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

Подождите немного. Документ загружается.

При возникновении симметричных КЗ под влиянием крат-

ковременной предшествующей несимметрии срабатывают ИО

-^гбл! ^2бл> 4от> ^2от

^2от

как и П

несимметричных КЗ,

пускают передатчики и подготавливают цепи отключения.

Одновременно, за счет срабатывания ИО

уск

или

Д-А обес-

печивается пуск схемы блокировки при качаниях на элемен-

те БУЛ.

Блокировка при качаниях вводит ИО сопротивления 2

0т

на

элементе И ИХ8 и далее

Г)ДО5

(/ канал). Ввод БК осуществляет-

ся на элементе "Запрет" ЮХ5 до срабатывания элемента вре-

мени БТ1. После срабатывания ИТ1 появляется запрещающий

сигнал на элементе

ЮХ5,

и блокировка выводится из действия

на время, определяемое элементом

Ю51

в цепи обратной свя-

зи с выхода 051 на вход ИУЛ. После перехода несимметрично-

го КЗ в симметричное ИО, реагирующие на составляющие ОП,

возвращаются, и срабатывают ИО сопротивления (ИО 2. могут

сработать и до исчезновения несимметрии).

При симметричных КЗ в защищаемой зоне срабатывают ИО

0Т

на всех концах и через элементы И йХ8, ИЛИ 0\У4 и "За-

прет" ЮХ6 останавливают пуск ВЧ-передатчиков на всех кон-

цах ВЛ (даже если сработал ИО 2

бл

, рис. 13.24) и через элементы

ИЛИ ОИ^5 воздействуют на основной канал отключения.

Если симметричное КЗ внешнее, то на конце ВЛ, ближай-

шем к месту КЗ, срабатывает ИО 2$

и через элементы ИЛИ

БЮЗ

"Запрет"

ЮХ6,

ИЛИ 0№, "Запрет"

ЮХ12,

ИЛИ БУШ, "Запрет"

ИХ14 и усилитель

Б115

пускает ВЧ-передатчик. На другом кон-

це ВЛ может сработать ИО 2

0г

, однако отключения не произой-

дет в связи с наличием блокирующего сигнала на входе эле-

мента "Запрет" ЮХ7.

Особенности выполнения защиты, связанные с ее использо-

ванием на ВЛ с ответвлениями. Для обеспечения отстройки

РЗ питающего конца ВЛ от междуфазных КЗ за трансформато-

ром ответвления предусматривается установка двух дополни-

тельных ИО сопротивления %всп

%САп

(блок V). Для обеспе-

чения срабатывания РЗ при КЗ на землю на защищаемой ВЛ,

когда ИО сопротивления могут не сработать, предусмотрена

установка ИО тока НП 1

. Орган тока отстраивается от брос-

ков тока намагничивания трансформаторов аналогично ИО

дифференциальной РЗ трансформатора.

Указанные два ИО сопротивления

Д0П

ИО тока 1

и реле

от

включены на вход элемента ИЛИ Б\У2 (канал У). Сигнал с

521

выхода последнего контролирует цепь отключения на элемен-

те И БХ10, что обеспечивает срабатывание РЗ при КЗ на В Л и

отстройку от КЗ за трансформаторами ответвления.

Особенности выполнения защиты, связанные с режимами

включения защищаемой ВЛ (рис. 13.24). Рассматриваемая РЗ

предназначена для использования на ВЛ 110-220 кВ, где ТН

установлены на шинах со стороны питающих концов.

Из-за разновременности включения фаз выключателя ИО

Л^от может излишне сработать при замыкании ВЛ 110-220 кВ

в транзит. В целях исключения ложного срабатывания РЗ при

замыкании ВЛ в транзит (ТН на шинах) любая операция с вы-

ключателями сопровождается пуском блокирующего ВЧ-сиг-

нала по цепи: контакт реле КЫ, элемент выдержки времени

на возврат 052, элементы ИЛИ

ЮУ/9,

"Запрет" БХ12, ИЛИ йЮИ,

"Запрет" ОХ14 и усилитель 0(75.

При опробовании ВЛ или в цикле АПЗ предусматривается

возможность работы РЗ независимо от наличия блокирующего

ВЧ-сигнала

течение 0,75 или 1,5 с после включения ВЛ. Защита

в отдельных случаях может применяться на ВЛ 330 кВ, где ТН,

как правило, устанавливается на ВЛ. При этом возможен воз-

врат ИО

2от

при отказе фазы выключателя при отключении КЗ

на ВЛ 330 кВ. Для обеспечения действия РЗ на УРОВ фиксация

первого срабатывания РЗ полезна и в этом случае.

