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

Подождите немного. Документ загружается.

За расчетный режим при определении к принимается двух- .

фазное КЗ на землю на защищаемой ЛЭП.

Коэффициент

выбирается из условия, чтобы магнитодви-

жущая сила 1в^х не вызывала насыщения трансреактора. Если

вторичный ток /

к тах

< 100 А, то

= 1. При /

> 100, но меньше

150 А

= 1,5. При /

= 150 А,

= 2.

Вторичный ток срабатывания РЗ при одностороннем питании

КЗ для разных его видов вычисляется по (10.18).

10.8.

ОЦЕНКА ПРОДОЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ

Основными достоинствами защиты являются: быстродейст-

вие,

простота и надежность схемы и конструкции измеритель-

ного органа.

Защита не реагирует на качания и перегрузки, действует при

КЗ в любой точке ЛЭП. К недостаткам РЗ следует отнести вы-

сокую стоимость соединительного кабеля и работ по его про-

кладке, а также возможность ложной работы при повреждении

соединительных проводов. При наличии автоматического конт-

роля повреждения кабеля обнаруживаются своевременно, и

случаи ложной работы РЗ по этой причине редки. Защита по-

лучила распространение в качестве основной на ЛЭП ПО и

220 кВ длиной до 10-15 км.

Для расширения области применения и повышения надеж-

ности вместо соединительного кабеля предполагается исполь-

зовать оптоволоконный канал связи.

10.9.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ВИДЫ ПОПЕРЕЧНЫХ

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ

Поперечные дифференциальные РЗ применяются на парал-

лельных ЛЭП, имеющих одинаковое сопротивление, и основа-

ны на сравнении значений и фаз токов, протекающих по обеим

ЛЭП. Благодаря равенству сопротивлений ЛЭП в нормальном

режиме и при внешнем КЗ токи в них равны по значению и фазе

Их =

1ц) (рис. 10.15). В случае КЗ на одной из ЛЭП равенство то-

ков нарушается. На питающем конце ЛЭП А токи ^ и 7ц совпа-

дают по фазе, но различаются по значению, а на приемном В -

противоположны по фазе, что следует из токораспределения,

341

\*1 1*Л

\*Ж

Рис.

10.15. Распределение токов в па-

раллельных ЛЭП:

—

при нормальной нагрузке; 6 —

при КЗ на одной ЛЭП

приведенного на рис. 10,156. Таким образом, нарушение равен-

ства токов в параллельных ЛЭП по значению или фазе являет-

ся признаком повреждения одной из них. Поперечные диффе-

ренциальные РЗ применяются двух видов: на параллельных

ЛЭП, включенных под один общий выключатель - токовая

поперечная дифференциальная РЗ; на параллельных ЛЭП с

самостоятельными выключателями - направленная попереч-

ная дифференциальная РЗ [2].

10.10.

ТОКОВАЯ ПОПЕРЕЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА

Принципы действия защиты. Токовая поперечная дифферен-

циальная РЗ предназначена для параллельных ЛЭП с общим

выключателем. При одностороннем питании параллельных

ЛЭП РЗ устанавливается только со стороны источника пита-

ния, а в сети с двусторонним питанием - с обеих сторон парал-

лельных ЛЭП.

Схема РЗ для одной фазы изображена на рис. 10.16. На одно-

именных фазах каждой ЛЭП устанавливаются ТТ с одинако-

вым коэффициентом трансформации К

КЩ

Щ. Вторичные

обмотки трансформаторов тока / и II соединяются разноименны-

ми зажимами по схеме с циркуляцией токов в соединительных

проводах, и параллельно к ним включается обмотка токового

реле 1. Из токораспределения, приведенного на рис. 10.16 для

нормального режима, внешнего КЗ и качаний, видно, что ток

в реле

/р - /в I - /в и =

4 'ц

«I *1

(10.20)

342

Рис.

10.16.

Принцип действия токовой поперечной дифференциальной

РЗ:

а —режим нагрузки и внешнего КЗ; б —режим КЗ на \»1

В этих режимах/1

1ц,

поэтому при отсутствии погрешностей

ТТ /

= 0, и РЗ не работает. Следовательно, по своему принци-

пу действия рассматриваемая РЗ не реагирует на внешние КЗ

и нагрузку. Поэтому ее выполняют без выдержки времени и

не отстраивают от токов нагрузки. В действительности в реле

протекает ток небаланса /

б, вызванный погрешностью ТТ

б и некоторым различием первичных токов /

б =

обусловленным неточным равенством сопротивлений ЛЭП.

