Релейная защита электроэнергетических систем Лекция 4 Крупные ученые,

Релейная защита электроэнергетических систем Лекция 4

Крупные ученые, внесшие вклад в развитие теории дистанционных защит ШНЕЕРСОН Эдуард Менделевич [18.10.1941, г. Чарджоу Туркмен. ССР (ныне Туркменистан) – 24.12.2009, Германия] – доктор технических наук, профессор ФАБРИКАНТ Вениамин Львович (1908–1981) – корифей релейной защиты и автоматики энергосистем доктор технических наук, профессор

Защищаемые объекты

Микропроцессорные защиты подстанции

Шкафы релейной защиты

Конструкции современных шкафов РЗА

Панели РЗА на электромеханической базе

Панели РЗА на электромеханической базе

Шкафы микропроцессорной релейной защиты

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Сопротивление на зажимах измерительных реле защиты (реле сопротивления) является основным параметром ее срабатывания. Вторым параметром защиты является выдержка времени. Направленная дистанционная защита может служить основной защитой линий с двухсторонним питанием в сетях любой конфигурации. Рис. 4-1. Защищаемые зоны и времена срабатывания ступеней трехступенчатой дистанционной защиты линии с двухсторонним питанием.

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Характеристики срабатывания . Требования к формам характеристик Zс,р = f (фр) органов сопротивления с двумя входными величинами. Для органов с одним UР и одним IР рассмотрение вопроса удобно проводить в комплексной плоскости сопротивлений. В этой плоскости могут быть изображены как сопротивления элементов сети (см. рис. 6.2), так и характеристики Zс,р = f (фр) органов. В начале координат (рис. 6.4) целесообразно располагать конец участка БВ, со стороны Б которого включается рассматриваемое устройство защиты. Для выполнения органа сопротивления, например I ступени, характеризуемого ZIc,з ≈ 0,85ZЛ, при отсутствии факторов, которые могли бы существенно искажать его работу, достаточно было бы иметь характеристику Zс,р = f (фр), проходящую через начало координат, что обеспечивает направленность действия (охват части третьего квадранта недопустим по условию отстройки от КЗ на участке А Б), и конец комплекса 0,85Zл, БВ и охватывающую последний с небольшим запасом в перпендикулярном направлении. Для органов II и III ступеней охват небольшой части участка АВ допустим, так как они работают с выдержками времени. Приходится, однако, считаться с некоторыми факторами, в известной мере могущими противоречиво влиять на выбор характеристики Zс,р = f (фр). К числу этих факторов относятся необходимость учета переходных сопротивлений RП в месте повреждения. Рис. 4.4. Использование комплексной плоскости сопротивлений дли выбора характеристики Zс,р = f (фр)

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Учет переходных сопротивлений RП в месте повреждения. Эквивалентная схема для случая повреждения через RП в точке К участка БВ сети по рис.4.2 приведена на рис. 4.3,а. При междуфазном КЗ, например трехфазном симметричном K(3), напряжение Up=Z1lKIp+RПIП и Zp = Up/Ip=z1lK+ (IП/Ip)RП. Из последнего выражения следует, что дополнительный член ΔZ= (Iп/Iр)/Rп образует с осью +R угол α = arg (IП/IР). Рис. 4.2. Влияние RП на замеряемое сопротивление Zp при двустороннем питании

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Учет переходного сопротивления Ток Iп в RП может по фазе отставать от тока IР или опережать его. Соответственно мнимая часть ΔZ будет отрицательной или положительной; если, например, Iп отстает от IР, то он будет опережать ток Iп—Iр, подходящий к месту повреждения со стороны подстанции В. Поэтому если для защиты, включенной со стороны Б, ΔZ имеет отрицательную мнимую слагающую, то для защиты, включенной со стороны В, эта слагающая положительна. Таким образом, ΔZ может иметь в плоскости Z наклон α вверх или вниз по отношению к оси + R (рис. 4.2). В частном случае при угле между IП и IР=0 угол а = 0 и ΔZ направлено параллельно оси +R. Неучет возможных ΔZ при выборе формы характеристики ZC,P=f(фP) может приводить к излишним срабатываниям защиты при внешних повреждениях и сокращению защищаемой зоны (определяемой для случая металлического КЗ). Необходимо отметить, что при междуфазных КЗ RП обычно определяется сопротивлением дуги, которое обратно пропорционально току Iп в нем. Поэтому в современных системах с большими значениями Iк и защитами с малыми t3 (дуга не успевает раздуться) влияние ΔZ бывает не очень большим. Другое положение возникает при K(1), когда RП в основном определяется значительными сопротивлениями заземления опор или другими возможными переходными соgротивлениями. В этих случаях RП могут весьма существенно влиять на работу защит.

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Учет нагрузочных режимов. Нагрузочный режим, как уже отмечалось выше, может характеризоваться Zpaб = Uраб/Iраб. При выборе формы характеристик ZIIIc,p =f(фР) следует учитывать как передачу больших активных мощностей от шин в сторону защищаемой линии (небольшие фраб, относительно малые Zpaб), так и передачу небольших, в основном реактивных мощностей (большие фраб). При выборе характеристик ZIc,p и ZIIc,p I и II ступеней, имеющих жестко ограниченные значения по условиям селективной работы защит, нагрузочные режимы, в особенности для I ступени, не являются определяющими. Необходимо отметить, что проведенное выше рассмотрение относилось к характеристикам органов, предназначенных для реагирования на заданные петли КЗ. Могут быть случаи, когда эти органы, правильно работая при этих КЗ, будут излишне срабатывать при внешних КЗ, образующих другие петли в трехфазной сети, что недопустимо. В таких случаях к защите приходится добавлять специальные избирательные органы поврежденных фаз, в схеме защиты предусматривать специальные мероприятия, исключающие такие излишние срабатывания, или для органов, реагирующих на K(1), использовать избиратели, составляющие основную часть устройств однофазного отключения и (ОАПВ).

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Учет качаний. При качаниях комплекс Zp может оказываться в пределах области, определяемой характеристикой ZC,P = f (фР), поэтому указанная область в направлении, примерно перпендикулярном Zл должна по возможности сужаться. Однако это сужение противоречит необходимости учета Rn. Следует также отметить, что в случае попадания электрического центра системы на защищаемую линию окажется неизбежным срабатывание ее защиты, воспринимающей этот режим как КЗ в защищаемой зоне, что недопустимо. Поэтому учет качании при выборе ZC,P = f (фР) не осуществляется, а защиты снабжаются специальными блокировками от качаний. Учет поперечных проводимостей. Поперечная проводимость влияет на угол фл тем больше, чем длиннее линия. Угол фл при этом уменьшается и при длине линии L, близкой к четверти волны (1500 км), ее входное сопротивление становится чисто активным. Однако при L<1000 км изменением фл=f(l) обычно можно пренебрегать.

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ Zс,р = f (фр) ОРГАНОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ С ДВУМЯ ВОЗДЕЙСТВУЮЩИМИ ВЕЛИЧИНАМИ Существует большое число разновидностей характеристик как органов отдельных ступеней защиты, так и их сочетаний для всех (обычно трех) ступеней защиты. Особенно много уточненных для достижения разных целей характеристик появляется в последнее время в связи с возможностями, открывшимися при использовании интегральной микроэлектронной и микропроцессорной техники. Выбор целесообразных характеристик определяется при этом не только указанными выше соображениями, но иногда и рядом практических соображений. Ниже (рис.4.3) рассматриваются некоторые типичные или используемые на практике характеристики Zс,р = f (фр) для одной ступени в плоскости Z области срабатывания органов заштрихованы.

