НАЗНАЧЕНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НЕЙ 5 страница
действия (m1 + m2) необходимо сокращать «мертвые зоны» защит, что достигается снижением Icз.
Поперечные дифференциальные защиты на ЛЭП не получили широкого распространения из-за следующих недостатков: наличие «мертвой зоны» и зоны каскадного действия, относительно невысокое значение коэффициента чувствительности, поскольку Iсз рассчитывается по условию отстройки от Iнагр.mах. Кроме того, поперечная дифзащита может быть установлена только на параллельных линиях одинаковой длины, имеющих одинаковое сопротивление.
Продольные дифзащиты применяются в качестве основных защит трансформаторов, генераторов, системы сборных шин. На ЛЭП их применение ограничено наличием соединительных проводов, подключаемых к вторичным обмоткам ТА. При большой длине ЛЭП соединительные провода имеют большую длину, что значительно увеличивает вторичную нагрузку ТА и их погрешности, поэтому продольные дифференциальные защиты можно устанавливать на ЛЭП, длина которых не превышает 10 км.
9. ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ
В сетях сложной конфигурации с большим числом источников питания обеспечить селективное отключение повреждений с помощью простых направленных защит не удается. Дифференциальные защиты на ЛЭП также имеют ограниченное применение, что связано с их особенностями. Один из способов защиты сложных систем - использование дистанционных защит (ДЗ). Дистанционной называется защита, время действия которой зависит от расстояния (дистанции) между местом установки защиты и точкой к.з. Выдержка времени нарастает в зависимости от увеличения расстояния до точки к.з.
При таком принципе ближайшая к месту к.з. защита всегда будет иметь меньшую выдержку времени. ДЗ всегда выполняются направленными.
На рисунке 60 представлена условная схема замещения линии электропередачи. Слева изображен источник питания, представляемый ЭДС системы Eс и эквивалентным сопротивлением энергосистемы Zc. Справа от ЛЭП изображено сопротивление Zнaгp, выполняющее роль потребителя мощности. В нормальном режиме в месте установки реле сопротивления протекает ток Iн.р , a TV измеряет напряжение Uн.р „ на шинах. Отношение напряжения к току характеризует общее (эквивалентное) сопротивление всего участка изображенной сети в нормальном режиме
По величине >> Zc + ZЛЭП , и общее комплексное сопротивление имеет активно-индуктивный характер, причем активная составляющая сопротивления больше, чем реактивная. Это связано с тем, что обычно Рнагр > Qнагр. При возникновении к.з. сопротивление Zнaгp шунтируется, происходит снижение напряжения Uкз и резкое увеличение тока Iкз. Эквивалентное сопротивление участка значительно снижается за счет отсекания Zнaгp и части Zлэп, при этом
таким образом, значительно уменьшается по модулю в сравнении с , и так как для элементов энергосистемы обычно выполняется условие R < X, то ZK3 поворачивается относительно Zн.р, как это изображено на рис. 61.
Если к.з. является трехфазным и металлическим, то остаточное напряжение на шинах подстанции Uкз будет зависеть от расстояния до точки к.з. в соответствии с графиком, приведенным на рис. 62, так как на каждом километре ЛЭП происходит падение напряжения на величину , где Z0 - удельное сопротивление ЛЭП, Ом/1 км.
Таким образом, принцип действия ДЗ основан на резком снижении сопротивления при к.з. В связи с тем, что при к.з. напряжение снижается, а ток увеличивается, ДЗ получаются более чувствительными, чем токовые, т.к. реагируют на изменение сразу двух параметров - тока и напряжения. Причем сопротивление при к.з. уменьшается в несколько раз больше по сравнению с уменьшением напряжения или увеличением тока.
Основной элемент ДЗ - дистанционный орган, определяющий удаленность к.з. от места установки защиты. В качестве его используют реле сопротивления, реагирующее чаще всего на полное сопротивление . Выполнение реле активного или реактивного сопротивления сложнее и не имеет особых достоинств при применении в ДЗ.
