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

Подождите немного. Документ загружается.

Если II зона недостаточно надежно охватывает защищае-

мую ЛЭП, т. е. если к

< 1,25, то ее можно отстраивать не от I,

а от конца II зоны ДЗ В. При этом время действия Ц зоны ДЗ А

должно отстраиваться от времени II зоны 1цд: *ц^ = 1

пВ

&1;,

а значение 2

пА

должно выбираться по (11.36), в котором вмес-

то 2

1В

нужно подставить 2цв- На протяженных ЛЭП с большой

нагрузкой уставку 2ц, выбранную по условию надежного

охвата защищаемой ЛЭП, следует проверять по условию от-

стройки от нагрузки по выражению (11.42), по которому вы-

бирается уставка III ступени.

Третья ступень предназначается для резервирования при-

соединений (ЛЭП и трансформаторов), отходящих от шин про-

тивоположной ПС (В на рис. 11.44). Дистанционные органы

этой ступени должны действовать при КЗ в конце наиболее

длинной ЛЭП, отходящей от шин противоположной ПС, и за

подключенными к ней трансформаторами. Удовлетворяющее

условию резервирования 2щ обычно имеет значительную ве-

личину. Поэтому вторым условием для выбора 2щ является

ее отстройка от 2

ра

бтт- Часто второе условие является опре-

деляющим уставку и ограничивающим зону резервирования

III ступени. При определении ^

раб

необходимо учитывать ток

самозапуска электродвигателей, при котором

^раб тт ~ Цэаб тхп' *сзп-'раб тах УЗ. (11.3

)

На транзитных ЛЭП, электрически удаленных от промыш-

ленной нагрузки (ЛЭП 330-1150 кВ),

сзп

(коэффициент само-

запуска). Приближенно к

ст

оценивается так же, как при вы-

боре 7

МТЗ (см.

4.5).

Для обеспечения возврата ДО после отключения КЗ необ-

ходимо выполнить условие:

<г

рьбтт

или г

в=

*бтт

/к

отс, (11.40)

где

0ТС

= 1,1.

Сопротивление срабатывания 2

С-3

(

), обеспечивающее усло-

вие возврата ДО в нагрузочном режиме при

рабт1п

находит-

ся с учетом к

^с.з(н) "^ ^воз^в

^рабшт/^н^в» (И-4-1)

подставив

рабт1п

(11.39), получим

•^с.э(н) ~- ^раб

т\т\'

*н*в'

сзп-'раб тах «-Э.

(11.42)

Полученное значение 2

СЗ

(

), так же как и 2р

тш

, является

комплексным вектором с аргументом, равным углу нагрузки

= 10

-г-

30°.

Сопротивление срабатывания III ступени

^с.з(р) определяется по условию чувствительности при КЗ в

конце резервируемого участка:

с.з(р) = (2у?1 + к

2у/

)/к„ и 2

.з(р) = 2.уд

+ к

, (11.43)

где 2^! + к

2у/

и 2^ + к

- наибольшие первичные сопро-

тивления 2

р к

в месте установки ДЗ А с учетом подпитки при

металлическом КЗ в конце резервируемой ЛЭП и за транс-

форматором (Н

и трансформатор Т на рис. 11.44); к

> 1,2 со-

гласно ПУЭ, а при КЗ в конце защищаемой ЛЭП (на шинах В)

> 1,5.

По найденным значениям 2

С-3

(

) и 2

сз

(р) уставка срабатыва-

ния III ступени -2

выбирается так, чтобы 2

С 3

ДО в диапазо-

не углов <р

было равно или меньше

СЗ

а при ф

= ф

СЗ

ДО было по возможности равно или больше 2

СЛ

^ (рис. 11.46).

