Условие (3.11) не учитывается, когда от режима неодновременности включения производится отстройка по времени (выходные реле защиты имеют задержку на срабатывания 0,1 с для отстройки от времени действия разрядников на линии), а при ОАПВ предусматривается автоматический вывод защиты из работы.

2. Выбор тока срабатывания отсечки второй ступени может быть дополнен отстройкой от тока нулевой последовательности при замыкании на землю за автотрансформатором приемной подстанции

, (3.12)

где – коэффициент запаса по избирательности; – ток, протекающий через выбираемую защиту при КЗ на землю за автотрансформатором.

При с ток срабатывания защиты второй ступени отстраивается от тока небаланса при качаниях и асинхронном ходе аналогично (2.34) с заменой на соответствующее значение тока качаний.

3. Выбор тока срабатывания третьей ступени дополняется отстройкой от токов небаланса при качаниях и асинхронном ходе так же, как и для второй ступени.

Не производится отстройка от броска намагничивающего тока при разновременном включении фаз в цепи линия-трансформатор, поскольку измерительный орган III ступени земляной защиты шкафа ШДЭ 2801 содержит фильтры, обеспечивающие отстройку от переходных и установившихся токов небаланса и бросков тока намагничивания.

Выбор параметров срабатывания органа направления мощности, содержащего разрешающее и блокирующее реле, изложен в [5].

3.2. Поперечная дифференциальная направленная защита параллельных линий

3.2.1. Общие замечания

Для защиты параллельных линий сетей с эффективно заземленной нейтралью применяются комплектные защиты типа ЭПЗ 1637. Защита состоит из двух одинаковых частей, устанавливаемых по концам защищаемой линии, и действует при всех видах повреждений (рис. 3.2).

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Рис. 3.2. Структурная схема поперечной дифференциальной направленной зашиты параллельных линий

Каждая часть защиты может быть представлена в виде двух комплектов: комплекта защиты типа КЗ‑6, действующего при междуфазных замыканиях, и комплекта защиты типа КЗ‑7, действующего при замыканиях на землю. При отключении выключателя любой линии защита выводится из действия блок-контактами выключателей, так как при этом дифференциальная токовая защита становится максимальной токовой.

Комплект типа КЗ‑6 содержит два пусковых органа и два избирательных органа, осуществляющих выбор поврежденной линии. Пусковые органы комплекта от замыканий между фазами выполнены в виде двух токовых реле, включенных на разность токов одноименных фаз. Для повышения чувствительности токовых пусковых органов применяют пофазную блокировку по напряжению [8]. Избирательные органы— два реле направления мощности двухстороннего действия, включенные по 90-градусной схеме на разность одноименных фазных токов и междуфазные напряжения. Для повышения избирательности предусматривается пуск реле мощности только поврежденной фазы.

Комплект типа КЗ‑7 содержит два пусковых органа и один избирательный орган, осуществляющий выбор поврежденной линии. Пусковые органы комплекта от замыканий на землю состоят из токового реле, включенного на разность токов нулевой последовательности параллельных линий, и реле напряжения, включенного на напряжение нулевой последовательности. Избирательный орган представляет собой реле направления мощности двухстороннего действия, включенное на разность токов нулевой последовательности линий и на напряжение нулевой последовательности.

При одновременном действии пусковых органов комплектов типов КЗ‑6 и КЗ‑7, комплект КЗ‑6 выводится из работы.

Уставки каждого из этих комплектов защиты рассчитываются отдельно и устанавливаются одинаковыми на каждом конце линии.

3.2.2. Расчет комплекта защиты от замыканий на землю

1. Ток срабатывания пускового органа выбирается по условиям отстройки от тока небаланса, возникающего при внешних замыканиях на землю:

, (3.13)

где – коэффициент запаса по избирательности.

Полный ток небаланса определяется двумя составляющими: .

