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

Подождите немного. Документ загружается.

питанием она обладает большей чувствительностью, чем то-

ковые РЗ, реагирующие на ток, проходящий только по одному

концу ЛЭП. Зона действия РЗ охватывает участок ЛЭП, рас-

положенный между ТТ, к которым подключено токовое реле.

10.2.

ТОКИ НЕБАЛАНСА В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЕ

Выразив в (10.2) вторичные токи через первичные, с учетом

погрешности ТТ получим

в реле:

/нб = (й/К/-/1нам) - (/ц/К/-;п„ам), (10.5)

где /I

нам

1ц

нам

- токи намагничивания, отнесенные ко вто-

ричным обмоткам ТТ {ТА! и ТАЛ). Так как при внешнем КЗ,

сквозных токах нагрузки и качаний первичные токи в начале

и конце ЛЭП одинаковы, /1=/и, (из 10.5) получим

/нб = /П нам ~/1 нам- (10.5а)

Это выражение показывает, что значение тока небаланса

определяется различием значений токов намагничивания ТТ.

Следователььно, для уменьшения тока небаланса необходи-

мо выравнивать токи намагничивания

Нам

/ц

нам

по значе-

нию и фазе. Ток намагничивания ТТ (см.

3.2) зависит от маг-

нитной индукции В

, а также от вторичной ЭДС Е

ТТ

(рис.

10.2, а). Из сопоставления характеристик

и 2 на рис. 10.2, а

следует, что ток небаланса будет равен нулю при совпадении

характеристик намагничивания 1 и 2 ТА1 и ТАН (рис. 10.2, а)

и равенстве вторичных ЭДС Е

в режиме сквозных токов. Ток

небаланса возрастает с увеличением магнитной индукции В,

которая, в свою очередь, повышается при увеличении первич-

ного тока КЗ /

и вторичной нагрузки 2

. Ток /

нб

особенно воз-

растает при работе в области насыщения ТТ, так как неболь-

шое расхождение в их характеристиках намагничивания вы-

зывает большое различие в токах намагничивания даже при

одинаковых значениях вторичных ЭДС Е

(В

) [см. рис. 10.2, а

при В

(Е

) в точке С]. Поэтому стремятся к тому, чтобы при

максимальном токе внешнего КЗ магнитопроводы ТТ не на-

сыщались и работали в линейной части характеристики. Ког-

да различие их 7

нам

невелико, погрешность ТТ е не превышает

допустимых значений (10%).

321

•ЧГнам

(с)

Рис.

10.2. Характеристики намагничивания трансформаторов тока ТА1 и ТАП

на рис. 10.1 и ток небаланса, обусловленный неидентичностью характеристик

(а);

характеристики намагничивания ТТ класса 0,5 и класса Д (б):

вторичная ЭДС

ТА1

Е\

= /(/1нам^

~ вторичная ЭДС ТАП Ец

Л/ц

ам^

—

б = /(1ц нам)

^1в

^Ив! ^ ~ характеристика ТТ класса 0,5; 5

—

характе-

ристика ТТ класса Р

Для выполнения этого условия применяются ТТ, насыща-

ющиеся при возможно больших значениях Е

. Этому требова-

нию наилучшим образом удовлетворяют ТТ класса Р, специ-

ально изготовляемые для дифференциальных РЗ (рис. 10.2, 6).

Принимаются также меры для ограничения значения Е

от которого зависит значение магнитной индукции В

, а сле-

довательно, /

нам

Чтобы избежать насыщения и увеличения /

нб

, необходимо

иметь Е

< Е

нас

(рис. 10.2, а), поскольку

= /

+ г

) = -^(2

+ 2

), (10.6)

где 2,и2

- сопротивления вторичной обмотки ТТ и подклю-

ченной к ней нагрузки.

Как было показано в (8.3), при заданном значении тока

и Е

нас

необходимо уменьшать нагрузку 2

ТТ и увеличивать

коэффициент трансформации К}. Кроме того, при однотипных

ТТ для выравнивания токов /I

нам

1ц

нам

необходимо выравни-

вать нагрузку обмоток ТТ, т. е. обеспечивать условие 2

1н

322

= 2ц

, при котором Е

1в

= Ец

. В схеме с циркуляцией токов на-

грузку каждого ТТ составляет сопротивление соединительных

проводов от зажимов ТТ до ИО тока. Входное сопротивление ИО

не учитывается, так как при внешних КЗ и других сквозных

токах ток в нем отсутствует. Допустимые значения ^

и 2ц

при которых 11

работают

в линейной части характеристики

намагничивания, выбираются по кривым предельной кратно-

сти,

обеспечивающим погрешность ТТ не более 10%. Такой

режим работы ТТ и уровни небаланса могут быть обеспечены

при соблюдении указанных выше условий в установившемся

режиме КЗ.

