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

Подождите немного. Документ загружается.

КЗ на землю. При междуфазных КЗ (без "земли"), а также при

нагрузке и качаниях МТЗ НП не действует, поскольку в этих

режимах сумма токов /д + 1в + 1с ~ О

И ток

отсутствует.

Важным преимуществом МТЗ НП является то, что она не

реагирует на нагрузку. Благодаря этому ее не требуется отстраи-

вать от токов нормального режима и перегрузок, что позволяет

обеспечить более высокую чувствительность этой РЗ по срав-

нению с МТЗ, реагирующими на фазные токи.

Однако в действительности работа МТЗ НП осложняется

погрешностью ТТ, обусловленной их током намагничивания

(см.

§ 3.1).

Поэтому в режимах, когда имеет место баланс первичных

токов

(1А

1в

1с ~ 0), сумма вторичных токов 1

+ 1ъ + 1с

^ 0«

В нулевом проводе и пусковом реле МТЗ НП появляется оста-

точный ток, называемый током небаланса (/

б)> который

может вызвать нежелательное действие РЗ при отсутствии

первичного тока 1

Ток небаланса. Значение /

б можно найти, если в (8.2) учесть

токи намагничивания ТТ:

нам \ 1в-1в нам \ 1с-1с нам

\ К/ / • \ К/ / • \ К/

1А

1В + 1с 1А нам

1в

нам 1с

1 \

(8.3)

Очевидно, что

второй

член в (8.3) является током небаланса.

Обозначив его /

б и выразив первый член (8.6) через /

, полу-

чим

= -^- - /нб- (8.4)

Выражение (8.4) показывает, что ток в пусковом реле МТЗ НП

состоит из двух слагающих: одно обусловлено первичным

током 7

и второе - погрешностью ТТ. Последнее искажает

значение тока 3/

, на которое реагирует МТЗ НП. Как следует

из (8.3), ток небаланса равен геометрической сумме намагни-

чивающих токов ТТ:

1А

нам

1В

нам 1с нам ,„ _.

/нб = + — + ~ • (8.5)

271

Сумма намагничивающих токов обычно не равна нулю.

Это объясняется тем, что токи намагничивания имеют неси-

нусоидальную форму и, кроме того, различаются по значению

и фазе вследствие нелинейности и неидентичности характе-

ристик намагничивания и неравенства в величине вторичных

нагрузок ТТ разных фаз. Значение тока /

нб тах

в нулевом про-

воде звезды ТТ обычно определяется при токе трехфазного

КЗ в расчетной точке.

Для ограничения тока небаланса ТТ должны работать в не-

насыщенной части характеристики намагничивания и иметь

по возможности одинаковые токи намагничивания во всех

фазах. Чтобы обеспечить эти условия, ТТ, питающие МТЗ НП,

должны: удовлетворять условию 10%-ной погрешности при

максимальном значении тока трехфазного КЗ в начале сле-

дующего участка; иметь идентичные характеристики намаг-

ничивания и одинаковые нагрузки вторичных цепей во всех

фазах.

8.3.

ТОКОВЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ЗАЩИТЫ

НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

В сетях с заземленными нейтралями, расположенными с

обеих сторон рассматриваемого участка, селективное действие

МТЗ НП можно обеспечить только при наличии органа направ-

ления мощности. Направленные МТЗ НП (НТЗ НП) действуют

при КЗ на защищаемой ЛЭП и не работают при повреждениях

на всех остальных присоединениях, отходящих от данной под-

станции. Такое поведение НТЗ НП обеспечивается с помощью

РНМ NN0, реагирующего на знак (направление) мощности НП

при КЗ. Выдержки времени на защитах НТЗ НП, действующих

при одном направлении мощности, должны выбираться по

ступенчатому принципу. Структурная схема направленной

защиты НП приведена на рис. 8.5, а. По этой схеме выполняют-

ся защиты как на электромеханических, так и на полупроводни-

ковых реле. Схема состоит из пускового реле КАО, реагирующе-

го на появление КЗ на землю, реле направления мощности

КУ/0, определяющего направление мощности при КЗ, и реле

времени КТ. Пусковое реле и цепь тока РНМ включаются на

в нулевой провод ТТ, соединенных по схеме полной звезды,

а на входные зажимы цепи напряжения РНМ подводится на-

пряжение ЗС/

от разомкнутого треугольника ТН. При таком

272

А//о

На.

ЭО

КН

КЬ

кт

1_.

Л.

АО

кт

г п

_31о

3"о_1

К№.1 КА0.1 КТ -

/г^о

{Н

лг.г

КН

.пр

//а

отключение

Рис.

