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

Подождите немного. Документ загружается.

€>+

<-8н

]

"Ш

Н1

РЗ

7"->

+€>

'А л>

Воз

РЗ /^ РЗ

не работает работает

б)

Рис.

12.3.

Отказ в действии РЗ при

КЗ,

сопровождаемом качаниями

пряжение и ток достигают при этом своих предельных зна-

чений.

Опыт показывает, что РЗ с выдержкой времени 1,5-2 с, как

правило, не успевают срабатывать во время качаний.

Поведение направленной высокочастотной РЗ. Неправиль-

но работают при качаниях и органы направления мощности

ВЧ РЗ. Из диаграммы на рис.

12.1,

в, г видно, что при изменении

угла б от 0 до 360° угол сдвига между токами в РЗ и напряже-

нием в данной точке сети (например, М) будет принимать ряд

значений от 0 до 180° и от 180 до 360°. При 180° напряжения

по обеим сторонам точки К ЭЦК находятся в противофазе

(рис.

12.1,

в, г). В результате этого мощность по концам ЛЭП МЛ?,

на которой расположен Э1Ж, будет иметь положительный

знак и, следовательно, направленная ВЧ РЗ, основанная на

сравнении мощностей по концам ЛЭП, будет действовать

так же, как и при КЗ в ее зоне, т. е. на отключение ЛЭП.

Отказ РЗ при качаниях. Во время качаний возможна не

только неправильная работа РЗ, но и ее отказ в действии

при КЗ. Типичная схема, при которой возможен подобный

случай, изображена на рис.

12.3,

а. Если при КЗ на

У/1

нарушит-

ся синхронная работа электростанций Л и С, возникнут кача-

ния, то напряжение на подстанции В, от которой питается

поврежденная ЛЭП, будет пульсировать с частотой, определяе-

мой периодом качаний Т

кач

. Вместе с напряжением Ид будет

колебаться и ток КЗ в

У/1

= Ыв^^вк (рис.

12.3,

6").

Если период

качаний Т

кач

окажется меньше выдержки времени РЗ, а мини-

мальный ток

т1П

< /

воз

, то последняя не сможет подейство-

вать на отключение.

461

12.3.

МЕРЫ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ НЕПРАВИЛЬНЫХ ДЕЙСТВИИ РЗ

ПРИ КАЧАНИЯХ

Как следует из сказанного, при качаниях возникают усло-

вия для неправильных, хаотических действий РЗ, которые

приводят к тяжелым системным авариям. Важным требова-

нием, предъявляемым к РЗ, является недействие ее при ка-

чаниях. Некоторые РЗ, например дифференциальные, не реаги-

руют на качания по своему принципу действия. Большинство

же РЗ воспринимают качания как симметричное КЗ, и поэто-

му требуются специальные меры, предотвращающие возмож-

ность их ложной работы. В качестве таких мер используются

три способа.

Первый из них, наиболее простой, состоит в том, что

параметры срабатывания пусковых реле РЗ выбираются с та-

ким расчетом, чтобы они не действовали при качаниях. С этой

целью ток срабатывания должен выбираться больше макси-

мального тока качания /

с 3

> 1

кач

, у ДЗ

должно быть меньше

минимального значения сопротивления, возможного в дан-

ной точке сети при качаниях: 2

СЗ

качт1П

Последнее усло-

вие можно выполнить, если ЭЦК лежит за пределами зоны

действия ДЗ. Практически этот путь предотвращения ложной

работы РЗ при качаниях применим только для токовых отсе-

чек и первых зон ДЗ. В качестве второго способа слу-

жит отстройка от качаний при помощи выдержки времени по-

рядка 1-2 с. Это применимо в тех случаях, когда указанное

замедление РЗ допустимо по условиям устойчивости и селек-

тивности. И наконец, третьим способом предотвраще-

ния ложной работы РЗ при качаниях является применение

блокировок, выводящих РЗ из действия при возникновении

качаний.

Блокирующие устройства должны удовлетворять двум основ-

ным требованиям: 1) выводить РЗ из действия при качаниях,

возникших как в нормальном режиме, так и при КЗ; 2) не долж-

ны препятствовать работе РЗ, если во время качаний на защи-

щаемом ею участке возникает КЗ. Разработаны два типа бло-

кирующих

устройств:

одно

отличает

КЗ

от

качаний по появ-

лению несимметрии тока или напряжения сети, а вто-

рое - по скорости изменения тока, напряжения или со-

противления в

месте

установки РЗ при КЗ и качаниях.

