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

Подождите немного. Документ загружается.

ется по выражению

и. = ЮО^Л^з, (20.9}

где 100 - МДС срабатывания реле РНТ-567 и реле РНТ-565.

При наличии в схеме подстанции двух групп ТТ с различны-

ми коэффициентами трансформации число витков обмотки

РНТ, подключаемой к ТТ с большим коэффициентом транс-

формации, определяется по выражению (20.9), а число витков

другой обмотки как идивидуальных, так и суммарного комп-

лектов должно удовлетворять следующему условию:

^/«Ъ = К

/К

. (20.10)

Коэффициент чувствительности ДЗШ при минимальном токе

КЗ на шинах должен быть не менее 2, а в режиме опробования

может быть понижен до 1,5. Если коэффициент чувствительно-

сти основной ДЗШ при опробовании оказывается менее 1,5,

необходимо использовать специальную чувствительную ДЗШ,

вводимую на время опробования. На короткозамкнутой обмот-

ке реле РНТ целесообразно принимать отпайки АА или сопро-

тивление ^ = 10 Ом. Ток срабатывания токового реле НП,

контролирующего исправность токовых цепей, принимается

минимально возможным. Так, например, при использовании

реле типа РТ-40/0,6 ток срабатывания принимается равным

0,15 А. Выдержка времени реле времени контроля исправности

токовых цепей принимается больше максимальной выдержки

времени резервных РЗ в прилегающей сети (с запасом до 9-

с).

20.6.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ШИН 110 кВ

И ВЫШЕ С ТОРМОЖЕНИЕМ

В рассмотренных выше схемах дифференциальных защит шин

в качестве измерительного органа защиты использовались

реле тока с НТТ типа РНТ-560, отличающиеся простотой кон-

струкции и надежностью отстройки от токов небаланса в пере-

ходных режимах КЗ (см. гл. 10). Однако в установившемся ре-

жиме ток срабатывания РНТ должен быть отстроен от

тах

значение которого определяется погрешностью ТТ

Ъ{1

ктах

Чтобы обеспечить необходимую чувствительность защиты,

751

От

Г/110,

ГЛ1

7 (разы Я

\ Ч От ТЛИ,

ТЛ1

7 фазы С

Рис.

20.11.

Поясняющая структурная схема ДЗШТ

как было показано выше, погрешность е,- для уменьшения то-

ка срабатывания не должна превышать 10%. В тех случаях,

когда погрешность ТТ не удается ограничить и она выходит за

пределы 10%, ДЗШ с реле РНТ оказывается недостаточно чув-

ствительной. В подобных случаях необходимо применять из-

мерительный орган тока с торможением. Наличие торможе-

ния (см. гл. 10) позволит (см. рис. 20.13) отстроить рабочий ток

срабатывания от тока небаланса при е, > 10% и обеспечить тре-

буемую чувствительность защиты (к

* 2).

На рис. 20.11 приведена схема ДЗШ с торможением, разрабо-

танная проектным институтом "Энергосетьпроект" и широко

применяемая в нашей стране для защиты шин подстанций

752

с двумя рабочими системами шин (А1 и А2) с фиксацией при-

соединений между шинами. Рассматриваемая ДЗШТ может

применяться и при других электрических схемах коммутации.

Схема защиты дана упрощенно для одной фазы - фазы В.

Принцип выполнения торможения, используемый в рассмат-

риваемой защите. В защите с торможением должны формиро-

ваться рабочий ток 1

(называемый также дифференциаль-

ным 7

), действующий на отключение поврежденной системы

шин и тормозной ток, противодействующий срабыванию защи-

ты при внешнем КЗ. В качестве тормозного тока в дифференци-

альных защитах линий, генераторов, трансформаторов исполь-

зуется ток одного или обоих плеч защиты. Дифференциальные

защиты шин, имеющих обычно несколько (п) присоединений,

являются многоплечевыми схемами. В них для формирования

дифференциального и тормозного токов используются токи п

плеч всех присоединений. Для устранения влияния сдвига фаз

между рабочим и тормозным токами эти токи выпрямляются.