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Рис. 4.3. Характеристики дистанционных органов (реле сопротивления)

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Круговая характеристика с центром в начале координат (рис. 4.3,а). Сопротивление ZC,P органов с такой характеристикой не зависит от фр. Поэтому они называются органами полного сопротивления. Применяются в защитах сетей с Uном<35 кВ с отдельными органами направления мощности, поскольку (как было показано СРЗиУ ТЭП еще в 30-х годах) направленные реле сопротивления мало пригодны для правильного действия защит при К(1,1)дв. Круговая характеристика, проходящая через начало координат, с центром, обычно располагаемым на прямой, характеризующей защищенный участок (рис.4.3,б). Сопротивление Zc,р зависит от фР, причем наибольшую чувствительность (ZC,Pmax) орган имеет при фрmaxч = флarctgXл /Rл. Органы с такой характеристикой не охватывают повреждения на смежных элементах сети, располагающихся в третьем квадранте. Поэтому они называются направленными органами сопротивления.

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Круговая характеристика, проходящая через начало координат В общем случае возможно расположить диаметр окружности под углом фР<фл для повышения чувствительности к RП. Реальная характеристика не проходит через начало координат (рис.4.3,в, окружность 1), так как орган имеет конечную чувствительность. Поэтому в начале защищаемого участка появляется мертвая зона, при КЗ в которой орган может отказывать в срабатывании. При использовании органа для ступеней с выдержкой времени мертвую зону можно исключить, несколько смещая характеристику в третий квадрант (рис. 4.3,в, окружность 2). Для исключения мертвой зоны у I ступени и других при отсутствии у них смещения характеристик используются специальные меры (контуры «памяти», запоминающие UР, имевшееся до момента КЗ, подпитка напряжением неповрежденных фаз при несимметричных КЗ и др.).

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Характеристика в виде прямой, параллельной оси +R (рис 4.3,г). Она отсекает на оси +j отрезок XC,P=const. Орган с такой характеристикой называется органом реактивного сопротивления. Первоначально предполагалось, что использование таких характеристик будет исключать вредное влияние на работу защиты RП. Это, однако, справедливо только при использовании защиты для линии в сети с односторонним питанием. При наличии двустороннего питания (от разных источников) места повреждения через RП за счет расхождения по фазе токов IP и Iп (в RП) влияние RП может быть весьма вредным. Рассматриваемые органы не могут работать самостоятельно, без специальных пусковых органов, так как их не удается отстраивать от нагрузочных режимов. Поэтому в настоящее время органы реактивного сопротивления в обычном исполнении не применяются.

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Овальные характеристики, проходящие через начало координат и обеспечивающие максимальную чувствительность при фр max=фл (рис. 4.3, д). Такие и подобные им характеристики использовались для III ступеней защит как обеспечивающие лучшую отстройку от рабочих режимов и большую чувствительность, чем у направленных органов сопротивления (рис, 6.6,б). Для исключения мертвых зон и повышения чувствительности к RП применяются те же мероприятия, что и в варианте рис. 6.6, б. В настоящее время они используются редко. Четырехугольная характеристика (рис. 4.3,е). Её верхняя сторона направляется под небольшим углом к оси +R и поэтому близка к характеристике реактивного сопротивления (рис. 6.6, г). Она должна четко фиксировать концы защищаемых зон I и II ступеней и быть отстроенной от реактивных (в основном) небольших нагрузок обусловливающих значительные реактивные слагающие Zраб для III ступеней. Правая боковая сторона обеспечивает отстройку от рабочих режимов, а также по возможности ликвидирует недостатки характеристики органа реактивного сопротивления. Левая боковая сторона помогает отстройке от мощностей нагрузок, передаваемых к месту включения защиты. Нижняя сторона для органа I ступени проходит через начало координат и имеет наклон к оси + R, обеспечивающий его работу при близких повреждениях через RП; у II и III ступеней она может быть смещена в третий квадрант для устранения мертвых зон Четырехугольные характеристики часто используются для II и III ступеней защит.

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Погрешности срабатывания реле сопротивления Реле сопротивления, выполняющие функции ДО, определяют зону действия ступеней ДЗ. Для обеспечения стабильности этих зон к PC предъявляются требования точности работы. В идеальном PC Zcp = (Up/Iр)ср должно равняться заданной уставке независимо от абсолютных значений Up и Iр. Однако в действительности, вследствие ограниченной чувствительности реагирующего органа и других элементов схемы, Zcp у всех видов PC зависит не только от уставки Zy, но и от абсолютных значений тока Iр . Под его влиянием Zс.р отклоняется от Zу в сторону уменьшения. Возникает нежелательная погрешность ΔZ в срабатывании реле, приводящая к сокращению его зоны действия. Рассмотрим характер зависимости Zc.р =f(Iр) на примере реле с круговой характеристикой, построенного на сравнении абсолютных значений двух напряжений рабочего KIIP и тормозного КUUг . С учетом порога чувствительности РО, характеризуемого напряжением UП.Ч, PC приходит в действие при рабочем напряжении |КIIр| = |KUUр| + Uп.ч Разделив это значение на КUIр, получим |Zр|=|КI/KU| - |Uп.ч/KUIр|. (11.29) Наличие второго слагаемого в правой части (11.29), зависящей от тока Iр, создает погрешность в работе PC ΔZ = Zy-Zcp = Uп.ч/KUIр. (11.30)

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Погрешности срабатывания реле сопротивления Из (11.29) и (11.30) следует, что основной причиной зависимости Zc.p от Iр, вызывающей погрешность в действии статических реле, является наличие порога чувствительности у РО, для преодоления которого на вход РО необходимо подать рабочее напряжение Uраб > Uп.ч. В электромеханических PC Zc.p также зависит от тока Iр 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 трансформаторов и преобразователей и др.). Типичная характеристика Zc.p =f(Ip) построенная на основе (11.30) Zc.p = Zy, изображается на рис. 11.38 прямой 1. Действительная характеристика представлена кривой 2. При Zc p = 0, имеющем место, когда Up = 0, PC срабатывает только при Iр = Iс.р. При этом тормозное напряжение KUUp отсутствует и согласно (11.30) Iр образует рабочее напряжение KIIp= KIIс.р min необходимое для преодоления Uп.ч РО. При малых токах Iр, соизмеримых с Ic.p min, погрешность в срабатывании реле ΔZ = Uп.ч/KUIp особенно велика, Zc.p оказывается намного меньше Zy, что приводит к резкому уменьшению зоны действия реле.

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Погрешности срабатывания реле сопротивления Рис. 4.4. Зависимость сопротивления срабатывания реле от тока в реле По мере увеличения Iр значение погрешности ΔZj уменьшается и, начиная с некоторой точки (рис.4.4), становится настолько малым, что им можно пренебречь, считая, что Zc.p = Zy. При больших значениях Iр возможно насыщение магнитопроводов промежуточных трансформаторов и нелинейности выпрямителей, что снова вызовет увеличение ΔZI и уменьшение Zc.p.

