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

Подождите немного. Документ загружается.

ных и сильно загруженных ЛЭП. В связи с этим наибольшее

применение находят РС с характеристиками, позволяющими

надежно отстроить ПО от нагрузки и обеспечить в то же время

наибольшую зону действия при КЗ. На протяженных ЛЭП сле-

дует использовать РС с эллиптическими и сложными характе-

ристиками. Для обеспечения надежного пуска ДЗ при КЗ через

переходное сопротивление #

характеристика срабатывания РС,

изображенная в осях К,

;"Х,

должна охватывать заштрихованную

площадь ОКК'К", показанную на рис.

11.13,

д, в которой распо-

лагаются векторы 2

при КЗ через 1?

. С учетом изложенного

наиболее рациональной характеристикой ПО является четырех-

угольник. Лучшими качествами с точки зрения отстройки от

нагрузки и качаний обладает токовое реле ОП. Оно не реаги-

рует на симметричные режимы и, следовательно, не может сра-

ботать при симметричной нагрузке и качаниях.

Токовые пусковые органы, реагирующие на фазные токи,

выполняются с помощью максимальных реле тока. При большой

кратности тока эти ПО обладают четкой избирательностью

поврежденных фаз. Токовые ПО должны устанавливаться на

каждой фазе защищаемой ЛЭП. В сетях с изолированной и

компенсированной нейтралью токовые ПО можно устанавли-

вать на двух фазах. Ток срабатывания ПО отстраивается от

раб тах

так же, как /

с 3

МТЗ (см. гл. 4). Наибольшее применение

токовый пуск находит в ДЗ сетей 35 кВ. При наличии токовых

ПО отпадает необходимость применения блокировки при не-

исправностях в цепях напряжения.

Токовые реле обратной последовательности. Двухфазные КЗ

сопровождаются появлением тока ОП, и реле надежно дей-

ствует. При трехфазных КЗ 1

= 0. Чтобы обеспечить пуск ДЗ

от реле ОП при трехфазных КЗ, предусматривается особая схе-

ма, фиксирующая кратковременное появление 1

в первый

момент возникновения повреждения. Эта схема рассмотрена

в § 12.4 (см. рис. 12.4 и 12.5). Очевидно, что ПО, реагирующий

на ток /

, не может действовать избирательно, определяя по-

врежденную фазу, и по этой причине не может применяться

в односистемных ДЗ. Преимуществом пуска от тока 1

являет-

ся недействие его при симметричных перегрузках и качаниях,

а также высокая чувствительность при КЗ, поскольку /

ср

ОП

отстраивается только от /

н6

фильтра, имеющего небольшое

значение.

421

Пусковые реле сопротивления. Схемы включения. Пусковые

РС ненаправленные и направленные, с круговыми и эллипти-

ческими характеристиками включаются на междуфазные на-

пряжения и разность одноименных фаз токов согласно

табл. 11.1. Схема табл. 11.1 обеспечивает стабильность зоны

действия при всех видах КЗ, что очень важно, когда пусковые

реле выполняют функции ДО III зоны ДЗ. Однако эта схема

не обеспечивает избирательности поврежденных фаз. При двух-

фазных КЗ все три реле питаются током КЗ и имеют понижен-

ное напряжение, поэтому при близких КЗ они могут сработать

все одновременно, что не позволяет выявлять поврежденные

фазы по действию пусковых реле.

Ненаправленные реле сопротивления. Для исключения дей-

ствия пускового реле в нормальном режиме и при нагрузках

его сопротивление срабатывания /Г

выбирается меньше ми-

нимального значения сопротивления

ра6тш

возникающего

на зажимах реле в рабочем режиме (рис. 11.35), т. е.:

^с.р "^ ^раб тт ~ ^раб тт '*раб

тах>

(1.1.21)

где [7

ра

тп

- минимальное рабочее напряжение; /

ра

та

х ~

наибольший ток нагрузки.

Чем больше нагрузка, тем меньше чувствительность пуско-

вого реле при КЗ. Поэтому на длинных ЛЭП с большими на-

грузками РС с круговой характеристикой в начале координат

оказывается недостаточно чувствительным при КЗ. Ненаправ-

ленные РС применяются в качестве ПО в сетях 35 кВ и на не-

длинных и малозагруженных ЛЭП ПОкВ. По сравнению с то-

ковыми пусковыми реле ненаправленные РС отличаются

большей чувствительностью к КЗ.