Составляющая обусловлена погрешностью трансформаторов тока, составляющая – неравенством токов повреждения, протекающих по линиям при внешних коротких замыканиях (вследствие различия в длинах или сопротивлениях параллельных линий):

; (3.14)

; (3.15)

где – коэффициент однотипности трансформаторов тока; – коэффициент, учитывающий переходной режим; – относительная наибольшая полная погрешность трансформаторов тока; – модуль разности токов повреждения, протекающих по параллельным линиям, в долях от суммарного тока двух линий; определяется как , при одинаковых параллельных линиях ; – максимальный ток, протекающий по двум линиям при замыкании на землю на шинах подстанций, связываемых этими параллельными линиями (точки К1, К2, рис. 3.2).

2. Напряжение срабатывания пускового органа выбирается по условиям отстройки от напряжения небаланса. До уточнения при наладке можно принять:

. (3.16)

При использовании реле типа РН‑53 принимается В, а при применении реле напряжения типа РНН‑57, выполненного с фильтром третьей гармоники, В. Напряжение срабатывания защиты

. (3.17)

Выбранные уставки срабатывания (по току и напряжению) являются общими для защит, установленных на разных концах параллельных линий.

3. Чувствительность токового пускового органа проверяется при внутренних повреждениях для двух случаев: при КЗ в точке одинаковой чувствительности и в режиме каскадного отключения (рис. 3.3).

Последнее вызвано тем, что при перемещении точки КЗ к одной из подстанций чувствительность поперечной защиты, установленной на этой подстанции, повышается, а чувствительность защиты, установленной на противоположном конце линии, уменьшается. В связи с этим необходимо проверять чувствительность защиты в режиме каскадного отключения КЗ у шин противоположной подстанции.

Рис. 3.3. К определению чувствительности поперечной дифференциальной направленной защиты параллельных линий; а – двухстороннее отключение КЗ в точке равной

чувствительности; б – каскадное отключение КЗ

При КЗ в точке одинаковой чувствительности через защиты, установленные по концам параллельных линий, протекают одинаковые токи, равные половине тока повреждения (точка КЗ, рис. 3.3, а)

. (3.18)

Для одинаковых параллельных линий точка равной чувствительности располагается посередине линий. Из рис. 3.3, а видно, что

(3.19)

Формулы (3.19) получены для случая трехфазного КЗ в точке КЗ (рис. 3.3, а) и могут быть применены для расчета токораспределения токов при КЗ посредине одинаковых параллельных линий, что упрощает расчет токораспределения.

При неравенстве линий точка равной чувствительности определяется по пересечению кривых спадания токов по линиям.

При каскадном отключении КЗ у каждой подстанции (например, точка К4 у ПА)

. (3.20)

4. Чувствительность пускового органа по напряжению проверяется в наиболее тяжелом случае — каскадном отключении КЗ на землю у шин противоположной подстанции и максимальном режиме:

, (3.21)

где (см. рис. 3.3 б).

3.2.3. Расчет комплекта защиты от междуфазных повреждений

1. Ток срабатывания пускового органа выбирается по трем условиям:

а) отстройка от максимального тока небаланса при внешних КЗ производится аналогично выбору тока срабатывания пускового органа комплекта от замыканий на землю

, (3.22)

где ;

; (3.23)

– составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью трансформаторов тока (; ; );

(3.24)

– составляющая тока небаланса, обусловленная неравенством токов повреждения, протекающих по линии; – максимальный ток повреждения, протекающий по двум линиям при трехфазных КЗ на шинах подстанций, связываемых этими параллельными линиями;

б) отстройка от максимального тока нагрузки линии при обрыве соединительных проводов токовых цепей и при оперативном отключении одной из линий со стороны противоположной подстанции:

, (3.25)

где – коэффициент запаса (надежности) по избирательности; – коэффициент возврата реле; – максимальный ток нагрузки, принимается по длительно допустимому току нагрева проводов линии;

в) отстройка от тока неповрежденной линии при каскадном отключении замыкания на землю на параллельной линии для случая работы защиты на грани срабатывания ()

, (3.26)

где – коэффициент запаса по избирательности;

. (3.27)

Уставка срабатывания выбирается по наибольшему из полученных значений токов по (3.22), (3.25) и (3.26).