462

12.4.

БЛОКИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, РЕАГИРУЮЩЕЕ

НА НЕСИММЕТРИЮ ТОКОВ ИЛИ НАПРЯЖЕНИЙ СЕТИ

Характерным признаком, отличающим симметричные кача-

ния от КЗ, служит появление кратковременной несимметрии

токов и напряжений при КЗ.

При двухфазных и однофазных КЗ токи и напря-

жения всегда несимметричны (см. § 1.3).

При металлических трехфазных КЗ равенство со-

противлений фаз не нарушается, поэтому токи и напряжения

в этом режиме симметричны. Однако исследования и опыт

эксплуатации показывают, что трехфазные повреждения обыч-

но начинаются с замыкания одной или двух фаз, а затем пере-

ходят в трехфазные КЗ. Такое положение имеет место даже

при включении ЛЭП на трехфазную закоротку, вследствие

разновременности замыкания фаз контактами выключателя.

Помимо этого и при одновременном замыкании трех фаз

вследствие переходных процессов, возникающих в первич-

ных и вторичных цепях измерительных трансформаторов,

появляется кратковременная несимметрия вторичных вели-

чин. В результате по отмеченным причинам в начальный мо-

мент трехфазного КЗ кратковременно возникает несиммет-

рия. Наиболее четким признаком несимметрии, а следователь-

но,

и КЗ является появление составляющих ОП ([/

и 1

) в то-

ках и напряжениях. Поэтому устройства, отличающие КЗ от

качания по появлению несимметрии, выполняются реагирую-

щими на составляющие ОП. Принцип действия такого блоки-

рующего устройства состоит в том, что оно разрешает работать

РЗ при КЗ, когда появляются составляющие ОП, и запрещает

ей действовать на отключение, если 1

и (7

не появлялись,

блокируя таким образом РЗ при качаниях и симметричной на-

грузке.

Блокировки при качаниях, реагирующие на абсолютные

значения 1

или [/

, пока имеют преимущественное распро-

странение в отечественных ДЗ. Они выполнены на электроме-

ханических реле с готовностью к повторному пуску через опре-

деленное время после отключения КЗ. Серийно выпускаются

устройства блокировки при качаниях (УБК) двух типов: КРБ-125

с ПО, реагирующими на 1!

и 37

, и КРБ-126 с ПО, реагирую-

щими на 1

и 3/

463

Принципиальная схема блокирующего устройства типа КРБ

с возвратом и готовностью к действию через определенное

(заданное) время (

. На рис. 12.4, а, 6 приведены схемы блоки-

рующего устройства с токовым ПО, реагирующим на ток 1

и дополнительно, для повышения чувствительности при КЗ

на землю, на ток 1

Схема ПО (рис.

12.4,

о). Ток 1

получается с помощью

фильтра ОП Ф2, на выход которого включен понижающий

трансформатор ТА2. Ток 3/

получается от промежуточного

трансформатора тока ТАО, который включен в рассечку нуле-

вого провода ТТ. Токи 1

и 3/

выпрямляются

У51

и У82, сумми-

руются и подаются в обмотку Р исполнительного реле пуско-

вого органа КА. В качестве исполнительного реле служит

УМ

V!!

У52

к и -

Рис.

12.4. Принципиальная схема бло-

кировки при качаниях типа КРБ-126.

Контакты показаны в положениях,

соответствующих отсутствию токов:

—

схема цепей переменного то-

ка; б - характеристика срабатывания

реле;

в - цепи постоянного оператив-

ного тока

Пуск РЗ

464

поляризованное реле с двумя обмотками: рабочей Р и тормоз-

ной Т. Тормозная обмотка Г питается выпрямленным током

одной из фаз /ф и противодействует срабатыванию реле. Ток

рабочей обмотки (1

+ к1

) действует на срабатывание.

Ток срабатывания реле КА (рис. 12.4, б) зависит от тормоз-

ного тока /

= /ф и выражается уравнением: /

с-р

= /

+ ^т^т»

где к

- коэффициент торможения; /

- ток срабатывания реле

при отсутствии торможения, которое предусмотрено для предот-

вращения ложной работы ПО блокировки во время качаний.