Ток срабатывания реле 1

ср

должен быть больше максималь-

ного тока небаланса:

*с.р

Снб + ^нб)-

(10.21)

В случае повреждения одной из параллельных ЛЭП, напри-

мер Ш (рис. 10.16, б), ток ^ в поврежденной ЛЭП становится

больше тока во второй ЛЭП (^ > 1ц), и в реле появляется ток

343

= /в! - 1ви = —^ • (Ю-22)

При токе в реле /

> /

с р

РЗ действует и отключает общий

выключатель обеих ЛЭП.

Мертвая зона защиты. По мере удаления точки КЗ от места .

установки РЗ (рис. 10.17) соотношение токов

1ц

по повреж- '

денной и неповрежденной ЛЭП изменяется. Эти токи направ-

ляются к точке К по двум параллельным ветвям и распреде-

ляются по ним обратно пропорционально их сопротивлениям

и 2

VII = ^ц/2! ,

где 2

- г

вк

, а 2ц = 2

+ 2

ВК

При перемещении точки К в сторону подстанции В сопро-

тивление 2

возрастает, а 2ц снижается, соответственно этому

/I уменьшается, 1ц увеличивается, а ток в реле РЗ 1

= 1\ - 1ц

постепенно понижается и при КЗ на шинах В становится рав-

ным нулю (рис. 10.17, б). В результате этого, при повреждениях

на некотором участке вблизи подстанции В (рис. 10.17, а, б)

ток 1

оказывается меньше тока срабатывания РЗ /

сз

, и она

перестает работать. Границей действия РЗ является точка КЗ,

отстоящая от шин противоположной подстанции В на расстоя-

ние т, где /

= /

с 3

(рис. 10.17, б). Таким образом, РЗ, реагиру-

ющая на разность токов параллельных ЛЭП ^ - 1ц, не может

охватить своей зоной действия защищаемые ЛЭП полностью.

Участок ЛЭП вблизи шин противоположной подстанции, при

КЗ в пределах которого ток в реле недостаточен для его сраба-

тывания, называется мертвой зоной РЗ. Наличие мертвой зоны

является недостатком поперечной дифференциальной РЗ.

Для отключения КЗ в мертвой зоне требуется дополнитель-

ная РЗ.

Длина мертвой зоны т определяется на основе следующих

соображений. Токи по Ш и Ш1 (рис. 10.17) обратно пропорцио-

нальны сопротивлениям или длинам ветвей от шин, где уста-

новлена РЗ, до точки КЗ. При КЗ на границе мертвой зоны в

точке М

1\/1ц

= (/ + т)/(/ - т), где

- длина ЛЭП.

Преобразуя это выражение, находим тЦ^ + 1ц) =

1(1

- 1ц).

Учитывая, что

+ 1ц

= /

и что при КЗ на границе мертвой зоны

ток в реле равен ^ -

1ц

- 1

СЗ

, получаем т1

= П

сз

, откуда длина

344

Рис.

10.17. Мертвая зона токовой по-

перечной дифференциальной РЗ:

и 1

—

сопротивление и длина

ЛЭП; 2дк

^ВК ~ сопротивления

от шин А и В до точки КЗ

мертвой зоны

'с.з ,

(10.23)

Для упрощения расчета мертвой зоны ток 1

определяется

при КЗ на шинах противоположной подстанции, а не на границе

мертвой зоны. Защиту принято считать эффективной, если

мертвая зона ее не превосходит 10%. При отключении одной

из параллельных ЛЭП поперечная дифференциальная защи-

та должна выводиться из действия.

Схема защиты. В сетях с малым током замыкания на землю

(т. е. с изолированной нейтралью или заземленной через ДГР)

РЗ выполняется на двух фазах. В сетях с глухозаземленной

нейтралью РЗ устанавливается на трех фазах. В этом случае

ТТ на каждой ЛЭП соединяются по схеме полной звезды с ну-

левым проводом. Для отключения РЗ при отключении одной из

параллельных ЛЭП устанавливается отключающее устройство

(5Х на рис. 10.18). В дополнение к отключающему устройству

можно предусматривать автоматическое отключение РЗ вспо-

могательными контактами 501 и 802 на разъединителях.

Оценка защиты. Токовая поперечная дифференциальная

РЗ относится к числу простых и надежных устройств, важным

достоинством ее является быстродействие. Недостатком РЗ

являются наличие мертвой зоны и необходимость отключения

РЗ при отключении одной из параллельных ЛЭП. Кроме попе-

речной дифференциальной РЗ на параллельных ЛЭП необхо-

345

КА1 1

ш заг

КЬ.1

КА21

КН

, •-&

От

дополни

тельной РЗ

К1

-о—о-

{У-

УАТ

Я-

Рис.

10.18. Схема цепей оперативного тока поперечной дифференциальной

токовой РЗ

димо предусматривать дополнительную РЗ, действующую при

КЗ на шинах противоположной подстанции, в мертвой зоне,

а также при выводе из работы одной ЛЭП.

10.11.

