Методические указания (стр. 9 )

В рассматриваемой Защите от замыканий на землю с ограниченной зоной применено торможение, которое принципиально отличаются от обычных способов торможения Дифзащиты.

Основная гармоника тока в нейтрали () в Защите сравнивается с основной гармоникой суммы фазных токов (), т. е.:

где – фазные токи фаз A,B,C соответственно.

В качестве рабочего тока защиты используется .

При появлении замыкания на землю вне защищаемой зоны, через фазные ТТ протекает ток замыкания на землю в противофазе с током в нейтрали, имеющем ту же амплитуду. В реле оцениваются:

- величина тока отключения

- ток торможения

где – коэффициент торможения.

При внутреннем повреждении торможение отсутствует, потому что величина тока торможения равна нулю или отрицательна. Таким образом, даже малый ток КЗ может привести к отключению. И наоборот, при внешних повреждениях имеет место сильное торможение в области с отрицательными значениями отношения (расчетные и находятся в противофазе и равны по величине).

Отключение не произойдет также при сквозных токах, вызывающих глубокое насыщение ТТ в нейтрали, потому что величина (отрицательный ток) будет больше .

Предполагается, что при внешних повреждениях, токи и находятся в противофазе, что справедливо только для первичных величин измерения.

Характеристика срабатывания Защиты от замыканий на землю с ограниченной зоной в зависимости от коэффициента тока нулевой последовательности (оба тока в фазе(+) или в противофазе(-))представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Характеристика срабатывания защиты от замыканий на землю с ограниченной зоной

Дифференциальная токовая защита ошиновки/ЛТДН на стороне НН АТ, срабатывает при междуфазных КЗ в защищаемой зоне, ограниченной трансформаторами тока, без выдержки времени действует:

- на отключение выключателей на сторонах ВН, СН и НН АТ, с пуском УРОВ;

- на пуск или на запрет АПВ выключателей на стороне ВН, СН АТ (по выбору эксплуатации).

Для расчета уставок ДЗО НН применимы требования, изложенные для ДЗО ВН(СН), с учетом того, что устройство защиты, реализующее данную функцию, должно иметь необходимое количество отдельных групп трехфазных аналоговых входов для прямого измерения токов групп ТТ, соответствующее числу сторон (обычно, две или три) присоединения ошиновки, а также отсутствия требования опробования рабочим напряжением внешних присоединений с использованием Дифзащиты ошиновки.

Реализация дифзащиты рассматриваемого объекта (сторона ошиновки НН автотрансформатора) возможна по следующим вариантам, в зависимости от состава силового оборудования:

При наличии токоограничивающего реактора и ЛТДН (или только ЛТДН) на стороне ошиновки НН АТ (последний является электромагнитным аппаратом, представляющим собой последовательное соединение трансформатора и автотрансформатора с последовательно параллельным подключением обмоток в цепи ошиновки НН АТ), для дифзащиты указанной зоны должны использоваться задаваемые параметры и методика расчета дифзащита АТ.

При отсутствии токоограничивающего реактора и ЛТДН на стороне ошиновки НН АТ, для дифзащиты указанной зоны (если эта функция применяется) должны использоваться задаваемые параметры и методика расчета уставок дифзащиты ошиновки, учетом условия обеспечения заданной чувствительности в зоне защиты .

3.2. Дистанционная защита от всех видов КЗ

Дистанционная направленная защита на стороне ВН(СН) АТ, имеет 5 ступеней по сопротивлению срабатывания при междуфазных и однофазных КЗ в защищаемых зонах, имеющих полигональную характеристику, с автоматической блокировкой (выводом) действия, в случаях:

- неисправности и исчезновении одной или нескольких фаз цепей напряжения - для всех ступеней защиты;

- качаний в высоковольтной сети (ANSI 68) - для заданных ступеней защиты (с разрешением их действия в случае возникновения КЗ).

Для отдельной ступени защиты может быть выполнено автоматическое ускорение действия в течение заданного времени, после включения выключателя ВН(СН).

