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

Подождите немного. Документ загружается.

*ол

АКО -*•

31орасч-31ок1

т1(1

"ов

-*• В -±г

Рис.

8.12. Расчет /

сз

мгновенной направленной отсечки нулевой последова-

тельности в сети с двусторонним питанием токами /

Отсечки с выдержкой времени (реле 2 на рис. 8.11, а) отстраи-

ваются по току и времени от мгновенной токовой отсечки НП

3 следующей ЛЭП №2. При расположении нейтралей с одной

стороны защищаемой линии К1 ток 3/

в отсечках 2 и 3 при

КЗ на ЛЭП №2 одинаков. Поэтому, исходя из условия селек-

тивности, принимают

—

/с

отс

./с.зз>

(8.9)

где

0ТС

= 1,2.

Выдержка времени 1

- *

+ ^*-

Максимальная токовая защита НП. При согласовании устав-

ки времени с РЗ трансформаторов необходимо учитывать, что

МТЗ НП, в отличие от МТЗ, реагирующих на фазные токи, не

действует при КЗ за понижающими трансформаторами с соеди-

нением обмоток г/д или г/г с изолированными нейтралями,

поскольку при этом на стороне высшего напряжения ток 3/

не возникает (см. рис. 8.2, 6).

Зоны действия отсечек определяются графически по точ-

ке пересечения кривой 31

= /(1р-к) с прямой 7

СЗ

, как показано

на рис. 8.11,6. Для полноценной защиты отсечки мгновенные

и с выдержкой времени должны дополняться МТЗ НП, пол-

ностью резервирующей предыдущие присоединения. Выбор

ее уставок рассматривается ниже.

Направленные отсечки нулевой последовательности. Ток

срабатывания направленной мгновенной отсечки НП выбира-

ется так, чтобы она не действовала при КЗ за шинами противо-

положной подстанции В (рис. 8.12,

а,

б). Для выполнения это-

281

го требования необходимо принять

'сэ =

к„3/

орасч

(8-Ю)

Значение /

ора

сч должно определяться для реально возмож-

ной схемы сети и режима заземленных нейтралей, при кото-

рых определяемый ток будет максимальным. Для отсечки с

реле РТ-40 и полупроводниковыми реле тока на ЛЭП 110-220 кВ

можно принимать к

= 1,2 -*- 1,3, а для реле РТ-80 и РТ-90 к

= 1,4

-5-

1,5. На ЛЭП 330-750 кВ к

= 1,4 - 1,5 с учетом того, что

апериодическая составляющая тока КЗ в этих сетях затухает

медленнее [6].

Если в сети, где установлена МТЗ НП, возможна работа ка-

кой-либо ЛЭП двумя фазами (например, во время действия

ОАПВ), то ток срабатывания РЗ нулевой последовательности

нужно дополнительно отстроить от токов 3/

, появляющихся

в указанном режиме, или принять

> ^

АПВ-

В общем случае чувствительность МТЗ НП характеризуется

коэффициентом чувствительности к

0ГШП

0СЗ

где

от1п

минимальный ток НП при однофазном КЗ на землю для двух

случаев: в конце защищаемой ЛЭП и в конце резервируемого

участка. В первом случае считается нормальным к

> 1,5,

а во втором-не менее 1,2.

ТОК

срабатывания мгновенных отсечек на параллельных

линиях необходимо выбирать с учетом наличия значительной

взаимоиндукции от параллельной цепи, а также от парал-

лельных участков линий, проходящих вблизи, которые ока-

зывают существенное влияние на сопротивление НП [5]. При

одинаковом направлении токов I в обеих цепях взаимоиндук-

ция одной ЛЭП увеличивает сопротивление второй, а при

различном - уменьшает его. В результате этого в первом слу-

чае токи в параллельных ЛЭП уменьшаются, а во втором -

увеличиваются. Имея это в виду, максимальное значение

тока

в параллельных линиях при внешних КЗ определяют

из рассмотрения трех расчетных схем (рис. 8.13, а-в).