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Погрешности срабатывания реле сопротивления Зависимость Zc.p =f(Iр), приведенная на рис. 11.38, характерна и л ля других видов PC, поскольку все они имеют конечную чувствительность, определяемую значением Uп.ч. Кривая 2 на рис. 11.38 показывает, что каждое PC может работать с достаточной точностью только в определенном диапазоне токов Iр, особенно в начальной части кривой — в области малых токов. Принято, что для дистанционных органов погрешность ΔZI не должна превышать 10% Zy. Из этого условия по кривой Zc.p =f(Iр), полученной опытным или расчетным путем, для каждого типа реле определяются токи точной работы: I'точ.р в области малых токов и I''точ.р в области больших токов, при которых погрешность ΔZI равна 10%, а сопротивление срабатывания Zc.р = 0,9Zy. В современных конструкциях ток точной работы в начальной части характеристики I'точ.р ≈ 1 ÷ 7 А. При выборе уставок PC необходимо проверять, что при повреждении в конце зоны действия токи КЗ IK min ≥ I'точ.р, a IK mах ≤ I''точ.р. Если эти условия не будут выполняться, то погрешность реле превзойдет 10% и соответственно сократится зона действия PC. Для уменьшения зависимости работы PC от тока Iр и снижения погрешности ΔZI необходимо, как это следует из (11.30), повышать чувствительность реагирующего органа реле (умень-

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Искажения действия реле сопротивления (дистанционных органов) Причины, вызывающие искажение работы дистанционных органов (ДО). На работу ПО оказывают влияние некоторые факторы, под воздействием которых нарушается пропорциональность между Zp на входных зажимах PC и расстоянием lk до места КЗ. К таким факторам относятся: переходное сопротивление Rn в месте повреждения; ток подпитки, посылаемый к месту КЗ от источников, подключенных между местом установки ДЗ и точкой КЗ; погрешности ТТ и ТН, подающих к PC Uр и Iр. Искажение значений Zp необходимо учитывать при выборе уставок и характеристик ДО во избежание нарушений селективности и недопустимого сокращения зон действия. Влияние переходного сопротивления Rп на Zp. При металлическом КЗ (Rп = 0) сопротивление на зажимах реле Zp = Z1K =Z1удlk (рис. 11.39), т. е. определяется только сопротивлением прямой последовательности Z1p,к участка ЛЭП между местом расположения реле и точкой КЗ. Поскольку Zp ≡ lк, то зона действия ПО точно соответствует расстоянию до места КЗ lр.к.

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Влияние переходного сопротивления Если же повреждение происходит через rП то сопротивление контура КЗ состоит из сопротивления Z1K = lк поврежденного участка ЛЭП и переходного сопротивления rП. Переходное сопротивление при междуфазном КЗ (рис. 11.39) вызывается электрической дугой. При КЗ на землю кроме электрической дуги существенное значение может иметь сопротивление, обусловленное проводимостью земли, и сопротивление элементов, через которые произошло замыкание на землю. Все переходные сопротивления можно считать активными. Рассмотрим междуфазное КЗ ВС через переходное сопротивление rП на ЛЭП с двусторонним питанием (рис. 11.39). Реле PC, реагирующее на междуфазные КЗ, включено на ток и напряжение согласно табл. 11.1.

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Влияние переходного сопротивления Рис. 11.39. Влияние электрической дуги в месте КЗ на сопротивление на зажимах реле: Z1K — сопротивление ЛЭП между точками КЗ и местом установки ДЗ

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Влияние переходного сопротивления Как видно из рис. 11.39, а: Zp=Up/Ip=Ubc/Ib-Ic=2IkNZ1K+IkRП/2IkN= = Z1K +IkПRП/2IkN= Z1K +kr'П = Z1K + Δz, (11.31) где Z1K - сопротивление прямой последовательности участка NK до точки К; Rn - действительное переходное сопротивление; R'n - то же отнесенное к фазе; IKN - ток КЗ от источника питания N, проходящий через реле Ip - IKN; IК - ток КЗ, проходящий через Rn, равный геометрической сумме токов IкN +Iкм = Iк; К - комплексная величина, равная IK/IN = │IK/IN│ejα, здесь α - угол сдвига фаз между Iк (в месте КЗ) и IN (в реле). Для упрощения записи разность токов IВ - IС обозначена IKN и IK. Выражение (11.31) показывает, что в общем случае при двустороннем питании сопротивление на зажимах реле Zp = Z1K + KRП, в то время как при одностороннем питании ЛЭП со стороны источника N Zp = Z1K + RП (в этом случае К = 1). Векторные Диаграммы на рис. 11.39, г характеризуют значение и положение вектора Zp на комплексной плоскости в зависимости от значения α (или, иначе говоря, от вектора К). Если Iк отстает от IKN (рис. 11.39, г), т. е. угол α положителен, KRП отстает от Дп; если же Iк опережает IKN, то угол α становится отрицательным и поэтому KRП опережает RП. Чем больше Iк отличается от Jk n> тем больше Zp отличается от Z1K и тем больше искажается работа ДО. Угол между IК и IKN определяется сдвигом фаз ЭДС Е и Ем, который зависит от режима нагрузки, предшествовавшего КЗ. Сокращение зон, как правило, не вызывает неселективной работы ДЗ, установленных на участках, прилегающих к поврежденному.

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Влияние переходного сопротивления Рис. 11.40. Искажение замеров дистанционных органов: а - вследствие подпитки токами КЗ; б - вследствие разветвления токов КЗ

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Влияние токов подпитки Сопротивление электрическом дуги RП = RД можно оценить по формуле RД = 1050lд/Iд, здесь lд - длина дуги, м; Iд - 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 ПЗ и точкой повреждения оказываются включенными источники питания N, дающие дополнительный ток IK N к месту КЗ (рис. 11.40, а). Этот ток не проходит через реле, но, создавая дополнительное падение напряжения в сопротивлении поврежденного участка, увеличивает напряжение на зажимах реле, а вместе с ним и Zp. Напряжение на реле с учетом подпитки Up=Ik MZ'1л+(Ik M+Ik N)Z''1K, ток в реле Iр = Ik M , отсюда Zp = Up \ Iр = Z'1л + ((Ik M+Ik N)/Ik M)Z'1K= Z'1л + KpZ''k (11.32)

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Влияние токов подпитки Коэффициент Кр = Ik/Ik M > 1 (здесь Iк = Ik M + IkN) называется коэффициентом распределения (или подпитки). При наличии подпитки сопротивление на зажимах реле оказывается большим, чем действительное сопротивление прямой последовательности до места КЗ, что приводит к сокрашению II и III зон ДЗ. Влияние разветвления токов при сочетании одиночных ЛЭП с параллельными. При сочетании одиночной ЛЭП с двумя параллельными (рис. 11.41,6) PC, установленное на одиночной ЛЭП, измеряет преуменьшенное сопротивление при КЗ на одной из параллельных ЛЭП: Up=I1kZ'1л+(I1k - I'k)Z''1K; Ip=I1k. Следовательно, Zp = Z'1л + ((I1k - I'1k )/I1k)Z''1K= Z'1л + KpZ''1k, (11.33) где Кр — коэффициент разветвления токов: Кр = (I1k - I'1k )/I1k < 1. Влияние разветвлений должно учитываться при расчете уставок ДЗ.

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Влияние погрешности измерительных трансформаторов Погрешность ТТ уменьшает вторичный ток по сравнению с его расчетным значением, что вызывает сокращение зоны действия PC. Угловая погрешность искажает значение угла фр сопротивления Zp и влияет таким образом на работу направленных PC, у которых Zp =f(фр). Для ограничения искажений в работе ИО трансформаторы тока, питающие ДЗ, должны проверяться по кривым предельной кратности, которым соответствует полная погрешность, не превышающая 10%, и удовлетворять им при максимальном значении тока КЗ в конце I зоны. Погрешность ТН по коэффициенту трансформации невелика.

ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ Вопросы для самопроверки 1.Какой принцип действия положен в основу дистанционной защиты? 2.Из каких органов состоит трехступенчатая дистанционная защита? 3.Как выбираются уставки первой ступени ДЗ? 4. Какие виды характеристик срабатывания РС используются в современных ДЗ? 5.Для каких линий угол максимальной чувствительности рс принимается + 65°? 6.Каково назначение промежуточных преобразователей тока и напряжения в дистанционных защитах на ИМC? 7.Какие виды блокировок необходимо применять в ДЗ ? 8.Какие факторы влияют на работу измерительных органов ДЗ? 9.Каковы преимущества четырехугольной характеристики, применяемой на пусковых и дистанционных органах? 10. Какие схемы включения дистанционных органов используются в защитах от междуфазных КЗ и от замыканий на землю? 11.Какие виды ДЗ применяются в России и в чем их различие ? 12.Принцип действия PC на сравнении абсолютных значений двух электрических величин. 13.Принцип действия РС на сравнении фаз двух электрических величин. 14.Принцип изображения характеристик срабатывания на комплексной плоскости. 15.Из каких четырех частей состоит структурная схема PC, выполненного на ИМС?