8.5. Схема максимальной токовой направленной защиты нулевой последо-

вательности:

—

структурная схема; 6

—

схемы цепей тока и напряжения; в

—

цепи опера-

тивного тока

включении реле К№0 реагирует на мощность НП 5

= Ы

С учетом угла сдвига между векторами С/

* 90° и равенств

С/р = ЗС7

, /

= 3/

используются реле НП, реагирующие на мощ-

ность:

1/р/

яп(а

- ф

) = Ю

зт(а -

<р

(8.6)

где ф

= ф

-угол сдвига фаз между Ц, и

или Ы

и /

Условия работы РНМ НП можно понять из рассмотрения

векторных диаграмм напряжения и тока, питающих реле

([/„ и /

) при одно- и двухфазных КЗ на землю (рис. 8.6 и 8.7).

Для упрощения принято, что поврежденная НЭП разомкнута.

За исходные при построении всех диаграмм взяты векторы

ЭДС эквивалентного генератора энергосистемы Е

, Е

которые можно считать неизменяющимися при КЗ.

Однофазное КЗ, например, на фазе А характеризуется сле-

дующими условиями, вытекающими на рис.

8.6,а:

]

= 1

отстает от Е

на 90°; у

АК

= 0; у

= Е

; у

= Е

. Векторы

273

\1л-1к\

Точка.

х--У

к=0;у

вк

=Е

;у

ск

=Е

точна.

Р:и

АК

; и

ВР

=Е

;у

СР

=Е

а)

^в*

1й

ЗЦок =

Увк

Цск =

-Е

В)

1л

=1к

ЗУОР=У.

У.

\1СР=ЗУОН~УАР

зу.ор<зиок

ЗУок

г)

Рис. 8.6. Векторные диаграммы токов

напряжений

при

однофазном КЗ:

—

схема сети;

—

диаграмма

точке

К; в

—

диаграмма

точке

Р;

г, д

—

диа-

граммы, построенные с помощью симметричных составляющих

и Зу

находятся геометрическим сложением векторов

фазных токов

напряжений.

месте

КЗ ток 3/

ок

и,

следо-

вательно,

ок

—1А

вектор

Зу

—

(Ывк

+ Иск)-

при-

нятых допущениях

вк

+ у

ск

= -Ед,

поэтому

Уок

- "Т^Л-

(8.7)

Из рис. 8.6,

следует,

что /

ок

опережает

ок

на 90

Векторная диаграмма напряжений

токов

точке

Р,

уда-

ленной

от

места однофазного

КЗ,

отличается

от

предыдущего

случая значениями

и (7

: Ы

Ар

= ]1

0к

Напряжения

не-

поврежденных фаз:

=Е

и Ц

(рис. 8.6,

в).

274

точна,

к-и

к=0)и

к-Е

Точка Р:

ОВР=1ВХа,ЦСР=1СХС',У.АР

= Е

.ПАР

ЗМОР^МАР+ЦВР+УСГ

ВР

Мс1=Увг'

,<иА1=ЦАг

М°

1с

1=Исг

"*~~

г)

Рис. 8.7. Векторные диаграммы при двухфазном КЗ на землю:

—

токораспределение при двухфазном КЗ; б, в

—

диаграммы в точках К

и Р; г, д

—

диаграммы, построенные с помощью симметричных составляющих

Векторы Ц

оР

и 7

0к

аналогично предыдущему случаю находят-

ся геометрически суммированием фазных напряжений и токов.

оР=Т^АР

Шр

Иср)-

В соответствии с этим 1

-А'

^ор

При двухфазном КЗ на землю векторная диаграмма

токов и напряжений в месте повреждения фаз В и С приведена

на рис. 8.7,

б-

Этот вид повреждения характеризуется в месте

КЗ тремя условиями, очевидными из рис. 8.7,

а:

вк

= 0; 11

ск

= 0;

= 0; у

= Е

. В поврежденных фазах проходят токи 1

и 1

каждый из которых состоит из двух составляющих, показан-

ных на рис. 8.7 пунктиром.

Одна составляющая замыкается по контуру поврежденных

фаз В и С и обусловливается разностью ЭДС Е

- Е

, а вторая

проходит по контуру поврежденная фаза - земля под действием

~в

Шс

соответственно. Результирующие токи 1

и 1

, в отли-

чие от токов при двухфазном КЗ без земли, сдвинуты между

собой на угол 8, меньший 180° (рис. 8.7, б):

014

Ыок =

-^ЫАК,

а /

ок

= — (1в + 1с)-

Диаграмма для точки Р, находящейся на некотором удале-

нии от места повреждения, представлена на рис. 8.7, е. Оче-

видно, что токи в точке Р такие же, как и в точке К. Напряже-

ние неповрежденной фазы также не меняется. Напряжения

поврежденных фаз Увр и Цср равны падению напряжения от

точки К до точки Р.