Для обеспечения селективности:
- ДЗ выполняются направленными, для этого применяется реле направления мощности или направленное реле сопротивления:
- выдержки времени у защит, работающих при одном направлении мощности, согласуются между собой. Выдержка времени защиты при к.з. за пределами защищаемой линии на Δt больше, чем на соседней.
Для реле сопротивления, используемого в дистанционных защитах, наиболее наглядно изображает на плоскости рабочую и нерабочую зоны характеристика срабатывания.
Характеристикой срабатывания реле сопротивления называется зависимость Реле сопротивления подключено к трансформаторам тока и напряжения. Если измеряемое сопротивление попадает внутрь характеристики срабатывания реле, изображаемой в координатах (R, jX) - рис. 63, то оно замыкает свои контакты, если не попадает, то контакты реле остаются разомкнутыми. Если место установки защиты совместить с началом координат, то для ненаправленного реле полного сопротивления будет иметь вид окружности (рис. 63), радиус которой Z = ZCp выставлен на реле сопротивления. Таким образом, характеристика представляет собой геометрическое место точек, удовлетворяющих условию . При реле работает, при - не работает. Следовательно, реле сопротивления является реле минимального действия, которое срабатывает при уменьшении воздействующей величины. Характеристики срабатывания направленного реле имеют вид, показанный на рис. 64.
Для всех реле сопротивления необходимо выполнение следующих требований:
1. Быстродействие, чтобы мгновенная ступень отключала к.з. как можно быстрее.
2. Точность работы реле не должно отличаться от более, чем на 10%. Это
требование обеспечивает стабильность зон ДЗ.
3. Высокое значение
Зависимость выдержки времени защиты t=f( ) может возрастать плавно или ступенчато (рис. 65).
Технически наиболее просто выполнена ступенчатая зависимость. Дистанционные зашиты, используемые в энергосистемах, имеют 3 или 4 ступени.
Реле сопротивления, основной элемент ДЗ, выполняются электромеханическими, статическими или на интегральных микросхемах. Принцип действия всех разновидностей реле основан на сравнении нескольких напряжений, которые являются функциями напряжения и тока.
Так, например, можно сравнить по величине, по модулю или сдвигу фаз два напряжения:
; .
Изменение коэффициентов k позволяет получать различные характеристики срабатывания реле (круговые, эллиптические и т.п.).
Рассмотрим подробнее некоторые из способов выполнения реле сопротивления.
Например, реле сопротивления с направленной характеристикой, сделанное на балансе напряжений (рис. 66). На данном принципе основаны реле КРС-1, КРС-2, используемые в панели защиты линий серии ЭПЗ.
Напряжения UI и UII для рассматриваемого реле имеют вид
;
,
причем k1 - коэффициент трансформации автотрансформатора TV1; k2=k3=k - коэффициенты трансформации TAV1, TAV2.
Автотрансформатор TV1 подключается к вторичным обмоткам трансформатора напряжения TV. Напряжение k1Up подается на вход выпрямительного моста VS1.
TAV1, TAV2- трансреакторы, на первичные обмотки которых подается ток Iр. Величина Е = -jkIp снимается со вторичной обмотки трансреактора и подается на схему сравнения.
Вторичные обмотки TV1 и TAV1 включены встречно и . Напряжения UI и UII подаются на выпрямительные мосты VS1 и VS2 соответственно. Далее выпрямленные напряжения и сравниваются на исполнительном органе реле (ИО). В качестве ИО может быть использовано поляризованное реле или высокочувствительное магнитоэлектрическое реле. Условие срабатывания ИО , что соответствует изменению тока и напряжения при к.з. Начало действия реле соответствует условию
или .
Разделив обе части последнего равенства на k1Ip, получим .