В ряде случаев условие резервирования (11.43) не удается

выполнить из-за необходимости отстройки от нагрузки 2

б тт

Особенности выбора 2

в зависимости от вида характери-

стики срабатывания. ДО с характеристикой в виде окружности

с центром в начале координат имеет одинаковые 2

СЗ

при лю-

бых Ф

. Уставка срабатывания 2щ является радиусом окруж-

ности и выбирается из условия отстройки от

рабшш

< 2

сз

(н), определяемому по (11.42). Зная 2

ктах

при КЗ в конце

резервируемого участка, находят к

= 2щ/2

рх тах

ДО с круговой характеристикой, проходящей через начало

координат (рис. 11.46), имеет 2

СЗ

, зависящее от ф

по уравнению

-2

СЗ

= •2

сзтах

со5(ф

мч

- Ф

). Для отстройки от нагрузки опреде-

ляется 2

СЗ

(

) по (11.42) и

тах

. Эти величины подставляются

вместо 2

СЗ

и Ф

в уравнение срабатывания, из которого на-

ходится

Ш =

с.з тах

^с.э(н)

/со8

(Фм.ч

Фн тах) =

раб тш

отс'

в'

сзп

с08

(Фм.ч " Фн тах)- (11.44)

Найденное значение 2щ является диаметром окружности,

452

Рис.

11.46. К выбору уставки срабатывания направленного реле сопротивления

Рис.

11.47. К выбору уставки срабатывания реле сопротивления с четырехуголь-

ной характеристикой

расположенным под углом ф

м ч

= Ф

к оси К и определяющим

возможную зону резервирования.

Уставка срабатывания 2,

= Ещ ДО с четырехугольной харак-

теристикой, проходящей через начало координат, выбирается

из условия резервирования по (11.43). Найденное значение

.э(р)

показано на рис. 11.47 в виде вектора

ОК,

расположенного под

углом Ф

= Ф

к оси Я. Вектор ^

.з(р) (^*0 определяет положе-

ние верхней стороны четырехугольника и является предвари-

тельной уставкой III ступени, подлежащей проверке по усло-

вию отстройки от

2,р

тш- Отстройка от нагрузки осуществляет-

ся выбором положения правой боковой стороны. Из (11.42)

находится наибольшее значение 2

(н)>

отстроенное от

раб

тш

и определяется Ф

НШ

ах-

Если, используя имеющийся диапазон регулирования по-

ложения правой стороны характеристики, обеспечить условие

отстройки не удается, то необходимо уменьшить предвари-

тельно выбранную уставку 2

.з(р)

или

сместить четырехуголь-

ник в I квадрант. У ДО с характеристикой в виде треугольни-

ка 2

сз

ш выбирается аналогично.

Проверка

СЗ

ДО по

току точной работы

т-р

Проверяется,

что минимальное значение тока КЗ в точке каждой ступе-

ни ДЗ больше тока точной работы ДО этой ступени (при вы-

бранной уставке) не менее чем в 1,3 раза: /

к тш

1,3/

Выдержка времени III ступени ДЗ А выбирается по условию

селективности с III ступенью резервируемой ДЗ В: Г

ША

= 1

1пв

453

Рис.

11.48. Схема, поясняющая выбор

уставок дистанционной защиты на

ЛЭП с ответвлениями

+ д*. В некоторых случаях для уменьшения *

сопротивление

срабатывания 2

тл

можно согласовывать с концом зоны 2

11В

следующего участка.

Вторичные сопротивления срабатывания. Для пересчета

первичных сопротивлений на вторичную сторону ТТ и ТН ис-

пользуются выражения

Ч.в =

р.п

^и/

/К

Вторичное сопротивление срабатывания реле

с.р = Ц^/'р.А = ^.э^/Ку. (11.45)

Особенность выбора уставок срабатывания ДЗ на ЛЭП с

от-

ветвлениями. На ЛЭП с ответвлениями, питающими понижаю-

щие ПС (рис. 11.48), уставки срабатывания I и II зон дополни-

тельно отстраиваются от КЗ за трансформатором ответвления;

первая ступень отстраивается по выражению

г\

= к\г

АС

ОТ

+ г

Отстройка 2ц производится по (11.38), где вместо 2^

под-

ставляется сумма сопротивлений участка ЛЭП от места уста-

новки ДЗ А до трансформатора ответвления, участка ответвле-

ния 2

и трансформатора 2

: 2ц

= к'2

АС

+ к

0т

+ 2

). От-

стройка ведется для наиболее тяжелого случая, когда №2

отключена с противоположной стороны. Выдержка времени

выбирается по условию (11.35). При этом допускается неселек-

тивное действие I зоны ДЗ А при КЗ в трансформаторе ответ-

вления. Эта неселективность устраняется с помощью АПВ ЛЭП.