При КЗ в точке К1 на шинах противоположной подстанции

возможны две схемы, показанные на рис. 8.13,

а,

б. Максималь-

ный ток

в ЛЭП получается в случае отключения одной из

параллельных цепей и заземления ее с двух сторон (рис. 8.13, б)-

В этом режиме сопротивление оставшейся в работе линии Ш

вследствие взаимоиндукции от тока /

уменьшается, что

влечет за собой увеличение расчетного тока.

282

-О

X -И-

В>

ИЛ?

-о-

- в

К1

-о

Е&

-о-

.2 *«

*§

^ (3 -Отключен

Рис.

8.13. Расчет токовой отсечки на параллельных линиях. Расчетные схемы

для выбора тока срабатывания отсечек нулевой последовательности на парал-

лельных ЛЭП (а—в) и характер изменения тока /

при КЗ на односторонне от-

ключенной параллельной линии \У2 (г)

Третья расчетная схема приведена на рис. 8.13, е. При опре-

деленных сочетаниях сопротивлений Х

элементов рассматри-

ваемой сети ток I в ЛЭП

У/1

может достигнуть максимального

значения не в случае повреждения на шинах в точке К1, а

при КЗ на параллельной ЛЭП в точке К2 в режиме односторон-

него отключения этой ЛЭП. Хотя КЗ в точке К2 является более

удаленным, чем КЗ в точке К1, ток / в ЛЭП

У/1

в этом случае

может оказаться больше благодаря уменьшению сопротив-

ления У/1, вызванного взаимоиндукцией от У/2, создаваемой

током I , направленным противоположно 1

. Характер изме-

нения / , / в зависимости от положения точки КЗ показан

01'

на рис. 8.13, г. В качестве /

0 ч

берется большее из получен-

ных значений I .

Из теории расчета токов КЗ [5] известно, что при равенст-

ве суммарных сопротивлений прямой и обратной последова-

тельностей схемы замещения ток /

> Д

1,1

', если Х

% > Х^.

Подсчитав и сопоставив

с Х^, находят расчетный вид КЗ

(одно- или двухфазное КЗ на землю).

283

Чувствительность первой ступени МТЗ НП проверяется

при КЗ на землю в месте ее установки. Коэффициент чувстви-

тельности должен быть не менее 1,2 [6]. Зона действия отсеч-

ки может быть найдена графически, как показано на рис. 8.11,

по точке пересечения кривой 3/

=/(/р_к) с /

сз

- Кроме отстрой- ,

ки от токов КЗ необходимо проверить отстройку мгновенной

отсечки от токов неполнофазного режима, появляющихся при

неодновременном замыкании фаз выключателя и при дейст-

вии ОАПВ. От неодновременности замыкания фаз, которая в

нормально отрегулированном выключателе очень мала, мож-

но отстроиться собственным временем отсечки 0,06-0,1 с.

От неполнофазного режима, возникающего в цикле ОАПВ,

отсечка с (= 0 с должна отстраиваться током срабатывания

по (8.11).

Уставки отсечки с выдержкой времени. Селективность от-

сечки (АК1 на рис. 8.14) с выдержкой времени ( > 0 обеспечи-

вается ограничением ее зоны срабатывания^ так чтобы отсеч-

ка АК1 не действовала за пределами быстродействующей зо-

ны защиты АК2, установленной на следующем участке (\У2),

и была бы согласована с АК2 по времени. Исходя из этого ус-

ловия ток срабатывания рассматриваемой отсечки АК1 отстраи-

вается от тока 3/

, появляющегося в защищаемой ЛЭП Ш

при КЗ в конце зоны РЗ АК2 (точка М на ЛЭП

№2).

Ток срабаты-

вания отсечки АК1 определяется по выражению

••с.3 " *отс *т 3-/

тах >

(8.11)

где 31

мтах - максимальное значение периодической состав-

ляющей тока 3/

, проходящего по У/

, при КЗ на землю в точ-

ке М (в конце зоны РЗ, от которой производится отстройка);

- коэффициент токораспределения, учитывающий влияние

тока подпитки 1

от

от нейтрали трансформатора Г, подключен-

ного к шинам противоположной ПС В, /с

оШ

/3/

;

тс

не

учитывает апериодической составляющей тока 31

, поскольку

'отс ** 0,3-ь0,5 с;

*с

отс

= 1,1.