Контроль функционирования защиты. Для обеспечения вы-

сокой надежности функционирования панели РЗ типа

ПДЭ-2802 предусмотрен ряд мер.

Для снижения вероятности ложной работы РЗ выход основ-

ного канала I контролируется дополнительным каналом III

на схеме И ИХ13. Дополнительный канал III образован, как

указано выше, тремя ИО:

%'ь

и ИО

2Пуск

включенными

по схеме ИЛИ (элемент ОК8).

Неисправность каждого из каналов выявляется по факту

длительного несоответствия сигналов на их выходах (бо-

лее 10 с) с помощью элементов "Запрет" БХ15 и БХ16 (на

рис.

13.24 не показаны).

В схеме панели предусмотрен непрерывный контроль ис-

правности ИО с сигнализацией о возникновении неисправно-

сти в случае длительного (более 10 с) срабатывания любого ИО.

Оценка высокочастотных защит

Принцип действия ВЧЗ направленных и дифференциально-

фазных надежен и прост. Эти РЗ являются единственными за-

щитами, обеспечивающими мгновенное и двустороннее отклю-

чение КЗ в пределах всей ЛЭП. Общим недостатком всех ВЧЗ

являются более высокая стоимость и сложность по сравнению

с другими видами РЗ.

Высокочастотные защиты получили широкое распростране-

ние как основные РЗ в сетях 110-1150 кВ. Они позволяют обес-

печить быстрое и селективное отключение КЗ при любой кон-

фигурации сети и являются наиболее чувствительными.

Направленная ВЧ защита предъявляет к ВЧ каналу меньшие

требования, чем ДФЗ. Время нарастания сигнала на выходе

приемника может быть выбрано в 2-4 раза большим, а, следо-

вательно, можно в 2-4 раза уменьшить полосу пропускания

канала. Кроме того, при КЗ в зоне действия РЗ по каналу на-

правленной ВЧ защиты не передается ВЧ сигнал, что обеспе-

чивает повышение помехоустойчивости по сравнению с ДФЗ

и дает возможность в той же полосе частот передавать и отклю-

чающие (разрешающие) сигналы.

Вопросы для самопроверки

Принципы действия ВЧ защит.

Из каких элементов состоит ВЧ канал и каково их назна-

чение?

Для чего применяется комбинированный фильтр 1

+ к1

в защите ДФЗ-201?

Из каких органов состоит защита ДФЗ?

Какова роль ВЧ сигналов в направленной и диффазной

защитах?

6. Какие пусковые органы используются в защите ПДЗ-2802?

Почему применяются два пусковых органа с разной чув-

ствительностью?

Глава четырнадцатая

ЗАЩИТА ЛИНИЙ СВЕРХВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

14.1.

ОСОБЕННОСТИ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

СВЕРХВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Электрические сети напряжением 330 кВ и выше называются

сетями сверхвысокого напряжения (СВН), они сооружаются

для передачи больших потоков электроэнергии на далекие

523

<5КЮо

Ш-»

Рис.

14.1.

Схема двухцепной электропередачи сверхвысокого напряжения

расстояния. В нашей стране основными межсистемными свя-

зями служат электропередачи СВН 330-1150 кВ. Характерной

особенностью ЛЭП СВН являются большая протяженность и

высокий уровень передаваемой по ним мощности. Чем выше

уровень напряжения, тем выше пропускная способность ЛЭП.

Эти ЛЭП имеют большое сопротивление, значительную емкост-

ную проводимость относительно земли, высокий уровень

коммутационных перенапряжений, поэтому их конструктив-

ное исполнение имеет некоторые особенности:

1) вследствие больших значений токов нагрузки сечение

проводов получается очень большим, поэтому для уменьше-

ния индуктивного сопротивления ЛЭП ее фазы выполняются

расщепленными на несколько параллельно идущих проводов

(2 провода на ЛЭП 330 кВ, 3 - на ЛЭП 500 кВ, 4 - на ЛЭП 750 кВ,

8-на ЛЭП 1150кВ);

2) на обоих концах ЛЭП устанавливаются шунтовые реакто-

ры Р (рис. 14.1). Они ограничивают коммутационные перена-

пряжения и осуществляют компенсацию большого емкостно-

го тока фаза-земля. Это способствует поддержанию нормаль-

ного уровня напряжения и гашению электрической дуги в

месте повреждения в цикле ОАПВ;

0+-0-—нн—гь|0

а) б)

Рис.