Если учесть, что , то получим и обозначим радиус . Тогда вектор k/k1 определяет положение центра окружности относительно начала координат с заданной величиной Zyст. Следовательно, данное реле - направленное реле сопротивления. Уставка срабатывания регулируется изменением коэффициентов k и k1. Максимальное значение Zcp.max получается при значении угла .
При трехфазных и двухфазных к.з. в месте установки защиты Up = 0 и реле сопротивления может не сработать. Сопротивление ZK3 попадает в данном случае на пограничную кривую . Для того чтобы реле сопротивления работало при данных к.з., в реле введен контур подпитки - трансформатор TV2. Он имеет одну первичную обмотку и две вторичных (рис. 66), с которых ЭДС подпитки Еп подается на оба выпрямительных моста VS1 и VS2. Отсюда
;
В случае двухфазного к.з. АВ в месте установки защиты Up = 0. Если включить Еп на UC, то в реле подается Еп ≠ 0, и реле сработает.
При трехфазных к.з. все напряжения равны нулю и Еп существует за счет разрядного тока конденсатора С, что также позволяет реле сопротивления сработать.
Условие работы реле сопротивления можно записать следующим образом:
.
Реле сопротивления работают с погрешностью, т.е. - действительное значение Zcp отличается от установленного Zyст. Основными причинами этого являются
механические моменты реле ИО и другие факторы, ограничивающие чувствительность конструкций реле, а также нелинейность магнитопроводов и выпрямителей реле. Характер зависимости приведен на рис. 67.
Отличие Zcp от Zyст особенно значительно при малых и больших значениях Iр. Если Up = 0, то реле сработает только в случае . При увеличении Iр величина ΔZ уменьшается. При больших значениях Iр величина ΔZ снова возрастает. Из графика видно, что существует область токов Iр, при которых отличие Zcp от Zyст практически отсутствует, т.е. работает с минимальной погрешностью .
Принято, что в эксплуатации отличие Zyст от Zcp не должно превышать 10%.
Токи, при которых величина , называются токами точной работы. На графике (см. рис. 67) указаны токи и . Если , то реле замеряет сопротивление с погрешностью меньше 10%. Желательно, чтобы диапазон изменения токов при к.з. в сети соответствовал зоне .
Рассмотрим в качестве примера расчет уставок трехступенчатой дистанционной защиты. График согласования защит приведен на рис. 68.
I зона ДЗ1 охватывает часть Л1. Уставка по сопротивлению I зоны рассчитывается с учетом погрешностей в работе реле сопротивления (ΔZ) и . Для того чтобы I зона не выходила за пределы Л1 - ZC3 < ZЛЭП .
I ступень ДЗ - мгновенная, и зависит от времени замыкания контактов реле сопротивления и промежуточных реле: .
II зона Д31 охватывает всю Л1 и часть линии подстанции А. II зона Д31 захватывает также часть Л1 и является для нее резервной. По сопротивлению и по времени II зона ДЗ 1 согласуется с I зоной Д32:
,
где kн =0,85, kтр - коэффициент токораспредсления, который учитывает различие тока, протекающего по реле защиты и тока в месте к.з. при сложной конфигурации сети; , где Iкз - суммарный ток к.з. при к.з. в точке К1, Iр - ток, протекающий по реле защиты 1 при расчетном к.з. в точке К1.
Для надежного действия реле сопротивление II зоны должно быть на 35-40% больше, чем ZЛ1. Условием обеспечивается селективное отключение повреждений в начале Л2.
III зона. Протяженность III зоны зависит от чувствительности реле сопротивления, на которых установка выбирается по условию отстройки от нагрузочных режимов:
, где kн=1,2; kв=1,15;
Время действия .
III зона должна по возможности охватывать линии Л1 и Л2.
Схема трехступенчатой дистанционной защиты приведена на рис. 69.