При КЗ 1

и /

достаточно велики, поэтому несмотря на тормо-

жение реле должно надежно срабатывать. Чувствительность

ПО и коэффициент торможения к

регулируются изменением

витков трансформаторов ТА1, ТА2 и ТАО. Конденсатор С6 и

дроссель Ь2 сглаживают кривую выпрямленного тока. Конден-

сатор С4 и дроссель Ы фильтруют токи высших гармоник

(главным образом 5-й), которые могут вызвать появление то-

ков небаланса в рабочей обмотке ПО, так как соотношение

сопротивлений плеч фильтра Ф2 подобрано для частоты 50 Гц.

Трансформаторы ТА2 и ТАО служат для уменьшения токов

и /

до значений, безопасных для выпрямителей У31 и

У52.

Логическая схема устройства показана на рис. 12.4, е.

Она одинакова для устройств, реагирующих как на ток, так

и напряжение ОП. В состав схемы входит промежуточное

реле КЫ, осуществляющее пуск и вывод из работы блокируе-

мой РЗ по команде ПО устройства КА, реле времени КТ и про-

межуточное реле КЬ2 с замедленным возвратом (на время

Д* * 0,2 -*• 0,3 с), выполняющие операции по прекращению пус-

ка РЗ через время Дг, достаточное для ее срабатывания, по

запрету повторного пуска РЗ в течение заданного времени

гот

и по восстановлению готовности всех реле логической

схемы к новому пуску.

Для надежного действия блокирующего устройства при

трехфазном КЗ пусковой орган КА и промежуточное реле КЫ

должны иметь повышенное быстродействие (0,009 с), позволяю-

щее им реагировать на кратковременную несимметрию, появ-

ляющуюся в начальный момент этого повреждения. Чтобы

обеспечить это условие, применяется особая схема пуска КЫ,

позволяющая улавливать кратковременное срабатывание ПО

(КА) и фиксировать его на время, необходимое для дейст-

вия РЗ. Для этого в исходном режиме обмотка КЫ непрерыв-

465

но питается током через замкнутые контакты КА.1 и КЫ.2

(рис.

12.4,

в).

Реле КЫ находится в сработанном состоянии,

контакт КЫ.1, осуществляющий пуск РЗ, разомкнут. Контакт

КЫ.2 замкнут. Контакт КЫ.З, пускающий реле времени КТ,

разомкнут. Промежуточное реле КЬ2 обтекается током и на-

ходится в сработанном состоянии - его контакты разомкнуты.

При КЗ появляются составляющие ОП и НП; ПО срабатывает,

его контакт КА.1 размыкает цепь обмотки КЫ, подвижная

система которого возвращается, контакт КЫ.2 размыкается,

и КЫ остается в обесточенном состоянии независимо от по-

ложения контакта КА.1, фиксируя таким образом его кратко-

временное действие. После обесточения обмотки КЫ контакт

КЫ.1 замыкает цепь отключения блокируемой РЗ, разрешая

ей срабатывать, а КЫ.З подает ток в обмотку реле времени КТ,

которое приходит в действие. Его мгновенный контакт КТ.2

замыкается, обеспечивая самоудерживание реле КТ, второй

мгновенный контакт КТ.1 размыкается, прерывая ток в обмот-

ке промежуточного реле КЬ2 (рис. 12.4, в). Якорь этого реле от-

падает с замедлением, через время А? * 0,2 -*- 0,3 с контакт

КЬ2.1 замыкается, подавая ток в обмотку реле КЫ. Последнее

вновь срабатывает и выводит блокируемую РЗ из действия.

При этом повторный пуск РЗ при срабатывании КА будет ис-

ключен, так как контакт КАЛ зашунтирован контактом

КЬ2.1.

Возврат схемы в начальное состояние (готовности к дейст-

вию) происходит после замыкания контакта реле времени

КТ.З, который шунтирует обмотку реле времени, и оно, а сле-

довательно, и КЬ2 возвращаются в исходное положение. После

этого логическая схема готова к повторному действию.