Вторая зона ДЗ при повреждении в трансформаторе действует

селективно, поскольку *ц отстраивается от быстродействую-

щих РЗ ЛЭП и трансформаторов. Чувствительность III зоны ДЗ

454

должна проверяться при КЗ за трансформатором, а

1щ

отстраи-

ваться от времени действия МТЗ трансформатора.

Ток срабатывания токовых ПО, применяемых в ДЗ сети

35 кВ, выбирается так же, как и у МТЗ, по условию отстройки

от нагрузки:

•^с.з

^н^сзп-^рабтах^в» (11.46)

где к

= 1,2; /

ра

тах

- максимальный ток нагрузки.

Если необходимо обеспечить избирательность поврежден-

ных фаз (например, в ДЗ ПЗ-152 и ДЗ-1), то /

должно удовле-

творять также условию

(2)

^с.з

^н^неп.ф) (П.47)

(2)

где к

= 1,2; /

не

п.ф

максимальное значение тока в неповреж-

денной фазе при двухфазном КЗ на защищаемой ЛЭП.

Чувствительность ПО проверяется при КЗ в конце защищае-

мой ЛЭП и в конце зоны резервирования по минимальному

значению

Согласно ПУЭ к

в первом случае должен быть не

меньше 1,5, а во втором - 1,2.

11.19.

ОЦЕНКА ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ

Основными достоинствами дистанционного принципа яв-

ляются: селективность действия в сетях любой конфигурации

с любым числом источников питания: малые выдержки време-

ни при КЗ в начале защищаемого участка, которые обеспечи-

ваются I зоной, охватывающей до 85-90% защищаемой ЛЭП;

большая, чем у МТЗ, стабильность зон действия; значительно

большая чувствительность при КЗ и лучшая отстройка от на-

грузки и качаний по сравнению с МТЗ.

К числу недостатков ДЗ следует отнести: невозможность

обеспечения мгновенного отключения КЗ в пределах всей

защищаемой ЛЭП; реагирование на качания и нагрузку; воз-

можность ложной работы при неисправностях в цепях напря-

жения; сложность схем ДЗ и ДО.

В качестве путей дальнейшего усовершенствования ДЗ

можно указать следующие: сочетание ДЗ с ВЧ (см. гл. 13) или

передачей отключающих (разрешающих) импульсов на противо-

положные концы ЛЭП, что позволяет обеспечить быстродей-

455

ствие в пределах всей защищаемой ЛЭП; внедрение ДЗ на ИМС,

способствующее повышению надежности ДЗ; применение

упрощенных схем ДЗ при использовании ее для резервирования

основных РЗ ЛЭП и смежных участков; разработка и примене-

ние ДЗ, построенных на микропроцессорах, что позволит повы-

сить ее надежность и технические параметры.

Вопросы для самопроверки

Какой принцип действия положен в основу дистанционной

защиты?

Из каких органов состоит трехступенчатая дистанционная

защита?

Как выбираются уставки первой ступени ДЗ?

Какие виды характеристик срабатывания РС используют-

ся в современных ДЗ?

Для каких линий угол максимальной чувствительности РС

принимается + 65°?

6. Каково назначение промежуточных преобразователей тока

и напряжения в дистанционных защитах на ИМС?

Какие виды блокировок необходимо применять в ДЗ?

8. Какие факторы влияют на работу измерительных орга-

нов ДЗ?

9. Каковы преимущества четырехугольной характеристики,

применяемой на пусковых и дистанционных органах?

10.

Какие схемы включения дистанционных органов исполь-

зуются в защитах от междуфазных КЗ и от замыканий на землю?

11.

Какие виды ДЗ применяются в России и в чем их разли-

чие?

12.

Принцип действия РС на сравнении абсолютных значе-

ний двух электрических величин.

13.

Принцип действия РС на сравнении фаз двух электриче-

ских величин.