Каждая из ступеней, имеющих направленность в сторону шин (сети) действует:

с первой независимой выдержкой времени:

- на деление шин ВН(СН) в соответствии с первичной схемой РУ: отключением шиносоединительного выключателя РУ, или одновременным отключением заданного выключателя (группы выключателей) присоединений данной секции/системы шин, обеспечивающим раздельную работу (секций)систем шин;

со второй (дополнительной) независимой выдержкой времени:

- на отключение выключателей ВН(СН) АТ;

- на пуск АПВ выключателей ВН(СН) АТ;

- пуск УРОВ-ВН(СН);

с третьей (дополнительной) независимой выдержкой времени:

- на отключение АТ (на сторонах НН, СН и ВН) с пуском УРОВ;

- на запрет АПВ выключателей ВН (СН) АТ.

Примечания:

1. Вторая и третья (дополнительные) независимые выдержки времени ступеней ДНЗ с действием на отключение выключателей ВН(СН) и АТ, выполняются с помощью конфигурации логики CFC.

2. Если деление шин ВН(СН) по каким либо причинам не предусматривается, соответствующее отключающее действие отсутствует, при этом вторая выдержка времени действия должна рассматриваться как первая, а третья (соответственно), как вторая.

Для одной или нескольких последних ступеней защиты (4-я, 5-я ст. ДЗ на стороне ВН(СН) предусматривается направленность в сторону АТ (в сеть НН и СН(ВН) соответственно).

Каждая из ступеней, имеющая направленность в сторону АТ, с независимой выдержкой времени (селективной по отношению к резервным защитам на других сторонах АТ) действует:

- на отключение АТ (на сторонах НН, СН и ВН) с пуском УРОВ ВН и СН;

- на запрет АПВ выключателей ВН и СН АТ.

Цифровые устройства дистанционной защиты имеют как правило два типа характеристики срабатывания дистанционной защиты: круговую и полигональную. В настоящих Указаниях рассматриваются ступени дистанционной защиты, имеющие полигональную характеристику с уставками по R и X для защиты от междуфазных КЗ и однофазных КЗ.

Современные дистанционные защиты имеют до шести независимых ступеней, например, Z1 – Z6.

Рассматривается случай, когда каждая из ступеней дистанционной защиты имеет следующие уставки:

X – реактивное сопротивление при междуфазных КЗ;

XЕ или К0 – реактивное сопротивление при однофазных КЗ или коэффициент компенсации, учитывающий соотношение сопротивлений прямой и нулевой последовательности повреждений в защищаемой зоне;

R – ограничения по активному сопротивлению при междуфазных КЗ;

RЕ – ограничения по активному сопротивлению при однофазных КЗ;

Т – выдержки времени срабатывания зон.

Для одной из ступеней дистанционной защиты может выполняться автоматическое ускорение при ручном включении и АПВ.

В общем случае, многоугольная (полигональная) характеристика зоны срабатывания ДЗ представляет собой параллелограмм, задаваемый отрезками по осям координат R и X, а также углом наклона правой и левой границы характеристики, принимаемым, как правило, равным характеристическому углу защищаемой линии (или защищаемой зоны, включающей несколько участков линий), который определяется согласно выражению:

.

Характеристический угол линии реализуется общим (единым) параметром для характеристик всех ступеней дистанционной защиты.

В общем случае, параметры угла линии, который характеризует уставку комплексной величины сопротивления всех зон срабатывания ДЗ, и Угла м. ч. защиты (либо угла наклона обеих вертикальных границ полигональной характеристики срабатывания реле), рекомендуется устанавливать равными величинами.

Это решение значительно упрощает расчет уставок ступеней ДЗ по активному сопротивлению запаса, учитывающему переходное сопротивление дуги в месте КЗ защищаемой зоны и, в подавляющем большинстве случае, оптимально обеспечивает требования чувствительности и селективности характеристик срабатывания дистанционной защиты.

В качестве уставки обобщенного значения Угла наклона для нескольких зон защиты смежных линий, рекомендуется устанавливать значение, обеспечивающее минимально необходимый запас по чувствительности к переходному активному сопротивлению (RП) во всех защищаемых зонах, в любых точках, в которых возможно возникновение дуги КЗ.