14.2. Продольная емкостная компенсация электропередачи сверхвысокого

напряжения:

—

схема включения конденсаторов; б

—

схема замещения

524

3) для повышения пропускной способности электропередачи,

ограниченной по условиям устойчивости, иногда применяет-

ся продольная емкостная компенсация (рис. 14.2). Конденса-

торы С, включенные последовательно в фазы ЛЭП, уменьшают

(компенсируют) индуктивное сопротивление фаз;

4) предусматривается пофазное управление выключателя-

ми,

позволяющее применять однофазное АПВ (ОАПВ) и отклю-

чать при К одну поврежденную фазу, сохраняя в работе ЛЭП

с двумя фазами, что способствует сохранению устойчивости

электропередачи.

14.2.

ОСОБЕННОСТИ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЛЭП СВН

Электропередачи 500-1150 кВ работают с малым запасом

устойчивости, поэтому к РЗ электропередач СВН предъявляют-

ся высокие требования в части быстродействия. Как правило,

КЗ в любой точке ЛЭП необходимо отключать со временем не

более 0,1-0,12 с, а на ЛЭП 750 и 1150 кВ - 0,06-0,08 с. С учетом

того,

что современные выключатели действуют со временем

0,04-0,06 с, собственное время действия РЗ на ЛЭП 500 кВ не

должно превышать 0,04-0,05 с, а на ЛЭП 750-1150 кВ - 0,02 с.

Благодаря большой длине и высокой загрузке ЛЭП токи

и сопротивления 2

в нормальных режимах во многих случаях

оказываются соизмеримыми с их значениями при КЗ. Это

усложняет выполнение РЗ и требует применения устройств

с характеристикой срабатывания, обеспечивающей повышен-

ную чувствительность при КЗ, но отстроенных от нагрузки.

Вследствие большого значения емкостной проводимости

фаз относительно земли (У^ = оС) ЛЭП 500-1150 кВ и высокого

уровня рабочего напряжения емкостные токи 1

= 1]

ыС на

ЛЭП сверхвысокого напряжения значительно превосходят

аналогичные токи в сетях ПО и 220 кВ. Ток 1

одного километ-

ра ЛЭП при номинальном напряжении составляет в сетях:

1150 кВ - 2,56 А; 750 кВ - 1,6 А; 500 кВ -

1,1-1,3

А; 330 кВ - 0,65 А;

220 кВ-0,46 А; 110кВ-0,2А.

В результате этого емкостные токи на длинных ЛЭП СВН

оказывают заметное влияние на работу РЗ. При анализе и

расчетах распределенную по длине проводов емкость фазы

ЛЭП обычно заменяют сосредоточенной емкостью С по Т-

или П-образной схеме. Как показано на рис. 14.3, ток на одном

конце ЛЭП равен геометрической сумме, а на другом - геомет-

С5С

>» )» >» >» >» >» »> >» >л >» »> »>

>>>

»> >»

'»> )}>

.>л

>//

»/ »/

?»

М #/ /Л»?

»/

/» М V/ М

У»

М М,

1т

'[к

*[ст

2&*

•и

\ст

Рис.

14.3. Схема замещения электропередачи с учетом емкостной проводимости

и векторные диаграммы токов при внешнем КЗ

рической разности тока 1

и сквозного тока /

: 1

= 1

+ 1с

= 1

Сп

- 1

. Таким образом, ток 1

искажает значение и фазу

тока, проходящего по ЛЭП. Чем больше 1с и меньше 1

, тем

сильнее искажающее влияние емкостных токов на работу

дифференциально-фазной и направленной ВЧЗ.

На рис. 14.4 представлено распределение токов 1

по парал-

лельным ЛЭП при несимметричном КЗ в точке К. Если при

этом напряжение [/

на шинах тип окажется одинаковым,

то в неповрежденной ЛЭП №1 будет проходить только емкост-

ный ток (сквозной ток 1

= 0). На обоих концах ЛЭП емкост-

ный ток равен 1^/2 и имеет одинаковую фазу. Это значит,

что фазы токов на концах неповрежденной ЛЭП будут таки-

ми же, как и при КЗ на ней. Благодаря этому дифференциаль-

но-фазная защита на неповрежденной ЛЭП \ч\ будет действо-

вать под влиянием емкостного тока неправильно.