2. Чувствительность токового пускового органа проверяется при внутренних повреждениях аналогично комплекту защиты от замыканий на землю:

а) при КЗ в точке одинаковой чувствительности

; (3.28)

б) в режиме каскадного отключения КЗ у шин противоположной подстанции

, (3.29)

где .

Если чувствительность токового органа оказывается недостаточной, то применяют его блокировку по напряжению, в этом случае ток срабатывания выбирается только по условию (3.22).

3. Напряжение срабатывания органа блокировки по напряжению выбирают по двум условиям:

а) обеспечение возврата органа блокировки после отключения внешнего КЗ на параллельной линии

, (3.30)

где – минимальное рабочее напряжение в месте установки защиты; ; – коэффициент возврата для реле минимального напряжения;

б) отстройка от напряжения между поврежденной и неповрежденной

фазами при каскадном действии защиты: это условие, как правило, не является расчетным и при выполнении курсовой работы не учитывается.

4. Чувствительность пускового органа блокировки по напряжению проверяется при каскадном отключении двухфазного или трехфазного КЗ в конце линии

, (3.31)

где – междуфазное напряжение в месте установки защиты.

3.3. Дифференциально-фазная высокочастотная защита

3.3.1. Общие замечания

Для электрических сетей с эффективно заземленной нейтралью в качестве основных защит линий применяются дифференциально-фазные высокочастотные защиты. Эти защиты являются быстродействующими, работают при всех видах повреждений и не реагируют на качания в системе. Для выполнения защиты на каждом конце линии устанавливается релейная панель типа ДФЗ и приемопередатчик типа АВЗК‑80 или более современная модификация. Для линий 110–220 кВ применяют панель защиты типа ДФЗ‑201, для линий 330–500 кВ – панели ДФЗ‑503 [9].

Принцип действия защиты основан на измерении фаз токов по концам защищаемой линии. Для преобразования трехфазной системы токов в обобщенную однофазную используют комбинированный фильтр , что позволяет выполнить защиту с одним высокочастотным каналом.

Защита имеет четыре измерительных органа: три пусковых (цепи пуска передатчика, подготовки отключения и манипуляции) и один избирательный орган сравнения фаз обобщенных токов.

В качестве примера на рис. 3.4 приведена структурная схема дифференциально-фазной высокочастотной защиты панели ДФЗ‑201.

Основными элементами защиты являются:

1. Блок пуска содержит измерительные реле подготовки цепей отключения и пуска передатчика. Отдельно предусмотрены реле для действия при симметричных и несимметричных КЗ. В качестве пусковых органов, реагирующих на симметричные КЗ, используются два токовых реле, которые могут дополняться одним реле минимального напряжения или сопротивления. Пусковые органы для несимметричных КЗ реагируют на токи обратной и нулевой последовательностей. Это обеспечивает высокую чувствительность защиты при различных видах КЗ и отстройку от токов нагрузки и качаний (при трехфазных КЗ пусковые органы фиксируют кратковременную несимметрию).

Рис. 3.4. Структурная схема дифференциально-фазной высокочастотной защиты

2. Блок манипуляции подключается к трансформаторам тока линии через комбинированный фильтр токов, на выходе которого создается напряжение , управляющее работой генератора передатчика ( — коэффициент взаимоиндукции фильтра).

Рис. 3.5. Расчетные условия работы избирательного органа защит ДФЗ;

а – КЗ вне зоны действия защиты; б – КЗ в зоне действия защиты;

в – характеристика срабатывания избирательного органа

3. Блок сравнения фаз токов реагирует на угол сдвига фаз между обобщенными векторами токов и по концам защищаемой линии, различая внешние (рис. 3.5, а) и внутренние (рис. 3.5, б) КЗ.