Блокировка при качаниях ДЗ ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ НЕПРАВИЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ ЗАЩИТЫ ПРИ КАЧАНИЯХ 12 I. ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ ТОКА, НАПРЯЖЕНИЯ И СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ЗАЖИМАХ РЕЛЕ ПРИ КАЧАНИЯХ Явления, называемые качаниями, возникают при нарушении синхронной работы генераторов энергосистемы. Качания сопровождаются 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 Gа и GB, связанных ЛЭП. При синхронной работе генераторов электрические частоты вращения ωA и ωв, с которыми вращаются векторы ЭДС Еа и Ев, одинаковы. При нарушении синхронизма частоты вращения векторов ЕА и Ев становятся различными. Если предположить, что частота вращения n ротора генератора ga стала большей, чем генератора gb, то и электрическая частота вращения ωA > ωв

Блокировка при качаниях ДЗ Рис.12.1. Векторные диаграммы токов и напряжений при качаниях: а - простейшая электрическая система и схема ее замещения; б, в - векторные диаграммы при различных значениях угла δ; г - распределение напряжения в системе при δ = 180°

Блокировка при качаниях ДЗ В результате этого вектор EA (рис. 12.1,6) будет вращаться относительно Ев с угловой частотой скольжения ωS =ωA -ωB, опережая ЭДС EB на угол δ. Вектор разности этих ЭДС ΔЕ = ЕА - Ев будет менять свою величину в зависимости от угла δ. Полагая, что |ЕА| = |ЕB|= |Е|, из треугольника ОАB (рис. 12.1, б) находим: ΔЕ = 2Esinδ/2, (12.1) где угол δ - функция времени t и скольжения ωS. При ωS= const угол δ = ωSt; с учетом этого ΔЕ = 2Esinδ/2t. Выражение (12.1) показывает, что действующее значение ΔЕ меняется по закону синуса и достигает максимума ΔЕmах =2E при δ = 180° (рис. 12.1, в), а минимума при δ = 0. Ток качания. Под влиянием ЭДС ΔЕ в сети, соединяющей генераторы GA и GB, появляется ток качания: Iкач = ΔЕ/Zab. (12.2)

Блокировка при качаниях ДЗ Сопротивление ZAB = √XAB + RAB является сопротивлением цепи, по которой замыкается ток Iкач. Пренебрегая активным сопротивлением RAB, можно считать, что ток Iкач отстает от ЭДС ΔЕ на 90°. Подставив в (12.2) ΔЕ из (12.1), получим Iкач = 2Esin(δ/2)/XAB. (12.3) Характер изменения Iкач по времени показан на рис. 12.2, а. Максимального значения Iкач достигает при δ = 180°, т. е. когда ЭДС Ga и GB противоположны по фазе и ΔЕm становится максимальным: Iкач max = 2E/ZAB. (12.4) При δ = 0, когда ЭДС генераторов совпадают по фазе, Iкач снижается до нуля. Однако в действительности при δ = 0 ток Iкач будет отличен от нуля, так как обычно ЕА ≠ Ев. Фазное напряжение Uкач в точке М ЛЭП, связывающей вышедшие из синхронизма генераторы GA и GB (рис. 12.1, а), Um = Еа - Iкач.Здесь IкачjXАМ - вектор падения напряжения на участке AM, он опережает Iкач на 90° и поэтому изображен на рис. 12.1, б составляющим часть ΔЕ, пропорциональную сопротивлению участка AM.

Блокировка при качаниях ДЗ рис 12.2. Характер изменения электрических величин на зажимах реле при качаниях: а - тока; б - напряжения; в - сопротивления

Блокировка при качаниях ДЗ Конец вектора Uкач в точке М и в каждой другой точке ЛЭП будет находиться на отрезке АВ. При этом чем ближе рассматриваемая точка расположена к точке К, тем меньше значение Uкач (рис. 12.1, б). В точке К напряжение Uкач имеет минимальное значение. Эта точка называется электрическим центром качаний (ЭЦК). Вектор напряжения UK в ЭЦК перпендикулярен вектору ΔЕ (АВ), а его значение определяется из треугольника OAK. Электрический центр находится в середине сопротивления ХАВ при условии, что ЭДС Е1 = E2, а сопротивление на всех участках сети однородно. С изменением угла δ изменяются напряжения во всех точках сети. При δ = 180° напряжение в ЭЦК снижается до нуля, в остальных же точках оно отлично от нуля и равно UM = IкачZKM (рис. 12.1, г). На рис. 12.2,в показан характер изменения напряжения в точках М и K сети в функции угла. На рис. 12.2, в приведены кривые изменения сопротивления Для тех же точек сети: ZM = UM/Iкач и ZK = UK/Iкач. Действующие значения токов качаний всех фаз равны по абсолютному значению и смещены по фазе на 120°. Из (12.3) следует, что напряжения трех фаз в каждой точке сети во время качаний, так же как и токи Iкач, равны и сдвинуты относительно друг друга на 120°.

Блокировка при качаниях ДЗ 12.2. ПОВЕДЕНИЕ ЗАЩИТЫ ПРИ КАЧАНИЯХ Поведение измерительных и пусковых органов тока, напряжения и сопротивления. Сопоставляя уставки срабатывания соответствующих РЗ с кривыми изменения Iкач, Uкач, Zкач (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, реагирующих на U и Z, возникают в ЭЦК и близлежащих от него точках. Период качаний Tкач зависит от степени расхождения частот вращения синхронных генераторов. Чем больше разница между ωА и ωB тем меньше период качаний Tкач. Как видно из кривых на рис. 12.2, РЗ действуют только в течение части периода качаний T'. Так, например, токовые реле срабатывают при Iкач > Iс.р и возвращаются при снижении Iкач до значения Iвоз. Аналогично ведут себя реле напряжения и реле сопротивления. РЗ, действующие мгновенно, могут сработать при любом значении периода качаний при условии, что у токовых реле Iс.р < Iкач mах, а у реле напряжения и сопротивления Uc.p и Zc.p соответственно больше, чем Uкач min и Zкач min.

Блокировка при качаниях ДЗ РЗ, имеющие выдержку времени, действуют при качаниях только при условии, что период качаний превышает время работы РЗ. Однако РЗ с выдержкой времени могут подействовать и при очень малых периодах качаний, если время возврата реле tвоз 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 подействовать через несколько циклов качаний, когда истечет время его действия. Различают два вида качаний: синхронные и асинхронные. В первом случае нарушение синхронной работы не сопровождается нарушением устойчивости (асинхронным ходом) генераторов. При этом разница электрических частот генераторов ωs = ωА - ωВ быстро уменьшается, приближаясь к нулю, а угол δ 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 δ превосходит 180°. Для таких качаний характерны нарастания угловой частоты скольжения ωs и уменьшение периода Tкач. Напряжение и ток достигают при этом своих предельных значений.

Блокировка при качаниях ДЗ Рис. 12.3. Отказ в действии РЗ при КЗ, сопровождаемом качаниями Опыт показывает, что РЗ с выдержкой времени 1,5-2 с, как правило, не успевают срабатывать во время качаний. Поведение направленной высокочастотной РЗ. Неправильно работают при качаниях и органы направления мощности ВЧ РЗ. Из диаграммы на рис. 12.1, в, г видно, что при изменении угла δ от 0 до 360° угол сдвига между токами в РЗ и напряжением в данной точке сети (например, М) будет принимать ряд значений от 0 до 180° и от 180 до 360°.