НАПРАВЛЕННАЯ ПОПЕРЕЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА

Принцип действия. Направленная поперечная дифферен-

циальная РЗ применяется на параллельных ЛЭП с самостоя-

тельными выключателями на каждой ЛЭП (рис. 10.19). К РЗ

таких ЛЭП предъявляется требование отключать только ту

из двух ЛЭП, которая повредилась. Для выполнения этого тре-

бования токовая поперечная дифференциальная РЗ дополня-

ется РНМ двустороннего действия (рис. 10.19) или двумя РНМ

одностороннего действия, каждое из которых предназначено

для отключения одной ЛЭП. Принципиальная схема одной

фазы дана на рис. 10.19. Токовые цепи РЗ выполняются так же,

как и у токовой поперечной дифференциальной РЗ. Токовые

обмотки РНМ

КУ7

и токового реле КА соединяются последова-

тельно и включаются параллельно вторичным обмоткам ТТ

на разность токов параллельных ЛЭП: 7

= ^ - 1ц. Токовые реле

выполняют функции пусковых органов, реагирующих на КЗ и

разрешающих РЗ действовать. РНМ служит для определения

поврежденной ЛЭП по знаку мощности. Напряжение к реле

подводится от ТН шин подстанции. Оперативный ток к РЗ по-

дается через вспомогательные контакты выключателей.

При срабатывании КА плюс постоянного тока подводится

к контактам КУ/, которое замыкает верхний или нижний кон-

такт, в зависимости от того, какая из двух ЛЭП повреждена.

346

Питание

+ 50.1.2 _

50.1.1 502.1 гуКА.1

КУ/.1

УАТ

502.2

К»

?"Д

в)

Рис.

10.19. Упрощенная схема и принцип действия направленной поперечной

дифференциальной РЗ параллельных ЛЭП:

—

первичная схема и цепи тока; 6

—

цепи напряжения; в

—

оперативные

цепи

Для отключения поврежденной ЛЭП РЗ устанавливается с

обеих сторон параллельных ЛЭП.

Внешние КЗ. При внешних КЗ, нагрузке и качаниях первич-

ные токи ^ и

1ц

равны по значению и совпадают по направлению

на обоих концах ЛЭП. При равенстве Кц и К

1и

и идеальной ра-

боте ТТ /

=/1в ~/цв

0. При внешних КЗ, нагрузке и качаниях

РЗ не действует. Вследствие погрешности ТТ и неравенства

сопротивлений параллельных ЛЭП

1ц

различаются по зна-

чению и фазе, в результате чего в реле появляется ток неба-

ланса /

Для исключения работы РЗ при внешних КЗ ее

ток срабатывания должен удовлетворять условию: 7

СЗ

> /

нб

Короткое замыкание на одной из параллельных ЛЭП (Ш и

ШГ).

На питающем конце (ПС Л) в случае повреждения на IV/

или

Ш1

первичные токи

и /

имеют одинаковое направление

(рис.

10.20). При этом токи ^ и /

различаются по значению:

в поврежденной ЛЭП ток всегда больше, так как сопротивле-

ние от ПС А до точки К для тока в поврежденной ЛЭП всегда

меньше, чем в неповрежденной. В результате /

= /I

1ц

а его знак и направление зависят от того, какая ЛЭП повреж-

дена. На приемном конце (ПС В) первичные токи

1ц

имеют

противоположное направление: на поврежденной ЛЭП ток идет

от шин ПС В, а на неповрежденной - к шинам (рис. 10.20). В со-

ответствии

ЭТИМ /

=/1в +/пв-

447

;

'Л

аз

К\л/

0.4

К\л/

кг

3-Г.31Л

№

ц)

Рис.

10.20. Токораспределение в цепях поперечной направленной дифферен-

циальной РЗ при КЗ:

а-на М; б-на Ш1

Из рис. 10.21 видно, что /

будет изменять направление в за-

висимости от того, какая ЛЭП повреждена. Как и в предыду-

щем случае, 1

будет совпадать по направлению с током в по-

врежденной ЛЭП.

На рис. 10.21 приведены векторные диаграммы, поясняющие

действие РНМ при повреждениях на Ш и Ш1. Поскольку ток

в поляризующей цепи РНМ, питаемой от ТН шин, имеет оди-

наковое направление при КЗ на обеих ЛЭП, все диаграммы

построены относительно вектора [/

, предполагаемо совпа-

дающим с вектором соответствующего первичного напряже-

ния. Векторы вторичных токов приняты положительными,

когда ток втекает в зажим токового элемента реле

КУ7,

обо-

значенный точкой (рис. 10.20). Вектор тока в реле при этом от-

стает от вектора Г/

на <р

= ф

. При КЗ на

У/1

(<р

< 90°) замыка-

348

У,4„ I» М

^4"+*»

1У

1р-1т 1н

1р

1и+1*1 г)

Рис.