Для исключения ложной работы ПО от небалансов при ка-

чании, а на участках с несимметричной нагрузкой и от состав-

ляющих ОП уставка срабатывания ПО отстраивается от этих

величин. Это загрубляет блокирующее устройство. Кроме не-

достаточной чувствительности ПО, реагирующий на абсолют-

ные значения [7

или 1

, имеет два принципиальных недо-

статка: такой ПО может сработать не только при КЗ, но и при

операциях по включению и отключению выключателей на

симметрично нагруженных элементах сети, вследствие появ-

ляющейся кратковременной несимметрии, вызванной разно-

временностью замыкания и размыкания фаз контактами вы-

ключателя. Если указанная коммутация произойдет во время

качаний или перегрузки, то ПО вводит в действие блокируе-

466

мую РЗ, и она может подействовать ложно. Возможен отказ

ПО при трехфазном КЗ, когда начальная несимметрия отсут-

ствует или ее продолжительность недостаточна для срабаты-

вания ПО.

Блокировка при качаниях с пуском от тока /

не действует

в симметричных режимах сети при любых неисправностях в

цепях ТН и может благодаря этому служить блокировкой ДЗ

от повреждений в цепях напряжения. Блокировка от качаний

с пуском от Ы

таким свойством не обладает. Поэтому БК с

токовым пуском часто используется как блокирующее устрой-

ство при качаниях I ступени и пусковое устройство II и III сту-

пеней ДЗ.

Такой пуск медленнодействующих ступеней предупреждает

их ложное срабатывание при неисправности в цепях напряже-

ния, в том числе и при одновременном исчезновении напряже-

ния на трех фазах первичной стороны ТН.

Выбор уставок ПО блокировки, выполненных по рис. 12.4.

Реле напряжения или тока должно быть отстроено от макси-

мальных небалансов, возникающих на выходе фильтра при

симметричных режимах, и надежно работать при двух и одно-

фазных КЗ в конце зоны блокируемой ступени. По первому

условию:

^2с

= кн^нб.ф или /

2с

= Мнб.ф, (12.5)

где С/

б.ф - напряжение небаланса на выходных зажимах

фильтра

Ф2

при максимальном значении рабочего напряжения,

^нб.ф - вторичный ток небаланса фильтра при максимальном

значении токов качания.

По второму условию:

^2с.р = и

ттп/(к

^) ИЛИ

*2С.р

—

'2Л11П

/(/с

ВД, (12.6)

где

тт

и /

тт

минимальные напряжение и ток ОП при КЗ

в конце зоны блокируемой РЗ; к

- коэффициент чувствитель-

ности, равный 1,5.

При недостаточной чувствительности реле ОП применяет-

ся комбинированный пуск от (7

+ к1

или 1

+ к1

, а также тор-

можение от тока фазы.

Выдержка времени на возврат БК в исходное положение

(контакт КТ.З на рис. 12.4, в) определяется по следующему вы-

467

ражению:

'гот

'откл! + \АПВ т 'откл2>

(12.7)

где

(

0ТКЛ

и ^отклг

наибольшее время отключения КЗ первый

раз и после АПВ соответственно; (дпв

время действия АПВ.

12.5.

УСТРОЙСТВО БЛОКИРОВКИ ПРИ КАЧАНИЯХ,

РЕАГИРУЮЩЕЕ НА СКОРОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ ТОКА, НАПРЯЖЕНИЯ

ИЛИ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Скорости изменения электрических величин при КЗ и ка-

чаниях различны. В первом случае ток, напряжение и сопро-

тивление изменяются почти мгновенно от своего нормального

значения до значения при КЗ (рис. 12.5). При качаниях те же

величины меняются постепенно. Это различие и положено

в основу схемы блокировки, изображенной на рис. 12.6. Устрой-

ство блокировки выполняется при помощи двух пусковых

реле,

реагирующих на увеличение тока (7

, /

ач)

или

уменьше-

ние сопротивления и имеющих разные уставки срабатывания.

На рис. 12.6, а приведена схема на электромеханических

реле,

предназначенная для блокирования дистанционных за-

щит. В качестве пусковых реле используются реле минималь-

ного сопротивления

К2.1

К2.2.

Примем, что реле К21 чувстви-

тельнее реле К22. Уставка срабатывания К21 выбирается из

условия его недействия в режиме максимальной нагрузки

„

раб тт

по выражению 2

С 31

< ——— (так же как и у пускового органа

Рис.