Искажающее влияние емкостной проводимости на токи КЗ

устраняется применением устройства, компенсирующего ток

во вторичном токе ТТ, питающих ВЧЗ. При наличии компен-

сации ток, питающий ВЧЗ, на обоих концах ЛЭП будет равен

току сквозного КЗ. Такая компенсация получила примене-

ние в дифференциально-фазных и направленных ВЧЗ 500-

1150 кВ.

На ЛЭП 500 и особенно 750 и 1150 кВ при появлении и от-

ключении КЗ, а также при оперативных переключениях воз-

никают электромагнитные переходные процессы, обусловлен-

ные наличием индуктивного сопротивления шунтирующих

реакторов, емкости продольной компенсации и распределен-

ГП

\Л/1

о)

б)

т-~

гп

Рис.

14.4. Распределение токов по параллельным линиям при несимметричном

коротком замыкании в точке К

учетом емкостной проводимости ЛЭП:

—

схема электропередачи; б

—

схема замещения для обратной последова-

тельности

ных постоянных Ь и С длинных ЛЭП. Вследствие значитель-

ного преобладания реактивного сопротивления X = ыЬ над

активным К в элементах сети СВН затухание переходных

процессов происходит относительно медленно. Вблизи мощных

электростанций и крупных узловых подстанций постоянная

времени т = Ь/К (характеризующая затухание) достигает деся-

тых долей секунды (т

0,3 с). Переходные процессы сопровож-

даются появлением апериодической составляющей и токов

высших и низших частот. Апериодический ток искажает вто-

ричный ток, питающий РЗ, и может вызвать неправильную ра-

боту или замедление быстродействующих измерительных

органов. Нежелательное влияние токов с

частотой,

отличной

от 50 Гц, устраняется применением

частотных

фильтров, про-

пускающих в РЗ только токи основной

частоты.

РЗ,

применяемые в сетях сверхвысокого напряжения, долж-

ны иметь высокую помехоустойчивость, быть надежно защище-

ны от внешних помех.

Емкость С устройства продольной емкостной компенса-

ции (УПК) уменьшает реактивное сопротивление ЛЗП и оказы-

вает вследствие этого влияние на значение и фазу токов и

сопротивлений, на которые реагируют токовые, направленные

и дистанционные РЗ. Рассмотрим особенности условий работы

некоторых РЗ на ЛЭП с УПК.

Токовые отсечки. Ток КЗ, на который реагирует отсечка:

= Е/Х

к, где Х

АК

- реактивное сопротивление сети от источ-

ника питания до точки КЗ (рис.

14.5,

а). При КЗ до УПК Х

АК

= Х

+ Хф

, оно растет при удалении точки КЗ, в связи с чем

527

1сукц1,

*а%

/<1±

Рис.

14.5. Влияние устройства

продольной емкостной компен-

сации (УПК) на работу токовой

отсечки:

—

участок сети с УПК;

—

характер изменения тока КЗ

и зона действия отсечки при

наличии и отсутствии УПК

(кривые 1 и 2)

ток 1

(рис.

14.5,

б) уменьшается. В случае КЗ за УПК

= Х

+ Хуж ~ -^УПК- Таким образом, при перемещении места КЗ

из К1 в К2 ток КЗ увеличивается скачком от /

К1

до /

К2

, так как

из-за наличия емкости

АК2

По мере дальнейшего

перемещения точки К2 1

снова уменьшается за счет рос-

та

Ху/%.

Характер изменения тока в зависимости от расстояния

до места КЗ на ЛЭП с УПК изображен на рис. 14.5,6 кривой 1,

при отсутствии УПК - кривой 2. Ток срабатывания мгновенной

отсечки выбирается так, чтобы она не действовала за предела-

ми защищаемой ЛЭП. Из приведенных кривых 1 и 2 видно,

что при наличии УПК 7

> /

, а зона действия отсечки соот-

ветственно меньше, чем при отсутствии УПК (ОА

ОВ).

Таким образом, продольная компенсация существенно сни-

жает

эффективность токовой отсечки и ограничивает возмож-

ность

ее применения.

Аналогично влияет УПК и на токовые отсечки нулевой

последовательности, но в меньшей степени, поскольку Х

ЛЭП в 2-3 раза больше Х

, а Х

и Х

УПК одинаковы, поэтому

емкостное сопротивление Хупк

меньшей степени снижает

суммарное индуктивное сопротивление Х

сети и ЛЭП от места

установки защиты до точки КЗ.