Блокировка при качаниях ДЗ При 180° напряжения по обеим сторонам точки К ЭЦК находятся в противофазе (рис. 12.1, в, г). В результате этого мощность по концам ЛЭП MN, на которой расположен ЭЦК, 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 W1 нарушится синхронная работа электростанций А и С, возникнут качания, то напряжение на подстанции В, от которой питается поврежденная ЛЭП, будет пульсировать с частотой, определяемой периодом качаний Ткач. Вместе с напряжением ub будет колебаться и ток КЗ в W1 Iк = UB/ZBK (рис. 12.3, б). Если период качаний Tкач окажется меньше выдержки времени РЗ, а минимальный ток Iк min < IB03, то последняя не сможет подействовать на отключение.

Блокировка при качаниях ДЗ 12.3. МЕРЫ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ НЕПРАВИЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ РЗ ПРИ КАЧАНИЯХ Как следует из сказанного, при качаниях возникают условия для неправильных, хаотических действий РЗ, которые приводят к тяжелым системным авариям. Важным требованием, предъявляемым к РЗ, является недействие ее при качаниях. Некоторые РЗ, например дифференциальные, не реагируют на качания по своему принципу действия. Большинство же РЗ воспринимают качания как симметричное КЗ, и поэтому требуются специальные меры, предотвращающие возможность 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 таким расчетом, чтобы они не действовали при качаниях. С этой целью ток срабатывания должен выбираться больше максимального тока качания IС,З > Iкач, у ДЗ Zc,з должно быть меньше минимального значения сопротивления, возможного в данной точке сети при качаниях: Zc,з < Zкaч min. Последнее условие можно выполнить, если ЭЦК лежит за пределами зоны действия ДЗ.

Блокировка при качаниях ДЗ Практически этот путь предотвращения ложной работы РЗ при качаниях применим только для токовых отсечек и первых зон ДЗ. В качестве второго способа служит отстройка от качаний при помощи выдержки времени порядка 1-2с. Это применимо в тех случаях, когда указанное замедление РЗ допустимо по условиям устойчивости и селективности. И наконец, третьим способом предотвращения ложной работы РЗ при качаниях является применение блокировок, выводящих РЗ из действия при возникновении качаний. Блокирующие устройства должны удовлетворять двум основным требованиям: 1) выводить РЗ из действия при качаниях, возникших как в нормальном режиме, так и при КЗ; 2) не должны препятствовать работе РЗ, если во время качаний на защищаемом ею участке возникает КЗ. Разработаны два типа блокирующих устройств: первое отличает КЗ от качаний по появлению несимметрии тока или напряжения сети, а второе - по скорости изменения тока, напряжения или сопротивления в месте установки РЗ при КЗ и качаниях.

Блокировка при качаниях ДЗ 12.4. БЛОКИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, РЕАГИРУЮЩЕЕ НА НЕСИММЕТРИЮ ТОКОВ ИЛИ НАПРЯЖЕНИИ СЕТИ Характерным признаком, отличающим симметричные качания от КЗ, служит появление кратковременной несимметрии токов и напряжений при КЗ. При двухфазных и однофазных КЗ токи и напряжения всегда несимметричны. При металлических трехфазных КЗ равенство сопротивлений фаз не нарушается, поэтому токи и напряжения в этом режиме симметричны. Однако исследования и опыт эксплуатации показывают, что трехфазные повреждения обычно начинаются с замыкания одной или двух фаз, а затем переходят 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 первичных и вторичных цепях измерительных трансформаторов, появляется кратковременная несимметрия вторичных величин.

Блокировка при качаниях ДЗ В результате по отмеченным причинам в начальный момент трехфазного КЗ кратковременно возникает несимметрия. Наиболее четким признаком несимметрии, а следовательно, и КЗ является появление составляющих ОП (U2 и I2) в токах и напряжениях. Поэтому устройства, отличающие КЗ от качания по появлению несимметрии, выполняются реагирующими на составляющие ОП. Принцип действия такого блокирующего устройства состоит в том, что оно разрешает работать РЗ при КЗ, когда появляются составляющие ОП, и запрещает ей действовать на отключение, если I2 и U2 не появлялись, блокируя таким образом РЗ при качаниях и симметричной нагрузке. Блокировки при качаниях, реагирующие на абсолютные значения 12 или U2, пока имеют преимущественное распространение в отечественных ЛЗ. Они выполнены на электромеханических реле с готовностью к повторному пуску через определенное время после отключения КЗ. Серийно выпускаются устройства блокировки при качаниях (УБК) двух типов: КРБ-125 с ПО, реагирующими на U2 и 3I0, и КРБ-126 с ПО, реагирующими на I2 и 3I0.

Блокировка при качаниях ДЗ Принципиальная схема блокирующего устройства типа КРБ с возвратом и готовностью к действию через определенное (заданное) время tв. На рис. 12.4, а, б приведены схемы блокирующего устройства с токовым ПО, реагирующим на ток I2 и дополнительно, для повышения чувствительности при K3 на землю, на ток I0. Схема ПО (рис. 12.4,a). Ток I2 получается с помощью фильтра ОП Ф2, на выход которого включен понижающий трансформатор ТА2. Ток 3I0 получается от промежуточного трансформатора тока ТАО, который включен в рассечку нулевого провода ТТ. Токи I2 и 3I0 выпрямляются VS1 и VS2, суммируются И подаются в обмотку Р исполнительного реле пускового органа КА. В качестве исполнительного реле служит поляризованное реле с двумя обмотками: рабочей Р и тормозной Т. Тормозная обмотка Т питается выпрямленным током одной из фаз Iф и противодействует срабатыванию реле. Ток рабочей обмотки (I2 + kI0) действует на срабатывание.

Блокировка при качаниях ДЗ Рис. 12.4. Принципиальная схема блокировки при качаниях типа КРБ-126. Контакты показаны в положениях, соответствующих отсутствию токов: а — схема цепей переменного тока; б — характеристика срабатывания реле; в — цепи постоянного оперативного тока

Блокировка при качаниях ДЗ Ток срабатывания реле КА (рис. 12.4, б) зависит от тормозного тока IТ = Iф и выражается уравнением: Iс.p = IH + kTIT, где кт - коэффициент торможения; Iн - ток срабатывания реле при отсутствии торможения, которое предусмотрено для предотвращения ложной работы ПО блокировки во время качаний. При КЗ I2 и I0 достаточно велики, поэтому несмотря на торможение реле должно надежно срабатывать. Чувствительность ПО и коэффициент торможения кт регулируются изменением витков трансформаторов ТА1, ТА2 и ТАО. Конденсатор С6 и дроссель L2 сглаживают кривую выпрямленного тока. Конденсатор С4 и дроссель L1 фильтруют токи высших гармоник (главным образом 5-й), которые могут вызвать появление токов небаланса в рабочей обмотке ПО, так как соотношение сопротивлений плеч фильтра Ф2 подобрано для частоты 50 Гц. Трансформаторы 'ГА2 и ТАО служат для уменьшения токов I2 и I0 до значений, безопасных для выпрямителей VS1 и VS2

Блокировка при качаниях ДЗ Логическая схема устройства показана на рис. 12.4, в. Она одинакова для устройств, реагирующих как на ток, так и напряжение ОП. В состав схемы входит промежуточное реле KL1, осуществляющее пуск и вывод из работы блокируемой РЗ по команде ПО устройства КА, реле времени КТ и промежуточное реле KL2 с замедленным возвратом (на время Δt ≈ 0,2 ÷ 0,3 с), выполняющие операции по прекращению пуска РЗ через время Δt, достаточное для ее срабатывания, по запрету повторного пуска РЗ в течение заданного времени tгот 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 KL1 должны иметь повышенное быстродействие (0,009 с), позволяющее им реагировать на кратковременную несимметрию, появляющуюся в начальный момент этого повреждения. Чтобы обеспечить это условие, применяется особая схема пуска KL1, позволяющая улавливать кратковременное срабатывание ПО (КА) и фиксировать его на время, необходимое для действия РЗ.