При внешних КЗ (например, К1, рис. 3.5, а) обобщенные векторы токов сдвинуты на угол (положительное направление тока принято от шин в линию), и защита не должна действовать. Фактически из-за погрешности трансформаторов тока и фильтров, а также из-за запаздывания в передаче высокочастотного сигнала по линии (6 эл. град на 100 км), вводится угол блокировки , обеспечивающий отстройку от указанных факторов.

При внутренних КЗ (например, точка К2, рис. 3.5, б) условия срабатывания защиты выполняются при сдвиге фаз между обобщенными векторами токов , (рис. 3.5, в)

Избирательная работа защиты обеспечивается при соотношении уставок пусковых органов

, (3.32)

т. е. пуск передатчика целесообразен только при надежной манипуляции, а подготовка отключения только при получении (обмене) высокочастотного сигнала.

Блок логики содержит комплекты промежуточных реле, обеспечивающих пуск передатчика на время 0,5–0,6 с и подготовку цепей отключения на время 0,2–0,3 с.

3.3.2. Расчет пусковых органов при симметричных повреждениях

1. Ток срабатывания реле пуска передатчика отстраивают от максимального тока нагрузки линии

, (3.33)

где – коэффициент запаса по избирательности; – коэффициент возврата реле; – наибольший ток нагрузки, принимается по длительно допустимому току линии; – коэффициент трансформации ТТ линии.

2. Ток срабатывания реле подготовки цепи отключения выбирают по условиям согласования с током срабатывания реле пуска передатчика

, (3.34)

где – коэффициент согласования различных полукомплектов защиты.

3. Чувствительность токовых пусковых органов проверяют при трехфазном КЗ в конце линии в минимальном режиме (допускается проверка в каскаде):

; (3.35)

; (3.36)

при , где – ток трехфазного КЗ в месте повреждения; – доля тока КЗ протекающего по поврежденной линии, находится по схеме замещения прямой последовательности.

При недостаточной чувствительности токовых органов цепи пуска дополняются реле минимального напряжения или реле сопротивления. Обычно применение реле напряжения малоэффективно, и для пусковых органов в цепи подготовки отключения применяют реле сопротивления.

4. Уставка срабатывания реле сопротивления выбирается по условиям отстройки от максимального тока нагрузки линии

, (3.37)

где – минимальное рабочее напряжение; – коэффициент запаса по избирательности; – коэффициент возврата реле сопротивления; – угол максимальной чувствительности реле; – угол сопротивления нагрузки.

5. Чувствительность реле сопротивления проверяют при металлическом трехфазном КЗ в конце линии по соотношению сопротивлений

, (3.38)

так и по току точной работы (см. п. 2.2.3)

3.3.3. Расчет пусковых органов при несимметричных повреждениях

1. Определяют составляющие токов отдельных последовательностей, подводимых к органам защиты, при несимметричных повреждениях (см. п. 1.3.4 и 1.3.5):

а) двухфазное КЗ

, (3.39)

где – ток двухфазного КЗ в месте повреждения;

б) однофазное КЗ

, (3.40)

, (3.41)

где – ток однофазного КЗ в месте повреждения, определяют по (1.6); – доля тока нулевой последовательности, протекающего по поврежденной линии, находится по схеме замещения нулевой последовательности;

в) двухфазное КЗ на землю

, (3.42)

, (3.43)

, (3.44)

где – ток двухфазного замыкания на землю; – ток прямой последовательности в месте КЗ при двухфазном замыкании на землю

. (3.45)

2. Ток срабатывания фильтра-реле обратной последовательности подготовки цепи отключения отстраивают от тока небаланса в максимальном нагрузочном режиме

, (3.46)

где – коэффициент запаса по избирательности; – коэффициент согласования цепей пуска передатчика и подготовки отключения различных полукомплектов защиты; – коэффициент возврата фильтра-реле; – приведенный к первичной цепи ток небаланса фильтра обратной последовательности; – коэффициент небаланса фильтра обратной последовательности; – ток обратной последовательности при несимметричной нагрузке, приведенный к первичной цепи.