Пусковые направленные реле сопротивления с круговой

характеристикой. Характеристика 2 направленного реле

(рис.

11.35) значительно лучше удовлетворяет требованиям,

предъявляемым к ПО, чем ненаправленное РС с характеристи-

кой 1.

Недостатком направленного реле является мертвая зо-

на по напряжению, так как реле не работает при С

= 0 или зна-

чениях, близких к нему. Этот недостаток при двухфазных КЗ

устраняется применением подпитки реле напряжением третьей

фазы. Для устранения мертвой зоны при трехфазных КЗ уста-

навливается токовая отсечка или производится смещение ха-

422

/ 2 Зона

Рис.

11.35. Сравнение характеристик срабатывания направленного и ненаправ-

ленного реле сопротивления. Жирной линией и штриховкой отмечена зона рас-

положения 2

„ при 2р = .2

наг

р; АВ

—

сопротивление защищаемой ЛЭП; АС

—

зона действия реле при КЗ с К

= О

Рис.

11.36. Сравнение круговой и эллиптической характеристик реле сопротив-

ления

рактеристики реле в сторону III квадранта. Последнее допу-

стимо, поскольку III ступень ДЗ работает с выдержкой вре-

мени.

Направленные РС с круговой характеристикой получили

широкое применение в качестве ПО в сетях 110-500 кВ. Их при-

менение особенно целесообразно на длинных, сильно загру-

женных ЛЭП.

Пусковые направленные реле с эллиптической (или оваль-

ной) характеристикой. На рис. 11.36 приведены для сравнения

характеристики двух направленных РС. Обе характеристики

имеют одинаковую зону действия (отрезок АВ) при КЗ с углом

Фр

Фм.ч

Фл- Но при ф

Ф ф

м ч

реле с эллиптической характе-

ристикой имеют меньшую зону действия, чем РС с круговой

характеристикой, поэтому они лучше отстраиваются от на-

грузки и качаний. Реле с эллиптической характеристикой до-

пускают значительно меньшее переходное сопротивление Д

в месте КЗ. Это является недостатком, который нужно учи-

тывать при выборе уставки по малой оси эллипса. Реле имеет

мертвую зону при двух- и трехфазных КЗ, которая устраняется

так же, как у направленного РС с круговой характеристикой.

Реле сопротивления с блокировкой от фазоограничителя,

ограничивающего действие ДЗ при перегрузке. Улучшение ха-

423

Рис. 11.37. Характеристика (а) комбинированного пускового органа, состоящего

из направленного реле сопротивления 1 и блокирующего реле сопротивления 2;

четырехугольная характеристика РС (б)

рактеристики ПО можно получить, применив комбинирован-

ный пуск, состоящий из направленного РС и блокирующего РС

смешанного типа (рис. 11.37, а). Характеристика 2 смешанного

типа выражается уравнением

= /С/СОБ(Ф

- 6) И представля-

ет собой прямую линию, проходящую под углом 90° - б к оси К.

Величина к является проекцией векторов 2

на перпендику-

ляр АМ и имеет постоянное значение. Зона действия реле за-

штрихована. Сочетанием направленного РС и блокирующего

реле 2, отсекающего правую часть характеристики, можно до-

стигнуть дальнейшего улучшения характеристики пускового

устройства. В качестве блокирующего реле можно использо-

вать РНМ с углами внутреннего сдвига 60 и 30°.

Пусковое реле с характеристикой в виде четырехугольника.

Характеристика РС показана на рис. 11.37,6. Площадь четырех-

угольника АВСЮ должна быть минимальной, но обеспечива-

ющей работу реле в пределах выбранной зоны действия. Исхо-

дя из этого характеристика реле должна удовлетворять сле-

дующим условиям: для обеспечения направленности действия

точка А характеристики должна совпадать с началом коорди-

нат - точкой 0; прямая ВС должна проходить через точку Ь,

соответствующую концу расчетной зоны действия реле

(рис.