Блокировка при качаниях ДЗ Для этого в исходном режиме обмотка KL1 непрерывно питается током через замкнутые контакты КА.1 и KL1.2 (рис. 12.4, в). Реле KL1 находится в сработанном состоянии, контакт KL1.1, осуществляющий пуск РЗ, разомкнут. Контакт KL1.2 замкнут. Контакт KL1.3, пускающий реле времени КТ, разомкнут. Промежуточное реле KL2 обтекается током и находится в сработанном состоянии — его контакты разомкнуты. При КЗ появляются составляющие ОП и НП; ПО срабатывает, его контакт КА.1 размыкает цепь обмотки KL1, подвижная система которого возвращается, контакт KLJ.2 размыкается, и KL1 остается в обесточенном состоянии независимо от положения контакта КА.1, фиксируя таким образом его кратковременное действие. После обесточения обмотки KL1 контакт KL1.1 замыкает цепь отключения блокируемой РЗ, разрешая ей срабатывать, a KL1.3 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 обмотке промежуточного реле KL2 (рис. 12.4, в). Якорь этого реле отпадает с замедлением, через время Δt ≈ 0,2 ÷ 0,3 с контакт KL2.1 замыкается, подавая ток в обмотку реле KL1. Последнее вновь срабатывает и выводит блокируемую РЗ из действия. При этом повторный пуск РЗ при срабатывании КА будет исключен, так как контакт КА.1 зашунтирован контактом KL2.1.

Блокировка при качаниях ДЗ Возврат схемы в начальное состояние (готовности к действию) происходит после замыкания контакта реле времени КТ.З, который шунтирует обмотку реле времени, и оно, а следовательно, и KL2 возвращаются в исходное положение. После этого логическая схема готова к повторному действию. Для исключения ложной работы ПО от небалансов при качании, а на участках с несимметричной нагрузкой и от составляющих ОП уставка срабатывания ПО отстраивается от этих величин. Это загрубляет блокирующее устройство. Кроме недостаточной чувствительности ПО, реагирующий на абсолютные значения U2 или I2, имеет два принципиальных недостатка: такой ПО может сработать не только при КЗ, но и при операциях по включению и отключению выключателей на симметрично нагруженных элементах сети, вследствие появляющейся кратковременной несимметрии, вызванной разновременностью замыкания и размыкания фаз контактами выключателя. Если указанная коммутация произойдет во время качаний или перегрузки, то ПО вводит в действие блокируемую РЗ, И она может подействовать ложно. Возможен отказ ПО при трехфазном КЗ, когда начальная несимметрия отсутствует или ее продолжительность недостаточна для срабатывания ПО.

Блокировка при качаниях ДЗ Блокировка при качаниях с пуском от тока I2 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 U2 таким свойством не обладает. Поэтому БК с токовым пуском часто используется как блокирующее устройство при качаниях I ступени и пусковое устройство II и III ступеней ДЗ. Такой пуск медленнодействующих ступеней предупреждает их ложное срабатывание при неисправности в цепях напряжения, в том числе и при одновременном исчезновении напряжения на трех фазах первичной стороны ТН. Выбор уставок ПО блокировки, выполненных по рис. 12.4. Реле напряжения или тока должно быть отстроено от максимальных небалансов, возникающих на выходе фильтра при симметричных режимах, и надежно работать при двух и однофазных КЗ в конце зоны блокируемой ступени.

Блокировка при качаниях ДЗ По первому условию: U2С.Р = кнUнб.ф или I2с.р = кнIнб.ф , (12.5) где Uнб.ф - напряжение небаланса на выходных зажимах фильтра Ф2 при максимальном значении рабочего напряжения, а Iнб.ф - вторичный ток небаланса фильтра при максимальном значении токов качания. По второму условию: U2С.Р = U2min/(kчKU) или I2с.р = I2min/(kчKI), (12.6) где U2min и I2min - минимальные напряжение и ток ОП при КЗ в конце зоны блокируемой РЗ; кч - коэффициент чувствительности, равный 1,5. При недостаточной чувствительности реле ОП применяется комбинированный пуск от U2 + kI0 или I2 + kl0, а также торможение от тока фазы.

Блокировка при качаниях ДЗ Выдержка времени на возврат БК в исходное положение (контакт КТ.З на рис. 12.4, в) определяется по следующему выражению: tгот=tоткл1+tАПВ+tоткл2, (12.7) где tоткл1 и tоткл2 - наибольшее время отключения КЗ первый раз и после АПВ соответственно; tАПВ - время дествия АПВ. 12.5. УСТРОЙСТВО БЛОКИРОВКИ ПРИ КАЧАНИЯХ, РЕАГИРУЮЩЕЕ НА СКОРОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ ТОКА, НАПРЯЖЕНИЯ ИЛИ СОПРОТИВЛЕНИЯ Скорости изменения электрических величин при КЗ и ка­чаниях различны. В первом случае ток, напряжение и сопро­тивление 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. Устройство блокировки выполняется при помощи двух пусковых реле, реагирующих на увеличение тока (IK, Iкач) или уменьшение сопротивления и имеющих разные уставки срабатывания

Блокировка при качаниях ДЗ Рис. 12.6. Схема блокировки с двумя PC (а) и их характеристики (б) Сопротивление срабатывания более грубого реле KZ2 должно быть меньше ZC31, но в то же время удовлетворять условию надежного действия при КЗ в конце зоны блокируемой защиты. Для выполнения логических операций по блокированию защиты в схеме предусмотрено промежуточное реле KL с одним размыкающим и вторым замыкающим контактами.

Блокировка при качаниях ДЗ При появлении качаний сопротивление на зажимах пусковых реле 1, 2 (в первый момент нарушения устойчивости) начинает плавно снижаться [см. Zкaч = f(t) на рис. 12.6, б]. Первым срабатывает более чувствительное реле KZ1, а затем, через небольшой интервал времени Δt, придет в действие KZ2, когда Zp = Zкач снизится до точки 2. Сработав, реле KZ1 мгновенно через еще замкнутый контакт KZ2 замкнет цепь обмотки реле KL. Последнее придет в действие и разомкнет своим верхним контактом KL.2 оперативную цепь защиты, блокируя ее действие, а через нижний контакт обеспечит самоудержание (в сработанном состоянии) до тех пор, пока KZ1 не вернется в исходное состояние (что произойдет, когда Zкач начнет увеличиваться и пройдет точку 4 своей характеристики). При КЗ пусковые реле KZ1 и KZ2 срабатывают мгновенно и одновременно, как это следует из характеристики ZK = f(t). При срабатывании реле KZ2 размыкает цепь пуска реле KL, осуществляющего блокировку защиты. Реле не успевает сработать, разрешая защите действовать.

Блокировка при качаниях ДЗ Самым тяжелым условием работы рассматриваемой схем УБК являются качания с малым периодом Tк, имеющим место при асинхронном ходе генераторов. Чем меньше период качачний, тем меньше интервал времени Δt между срабатывание пусковых реле KZ1 и KZ2. Если время Δt окажется меньше времени действия реле КL, то оно сработает и защита не будет блокирована. Поэтому для повышения надежности действия блокировки необходимо повышать быстродействие на срабатывание пусковых реле KL, а также больше должно быть различие в уставках пусковых реле. Очевидно, что последнее требование ограничивается приведенными выше условиями выбора уставок срабатывания пусковых реле. В качестве пусковых реле могут использоваться дистанционные 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 ZC.3l приходится загрублять (уменьшать), а ZC.32 - увеличивать для обеспечения надеж ного действия в конце защищаемой линии и зоны резервирования. В результате этого разность уставок KZ1 и KZ2 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 KL разомкнута). Аналогичная схема может быть выполнена на ИМС.