Если к шинам противоположной ПС В подключен автотранс-

форматор или трансформатор с соединением обмоток

/У

заземленными нейтралями, то отсечка должна быть отстроена

по току и времени от РЗ БП с I = 0, с установленной на АТ (транс-

форматоре), направленной в сторону смежной сети другого

напряжения или от конца зоны дифференциальной РЗ этих

элементов.

284

АК1

АК2

Нов

? С

• • *-КЛ1 »*0А I I *•«*<! "'»» I << у"

•08

ОАК1 О О

о -Ь

-± АК1 "

г)

Рис. 8.14. Расчет направленных отсечек нулевой последовательности с выдерж-

кой времени:

—

схема сети; б

—

графический расчет; в

—

схема замещения; г

—

согласова-

ние уставок защит на параллельных ВЛ

На рис. 8.14 приведен графический способ определения

значения 31

м в (8.11) и зоны действия отсечки с выдержкой

времени АК1. Строятся кривые 1

АК1

?АК2

(рис. 8.14, 6") изме-

нения тока 31

, проходящего в реле отсечек АК1 и АК2 при КЗ

в разных точках У/1 и

У72.

По точке пересечения кривой 1^к2

с прямой /

дк2 находится граница (точка М) зоны действия

мгновенной отсечки В, установленной на N2.

Для найденной точки М по кривой 1

АК1

определяется зна-

чение тока 31

м, проходящего через отсечку АК1 при КЗ в

конце зоны действия отсечки В. Полученный ток 3/

оМ

являет-

ся расчетным током, от которого нужно отстроить отсечку

АК1.

Подставляя найденный ток в (8.11), находим /

А/Н»

котором отсечка А не работает за пределами зоны действия

отсечки АК2. Ток

АКЬ

удовлетворяющий этому условию,

можно найти аналитически, определив коэффициент токорас-

пределения к

в схеме НП рассматриваемого участка сети

(рис.

8.14, а).

285

Из схемы замещения этого участка

(рис.

8.14,

в)

следует,

что

при КЗ в

любой точке

ЛЭП \$2

отношение между токами

у?1

у/

является постоянной величиной

равно:

^т

оВ _

—•*•—^—^—

— ' — /Ст..

Отсюда

А>Ш

^т^оШ- (8.12)

При

КЗ в

конце зоны отсечки

условиях, когда последняя

находится

на

грани действия,

ток

щ2

1с.зАК2>

подставив

это

в (8.12), найдем,

что в

этом случае

по

отсечке

АК1

будет прохо-

дить

ток 1

от

МсзАЮ-

Если принять

зАК

1 =

Мс.зАК2,

то при

токе

оК2

к.зАК2

ток

ул,

проходящий

по

отсечке

АК1,

также будет меньше

с-3

АК1

следовательно,

РЗ АК1 не

будет действовать

за

пре-

делами зоны действия

РЗ АК2. С

учетом этого принимается:

^с.з АК1

= ^н ^т

*с.э

АК2-

При выборе

АК1

отсечки

выдержкой времени

на

парал-

лельных

ЛЭП для

определения максимального значения

орасч

необходимо исходить

из

расчетных схем, приведенных

на

рис. 8.13. В

этом случае чувствительность отсечки

АК1 со-

гласуется

мгновенными отсечками

АК2 и АКЗ (рис. 8.14, г).

Выдержка времени

1^к1

отсечки

АК1

принимается

на

ступень

А*

больше времени действия отсечки

АКЗ на

парал-

лельной ЛЭП

отсечки

АК2.