Напряжение у

р = —

ШАР

ЫВР

ЫСР)-

С учетом того, что

ПАР

ЕА>

находим

ПОР = — ШАР + УВР + ЫСР)-

Отсюда и из векторной диаграммы следует, что 1/

р < И

Ток 1

опережает У

к и У

р на угол Ф

ок

. Если не учитывать

активного сопротивления, то ф

ок

= 90°.

Векторные диаграммы на рис. 8.6 и 8.7 позволяют сделать

выводы:

1) угол сдвига Ф

= Ф

, определяющий знак и значение

мощности 5р, на которую реагируют РНМ НП, равен (считая

7, = X), согласно рис. 8.7, б, в, 90°. При учете активного сопро-

тивления сети Ф

составляет 100-120°. Отсюда следует, что

для НТЗ НП необходимо применять РНМ, имеющие макси-

мальный момент в диапазоне значений ф

= 90

-*•

120°. К подоб-

ным реле относятся электромеханические реле типа РБМ-177

с а = -20° и Ф

= -110° и реле на интегральных микросхемах

типа РМ

12-11,

РМ 12-18 с ф

= - 100°;

2) ток 3/

при однофазном КЗ равен /

(в режиме односто-

роннего питания), а при двухфазном КЗ с землей - геометри-

ческой сумме токов поврежденных фаз, т. е. току КЗ, проходя-

щему через землю;

3) напряжение ЗГ7

имеет наибольшее значение (равное

фазному напряжению) в месте КЗ (точка К). По мере удаления

от точки КЗ напряжение 3(7

уменьшается. Из рис. 8.3, в сле-

дует, что чем дальше от места КЗ находится РНМ, тем хуже

условия его работы. При удаленных КЗ

([/

)

может оказать-

ся меньше

ср

(и

ср

в результате чего РНМ, а следовательно,

и РЗ не будут работать.

Для расширения зоны действия НТЗ НП необходимы высоко-

чувствительные РНМ. Для исключения отказа РНМ из-за не-

276

Рис.

8.8. Схема максимальной токовой

защиты нулевой последовательности

с блокирующим реле направления

мощности:

—

схема сети; б

—

цепи оператив-

ного тока

достаточной чувствительности при удаленных КЗ можно при-

менять схему, показанную на рис. 8.8. В этой схеме реле

КУМ)

срабатывает не при КЗ на защищаемой ЛЭП (как в обычных

схемах), а при повреждениях на землю (точка К2) на ЛЭП и

трансформаторах, подключенных к шинам, от которых отходит

защищаемая ЛЭП. При этом реле

КУ70

подает сигнал, блоки-

рующий НТЗ НП, т. е. запрещающий ей действовать. В случае

КЗ на защищаемой ЛЭП (Ю) реле

КМ70

не работает и НТЗ НП

действует только по сигналу, подаваемому реле тока КАО без

разрешающего сигнала РНМ, как ненаправленная НТЗ НП.

При такой схеме чувствительность пускового реле должна быть

меньше чувствительности РНМ, когда последнее блокирует РЗ.

8.4.

ОТСЕЧКИ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Назначение, принцип действия и разновидности отсечек.

Для ускорения отключения КЗ на землю в сетях с глухозазем-

ленной нейтралью применяются отсечки, реагирующие на

ток НП. Принцип действия их такой же, как и у отсечек,

реагирующих на фазный ток (см. гл. 5). Отсечки НП выполня-

ются направленными и ненаправленными, мгновенными и

с выдержкой времени. Токовые ненаправленные отсечки НП

применяются на ЛЭП с односторонним питанием КЗ токами

т. е. там, где заземленные нейтрали трансформаторов рас-

положены с одной стороны ЛЭП.

Схема отсечки с выдержкой времени выполняется так же,

как и для МТЗ НП, по структурной схеме на рис. 8.4. Отсечка

без выдержки времени выполняется по той же схеме, но без

реле времени КТ.

кт\

К1

„/!„, «Т

| К№.1

3? Г\ 1

КТ

%, Г"1

На.

отключение

277

Ненаправленные отсечки НП мгновенного действия можно

применять и в сети, имеющей заземленные нейтрали с обеих

сторон защищаемой ЛЭП, если, выполняя требование селек-

тивности, удается обеспечить необходимую чувствительность

отсечки.

Направленные отсечки НП, как и ненаправленные, имеют

токовый пусковой орган и дополнительно орган направления

мощности (ОНМ), в качестве которого служит РНМ смешан-

ного типа, такое же, как в схеме МТЗ НП. Схема направлен-

ной отсечки с выдержкой времени имеет реле времени КТ

и выполняется аналогично схеме на рис. 8.5. Направленная

отсечка с РНМ выполняется по этой же схеме, но без реле вре-

мени КТ. ОНМ разрешает отсечке действовать только в одном

направлении - при КЗ на защищаемой ЛЭП. Благодаря этому

отпадает необходимость в отстройке отсечек от 3/

, проходяще-

го по защищаемой ЛЭП при КЗ на шинах подстанции, где она

установлена.