Обозначения, принятые на схеме: БН - блокировка от нарушения цепей напряжения; ПО - пусковой орган; ОМ - орган направления мощности; ДО1, ДОИ - дистанционные органы I и II ступеней (зон); БК - блокировка от качаний; КТН, КТШ - орган выдержки времени II и III зон; KL - выходное реле защиты; KHI, KHII, КНШ - сигнальные реле I, II и Ш зон.
Найденные Zсз устанавливаются следующим образом:
®ДОI; ®ДОII; ® ПО.
При к.з. в I зоне работают ПО, ДOI и ДОII, т.к. , сигнал на отключение подается через БК без выдержки времени.
При к.з. во II зоне и ДОI не работает, отключение происходит со временем действия II зоны.
При к.з. в III зоне и , поэтому работает только ПО и отключение линии происходит со временем (как и у МТЗ).
Наличие БН необходимо, т.к. при обрыве цепей напряжения Up = 0, и это может быть воспринято защитой как трехфазное или двухфазное к.з. в месте установки защиты, поэтому устройство БН выводит защиту из действия при обрыве цепей напряжения. При снижении и„ в результате к.з. БН не должно препятствовать работе защиты. Это достигается специальной схемой подключения БН к трансформаторам напряжения.
БК выводит I зону защиты из действия при возникновении качаний. Подробно данный вопрос будет рассмотрен ниже.
Большое значение для правильной работы защиты имеет точная и правильная работа дистанционных органов защиты. Их назначение - измерять расстояние от места установки защиты до точки к.з. Как правило, на дистанционных органах выставляется уставка по сопротивлению I и II зон.
При выборе схемы включения дистанционных органов необходимо:
- чтобы Zp на зажимах реле было пропорционально расстоянию кз до места к.з.;
- Zp не зависел от вида к.з. и режима работы сети, что обеспечивает стабильность зон при различных видах к.з.
Для выполнения этих требований включение реле выполняется на ток и напряжение петли к.з., а именно дистанционный орган включается на линейное напряжение (UAB) и разность соответствующих фазных токов (IA - IB).
При трехфазном к.з. все напряжения одинаковы и равны падению напряжения в соответствующих фазах от места установки защиты до точки к.з.:
.
Ток реле , т.к. Iр - разность фазных токов.
Замер .
При двухфазном к.з. (АВ) IА = -IB, следовательно, Iр =2Iкз.
Напряжение равно падению напряжения в петле к.з., т.е.
,
отсюда
Следовательно, замер Zp не зависит от вида к.з. при данной схеме включения.
Уставка III зоны ДЗ по сопротивлению выставляется на пусковых органах. Схема включения пусковых органов может быть такой же, как и дистанционных, а если одной из задач пусковых органов является определение вида к.з., то пусковые органы включают на линейное напряжение и фазный ток, например, UAB и IA.
Подобная схема включения используется в схемах, где дистанционный орган переключается на разные токи и напряжения в зависимости от вида возникшего к.з. Поскольку выбирается по условию отстройки от Zраб.min, то на сильно загруженных линиях эта величина может быть соизмерима с Zкз . Для увеличения чувствительности пусковых органов используют направленное реле сопротивления (рис. 70).
При металлических к.з. угол jкз близок к углу jмч (угол максимальной чувствительности - это угол, при котором значение Zcp достигает максимального значения), а в нагрузочных режимах jнагр < jкз, поэтому, если |Zнагр| близок к |Zкз| за счет увеличения jкз, Zкз попадает в зону работы реле.
Следует отметить, что существуют причины, искажающие замеры дистанционных органов, связанных с влиянием переходного сопротивления дуги, которое определяется по эмпирической формуле, Ом:
,
где [ дуги]=м, [Iдуги]=A
Дистанционные защиты являются основными защитами ЛЭП 35; 110 кВ. На ЛЭП 220 кВ и 500 кВ они используются как резервные.