11.37, в); прямая АЬ представляет собой характеристику

сопротивления защищаемой зоны и образует с осью Я угол <р

равный углу полного сопротивления линии 2,

. Точка С выби-

рается из условия действия реле при КЗ в конце защищаемой

424

зоны

при

наличии переходного сопротивления

месте

по-

вреждения.

Как

указывалось:

%АС

2АЬ

+ Т^п = г

АЬ

+ Д2.

(11.28)

С учетом угла

сдвига

фаз

между векторами

= /л/ + 1м

!м (рис.

11.37,

г)

прямая

ВС

должна проходить относительно

оси

К под

углом

= а + а

зап

, где а

зап

угол запаса, учитыва-

ющий угловую погрешность измерительных трансформаторов

и погрешность

срабатывании реле. Сторона

СО

должна быть

смещена относительно отрезка

АЬ на

величину

Д2,

характери-

зующую дополнительное сопротивление, обусловленное

электрической дугой

. При

приближении места

КЗ к

точке

ток

возрастает,

результате

и Д2

уменьшаются.

учетом

этого угол

принимается меньшим угла защищаемой

ли-

нии

Сторона

АО

должна равняться значению

Д2',

которое

определяется сопротивлением электрической дуги

при КЗ в

начале

ЛЭП

(точка

А), и

иметь угол

= а + а

загг

Сторона

АВ

располагается

под

углом

ср

таким расчетом, чтобы реле

надежно действовало

при

металлических

КЗ на

защищаемом

участке

ЛЭП

(прямая

АЬ) с

учетом погрешности измеритель-

ных трансформаторов

реле. Полученная характеристика

реле АВСИ обеспечивает необходимую чувствительность

при

КЗ

имеет наилучшую отстройку

от

нагрузки

качаний

по

сравнению

другими характеристиками, обладающими равной

чувствительностью

при

металлических

КЗ. Для

устранения

мертвой зоны

улучшения резервирования

при КЗ на

длинных

электропередачах можно применять смещение характеристи-

ки относительно начала координат.

11.13.

ПОГРЕШНОСТЬ СРАБАТЫВАНИЯ

РС,

ОБУСЛОВЛЕННАЯ ТОКОМ

Реле сопротивления, выполняющие функции

ДО,

определя-

ют зону действия ступеней

ДЗ. Для

обеспечения стабильно-

сти этих

зон к РС

предъявляются требования точности работы.

В идеальном

РС 2

ср

(Ц/1р)

ср

должно равняться заданной

уставке независимо

от

абсолютных значений

п иг.

Однако

в действительности, вследствие ограниченной чувствительно-

сти реагирующего органа

других элементов схемы, 2.

всех

425

видов РС зависит не только от уставки 2, , но и от абсолютных

значений тока I_. Под его влиянием 2 отклоняется от 2 в

сторону уменьшения. Возникает нежелательная погрешность

А2 в срабатывании реле, приводящая к сокращению его зоны

действия. Рассмотрим характер зависимости 2 = /(/

) на при-

мере реле с круговой характеристикой, построенного на срав-

нении абсолютных значений двух напряжений рабочего К^

и тормозного

(см. гл. 11). С учетом порога чувствительно-

сти РО, характеризуемого напряжением 1/

пч

, РС приходит в

действие при рабочем напряжении \К

}

1 \ =

/С^

| + {7

ПЧ

Разделив это значение на К

1, получим

|К/

1/|-|^п.ч/^/р1-

(И.29)

Наличие второго слагаемого в правой части (11.29), зави-

сящей от тока /

, создает погрешность в работе РС

Аг

у-

(11

30)

Из (11.29) и (11.30) следует, что основной причиной зависи-

мости 2

С р

от /

, вызывающей погрешность в действии статиче-

ских реле, является наличие порога чувствительности у РО,

для преодоления которого на вход РО необходимо подать рабо-

чее напряжение 1/

раб

> (7

ПЧ

. В электромеханических РС 2

ср

также зависит от тока /

из-за ограниченной чувствительности

реле,

обусловленной противодействием пружины и трением

подвижной системы реле. Второй причиной, порождающей

зависимость от тока, является нелинейность элементов схемы

реле (полупроводниковых приборов, промежуточных трансфор-

маторов и преобразователей и др.). Типичная характеристика

ср

= Д7

), построенная на основе (11.30) 2

ср

= 2

, изображает-

ся на рис. 11.38 прямой 1. Действительная характеристика пред-

ставлена кривой 2. При 2

С р

= 0, имеющем место, когда Ц, = 0,

РС срабатывает только при /

= /

с-р

. При этом тормозное напря-

жение Ку11

отсутствует и согласно (11.30) 7

образует рабочее

напряжение К

= К//

сртш

, необходимое для преодоления

С/

РО.