В переходном режиме /

нам

ТТ может во много раз превосхо-

дить значения установившегося режима, что влечет за собой

резкое увеличение /

нб

Токи намагничивания и небаланса в переходном режиме КЗ.

При внезапном КЗ возникает переходный процесс, во время

которого в токе КЗ /

(рис. 10.3) кроме вынужденной периоди-

ческой составляющей 1

кп

5ш(о)^

- 90°) появляется свобод-

ная апериодическая составляющая

= -1

е~

. Время зату-

хания ее зависит от постоянной времени первичной цепи,

по которой проходит первичный ток, Т

= Ь/К, но не превышает

долей секунды.

начальный момент /

к-а

= -

к-п

Г=1и™гш*-е%)

Рис.

10.3.

Периодическая и апериодическая слагающие тока КЗ

323

Рис.

10.4. Схема замещения ТТ и распределение периодической и апериодиче-

ской составляющих тока КЗ между ветвями намагничивания и вторичной об-

мотки (а) и кривые тока намагничивания и его составляющих (б)

Каждая составляющая тока КЗ /

, проходящего по первич-

ной обмотке ТТ, делится на две части: одна часть (/

к-а

и 1

КП

)

трансформируется во вторичную обмотку ТТ, а вторая - боль-

шая идет на намагничивание магнитопровода, образуя ток

нам

, как показано стрелками на схеме замещения ТТ

(рис.

10.4). Из рис. 10.3 ясно, что скорость изменения (Д/Л)

апериодической составляющей /

к а

значительно меньше ско-

рости изменения переменной составляющей

. Поэтому ток

плохо трансформируется во вторичную цепь и большая его

часть /

нам

идет на намагничивание магнитопровода, что ухуд-

шает трансформацию 1

кп

и увеличивает его часть, поступа-

ющую в ветвь намагничивания. Из сказанного следует, что

основной причиной, ухудшающей работу ТТ в переходном ре-

жиме, является появление апериодической составляющей

в токе КЗ, приводящее к насыщению магнитопровода и резкому

увеличению тока намагничивания.

Дополнительное ухудшение работы ТТ вносит внезапное

появление в замкнутом контуре цепи намагничивания и вто-

ричной обмотки токов /

.нам

4.нам (

ривые 2 и 3), обусловлен-

ных составляющими тока КЗ /

к п

и /

к а

. Так как во вторичной

цепи ТТ, содержащей индуктивности Ь

нам

, Ь

(Х

нам

, Х

ток изменяться скачком не может, то в начальный момент

324

^Установив-

Переходный 1нб ' шийся1

Рис.

10.5.

Ток небаланса в реле при внешних КЗ:

а - ток КЗ; б

—

разложение 1

$ на периодическую и апериодическую состав-

ляющие:

*п.нб

'п.намП

—

'п.намЬ ^а.нб

^а.намН

—

^а.нам!

I = 0 в ветви намагничивания и во вторичной обмотке возни-

кают свободные апериодические токи /

св п

(кривая 4) и

СВ

(кривая 5), компенсирующие в первый момент времени вынуж-

денные составляющие /

.нам

4.нам соответственно.