83.

СТУПЕНЧАТАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА

НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

В сетях ПО кВ и выше большое распространение получила

ступенчатая НТЗ НП, а на радиальных ЛЭП с односторонним

питанием током 1

и ненаправленная МТЗ НП. Ступенчатая

РЗ состоит из сочетания отсечек без выдержки и с выдержкой

времени и МТЗ НП. ЧЭАЗ выпускает эту РЗ в комплекте с

дистанционной РЗ типа ЭПЗ-1636 и с дистанционной РЗ на

ИМС - типа ЩДЭ-2801. Схема и характеристика подобной

4-ступенчатой НТЗ НП приведены на рис. 8.9 и 8.10.

Первая ступень РЗ является отсечкой без выдержки време-

ни,

выполняется с помощью реле тока КА01 и направления

мощности ЮУ0, обеспечивает быстрое отключение КЗ в первой

половине защищаемой ЛЭП. Вторая ступень отстраивается

от токовой отсечки следующего участка и имеет

1ц

= 0,4

•*•

0,6 с;

она осуществляется посредством реле КА02 и реле времени

КТ1,

обеспечивает РЗ второй половины защищаемой ЛЭП.

Третья ступень отстраивается от второй ступени РЗ следующе-

го участка и имеет выдержку времени

1щ

= 0,9 -г- 1,1 с, она вы-

полняется с помощью реле КА03 и КТ2, служит для резерви-

рования ЛЭП, отходящих от шин противоположной ПС. Чет-

278

КА01 КАОЗ

К\А/

Рис.

8.9. Четырехступенчатая направ-

ленная защита нулевой последователь-

ности:

а - цепи тока и напряжения; 6 —

оперативные цепи

+ Ш0.1 КА01.1 КИ -

©Ч

.ш

^—I—©

*2А , '

Гм

| I

•

«м

*2В

а* м

I П ^

*1В

*зв

Рис.

8.10. Характеристика времени

действия трехступенчатой защиты ну-

левой последовательности и согласо-

вание ее со смежной РЗ В: 1

д с *

в»

'зЛ

<гВ

и 1

зВ

вертая ступень предназначена для резервирования РЗ сле-

дующего участка с наибольшим коэффициентом чувствитель-

ности. Она выполняется с помощью реле КА04 и КТЗ. Для

отстройки отсечки от действия разрядников предусмотрено

промежуточное реле КЫ с временем срабатывания 0,03-

0,06 с.

8.6. ВЫБОР УСТАВОК ТОКОВЫХ ЗАЩИТ

НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Ненаправленные отсечки нулевой последовательности.

Как уже отмечалось выше, токовые ненаправленные защиты

НП применяются на ЛЭП с односторонним питанием места

КЗ токами /

там, где заземленные нейтрали трансформаторов

расположены с одной стороны линии (рис.

8.11,

а).

Мгновенные отсечки НП отстраиваются от тока

отах

при

КЗ на шинах противоположной ПС аналогично (5.2):

•'с.З

—

*ОТС

Э1

отах

•

(8.8)

Ненаправленные токовые отсечки НП можно применять

также в сети, имеющей заземленные нейтрали с обеих сторон

защищаемой ЛЭП (рис. 8.12). В этом случае селективность

действия ненаправленной отсечки АК достигается отстрой-

кой ее тока срабатывания от токов, проходящих по защища-

емой ЛЭП как при КЗ на шинах противоположной ПС В, так

и при КЗ на шинах ПС А, где установлена отсечка (рис. 8.12, а).

По большему из этих двух токов

ок1тах

или

ок2тах

опреде-

ляется ток /

.АК> обеспечивающий селективность отсечки.

Если при этом чувствительность ненаправленной отсечки

окажется недостаточной, следует применять направленную

отсечку НП. Расчет ведется по (8.8).

тЧт*

1\<я&-

' НЗЕЪ

к.

~2^

т _[

1('-к)

Рис. 8.11.

Зашита линий

помощью от-

сечек нулевой последовательности

(а);

графический расчет и зона дей-

ствия этих отсечек (б); согласование

времени и зон действия РЗ 2 и 3:

1 — /

с>3

мгновенной отсечки на

У/1;

2 — /

.з

~ отсечки с выдержкой вре-

мени на Ш; 3 — /

.зз

—

отсечки мгно-

венного действия на К2; 1

'зз ~"

зоны действия отсечек

2, 3

280