10.21.

Векторные диаграммы 1/

и /

на реле мощности:

—

при КЗ на Ш, на гштающем конце; б

—

то же на приемном конце; в - при

КЗ на

УП1,

на питающем конце; г

— то

же на приемном конце

ется контакт

КУ/.1

(рис. 10.19, а) в цепи отключения поврежден-

ной ЛЭП Ш, а при КЗ на У/П (Ф

> 180°) замыкается КУ1.2

(рис.

10.19, в) в цепи отключения поврежденной линии И

//.

Таким образом, при КЗ на одной из параллельных ЛЭП под

действием тока

срабатывают пусковые реле РЗ, подводя опе-

ративный ток к контактам РНМ. Последнее по знаку 5р опре-

деляет поврежденную ЛЭП и замыкает цепь отключения ее

выключателя.

Автоматическая блокировка выводит из действия РЗ при

отключении по любой причине выключателей одной из парал-

лельных ЛЭП на стороне, где установлена РЗ. Для этого опера-

тивная цепь РЗ заводится через вспомогательные контакты

5@1

и 5ф2 выключателей 01 и 02 параллельных ЛЭП (рис. 10.19).

В современных схемах вместо вспомогательных контактов ис-

пользуются реле-повторители выключателей, сигнализирующие

их положение "Включено". Блокировка действия РЗ необхо-

дима для предупреждения и неправильной работы ее в двух

случаях:

1) если при КЗ на параллельной ЛЭП, например И

(рис.

10.20), выключатель этой ЛЭП 01 отключается раньше

выключателя 03, то реле мощности РЗ подстанции А под дей-

ствием тока КЗ, проходящего к месту повреждения на У/11,

разрешит РЗ подстанции А отключить неповрежденную ли-

нию Ш1;

2) при отключении одной из параллельных ЛЭП РЗ превраща-

ется в МТЗ мгновенного действия и может работать ложно

при внешних КЗ.

В обоих случаях ложные действия РЗ исключаются с по-

мощью рассмотренной блокировки. Однако если во втором слу-

349

чае РЗ отключается только на противоположном конце, то

автоматическая блокировка РЗ, установленной на стороне,

где выключатель остается в работе, не подействует. Поэтому

для исключения ложной работы этой РЗ ее необходимо отклю-

чать вручную с помощью отключающего устройства 5Х (см.

рис.

10.19, в).

Зона каскадного действия. В § 10.10 было показано, что раз-

ница токов в параллельных ЛЭП ^ и /

уменьшается при удале-

нии точки КЗ от места установки РЗ (см. рис. 10.17, б). В ре-

зультате этого каждый комплект направленной поперечной

дифференциальной РЗ, так же и токовой дифференциальной

РЗ,

имеет зону т (см. рис. 10.17), при КЗ в пределах которой

ток /

з, вследствие чего этот комплект РЗ не может срабо-

тать.

Однако после отключения поврежденной ЛЭП с противо-

положной стороны не работавшая до этого РЗ приходит в дей-

ствие и отключает поврежденную ЛЭП. Так, например, при КЗ

на И

/ в точке К вблизи шин подстанции В РЗ А не работает,

так как /

. После отключения поврежденной линии И

со стороны подстанции В (где ток 7

достаточен для надежного

действия поперечной дифференциальной РЗ В) весь 1

напра-

вится от подстанции А к месту повреждения К по Ш. В этом

случае

1ц

= 0, а ток в пусковых реле РЗ А резко возрастет

и станет больше /

с 3

. Пусковые реле РЗ А сработают, РНМ вы-

берет поврежденную линию Ш, и РЗ подействует на ее отклю-

чение. Такое поочередное действие РЗ называется кас-

кадным, а зоны гпд и

тпв,

в пределах которых соответству-

ющие РЗ действуют каскадно, зоной каскадного действия

(рис.

10.22). Зона каскадного действия определяется по (10.23).

При каскадном действии полное время отключения КЗ удваи-

вается, что является недостатком РЗ.

Мертвая зона по напряжению. При трехфазном КЗ вблизи

места установки РЗ остаточное напряжение 17

, подводимое к

РНМ, очень мало (см. рис. 7.6). При этом РНМ может отказать.

Таким образом, направленная поперечная дифференциальная

РЗ имеет мертвую зону по напряжению. Мертвая зона невели-

ка, она определяется расчетом (см. § 7.7).

Работа

защиты при обрыве провода ЛЭП с односторонним за-

землением. Протекание токов КЗ при этом виде повреждения

показано на рис.

10.23.

Направленная поперечная дифферен-

циальная релейная защита А под действием тока /

1 + /

ц,

совпадающего по направлению с током в поврежденной ЛЭП

350