшего

и низшего напряжений; г

—

при КЗ в сети с автотрансформатором

268

Рис.

8.3.

Однофазное КЗ:

а — участок сети с однофазным

КЗ;

б — схема замещения нулевой

последовательности; в

—

зависимости

УО=/СР-К>

и и

Ф -/ОР-К)

е-даг=р

"Г^т

°о*

1(к-г)(хо(гч,))

Если же сети различных на-

пряжений связаны трансфор-

матором, имеющим соедине-

ние обмоток звезда-звезда, с

заземленными нулевыми точ-

ками обеих обмоток (рис 8.2, в),

то КЗ на землю в сети одной

звезды вызывает появление

токов НП в сети второй звезды.

При наличии автотрансформатора АТ, связывающего сети

двух напряжений (рис. 8.2, г), КЗ на землю в сети одного напря-

жения вызывает появление токов НП в сети другого напряже-

ния, так же как и в схеме на рис. 8.2, в.

Из схемы замещения НП, приведенной на рис. 8.3, б, следу-

ет, что напряжение 1/

р в какой-либо точке сети, например в

точке Р - месте установки РЗ, меньше напряжения

оК

в мес-

те КЗ (точке К) на значение падения напряжения в сопротив-

лении 2

(х_р) между точками К и Р, т.е.

ЫоР

ЫоК

1о

о1К-Р).

(8.1)

Таким образом, чем дальше отстоит точка Р от места повреж-

дения К

тем меньше напряжение С/

В месте заземленных нейтралей трансформаторов (точ-

ке Н) напряжение 11

н = 0, так как точка Н непосредственно

связана с землей. Зависимость

= /('(К-Р)) имеет линейный

характер и представлена на рис. 8.3, в, где для сравнения по-

казано изменение напряжения поврежденной фазы Цд в зави-

симости от расстояния до точки К. Учитывая, что в точке Н

напряжение 11

н равно нулю, напряжение И

в точке Р мож-

но определять как падение напряжения от точки Н до точ-

ки Р в сопротивлении Х

(н-Р) (сопротивлением #

пренебрега-

ем,

так как в сети 110 кВ и выше оно мало):

оР = *оР*о(Н-Р)- (8.1а)

269

8.2. МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА

НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Схема и принцип действия защиты. Ненаправленная МТЗ

НП применяется в сети с односторонним питанием места КЗ

током 1

, т. е. при расположении трансформаторов с заземлен-

ной нейтралью с одной стороны защищаемого участка. Функ-

циональная схема этой РЗ состоит из одного ИО - пускового

токового реле КАО (рис. 8.4, а, б), реле времени КТ и исполни-

тельного реле КЬ. Реле тока КАО включено на фильтр тока

НП, в качестве которого используется нулевой провод ТТ,

соединенных по схеме полной звезды. Ток в КАО равен гео-

метрической сумме вторичных токов трех фаз:

/Р

=1« +к+к-Чъ'Ъ-

(8.2)

При появлении тока 3/

реле КАО срабатывает и приводит

в действие реле времени КТ; последнее через время I подает

сигнал на промежуточное реле КЬ, которое дает команду на

отключение выключателя.

Согласно (8.2) ток в пусковом реле РЗ появляется только

в том случае, когда имеется ток 1

, поэтому МТЗ НП, показан-

ная на рис. 8.4, может работать только при одно- и двухфазных

ИО . Логическая часть

По

КАО

КТ

кн

КЬ

а.)

\1А

-X I I 1

КАО

На отключение

* ^ «

И П На отклю-

Рис.

8.4. Схема токовой защиты нулевой последовательности:

—

структурная схема; б

—

токовые цепи; в

—

схема оперативных цепей РЗ

с электромеханическими реле ,

270