При малых токах 1

, соизмеримых с /

.ртш» погрешность в

срабатывании реле А2 = особенно велика, 2. „ оказыва-

? '*

426

Рис.

11.38. Зависимость сопро- 1

тивления срабатывания реле от

тока в реле

ется намного меньше 2

, что приводит к резкому уменьшению

зоны действия реле. По мере увеличения /

значение погреш-

ности Л2; уменьшается и, начиная с некоторой точки

(рис.

11.38), становится настолько малым, что им можно пре-

небречь, считая, что 2

С р

= Е

. При больших значениях /

воз-

можно насыщение магнитопроводов промежуточных транс-

форматоров и нелинейности выпрямителей, что снова вызовет

увеличение Д.2/ и уменьшение 2

ср

Зависимость 2

Сф

= Д/

), приведенная на рис. 11.38, характер-

на и для других видов РС, поскольку все они имеют конечную

чувствительность, определяемую значением 1/

. Кривая 2

на рис. 11.38 показывает, что каждое РС может работать с до-

статочной точностью только в определенном диапазоне то-

ков /

, особенно в начальной части кривой - в области малых

токов. Принято, что для дистанционных органов погрешность

А2/

не должна превышать 10% 2

Из этого условия по кривой 2

= Д1р), полученной опыт-

ным или расчетным путем, для каждого типа реле определя-

ются токи точной работы: /точ.р

области малых

токов*

/то

в области больших токов, при которых погрешность А2/ рав-

на

10%,

а сопротивление срабатывания 2

С р

= 0,92

В современных конструкциях ток точной работы в начальной

части характеристики /

оч

« 1 -*- 7 А. При выборе уставок РС

необходимо проверять, что при повреждении в конце зоны дей-

ствия токи КЗ /

к тп

/точ.р>

тах

^ ^точ.р- Если эти условия не

будут выполняться, то погрешность реле превзойдет 10% и со-

ответственно сократится зона действия РС.

Для уменьшения зависимости работы РС от тока /

и сниже-

ния погрешности А2; необходимо, как это следует из (11.30),

повышать чувствительность реагирующего органа реле (умень-

427

шая этим С/

.ч)> увеличивать в возможных пределах коэффи-

циент Кц при напряжении 1/

, принимать меры к уменьшению

нелинейности элементов схемы.

11.14.

ИСКАЖЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ ДИСТАНЦИОННЫХ ОРГАНОВ

Причины, вызывающие искажение работы дистанционных

органов (ДО). На работу ПО оказывают влияние некоторые

факторы, под воздействием которых нарушается пропорцио-

нальность между 2

на входных зажимах РС и расстоянием /

до места КЗ. К таким факторам относятся: переходное сопро-

тивление Д

в месте повреждения; ток подпитки, посылаемый

к месту КЗ от источников, подключенных между местом уста-

новки ДЗ и точкой КЗ; погрешности ТТ и ТН, подающих к РС

Ц, и /

. Искажение значений 2

необходимо учитывать при вы-

боре уставок и характеристик ДО во избежание нарушений се-

лективности и недопустимого сокращения зон действия.

Влияние переходного сопротивления К

на 2

. При металли-

ческом КЗ (К

= 0) сопротивление на зажимах реле 2

= 2

1К

1уд

(рис. 11.39), т. е. определяется только сопротивлением

прямой последовательности 2

1рк

участка ЛЭП между местом

расположения реле и точкой КЗ. Поскольку 2

= /

, то зона

действия ДО точно соответствует расстоянию до места КЗ /

рлс

Если же повреждение происходит через К

, то сопротивле-

ние контура КЗ состоит из сопротивления 2

1К

= /

поврежден-

ного участка ЛЭП и переходного сопротивления К

. Переход-

ное сопротивление при междуфазном КЗ (рис. 11.39) вызывает-

ся электрической дугой. При КЗ на землю кроме электриче-

ской дуги существенное значение может иметь сопротивление,

обусловленное проводимостью земли, и сопротивление эле-

ментов, через которые произошло замыкание на землю. Все

переходные сопротивления можно считать активными. Рас-

смотрим междуфазное КЗ ВС через переходное сопротивление

на ЛЭП с двусторонним питанием (рис. 11.39). Реле РС, реа-

гирующее на междуфазные КЗ, включено на ток и напряжение

согласно табл. 11.1. Как видно из рис.