10. БЛОКИРОВКИ ОТ ЛОЖНЫХ СРАБАТЫВАНИЙ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ПРИ КАЧАНИЯХ
Качания в ЭЭС возникают в результате возмущений, вызывающих изменения угла d между векторами ЭДС Е1 и E2 двух частей ЭЭС (рис. 71). Причинами таких возмущений могут быть к.з. и резкие изменения нагрузки потребителей. В результате возмущения синхронная частота вращения генераторов в двух частях энергосистемы становится разной, а векторы Е1 и Е2 начинают проворачиваться друг относительно друга. Если качания синхронные, то полных проворотов Е1относительно E2 нет, а угол δ между векторами Е1 и Е2 не превышает 180°. Под действием разности потенциалов, создаваемой ЭДС Е1 и Е2 (см. рис. 72), по межсистемной связи АВ начинает протекать уравнительный ток , где = Е1 и Е2, Хсв - эквивалентное сопротивление, по которому протекает Iур . Поскольку угол 5 между векторами Е1 и Е2 изменяется во времени, то и уравнительный ток также будет изменяться во времени. Максимальным значение уравнительного тока, называемого током качания Iкач, будет в момент времени, когда Е1 и Е2 находятся в противофазе и угол 5 = 180° (рис. 72, 73), а минимальным - при угле δ= 0°. В результате качаний значительно изменяется и модуль напряжения вдоль ЛЭП. Ток качаний создает падение напряжения вдоль ЛЭП. На рис. 73 представлена зависимость модуля напряжения вдоль межсистемной линии АВ для самого худшего случая, когда векторы Е1 и Е2 находятся в противофазе. Из графика видно, что в точке С напряжение достигает нулевого значения. В момент времени, когда 8 = 0°, уравнительный ток отсутствует и напряжение в точке С по величине близко к значениям Е1 и Е2.
Кроме периодических изменений во времени тока и напряжения происходит также периодическое изменение сопротивления на зажимах реле сопротивления. Графики изменения параметров Iкач, UC , Z и Р при изменениях угла δ представлены на рис. 74.
Точка в ЭЭС, где напряжение при качаниях является наименьшим, называется электрическим центром качаний (ЭЦК). В нашем случае точка С является ЭЦК и находится в середине линии АВ. Качания в ЭЭС могут быть синхронными (когда угол δ не превышает 180°) и асинхронными (когда имеет место проворот вектора Е1 относительно Е2 и угол их расхождения δ > n·360°). Асинхронные качания могут перейти в синхронные в результате ресинхронизации ЭЭС - в частности разгрузки по генерирующей мощности.
Если «заморозить» вектор Е2, вращающийся с синхронной скоростью, то вектор Е1 будет вращаться относительно вектора Е2 с угловой скоростью скольжения ωS. В этом случае период качания (скольжения) TS - время, в течение которого вектор Е1 совершит полный проворот относительно вектора Е2, , т.е. чем больше ωS, тем меньше Ts (рис. 75). Из анализа векторной диаграммы токов и напряжений следует, что
Период качаний TS для реальных энергосистем находится в диапазоне 0,5-10 с.
Асинхронный режим является следствием нарушения устойчивости параллельной работы двух частей ЭЭС, причинами которого могут быть:
1) отказ быстродействующих РЗ и отключение к.з. резервными РЗ;
2) отказ противоаварийной автоматики или ее неселективное действие;
3) неуспешное действие НАПВ.
При асинхронном режиме наблюдаются периодические изменения угла 8 между ЭДС несинхронно работающих частей ЭЭС, напряжения в различных точках электропередачи, тока и активной мощности линии, сопротивления на зажимах реле сопротивления. Существует два способа ликвидации асинхронного режима: ресинхронизация (восстановление синхронизма путем выравнивания частот несинхронно работающих частей ЭЭС) и разделение асинхронно работающих частей ЭЭС по слабым связям с последующим их включением с помощью АПВ с контролем синхронизма.
Дата добавления: 2015-05-21; просмотров: 1142;