При наличии ОАПВ, которое широко применяется

сетях

ВН

и СВН, ток

срабатывания отсечки

надо отстроить

от

появляющегося

неполнофазном режиме

на

защищаемой

ЛЭП

цикле ОАПВ (если *ОАПВ

> *

или

отстроить отсечку

по времени, выбрав

^ОАПВ-

Выбор уставок чувствительных ступеней

МТЗ

нулевой

по-

следовательности. Уставки чувствительных ступеней (третьей

и четвертой)

МТЗ НП

согласуются

по

чувствительности

и вы-

держкам времени

уставками аналогичных

РЗ,

установлен-

ных

на

предыдущих участках контролируемой сети. Кроме

того,

токовые реле чувствительных ступеней

МТЗ НП

должны

отстраиваться

от

токов небаланса, возникающих

нулевом

проводе

ТТ при

протекании больших токов

КЗ или

качаний.

286

Чтобы исключить неселективное срабатывание МТЗ НП

под воздействием тока небаланса при междуфазных КЗ за

пределами защищаемой ЛЭП, ток срабатывания РЗ выбирает-

ся больше тока небаланса по следующему выражению:

^с.з НП

^отс ^нб тах • (8.13)

Это условие должно выполняться, если рассматриваемая

МТЗ НП имеет выдержку времени, равную или меньшую, чем

РЗ от междуфазных КЗ, установленная на поврежденном эле-

менте. Как правило, указанное соответствует условию отстрой-

ки от токов небаланса при КЗ между тремя фазами за транс-

форматорами и на стороне низшего напряжения автотрансфор-

маторов подстанций данного и противоположного концов

защищаемой ЛЭП [6].

В (8.13)

0ТС

принимается равным 1,25, а /

нб

определяется

по выражению

^нб

^нб-^расч! (8.Н)

где /

расч

соответствует току трехфазного КЗ; к

нб

принимается

равным: 0,05 - при небольших кратностях /

до (2-3)/

ном

;

0,05-0,1 - при больших кратностях, но не превосходящих

(0,7-0,8)1

К10

к10

- предельная кратность первичного тока ТТ

при 10%-ной погрешности).

При больших кратностях тока КЗ /

б определяется в соот-

ветствии с [6].

Если выдержка времени рассматриваемой МТЗ НП превыша-

ет время срабатывания соответствующих РЗ от междуфазных

КЗ,

ток срабатывания чувствительной ступени МТЗ НП отстраи-

вается от тока /

ах

наиболее тяжелом нормальном ре-

жиме. Руководящие указания по РЗ [5] рекомендуют в этом

случае принимать меньшее из указанных выше значений

*е

н6

Если по ЛЭП, на которой установлена рассматриваемая

МТЗ НП, могут возникать синхронные качания или асинхрон-

ный ход, сопровождаемые значительным увеличением токов

во всех фазах, необходимо проверить отстройку РЗ от возни-

кающих при этом токов небаланса.

8.7. ОЦЕНКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

ТОКОВЫХ СТУПЕНЧАТЫХ ЗАЩИТ НП

В отечественных энергосистемах МТЗ НП получила широкое

распространение в сетях 110-1150 кВ. Положительными каче-

ствами РЗ являются простота схемы, высокая надежность и'

чувствительность; ОНМ, как правило, работает в условиях

наибольшей чувствительности. Практически на всех ЛЭП сред-

ней и большой протяженности успешно применяются отсечки

и вместе с тем многоступенчатые МТЗ НП.

К недостаткам, свойственные принципу действия РЗ, сле-

дует отнести то, что она реагирует на токи в неполнофазном

режиме и может работать ложно при обрыве фазного провода

во вторичной цепи ТТ, а НТЗ НП имеет мертвую зону по на-

пряжению при удаленных КЗ. Важным условием стабильности

зон РЗ является стабильность заземленных нейтралей транс-

форматоров и автотрансформаторов электрической схемы энер-

госистемы. Ч

Вопросы для самопроверки

Какой тип реле мощности применяется в защитах от замы-

каний на землю?

Как изменится ток однофазного КЗ при увеличении

числа заземленных нейтралей в сети?