14.

Принцип изображения характеристик срабатывания на

комплексной плоскости.

15.

Из каких четырех частей состоит структурная схема РС,

выполненного на ИМС?

Глава двенадцатая

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ НЕПРАВИЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ

ЗАЩИТЫ ПРИ КАЧАНИЯХ

12.1.

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ ТОКА, НАПРЯЖЕНИЯ И СОПРОТИВЛЕНИЯ

НА ЗАЖИМАХ РЕЛЕ ПРИ КАЧАНИЯХ

Явления, называемые качаниями, возникают при нарушении

синхронной работы генераторов энергосистемы. Качания со-

провождаются возрастанием тока и снижением напряжения

в сети. На эти изменения тока и напряжения РЗ реагирует так

же,

как на симметричные КЗ. Рассмотрим упрощенную схему

энергосистемы (рис.

12.1,

а), состоящую из двух генераторов

и С

, связанных ЛЭП. При синхронной работе генераторов

электрические частоты вращения ы

и и

, с которыми враща-

ются векторы ЭДС Е

и Е

, одинаковы. При нарушении син-

хронизма частоты вращения векторов Е

и Е

становятся раз-

личными. Если предположить, что частота вращения п ротора

генератора С

стала большей, чем генератора О

, то и элект-

рическая частота вращения 0)д > 0)

. В результате этого век-

^АВ

^В

/Х

АВ *АВ

Рис.

12.1.

Векторные диаграммы токов и напряжений при качаниях:

—

простейшая электрическая система и схема ее замещения; б, в

—

вектор-

ные диаграммы при различных значениях угла 6; г

—

распределение напряже-

ния в системе при 6 = 180°

457

тор Е

(рис. 12.1,6) будет вращаться относительно Е

с угло-

вой частотой скольжения ы

= ш

- со

, опережая ЭДС Е

на

угол 6. Вектор разности этих ЭДС АЕ = Е

- Е

будет менять

свою величину в зависимости от угла 6. Полагая, что \Е

\ =

- \§в\ = \Е\, ИЗ треугольника ОАВ(рис. 12.1,6) находим

ЛЕ = 2Езт-^-, (12.1)

где угол б - функция времени I и скольжения ы

. При «

= сопз1 угол 6 = ш

г; с учетом этого ДЕ = 2Езт г.

Выражение (12.1) показывает, что действующее значение

АЕ меняется по закону синуса и достигает максимума АЕ

тах

= 2Е при

= 180° (рис.

12.1,

в), а минимума при 6 = 0.

Ток качания. Под влиянием ЭДС АЕ в сети, соединяющей

генераторы С

и Од, появляется ток качания

кач

= АЕ/2

АВ

(12.2)

Сопротивление 2

АВ

= \Х

АВ

+ К

АВ

является сопротивле-

нием цепи, по которой замыкается ток /

кач

. Пренебрегая ак-

тивным сопротивлением К

АВ

, можно считать, что ток /

кач

от-

стает от ЭДС АЕ на 90

. Подставив в (12.2) АЕ из (12.1), получим

кач

= 2Е5т-^-/Х

АВ

. (12.3)

Характер изменения /

кач

по времени показан на рис. 12.2, а.

Максимального значения 7

кач

достигает

при б =

180°,

т.

е. когда

ЭДС С

и Од противоположны по фазе и АЕ

становится мак-

симальным:

••кач шах

2Е/2

АВ

(12.4)

При 6=0, когда ЭДС генераторов совпадают по фазе, /

кач

снижается до нуля. Однако в действительности при 6 = 0 ток

^кач будет отличен от нуля, так как обычно Е

Фазное напряжение Скач

точке М ЛЭП, связывающей

вышедшие из синхронизма генераторы С

и С

(рис. 12.1, а),

11м

= Е

ка

]Х

Ам

Здесь /качРСш - вектор падения напря-

жения на участке АМ, он опережает /

кач

на 90° и поэтому изо-

бражен на рис.

12.1,

б составляющим часть АЕ, пропорциональ-

458

Рис.