Для панели защиты ДФЗ‑201 уставка срабатывания реле подготовки цепей отключения может быть выполнена:

по току обратной последовательности 1; 1,5; 2 А;

по току нулевой последовательности 1; 1,5; 2 А.

Уставки срабатывания реле пуска передатчика выполнены соответственно вдвое меньше, т. е:

Обычно условие (3.46) не является определяющим, и выбор уставок срабатывания производится в зависимости от чувствительности защиты, начиная с наибольших значений тока срабатывания:

, (3.47)

где – наименьшее значение вторичного тока обратной последовательности при различных видах КЗ.

3. Чувствительность пускового органа по току обратной последовательности определяется для каждого вида КЗ

. (3.48)

Если при замыкании на землю коэффициент чувствительности, определенный по (3.48), окажется меньше двух, то в фильтр-реле применяют добавку тока .

4. Уставку срабатывания фильтра-реле по току нулевой последовательности отстраивают от тока небаланса в максимальном нагрузочном режиме аналогично (3.46):

, (3.49)

где – приведенный к первичной цепи ток небаланса фильтра нулевой последовательности; – коэффициент небаланса фильтра; – ток нулевой последовательности при несимметричной нагрузке, приведенный к первичной цепи.

Обычно условие (3.46) не является расчетным, и выбор уставки производят по характеристикам чувствительности защиты с учетом токов и .

5. Результирующую чувствительность пускового органа с учетом токов обратной и нулевой последовательностей определяют по семействам характеристик кратности тока срабатывания отключающего реле по отношению к току срабатывания при заводской уставке при различных сочетаниях , [9]. Поскольку расчеты результирующей чувствительности пусковых органов производятся для каждого вида КЗ и каждого расчетного режима, то определение результирующей чувствительности пусковых органов становится затруднительным.

3.3.4. Расчет органа манипуляции

1. Выбирается коэффициент К органа манипуляции из условия обеспечения преимущественного сравнения фаз токов обратной последовательности при КЗ в конце линии. Расчет производится для худшего случая — двухфазного КЗ на землю, когда токи прямой и обратной последовательностей находятся в противофазе

, (3.50)

где – коэффициент запаса; – расчетный вторичный ток прямой последовательности, подводимый к органу манипуляции; – расчетный вторичный ток обратной последовательности, подводимый к органу манипуляции.

Для панели ДФЗ‑201 коэффициент K органа манипуляции может быть выполнен равным 4, 6, 8, что соответствует минимальному току надежной манипуляции (по прямой последовательности), равному 1,1; 1,6; 2,0 А, и углу блокировки 45, 52, 60.

Обычно принимают , а при необходимости увеличивают до 8.

2. Проверяется обеспечение надежной манипуляции по минимальному току на входе фильтра при симметричных и несимметричных КЗ:

а) при несимметричном КЗ расчетным является случай двухфазного КЗ на землю в конце защищаемой линии

; (3.51)

б) при симметричных КЗ расчетным является замыкание в начале линии, когда погрешность трансформаторов тока наибольшая

, (3.52)

где – вторичный ток трехфазного КЗ, подводимого ко входу фильтра органа манипуляции; – приведенная абсолютная погрешность фильтра органа манипуляции по току прямой последовательности; – приведенный ток небаланса обратной последовательности, обусловленный погрешностью ТТ ().

3. Расчет органа сравнения фаз не производится. Угол блокировки защиты β определяется условиями искажения угла вследствие погрешности ТТ и запаздывания высокочастотного сигнала по линии. Обычно для линий длиной до 120 км рекомендуется принимать , а при больших длинах .

Глава 4. ПРИМЕР РАСЧЕТА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ УЧАСТКА СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ 220 кВ

Произвести расчет уставок и выбрать принципы релейной защиты и автоматики участка сети напряжением 220 кВ, приведенного на рис. 4.1. Параметры генераторов, трансформаторов, линий, а также режимы заземления нейтралей трансформаторов и места установки коммутационной аппаратуры даны на рис. 4.1. Все линии 220 кВ оборудованы грозозащитными тросами.