Дистанционная защита. На рис. 14.6 показан характер изме-

нения сопротивления 2

р1

= 2

АК

при удалении точки КЗ К от

места установки ДЗ Р1. При КЗ до УПК (участок ЛЭП АС на

рис. 14.6, а,

б) 2р = г

АК1

]Х

АК1

где Д

и Х

- удель-

528

Рис.

14.6. Влияние емкости УПК п р% рз

ные сопротивления 1 км, а /д#1 - расстояние до точки К1.

На этом участке сопротивление 2

растет пропорционально

расстоянию до места КЗ. При переходе точки КЗ за УПК (из К1

в К2) величина 2

АК2

](Х

АК2

- Х

УП

к) резко уменьша-

ется, поскольку Хупк компенсирует определенную часть ин-

дуктивности ЛЭП. При дальнейшем удалении точки К (за точ-

ку К2) 2

снова нарастает, но закон пропорциональности меж-

ду 2

и /

нарушается (рис. 14.6, б, в).

Таким образом, далекое КЗ, происшедшее на смежной ЛЭП

ВЮ,

воспринимается зашитой

Р1

как близкое КЗ, расположенное

на защищаемой ЛЭП АВ, в результате Р1 может срабатывать

неправильно с выдержкой времени первой зоны. Помимо ис-

кажения величины 2

сопротивление Хупк может исказить

знак реактивной составляющей 2

, что приведет к нарушению

направленности действия РЗ. Такие условия возникают, когда

емкостное сопротивление УПК преобладает над индуктивным

сопротивлением ЛЗП от места установки реле сопротивления

до места включения продольной компенсации. Например, для

Р1 при Хупк >

АС =

у1лс

= х

м сопротивление 2,

К2

в случае

529

повреждения в точке К2 и за ней имеет емкостный характер,

поэтому вектор 2

= 2

К2

расположен в IV квадранте (рис. 14.6, г).

Это означает, что реле сопротивления Р1 не будет действовать,

оно воспринимает это КЗ как повреждение до шин А. Реле РЗ,

находящееся у места КЗ (при повреждении в К2), отказывает

в действии по той же причине, так как Х

УП

^вс- В то же вре-

мя реле Р2 приходит в действие, хотя по своему принципу оно

не должно работать. При индуктивном сопротивлении участ-

ка ВС (КЗ в К1) 2

р2

на реле Р2 имеет отрицательный знак и

располагается в III квадранте (рис. 14.6, д), если же сопротив-

ление участка ВС станет емкостным (при КЗ в К2), то вектор

попадет во II квадрант, в часть, охваченную характеристикой

реле,

и оно неправильно сработает. Из сказанного следует,

что наличие УПК существенно влияет на поведение ДЗ, иска-

жая значение и знак 2

, что приводит к неправильным дейст-

виям этих РЗ. Применение дистанционных РЗ в сети с УПК

возможно при условии ограничения их зон действия и при

относительно небольшом значении Хупк- Например, если

-^упк

АВ

, то первая зона'РЗ Р1 должна быть отстроена

от 2

К2

, как представлено на рис. 14.6, в (окружность 2), вторая

зона (окружность 2) должна охватывать остальную часть ЛЭП,

не вошедшую в первую зону. Защиту Р2 можно применять толь-

ко с выдержкой времени, поскольку она теряет направлен-

ность при КЗ за УПК. Защита РЗ, как правило, неэффективна

(с учетом ее отказа) в работе при КЗ за УПК.

Направленные токовые защиты. Наличие УПК может вы-

звать отказ и неправильное действие РНМ в направленных РЗ.

Например, РНМ, расположенное в Р2 (рис.

14.6,

а), может непра-

вильно работать при КЗ в точке К2 за УПК (см. характеристи-

ку реле 1 на рис. 14.6, д).

ИЛ. НАПРАВЛЕННАЯ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНАЯ ВЧЗ

ТИПА ПДЭ-2003

Эта панель используется в качестве основной ВЧЗ ЛЭП

500-750 кВ от всех видов КЗ, возникающих как в полнофазном

режиме, так и при работе ЛЭП двумя фазами в цикле ОАПВ.

Время действия РЗ составляет 0,02 с.

Измерительные органы и логическая часть панели ВЧЗ

выполнены на современных интегральных микросхемах, в

частности ОУ типа К553 УД2 и логических микросхемах ти-

530