Дифференциальный ток /

получается путем геометриче-

ского сложения переменных токов всех п присоединений с

последующим выпрямлением полученной суммы

=|К

+К

+ ... + К

\ =

2Кп_4

(20.11)

Таким образом, ток /

является величиной, пропорциональ-

ной геометрической сумме комплексов тока. Для получения

тормозного тока /

производится выпрямление токов каждого

плеча всех л присоединений, а затем их арифметическое сло-

жение:

Ъ = \Ъц1х\ +

|*п

+ - + |Кп„1„| = 2|ад*|.

(20.12)

С помощью тока

в схемах ДЗШ формируется тормозной ток.

Тормозное реле, применяемое в данной ДЗШ, основано на

сравнении абсолютных значений дифференциального тока 1

с тормозным током

К?1

где коэффициент торможения К^ при-

нимается всегда меньше единицы. Его значение выбирается

исходя из условий надежной отстройки действия реле от не-

баланса при внешнем КЗ и достаточной чувствительности реле

при КЗ на защищаемых шинах.

753

Измерительный орган включается на разность дифферен-

циального и тормозного токов; при этом ток в реле 1

= /

ра

б -

- К

. Ток /

ра

б = /

всегда равен геометрической сумме всех

присоединений, согласно выражению (20.11). Ток /

может

иметь два исполнения. По первому из них 1

формируется по

(20.12),

как величина, пропорциональная арифметической

сумме токов, т. е. 1

1%.

Тогда при внешнем КЗ 1

= 0, а с

учетом погрешностей ТТ 1

= /

б- Тормозной ток К^Ц должен

быть больше /„б- В случае КЗ в зоне ДЗШТ /

= /

в месте КЗ,

при этом /

= /

- К^Ц. Это означает, что ток в реле из-за про-

тиводействия Ку

будет существенно меньше 7

В рассматриваемой защите, с целью повышения чувствитель-

ности, в качестве тормозного тока принят ток

1'^,

равный разно-

сти между арифметической и геометрической суммами токов

всех присоединений по (20.11) и (20.12). В соответствии с этим

ток в реле

1р 1д

—

1у

2/,

-К,(2|Л-|-

2 1,-

При таком исполнении при внешнем КЗ ток 1

равен 0 или,

с учетом погрешностей, току небаланса; тормозной ток /

' *

* /

к вн

- ток КЗ при внешнем повреждении.

При КЗ в зоне /

= 1

(в месте КЗ), тормозной ток близок к

нулю (Ц = 0), если фазы токов всех присоединений одинаковы.

При этом условии геометрическая и арифметическая суммы

равны друг другу. При различии фаз геометрическая сумма

будет больше арифметической и хотя в этом случае

К?

Ф 0,

значение этого различия будет мало.

Таким образом, при КЗ на шинах/

* /

К8Н

, а /

близок к нулю.

Для уяснения устройства ДЗШТ рассмотрим схему, приведен-

ную на рис.

20.11.

Конструктивно ДЗШТ выполняется в виде трех блоков: из-

мерительного блока, блока логической схемы и блока проме-

жуточных ТТ.

Измерительный блок (основной - на рис. 20.11). В состав бло-

ка входят следующие элементы: три пусковых органа, уста-

новленных на каждой фазе (реле тока с торможением КАМ1,

КА\У2, КАУ/3), односистемный избирательный орган балан-

сного типа (реле тока КАУ74), орган контроля исправности

цепи тока (односистемное реле тока КА).

754

вм

Уд1

уяг

УОЗ

3? $

УВЧ

II II

УП1

4910

кг

_ * —I ГК*7

2*3?