Свободные токи замыкаются в контуре, образованном вет-

вями намагничивания и вторичной обмотки ТТ и затухают с

постоянной времени Т

(Ь

нам

+ Ь

)/(К

+ К

). Кривая 6

представляет результирующий апериодический ток

нам

.р

ез

-^а.нам

^св.п ~ 4в.а- Суммируя мгновенные значения кривых

6 и 2, получаем результирующее значение полного тока /

нам

ТТ (кривая 1). Асимметричный характер изменений 7

нам

неустановившемся режиме определяется наличием апериоди-

ческой составляющей в 1

. Затухание результирующей аперио-

дической составляющей /

на

м.рез происходит медленнее, чем

затухание вызвавшего его апериодического тока КЗ 7

ка

4.нам1

так как

постоянная времени цепей ТТ Т

< Г

В резуль-

тате переходный процесс во вторичной цепи проходит дольше,

чем в первичной, где появляется и проходит ток КЗ

Резкое

увеличение токов 1

нам

трансформаторов тока и их разности при-

водит к резкому увеличению значения тока небаланса в не-

установившемся режиме. Кривая тока небаланса имеет две

характерные особенности (рис. 10.5, а, б). Во-первых, /

нб

дости-

гает наибольшего значения не в момент максимума первич-

ного тока /

, а несколько позже и затухает медленнее тока /

Во-вторых, кривая /

б имеет явно выраженный асимметрич-

ный характер, означающий, что ток небаланса содержит апе-

риодическую составляющую

б-

Эта составляющая, явля-

ющаяся следствием тока /

нам

основном определяет продол-

жительность затухания небаланса, его максимальное значе-

ние и отставание последнего во времени от максимума /

В этом можно убедиться, разложив кривую /„б на ее составля-

ющие, как это показано на рис. 10.5, б. Таким образом, возник-

новение КЗ сопровождается переходным процессом как в пер-

вичной, так и во вторичной цепи ТТ, появляющиеся при этом

апериодические свободные токи ухудшают работу ТТ, вызы-

вая повышенное намагничивание их магнитопровода. В ре-

зультате этого в дифференциальной РЗ во время переходного

периода возникают повышенные токи небаланса.

Для приближенной оценки влияния апериодической со-

ставляющей тока КЗ в неустановившемся режиме при выбо-

ре ТТ вводится коэффициент к

, с учетом которого Кр

асч

Ктах

. д

я быстродействующих РЗ (с I = 0,1 с) принимают

*ном ТТ

= 2, для РЗ с

Ь =

0,1 - 0,3 с к

= 1,5 и при

с /с

= 1. Сущест-

венное влияние на увеличение тока небаланса оказывает так-

же остаточное намагничивание магнитопровода ТТ.

Трансформатор тока остается в намагниченном состоянии,

если проходящий через него ток прерывается (отключается)

в момент времени, когда он и создаваемый им магнитный по-

ток не равны нулю. В этом случае в сердечнике ТТ остается

магнитный поток Ф

ост

, который был в нем в момент отключе-

ния тока. Если при последующем КЗ остаточный поток Ф

ост

совпадает по знаку с магнитным потоком Фкз> обусловленным

током КЗ (особенно его апериодической составляющей), то об-

разуется результирующий поток, равный их сумме Ф

ост

+ Ф

Этот поток может достигать весьма большого значения и вызы-

вать насыщение магнитопровода, в результате чего резко

возрастает /

нам

и, как следствие, увеличивается /

нб

. г

10.3.

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИИ

В основе всех схем дифференциальных РЗ лежат общие прин-

ципы, учитывающие особенности работы этих РЗ на ЛЭП.

Трансформаторы тока дифференциальной РЗ, устанавли-

ваемые на концах защищаемой ЛЭП, находятся на значитель-

ном расстоянии друг от друга. Поэтому связывающие их соеди-

нительные провода имеют большое сопротивление, во много

раз превышающее предельно допустимые нагрузки ТТ. Напри-

мер,

медный соединительный провод сечением 1,5 мм на ЛЭП

длиной 10 км имеет

= 130 Ом, в то время как допустимая на-

грузка ТТ составляет 1-3 Ом (25-75

В •

А).

Для снижения нагрузки на ТТ до допустимых значений при-

меняются понизительные промежуточные трансформаторы то-

ка ТЬ (рис. 10.6, б). Они уменьшают значение тока в соедини-

тельных проводах в Куг, Р

аз и

снижают благодаря этому нагруз-

ку соединительных проводов, приведенную к зажимам основ-

ных ТТ в К\

раз, поскольку нагрузка ТТ пропорциональна

/в-К. Выполняя промежуточные ТТ насыщающимися, можно сни-

зить нагрузку на ТТ за счет ограничения тока в соединитель-

ных проводах при работе промежуточных ТТ в области насы-

щения, когда его вторичный ток остается практически неиз-

менным при увеличении первичного тока сверх

на

с-

Поведе-

ние РЗ после глубокого насыщения зависит только от фаз срав-

*-т

*л-\>-г

77.

ТА1

КА

2п ТТ I»

•« м « ••

'•„г

I ТА1 ТАЛ I

ТАЛ

«•)

Ут

1т

-3-

Уг

1п

Рис.

10.6. Применение промежуточных ТТ ТХ для снижения нагрузки на основ-

ные

ТТ:

—

схема включения ГХ;

б,

—

загрузка

ТТ

при наличии IX и без него

— +

;^&^

'/&#

ТА1

=и,р

ТАК

Рис.

10.7. Схема продольной дифференциальной РЗ с установкой реле на обоих

концах защищаемой ЛЭП

ниваемых токов в начале и конце ЛЭП, которые при внешнем

КЗ отличаются незначительно.