12.5. Сравнение характера изменения электрических величин при КЗ и ка-

чаниях:

—

тока; б

—

напряжения; в

—

сопротивления

468

'' к

ДЗ

* >| I*-

а)

Рис.

12.6. Схема блокировки

двумя РС (а) и их характеристики (б)

дистанционной защиты, см. §11.18). Сопротивление срабаты-

вания более грубого реле К22 должно быть меньше 2

С31

, но

в то же время удовлетворять условию надежного действия при

КЗ в конце зоны блокируемой защиты. Для выполнения логи-

ческих операций по блокированию защиты в схеме предусмот-

рено промежуточное реле КЬ с одним размыкающим и вто-

рым замыкающим контактами.

При появлении качаний сопротивление на зажимах пуско-

вых реле 1, 2 (в первый момент нарушения устойчивости) начи-

нает плавно снижаться [см.

кач

= /(г) на рис. 12.6, б]. Первым

срабатывает более чувствительное реле К21, а затем, через

небольшой интервал времени Л Г, придет в действие К22,

когда -2

кач

снизится до точки 2. Сработав, реле К21 мгно-

венно через еще замкнутый контакт К.2,2 замкнет цепь об-

мотки реле КЬ. Последнее придет в действие и разомкнет

своим верхним контактом КЬ.2 оперативную цепь защиты,

блокируя ее действие, а через нижний контакт обеспечит

самоудержание (в сработанном состоянии) до тех пор, пока

К21 не вернется в исходное состояние (что произойдет, когда

кач

начнет увеличиваться и пройдет точку 4 своей характери-

стики).

При КЗ пусковые реле К21 и

К.2,2

срабатывают мгновенно

и одновременно, как это следует из характеристики 2

= /(г).

При срабатывании реле К22 размыкает цепь пуска реле КЬ,

осуществляющего блокировку защиты. Реле не успевает сра-

ботать, разрешая защите действовать.

469

Самым тяжелым условием работы рассматриваемой схемы

УБК являются качания с малым периодом Т

, имеющим место

при асинхронном ходе генераторов. Чем меньше период кача-

ний, тем меньше интервал времени А* между срабатыванием

пусковых реле К21 и

К7,2.

Если время Д* окажется меньше вре-

мени действия реле КЬ, то оно сработает и защита не будет

блокирована. Поэтому для повышения надежности действия

блокировки необходимо повышать быстродействие на сраба-

тывание пусковых реле КЬ, а также больше должно быть раз-

личие в уставках пусковых реле. Очевидно, что последнее

требование ограничивается приведенными выше условиями

выбора уставок срабатывания пусковых реле.

В качестве пусковых реле могут использоваться дистан-

ционные органы третьей и второй ступеней дистанционной

защиты. Применение рассмотренного принципа затруднено

на длинных и сильно загруженных линиях из-за того, что по

условию отстройки от нагрузки 2

Э1

приходится загрублять

(уменьшать), а

С32

- увеличивать для обеспечения надеж-

ного действия в конце защищаемой линии и зоны резервиро-

вания. В результате этого разность уставок К2,1 и КЕ2 может

оказаться недостаточной для надежной работы блокировки.

Недостатком рассмотренной схемы является то, что она не

реагирует на качания, возникающие в процессе внешнего КЗ,

поскольку при этом выведена из работы (цепь пуска КЬ разомк-

нута).

Аналогичная схема может быть выполнена на ИМС.

12.6.

БЛОКИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, РЕАГИРУЮЩЕЕ

НА СКАЧКООБРАЗНОЕ ПРИРАЩЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

(ВЕКТОРОВ ТОКА ПРЯМОЙ И ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ)

В отечественных энергосистемах и за рубежом разработаны

и используются несколько вариантов УБК, основанных на раз-

личии скорости изменения электрических величин (сопротив-

ления 2,, тока /, напряжения V) при качаниях и КЗ. Ниже рас-

сматривается новый вариант подобных УБК, реагирующих на

скачкообразное увеличение (приращение) модуля и угла век-

тора тока обратной последовательности Д7

/Д?, имеющих мес-

то только при КЗ. Устройство разработано во ВНИИР (г. Чебок-

сары) при участии проектного института "Энергосетьпроект"

и применяется в дистанционных защитах типа ШДЭ-2801 и

ПДЭ-2001,

выпускаемых АО ЧЭАЗ.

470