*6 2$УЯЧ5

УПЧЬ

У0Ь$1

Кп^г Лл-0 Кп^ч

Кг>1п

Рис. 20.12. Схема пускового органа одной фазы ДЗШТ

Ток к пусковым органам ДЗШТ подводится через промежу-

точные трансформаторы (ПТТ) ТАЬ, которые необходимы для

уменьшения тока до значения, допустимого для полупровод-

никовых диодов. Одновременно применение ПТТ снижает

нагрузку на основные ТТ вследствие уменьшения рабочего

тока в соединительных проводах.

Наличие у первичной обмотки ПТТ ответвлений позволяет

использовать ДЗШТ в схемах с различными коэффициентами

трансформации ТТ.

Пусковой орган, схема которого приведена на рис. 20.12,

содержит многополюсный выпрямительный мост ВМ, образо-

ванный полумостами УШ, УЭП,

УЮ2,

УБ12, ..., У029, УЮ39,

каждый из которых питается от вторичных обмоток ПТТ.

Мост ВМ выпрямляет и суммирует входные токи, поэтому ток

на выходе моста

пропорционален арифметической сумме

токов присоединений обеих систем шин данной фазы. Полу-

мост

УЮ45,

УИ46 обеспечивает выпрямление дифференциаль-

ного тока /

. Резисторы К8 и К9 ограничивают значение тока

в режиме открытия обоих диодов; рабочие К2, КЗ и тормоз-

ной К1 резисторы, входящие в схему сравнения рабочего и

тормозного токов, служат для регулирования К^. Реагирующий

орган имеет магнитоэлектрическое реле К с резистором Кб,

демпфирующим колебания рамки реле, защитными диодами

(У041-У044), резистором К7, обеспечивающим необходимый

диапазон регулирования начального тока срабатывания пуско-

вого органа, и сглаживающим фильтром-пробкой второй гармо-

ники С1, Ь. Комбинированный фильтр Вр2, С2, БрЗ и полумост

УИЗО, УЛ40 обеспечивают дополнительное торможение от

апериодической составляющей и высших гармоник дифферен-

циального тока при насыщении ТТ. Комбинированный фильтр

настроен на прохождение токов с частотой, отличной от 50 Гц

(минимальное сопротивление фильтра - при частоте 150 Гц).

При этом основная часть апериодической составляющей и выс-

ших гармоник протекает через фильтр и, выпрямляясь мостом,

создает дополнительное торможение.

Ток, протекающий в обмотке реле К и вызывающий его сра-

батывание, определяется соотношением дифференциального

и тормозного токов 1д и

ГЕ,

которые поступают в реле при КЗ.

При однополупериодном выпрямлении средние значения

токов

1т.

и /

определяются из выражений:

Г Г

~ \

|^п,/,|

= -^~

(|Кщ/1|

\К

П2

+... + |К

ПП

|);

(20.13)

/I =

*л =

У/2

= —-

|К

П1

П2

+ ... +

пп

1„\,

(20.14)

где I,- - ток /-го присоединения.

Для получения аналитического выражения тока 1

(харак-

теризующего работу реле К) ниже приводится система урав-

нений, составленных согласно

1-й2-му

законам Кирхгофа с

учетом положительного направления токов, поступающих в

реле (см. рис. 20.12):

—1

-1

+ ^ц.р^ц.р

—

— ^\К

П{

1А = 1

;

(20.15)

(20.16)

? КшЬ

Л + *

;

— 1

+ 1ц.р,

(20.17)

(20.18)

где 1

- ток

в цепи тормозного резистора К1; 1

, 1

- токи /

в цепях рабочих резисторов К2, КЗ; /

цр

- ток в цепи магнито-

электрического реле К; К

- сопротивление тормозного рези-

стора В1, падение напряжения на котором противодействует

срабатыванию реле; В

, К

- сопротивления рабочих резисто-

ров В2 и КЗ, падения напряжения на которых действуют на

срабатывание реле; #

ц р

- сопротивление цепи реле К.