11.39,

а:

_ Щ _ УВС _

1к АГ-

1К

/кЯп _

~ Ь ~1в-1с~

Ьк

1К

+КК^=2

1К

+Ь2, (11.31)

= 2

1К

1кпКп

'к«

428

е-

•0-

ДО

I —и»

I е-

''Э

О"

г-г-+—е-

ги'ЬЧХы

-л

*/^

в)

Рис.

11.39.

Влияние электрической дуги в месте КЗ на сопротивление на зажимах

реле:

1к

—

сопротивление ЛЭП между точками КЗ и местом установки ДЗ

где -2

1К

- сопротивление прямой последовательности участка

ЫК до точки К; К

- действительное переходное сопротивле-

ние;

- то же отнесенное к фазе; /

дг

ток

^ от источника

питания N. проходящий через реле /

- /

^; /

ток КЗ, про-

ходящий через К

, равный геометрической сумме токов /

^ +

1км

~1к>

^ ~ комплексная величина, равная

= \1

\е

]а

здесь а - угол сдвига фаз между /

(в месте КЗ) и /^ (в реле).

Для упрощения записи разность токов 1

- 1

обозначена

кп

/к-

Выражение (11.31) показывает, что в общем случае при дву-

стороннем питании сопротивление на зажимах реле 2. = 2

1к

+ КЯ

, в то время как при одностороннем питании ЛЭП со сто-

роны источника N 2

= 2

1к

(в этом случае К = 1). Векторные

диаграммы на рис. 11.39, г характеризуют значение и положе-

ние вектора Д, на комплексной плоскости в зависимости от

значения а (или, иначе говоря, от вектора К). Если /

отстает

©•

1кН

Чк

Рис.

11.40.

Искажение замеров дистанционных органов:

•

—

вследствие подпитки токами КЗ; б

—

вследствие разветвления токов КЗ

от /

кЛ

, (рис. 11.39, г), т. е.

угол а положителен, Ю?

отстает

от К

; если же /

опережает /

кЛ?

, то угол а становится отрица-

тельным и поэтому КК

опережает #

. Чем больше /

отлича-

ется от /

#> тем больше 2р отличается от 2

1К

и тем больше

искажается работа ПО. Угол между /

и /

^ определяется

сдвигом фаз ЭДС Е и Е

, который зависит от режима нагруз-

ки,

предшествовавшего КЗ. Сокращение зон, как правило, не

вызывает неселективной работы ДЗ, установленных на участ-

ках, прилегающих к поврежденному.

Сопротивление электрической дуги /2

= К

можно оценить

по формуле Яд = 1050/

//д, здесь /

- длина дуги, м;

- ток в

дуге,

А. В начальный момент КЗ длина дуги минимальна, а

в дальнейшем увеличивается. Поэтому на быстродействующие

ДЗ дуга оказывает меньшее влияние.

Влияние токов подпитки от промежуточных подстанций.

В ряде случаев между местом установки ДЗ и точкой повреж-

дения оказываются включенными источники питания Л/,

дающие дополнительный ток /

^ к месту КЗ (рис. 11.40, а).

Этот ток не проходит через реле, но, создавая дополнительное

падение напряжения в сопротивлении поврежденного участ-

ка, увеличивает напряжение на зажимах реле, а вместе с ним

и 2р.

Напряжение на реле с учетом подпитки

Ир ~ 1кМ 2

1П

+ (1кМ

/к

Лг)^1К!

ток в реле [

м> отсюда

6Ц> ~

~ —1Л

^1К — ~1Л "*" Лр^ОС-

-'Р

1кМ

(11.32)

430