Блокировка при качаниях ДЗ 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 различии скорости изменения электрических величин (сопротивления Z, тока I, напряжения U) при качаниях и КЗ. Ниже рассматривается новый вариант подобных УБК, реагирующих на скачкообразное увеличение (приращение) модуля и угла вектора тока обратной последовательности ΔI2/Δt, имеющих место только при КЗ. Устройство разработано во ВНИИР (г. Чебоксары) при участии проектного института "Энергосетьпроект" и применяется в дистанционных защитах типа ШДЭ-2801 и ПДЭ-2001, выпускаемых АО ЧЭАЗ.

Блокировка при качаниях ДЗ

Блокировка при качаниях ДЗ Устройство состоит из измерительных (пусковых) органов и логической части. Измерительный орган имеет два пусковых органа (рис. 12.7): основной ПО I2, реагирующий на приращение тока обратной последовательности, рассчитанный на действие при всех видах КЗ, сопровождающихся появлением составляющих I2; дополнительный ПО I1, реагирующий на приращение составляющей тока прямой последовательности ΔI1/Δt. Дополнительный орган предназначен для обеспечения надежного действия УБК при К(3), если из-за отсутствия или малого значения I2 основной ПО I2 не подействует. Структуру ПО и принцип выделения аварийной составляющей рассмотрим на примере основного комплекта ПО I2. Токи защищаемого объекта, получаемые от измерительных ТТ, преобразуются в промежуточном трансформаторе тока ПТТ и поступают на вход фильтра обратной последовательности Ф2, на выходе которого появляется напряжение, пропорциональное составляющей обратной последовательности тока защищаемой линии Uф2 = kI2. С выхода Ф2 сигнал поступает на блок выделения БВ1, осуществляющий выделение приращения вектора тока I2 (или пропорционального ему напряжения kI2), имеющего место при появлении КЗ.

Блокировка при качаниях ДЗ Схема блока БВ1 состоит из двух параллельных цепей инерционной цепи ИЦ1 и безынерционной цепи БИЦ1, сумматора Σ, осуществляющего сложение сигналов, поступающих с указанных цепей. Инерционная цепь содержит активный полосовой фильтр Фп, замедляющий прохождение синусоидального сигнала промышленной частоты, поступающего на его вход на 0,01 с (время половины периода синусоидального тока с частотой f = 50 Гц) и одновременно инвертирующий фазу сигнала на 180°. Безынерционная цепь (БИЦ) передает сигнал без задержки (мгновенно) и без изменения фазы, так как цепь имеет только активное сопротивление R (X = 0). Сигналы цепей поступают на сумматор Σ. Параметры схемы подобраны так, чтобы в установившемся режиме (после затухания переходного процесса в полосовом инерционном фильтре Фп) выходные сигналы обеих цепей были равны и противоположны по фазе. При этом условии выходной сигнал сумматора будет пропорционален разности входных сигналов Uвых Σ = k'(kI2 - kI2(t)), т. е. будет равен нулю. Это означает, что в нормальном режиме, когда по защищаемой линии проходит ток нагрузки (при котором I2 ≈ 0), выходной сигнал Ф2 kI2 будет равен небалансу, обусловленному погрешностями измерительных ТТ и самого фильтра.

Блокировка при качаниях ДЗ Сигнал на выходе блока приращения БВ1 при этом будет отсутствовать, и, следовательно, небаланс в нормальном режиме не будет влиять на работу ПО. При скачкообразном увеличении напряжения U2 на выходе фильтра Ф2 с kI2 до kI'2 новое напряжение поступит на вход сумматора по безынерционной цепи практически мгновенно, а так как в инерционной цепи сигнал не может измениться скачком, то он останется неизменным: kI2(t). Поэтому в первый момент переходного процесса на выходе сумматора появится сигнал, пропорциональный разности входных напряжений kI'2 - kl2(t) = кΔI2. Таким образом, благодаря наличию инерционной цепи схема БВ1 выделяет приращение входного вектора. По мере затухания переходного процесса kI2(t) будет нарастать и через t = 0,01 с достигнет нового уровня kI'2(t), при котором кΔI2 станет равной нулю. Однако схема БВ1 имеет недостаток - в режиме качания токи качания достигают больших значений, изменяется частота тока fк ≠ 50 Гц, что приводит к резкому увеличению амплитуды тока небаланса, а из-за отклонения частоты меняется частотная характеристика полосового фильтра Фп.

Блокировка при качаниях ДЗ В результате нарушается равенство токов, поступающих на вход сумматора Σ, и на его выходе появляется напряжение небаланса, от которого необходимо отстроить ток срабатывания ПО (т. е. снизить его чувствительность). Чтобы исключить ложное действие при качаниях от Iнб и не снижать чувствительности УБК, возникла необходимость введения дополнительного блока БВ2. Он состоит из двухполупериодного выпрямителя VS1 и двух реагирующих элементов: чувствительного РЭ1 и более грубого (в 1,5-2 раза) РЭ2. Выпрямительный мост используется как селектор прошедших через выпрямитель положительных (+) и отрицательных (-) сигналов (полуволны синусоидального напряжения, поступающие с выхода сумматора на вход выпрямителя). На вход 1 моста VS1 сигнал сумматора поступает непосредственно без изменения фазы, а по второй цепи на вход 2 моста сигнал сумматора идет через инвертор ИС с изменением фазы на 180°. По абсолютному значению оба сигнала одинаковы.

Блокировка при качаниях ДЗ Как видно из рис. 12.7, выпрямленные сигналы положительного знака собираются на нижней шинке моста положительного знака собираются на нижней шинке моста п (отмеченной знаком "+"), на верхнюю шинку m (обозначенную знаком "-") приходят сигналы отрицательной полярности. Выходные цепи выпрямителя с отрицательной шинки приходят на входы 1 РЭ1 и РЭ2 без задержки и соответствуют выходному сигналу сумматора. На те же входы 1 приходит выпрямленный сигнал с положительной шинки VS1 с задержкой по времени, определяемой постоянной времени контура RC в цепи ИЦ2. В эту же точку приходит опорное напряжение + Uоп, снимаемое с делителя напряжения положительного знака, определяющее напряжение срабатывания ПО. В нормальном установившемся режиме сигналы, поступающие с шинок моста " + " и "-" уравновешиваются, поскольку они равны по значению и противоположны по знаку. Поэтому поп действием + Uоп на выходе реагирующих элементов дежурят отрицательные сигналы, означающие, что ПО не работает и быстродействующие ступени заблокированы, независимо от Уровня небалансов, а также от значения 12 нагрузки. При КЗ происходит скачкообразное изменение сигнала, появляющийся ток КЗ на выходе сумматора поступает на выпрямительный мост. Соответственно мгновенно возрастает напряжение на отрицательной шинке выпрямителя, и этот сигнал поступает на входы 1 РЭ1 и РЭ2. Положительный сигнал в тoчке n выпрямительного моста в первый момент КЗ оста-

ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЦЕПЯХ ТН И КОНТРОЛЬ ЗА ИХ ИСПРАВНОСТЬЮ Повреждения в цепях ТН. Во вторичных цепях ТН могут возникать повреждения (КЗ и обрывы). Короткие замыкания вызывают опасное увеличение тока в ТН, и поэтому для его защиты устанавливаются предохранители или автоматические выключатели, прерывающие цепь при появлении повышенных токов. Повреждения вторичных цепей, а также их нарушение при перегорании предохранителей или действии автоматических выключателей искажают значение и фазу вторичного напряжения, что приводит к неправильной работе РЗ. Для предупреждения ложных действий РЗ предусматриваются специальные устройства, которые реагируют на повреждения во вторичных цепях напряжения, подают при этом сигнал о неисправности и выводят из действия (блокируют) те РЗ, которые могут неправильно сработать при повреждении в цепях напряжения.

ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЦЕПЯХ ТН И КОНТРОЛЬ ЗА ИХ ИСПРАВНОСТЬЮ Блокирующие устройства, реагирующие на появление U0 и I0 при повреждениях в цепях напряжения. На рис.6.10 приведены наиболее распространенные простые устройства этого типа. Они реагируют на появление напряжения или тока НП во вторичных цепях ТН. Для этого реле KV включается на напряжение НП по одной из схем, приведенных на рис.6.10

ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЦЕПЯХ ТН И КОНТРОЛЬ ЗА ИХ ИСПРАВНОСТЬЮ В нормальных условиях напряжение на реле отсутствует. При обрыве одной или двух фаз цепи напряжения возникает U0, под влиянием которого в реле KV появляется ток, и оно срабатывает, давая сигнал. Подобные устройства применяются в дистанционных РЗ, имеющих токовые пусковые органы. На рис.6.11 приведена схема подобной блокировки типа КРБ-14 для дистанционных РЗ в сетях с заземленной нейтралью. Она состоит из трех конденсаторов С одинаковой емкости, реле напряжения KV0 и тока КА0. В провод, соединяющий нулевые точки конденсаторов и вторичной обмотки ТV, включено реле KV0, через размыкающий контакт которого подается оперативный то на комплект релейной защиты (РЗ). Цепь обмотки KV0 проходит через размыкающий контакт КА0, обмотка которого включена в нулевой провод ТА.

ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЦЕПЯХ ТН И КОНТРОЛЬ ЗА ИХ ИСПРАВНОСТЬЮ

ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЦЕПЯХ ТН И КОНТРОЛЬ ЗА ИХ ИСПРАВНОСТЬЮ Нормально, когда сумма фазных напряжений равна нулю, потенциалы нулевых точек звезды конденсаторов и вторичной обмотки ТV равны, и поэтому ток в реле KV0 отсутствует. При перегорании одного или двух предохранителей потенциал нулевой точки звезды конденсаторов станет равным сумме напряжений оставшихся фаз, а потенциал нулевой точки звезды вторичной обмотки ТV останется равным нулю. Под воздействием напряжения, возникающего между нулевыми точками, через обмотку KV0 проходит ток, и реле, сработав, нижним контактом снимает оперативный ток с РЗ, а верхним подает сигнал. При перегорании предохранителей всех трех фаз блокировка рассматриваемого типа не работает, что является ее недостатком. При двухфазном КЗ на землю на защищаемой ЛЭП симметрия фазных напряжений, подводимых к звезде конденсаторов, нарушается и блокировка может сработать и вывести РЗ из действия. Для предотвращения такого неправильного действия блокировки предусмотрено токовое реле КА0, которое срабатывает и, размыкая цепь обмотки реле KV0, препятствует его действию.

ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЦЕПЯХ ТН И КОНТРОЛЬ ЗА ИХ ИСПРАВНОСТЬЮ Блокирующее устройство на сравнении напряжений двух вторичных обмоток ТН. Недостатком рассмотренных выше устройств блокировки типа КРБ-11 является то, что при КЗ в цепях фазных напряжений они не действуют, а срабатывают лишь после отключения автоматических выключателей или предохранителей поврежденных фаз. Подобные блокировки не могут предотвратить ложного срабатывания первых ступеней быстродействующих дистанционных РЗ, применяемых в сетях сверхвысоких напряжений. Другим недостатком этих блокировок является то, что они не могут предотвратить ложного срабатывания дистанционных РЗ при отключении всех трех фаз напряжения общим автоматическим выключателем или ключом.

ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЦЕПЯХ ТН И КОНТРОЛЬ ЗА ИХ ИСПРАВНОСТЬЮ Блокирующее устройство на сравнении напряжений двух вторичных обмоток ТН. Недостатком рассмотренных выше устройств блокировки типа КРБ-11 является то, что при КЗ в цепях фазных напряжений они не действуют, а срабатывают лишь после отключения автоматических выключателей или предохранителей поврежденных фаз. Подобные блокировки не могут предотвратить ложного срабатывания первых ступеней быстродействующих дистанционных РЗ, применяемых в сетях сверхвысоких напряжений. Другим недостатком этих блокировок является то, что они не могут предотвратить ложного срабатывания дистанционных РЗ при отключении всех трех фаз напряжения общим автоматическим выключателем или ключом.

ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЦЕПЯХ ТН И КОНТРОЛЬ ЗА ИХ ИСПРАВНОСТЬЮ Этих недостатков лишена блокировка, схема которой приведена на рис.6.13. Четырехобмоточный промежуточный трансформатор TL устройства блокировки подключен через добавочные резисторы к измерительному трансформатору напряжения TV с соединением вторичных обмоток в звезду и разомкнутый треугольник. В цепях обмотки w1 сопротивление резистора в фазе А – Ra принято в два раза меньшим относительно сопротивлений Rb и Rc, равных между собой. К обмотке w2 с выводов H – К подано напряжение 3U0. Обмотка w3 (компенсационная) находится под воздействием напряжения фазы А. Ко вторичной обмотке w4 через выпрямительный мост VS присоединен реагирующий элемент – реле KV.

ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЦЕПЯХ ТН И КОНТРОЛЬ ЗА ИХ ИСПРАВНОСТЬЮ

ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЦЕПЯХ ТН И КОНТРОЛЬ ЗА ИХ ИСПРАВНОСТЬЮ В нормальном режиме, при исправных вторичных цепях TV и соответствующих значениях сопротивлений резисторов, токи в обмотках w1 и w3 направлены встречно: I0 = Iа + Ib + Ic =–IaΔ (рис.6.13, в, г). МДС в сердечнике взаимно уравновешены – реле KV не работает. При обрывах в цепях TV (одной или двух фаз) равновесие МДС нарушается, что вызывает срабатывание реле KV. В случае КЗ на землю в сети реле не сработает, так как МДС обмотки w1 будет скомпенсирована МДС обмотки w2, включенной на 3U0. При отключении всех трех фаз напряжения со стороны обмоток ТН, соединенных в звезду, блокировка срабатывает за счет тока в обмотке w3. Блокировка без замедления срабатывает также при всех видах КЗ в цепях напряжения, за исключением КЗ между фазами В и С. В последнем случае блокировка подействует только после отключения автоматического выключателя. Оценка схем. Схемы, реагирующие на появление составляющих НП, проще, но они несовершенны. Эти схемы не действуют при обрыве трех фаз вторичных цепей, а также при КЗ в цепях напряжения, не сопровождающихся появлением U0. Схемы на балансе напряжений с тремя трехобмоточными трансформаторами более совершенны, но и более сложны. Их следует применять для блокировки РЗ на ЛЭП 220 кВ и выше.

Дистанционные защиты со ступенчатыми характеристиками выдержки времени Контрольные вопросы Принцип действия защит. Виды характеристик дистанционных органов. Преимущества дистанционных защит по сравнению с токовыми защитами. Способы отстройки от нагрузочного режима. Обеспечение чувствительности дистанционной защиты к переходному сопротивлению. Особенности построения дистанционных органов от однофазных коротких замыканий. Формирование выдержек времени многоступенчатой дистанционной защиты.

Благодарю за внимание!