12.2. Характер изменения элект-

рических величин на зажимах реле

при качаниях:

—

тока; б

—

напряжения; в

—

со-

противления

ную сопротивлению участка АМ. Конец вектора У

ач в точ-

ке М и в каждой другой точке ЛЭП будет находиться на отрез-

ке АВ. При этом чем ближе рассматриваемая точка располо-

жена к точке К, тем меньше значение [/

кач

(рис. 12.1,6). В точ-

ке К напряжение

кач

имеет минимальное значение. Эта точ-

ка называется электрическим центром качаний (ЭП.К). Вектор

напряжения у

в ЭЦК перпендикулярен вектору ДЕ (АВ),

а его значение определяется из треугольника ОАК. Электри-

ческий центр находится в середине сопротивления Хддпри

условии, что ЭДС Е

= Е

, а сопротивление на всех участках

сети однородно. С изменением угла б изменяются напряже-

ния во всех точках сети. При б = 180° напряжение в ЭПК снижа-

ется до нуля, в остальных же точках оно отлично от нуля и

равно 11

кв

%км

(рис.

12.1,

г). На рис. 12.2,6 показан харак-

тер изменения напряжения в точках Ми К сети в функции угла.

На рис. 12.2, в приведены кривые изменения сопротивления

для тех же точек сети: 2

= 1УмАсач и2

= ^кАсач- Действую-

щие значения токов качаний всех фаз равны по абсолютному

значению и смещены по фазе на 120°. Из (12.3) следует, что на-

пряжения трех фаз в каждой точке сети во время качаний,

так же как и токи /

кач

, равны и сдвинуты относительно друг

друга на 120°.

459

12.2.

ПОВЕДЕНИЕ ЗАЩИТЫ ПРИ КАЧАНИЯХ

Поведение измерительных и пусковых органов тока, напря-

жения и сопротивления. Сопоставляя уставки срабатывания

соответствующих РЗ с кривыми изменения /

кач

, ^

ач> ^кач

(рис.

12.2), легко убедиться в том, что реле, реагирующие на

ток, напряжение и сопротивление, приходят при качаниях в

действие. Особенно неблагоприятные условия для РЗ, реаги-

рующих на V и 2, возникают в Э1Ж и близлежащих от него

точках.

Период качаний Т

кач

зависит от степени расхождения

частот вращения синхронных генераторов. Чем больше разни-

ца между Юд и со

, тем меньше период качаний Т

кач

. Как вид-

но из кривых на рис. 12.2, РЗ действуют только в течение части

периода качаний Т". Так, например, токовые реле срабатывают

при /

кач

> /

с-р

и возвращаются при снижении /

кач

до значе-

ния /

в03

. Аналогично ведут себя реле напряжения и реле со-

противления. РЗ, действующие мгновенно, могут сработать

при любом значении периода качаний при условии, что у то-

ковых реле 7

Сф

< /

кач тах

, а у реле напряжения и сопротивле-

ния [7

ср

и 2

ср

соответственно больше, чем Скач тт

^кач тт-

РЗ,

имеющие выдержку времени, действуют при качаниях

только при условии, что период качаний превышает время

работы РЗ. Однако РЗ с выдержкой времени могут подейство-

вать и при очень малых периодах качаний, если время возвра-

та реле (

в03

оказывается больше времени Т"(рис. 12.2, а). В этом

случае реле не успевает вернуться за время спада качаний

и, удерживаясь в сработанном состоянии, может подейство-

вать через несколько циклов качаний, когда истечет время

его действия.

Различают два вида качаний: синхронные и асин-

хронные. В первом случае нарушение синхронной работы не

сопровождается нарушением устойчивости (асинхронным хо-

дом) генераторов. При этом разница электрических частот гене-

раторов (о

= ы

- «в быстро уменьшается, приближаясь к ну-

лю,

а угол б в процессе качаний не достигает 180°.

Во втором случае происходит нарушение устойчивой работы

генераторов. Роторы вышедших из синхронизма машин и их

ЭДС проворачиваются относительно друг друга, а угол б пре-

восходит 180°. Для таких качаний характерны нарастания угло-

вой частоты скольжения ш

и уменьшение периода Т

кач

. На-

460