Как графоаналитическим методом определить ток сра-

батывания второй ступени?

С какой целью составляются комплексные схемы замеще-

ния при расчете защит нулевой последовательности?

Что означает коэффициент токораспределения?

Глава девятая

ЗАЩИТА ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ

В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

9.1.

ТОКИ И НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ОДНОФАЗНОМ ЗАМЫКАНИИ

НА ЗЕМЛЮ

В отечественных энергосистемах электрические сети напря-

жением 6-35 кВ работают, как правило, с изолированной

нейтралью или с нейтралью, заземленной через большое ин-

288

3(с)

4(0

с(с)

°"Т"'Щ%'*>

\Иве

•

Рис.

9.1. Протекание фазных токов при замыкании на землю в сети с изолиро-

ванной нейтралью

дуктивное сопротивление дугогасящего реактора (ДГР), а так-

же с заземлением через большое активное сопротивление.

В отличие от сети с глухозаземленной нейтралью, однофазное

замыкание в сети с изолированной нейтралью не сопровождает-

ся появлением больших токов КЗ, поскольку ток повреждения

замыкается на землю через очень большие сопротивления

емкостей фаз сети.

Рассмотрим характер изменения напряжения и токов в се-

ти и их векторные диаграммы в нормальных условиях и при

однофазном замыкании на землю (К|

) в режиме, когда нейт-

раль сети изолирована, замкнута через дугогасящий реактор

или через активный резистор. Для упрощения принимаем,

что нагрузка сети отсутствует. Это позволяет считать фазные

напряжения во всех точках сети неизменными и равными

ЭДС фаз источника питания. На рис. 9.1 приведена радиальная

сеть с изолированной нейтралью с источником питания (гене-

ратором или понижающим трансформатором) и одной экви-

валентной ЛЭП, условно представляющей всю сеть. Распреде-

ленная емкость фаз относительно земли заменена эквива-

лентной сосредоточенной емкостью С

. Сопротивления К и X

ЛЭП не учитываются. Емкость источника питания также не

учитывается вследствие ее малого значения.

В нормальном режиме напряжения проводов А, В и С по

отношению к земле равны соответствующим фазным напря-

жениям Цд, у

, у

, которые при отсутствии нагрузки равны

ЭДС источника питания Е

, Е

. Векторы этих фазных на-

пряжений образуют симметричную звезду (рис. 9.2, а), а их

сумма равна нулю, в результате чего напряжение в нейтрали

289

1в(с)+1с(сг1?(с)

Игя+Уйй'-

У»*'

ё*

б)

Рис.

9.2. Векторные диаграммы фазных токов

напряжений:

—

нормальном, симметричном режиме;

—

при

замыкании одной фазы

на землю

N отсутствует:

17# = 0. Под

действием фазных напряжений

че-

рез емкости

фаз

относительно земли

Св,Сс проходят

то-

ки,

опережающие фазные напряжения

на 90°:

1А

/-}Х

;

где

= Ув/-]Х

; 1с = иЫ-}Х

соС

(9.1)

Сумма емкостных токов, проходящих

по

фазам

нормальном

режиме, равна нулю,

поэтому 3/

отсутствует

(рис.

9.2,

а).

Металлическое замыкание

на

землю одной фазы

сети

изолированной нейтралью. Допустим,

что

повредилась фаза

(см. рис. 9.1),

тогда

ее

фазное напряжение относительно

земли снижается

до

нуля

(Цд = 0).

Напряжение нейтрали

11ц

по

отношению

земле становится равным

у^ = У^ы

(рис.

9.1 и

9.2,

б), т. е.

напряжению, равному

по

значению

обратному

по

знаку заземлившейся фазы:

[Лг

—

Укм — —ЕЛ

"ЮЯ

(9.2)

Напряжение неповрежденных

фаз

относительно земли

по-

вышаются

до

междуфазных значений

Ув =

УВА

КЧС

МСА

•

Междуфазные напряжения остаются неизменными,

что

вид-

но

из

рис.

9.1

и 9.2.

290