Решив эту систему уравнений относительно тока

, полу-

чим:

*ц.р

К'

2 Кп.7,- -*"( 2 \КщМ- 2 КшЬ

, -(20.19)

где К'=

+Я

;

К"= Я

;

С учетом, что 2 К

п{

(

= / модуль дифференциального тока

(геометрическая сумма токов присоединений), действующего

на срабатывание, правую часть в (20.19) можно рассматривать

как расчетный тормозной ток Ц, пропорциональный разности

между арифметической суммой токов присоединений и гео-

метрической суммой токов тех же присоединений. После со-

ответствующих преобразований (20.19) [58] получим выражения

тока в цепи реле К:

1Ц.Р =

2 1,

—

гС

2 1,

1т,

- КтЦ,

(20.19а)

где К

= В

/(В

+ В

Исходя из (20.19а) ПО схемы работает следующим образом.

При КЗ на системе шин, считая, что токи присоединений

совпадают по фазе, получим, что геометрическая и арифмети-

ческая суммы равны. С учетом этого, /

= 0, а ток в реле ра-

вен

(геометрической сумме токов всех присоединений), т. е.

току

в месте повреждения. При КЗ вне зоны геометрическая

сумма токов равна нулю (пренебрегая небалансом). Это озна-

чает, что ток /

= 0, а ток в реле равен тормозному току

К^1

= К,.

111,|

= -Кг/к

внешнем КЗ. Следовательно, ПО не дей-

ствует. Таким образом, благодаря принятому способу торможе-

ния, оно отсутствует при КЗ на шинах, что обеспечивает мак-

симальную чувствительность защиты.

757

Рис.

20.13.

Характеристика срабатывания

пускового органа:

1 —при наличии торможения; 2

—

при

отсутствии торможения

Характеристика срабатывания пускового органа в осях 1

изображается прямой линией 1

«1|/,|

(рис.20.13) с углом наклона а =

&тс1%,К

При отсутствии торможения характеристика изображается

горизонтальной линией 2. По этой характеристике реле работа-

ет при действии АПВ шин при автоматическом восстановлении

напряжения на шинах после отключения возникшего на них КЗ.

Такая автоматика предусмотрена в логической схеме ДЗШТ.

Выбор уставок ПО сводится к выбору К^ по условию отстрой-

ки от ожидаемого тока небаланса

тах

при наибольшем зна-

чении /

во время внешнего КЗ и к определению значе-

ния /

. Ток выбирается по условию не действия ДЗШТ от то-

ка нагрузки, появляющегося в случае обрыва провода в токо-

вых цепях.

Ток срабатывания ПО регулируется резистором К7, а коэф-

фициент торможения - резистором К1. При К,,, регулируемом

до 0,6, обеспечивается правильная работа ДЗШ при погрешно-

стях ТТ до 40%. Ток срабатывания ПО отстраивается от обрыва

токовой цепи в нормальном нагрузочном режиме и регулиру-

ется плавно в интервале (0,55 - 2,2)/

ном

или для цепей с пяти-

амперными ТТ - от 2,75 до

А.

Односистемный избирательный орган КА№4 (рис. 20.14),

который обеспечивает выбор поврежденной СШ при всех ви-

дах КЗ, содержит следующие элементы: два выпрямительных

моста У01-У06 и УБ7-У012, включенных по схеме на циркуля-

цию токов и обеспечивающих выпрямление и суммирование

дифференциальных токов фаз соответственно I и II СШ с

балластными резисторами К1-К12, ограничивающими отсос

тока при открытии диодов шунтирующего моста; резисторы

К14 и К15, образующие выходную цепь схемы сравнения (паде-

758

'л,

™йч5ч5

У19

Цчыцунгц

уд/ Ц/тг \\кз

ЦУНЦУМ'Ц

/?/•

\Ъ.Л1

*'•

4*/

|*С4

в"

л,"г

*««

53!,-

ТЛИ -ТАИ

Рис.