Дифференциальная РЗ должна воздействовать на отклю-

чение выключателей на обоих концах защищаемой ЛЭП. Для

осуществления этого устанавливаются два дифференциальных

реле

и 2 - по одному на каждом конце ЛЭП (рис. 10.7). Каждое

из этих реле действует на свой выключатель. Введение в схе-

му второго, параллельно включенного реле вносит следующие

изменения в условия работы РЗ:

а) ток, поступающий от ТА1 и ТА11, распределяется между

ближним и дальним реле обратно пропорционально сопротив-

лениям их цепей (рис. 10.7). В контуре дальнего реле участвуют

соединительные провода, а поэтому ток, направляющийся в

дальнее реле, меньше, чем ток, поступающий в реле, располо-

женное вблизи данных ТТ. В результате этого токи, поступа-

ющие в реле, не балансируются, и поэтому при внешнем КЗ

даже при работе ТТ без погрешностей в реле 1 появляется до-

полнительный ток небаланса/

р1

=1{-1{\

б.р1>

а в

реле 2 /

р2

= ]и -1{'=]нб.р2- Значение 1^

пропорционально току КЗ, для

уменьшения его необходимо уменьшать сопротивление соеди-

нительных проводов 2

пр

. У каждой РЗ в зависимости от ее чув-

ствительности имеется предельно допустимое значение 2

пр

При превышении его РЗ работает неправильно от возросших

б) при КЗ в зоне и схеме с одним реле в последнее поступает

сумма токов

ТТ

=/1+/ц=1к,ав схеме с двумя реле в каждое

328

из них попадает только часть вторичного тока от ГА/ и ТА11.

Если сопротивление проводов равно нулю, то ток в каждом из

двух реле /

1^/2

+ /ц/2 = 1

/2, т. е. в 2 раза меньше, чем в схеме

с одним реле. Вследствие этого чувствительность РЗ уменьша-

ется.

Токи небаланса в дифференциальных РЗ ЛЭП при внеш-

них КЗ могут достигать значительных величин. Для отстройки

от /

б получили распространение дифференциальные реле с

торможением.

10.4.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ РЕЛЕ С ТОРМОЖЕНИЕМ

Реле с торможением, в отличие от простого дифференциаль-

ного токового реле, выполняется таким образом, чтобы его

ток срабатывания возрастал при увеличении тока внешнего

КЗ согласно выражению

'с.р = *4н.к- (Ю.7)

Принцип действия дифференциальной РЗ и реле с торможе-

нием (ДЗТ) поясняется схемами на рис. 10.8. Реле с торможени-

ем имеет два элемента: рабочий Р и тормозной Г. Рабочий эле-

мент включен через промежуточный трансформатор ТЬР по

дифференциальной схеме, так же как и простое токовое реле

в схемах, приведенных ранее. Ток, протекающий по рабочему

элементу, называется рабочим /

: при внешнем КЗ этот ток ра-

вен разности, а при КЗ в зоне - сумме вторичных токов /^ и

1ц

Тормозной элемент включается в рассечку соединительных

проводов на ток /^ или /ц

. Ток, питающий тормозной элемент

реле,

препятствует срабатыванию реле и называется тормоз-

ным /

. При внешнем КЗ или качаниях /

= /

внк

. Реле приходит

в действие, если /

Следовательно, рабочий ток, необ-

ходимый для срабатывания реле:

-Гс.р = Мт = Мвн- (Ю-

)

Коэффициент к

называется коэффициентом торможения,

он характеризует степень загрубления реле под действием /

Обычно к

= 0,3

-*-

0,6:

Мт > *нб ИЛИ /с

^зап^нб

• (Ю.9)

329

дзг

&ат

ТЬР

О+о-У

1и

»н и

а)

вн

ДЗТ

Т Р

ч 1^.

Т1Р

1ц

чн

1x1

* 1н 1кП

4>*

7 2 3

-^1^Г|/н_<Г

дао*

/г=/|

-1*тах

В)

Рис.

10.8. Распределение токов в реле про-

дольной дифференциальной РЗ ЛЭП при КЗ:

—

внешнем; б- на защищаемой ЛЭП;

—

характеристика, срабатывания ДЗТ

/т-Л

в)

Характеристика срабатывания ДЗТ приведена на рис. 10.8, в.

При внешнем КЗ /

= 1^ - 7

11в

= /

нб

, 1

= /

. При выполнении

условия селективности (10.9) 7

< к

и реле не срабатывает.

При КЗ в зоне РЗ /

= 7

к1в

+ 7

кЦв

. Так как при этом /

> к

, реле

срабатывает и отключает поврежденную ЛЭП.

ззо