20.14.

Схема избирательного органа

От

реле

К Л

ния напряжения на них пропорциональны разности токов

мостов); реагирующие органы (магнитоэлектрические реле

К1 и К2, обеспечивающие выбор поврежденной СШ в зависимо-

сти от направления токов в цепи обмоток реле, с защитными

диодами У013-У016, сглаживающим фильтром-пробкой вто-

рой гармоники Ь-С и резистором К13, регулирующим ток сра-

батывания избирательного органа. Использование двух реле

К1 и К2 объясняется отсутствием реле двустороннего дейст-

вия с необходимыми параметрами.

К двум выпрямительным мостам подводятся дифференци-

альные токи всех трех фаз I и II

СШ.

Уставка избирательно-

го органа зависит от вида повреждения и при одно-, двух- и

трехфазном КЗ относится как 3 : 2 : 1. С помощью резистора К13

уставка при однофазном КЗ может плавно изменяться в диапа-

зоне (0,45 -

1,1)/

ном

Уставка избирательного органа не отстраи-

вается от токов небаланса при внешних КЗ в предположении,

что при этом несрабатывание ДЗШ обеспечивается отстрой-

кой ПО. Орган контроля исправности токовых цепей КА

(рис.

20.15) включен на сумму токов всех фаз присоединений,

включая ШСВ (в схеме участвуют по две обмотки ТТ каждой

фазы ШСВ). Орган контроля срабатывает при обрыве одной,

двух или трех фаз в цепях присоединений при токе нагрузки

более (0,055 - 0,07)/

ном

, что соответствует 0,275-0,35 А при пяти-

амперных ТТ. Регулировка уставки выполняется резистором К1.

759

п\

'ЯД

\/дг

V. V.

\'вл

!'.

СА

ДО

г;

• *.

Рис.

20.15. Схема органа конт-

роля исправности цепей тока

±С

Вт реле КрелеКДМ К

тЯ

КАН1-КА\№3

Орган контроля исправности токовых цепей может использо-

ваться и как чувствительный орган ДЗШ. Имеется возмож-

ность в режимах АПВ выполнять автоматическое загрубление

уставки этого реле.

Реагирующими органами пусковых и избирательных органов

являются магнитоэлектрические реле типа М-237/055, имеющие

ток срабатывания 100 мкА и достаточно жесткую пружину,

обеспечивающую четкий возврат подвижной системы реле при

отключении токов КЗ. Поскольку контактная система реле

допускает работу при напряжении оперативного тока 70-125 В,

в схеме оперативных цепей введено стабилизированное на-

пряжение 100-110 В. От контактов магнитоэлектрических реле

работают промежуточные реле типа РМУГ.

20.7.

ЗАШИТА ШИН 6-10 кВ

На электростанциях и подстанциях с реактированными ЛЭП

применяются специальные ДЗШ 6-10 кВ, обеспечивающие быст-

рое отключение КЗ, возникающих на шинах. В схеме неполной

ДЗШ токовые реле КА1, КА2 включены на сумму токов всех

источников питания - генераторов, трансформаторов связи с

энергосистемой и секционного выключателя (рис. 20.16, а).

Защита шин выполняется в двухфазном исполнении. Непол-

ная ДЗШ выполняется двухступенчатой: первая ступень -

токовая отсечка (КА1), предназначенная для действия при КЗ

на шинах (К

); вторая ступень - МТЗ (КА2), предназначенная

для резервирования РЗ отходящих линий при КЗ за реактора-

ми (К

). При КЗ на соседней секции (К

), в генераторе или

трансформаторе ДЗШ в действие не приходит, так как эти КЗ

являются внешними. От тока нагрузки, проходящего через

реле,

ДЗШ должна быть отстроена.

760