При выборе уставки угла наклона характеристики срабатывания ДЗ АТ (или тождественного угла линии), в целях обеспечения селективного действия указанной защиты в смежной сети, следует принимать максимальное значение из расчетных уставок характеристического угла всех отходящих линий на стороне ВН(СН) АТ.

Для одной или нескольких ступеней ДЗ может задаваться сектор нагрузки с параметрами и , который позволяет вырезать из характеристики срабатывания область сопротивления нагрузки (см. Пример характеристик ниже).

Для определения величин сопротивлений, измеряемых цифровыми устройствами Дистанционной защиты используются следующие общие (или тождественные им) выражения:

Сопротивления при междуфазных КЗ определяются в соответствии с расчетным выражением:

где ,, ,  - значения фазных напряжений и токов в месте установки защиты.

Сопротивления при КЗ на землю определяются в соответствии с расчетным выражением:

.

где , , - значения фазных напряжения и тока, а также тока в месте установки защиты;

- комплексный коэффициент компенсации, учитываемый в расчете сопротивления непосредственно (как задаваемая уставка реле),

где – полное сопротивление, обусловленное взаимоиндукцией провод-земля при КЗ на землю;

– полное сопротивление нулевой последовательности одноцепной трехфазной линии;

– полное сопротивление прямой последовательности линии.

Коэффициент компенсации , является согласующим коэффициентом для обеспечения замера дистанционного органа, соответствующего сопротивлению провода до места повреждения при КЗ на землю.

Срабатывание дистанционных органов имеет место, когда замеряемые ими сопротивления (составляющие ,, угол полного сопротивления ) находятся внутри характеристики.

Для многоугольных характеристик из полного сопротивления , его составляющие могут быть вычислены согласно выражениям:

, .

Условием срабатывания для всех ступеней с полигональными характеристиками, в общем случае, будет:

где ,  - принятые значения уставок по реактивному и активному сопротивлению n-ступени;

- характеристический угол линии (здесь и далее рассматриваются смежные линии в сети ВН(СН) АТ).

Дистанционная защита должна действовать при наличии переходных сопротивлений в месте КЗ. Для определения величин расчетных принимаются следующие допущения:

- при междуфазных КЗ переходное сопротивление определяется сопротивлением электрической дуги между фазами;

- при однофазных КЗ переходное сопротивление определяется следующими факторами (кроме сопротивления возникающей дуги): отношением токов КЗ протекающих через место повреждения от противоположных концов линии, отношением активных сопротивлений земли и провода линии, допустимым сопротивлением заземления опоры, условиями заземления грозозащитных тросов, сопротивлением растеканию токов нулевой последовательности в грунте.

3.3. Токовая защита

Токовая направленная защита нулевой последовательности на стороне ВН(СН) АТ, имеет 3 ступени по току срабатывания при КЗ на землю в защищаемых зонах.

Для третьей ступени защиты может быть выполнено автоматическое ускорение действия в течение заданного времени, после включения выключателя.

Каждая из ступеней (1-3) токовой защиты нулевой последовательности может иметь направленность в сторону шин (сети) ВН(СН) действует:

с первой независимой выдержкой времени:

- на деление шин ВН(СН) в соответствии с первичной схемой РУ;

со второй (дополнительной) независимой выдержкой времени:

- на отключение выключателей ВН(СН) АТ;

- на пуск АПВ выключателей ВН(СН) АТ;

- пуск УРОВ-ВН(СН);

с третьей (дополнительной) независимой выдержкой времени:

- на отключение АТ (на сторонах НН, СН и ВН) с пуском УРОВ;

- на запрет АПВ выключателей ВН(СН) АТ;

4-я ступень токовой защиты нулевой последовательности может использоваться для реализации функции токовой защиты от неполнофазного режима АТ на стороне ВН(СН) (ТЗНФР) с пуском при непереключении фаз выключателей ВН(СН), имеющих привод в каждой фазе) и с независимой выдержкой времени действует:

- на отключение АТ (на сторонах НН, СН и ВН) с пуском УРОВ ВН и СН;

- на запрет АПВ выключателей ВН и СН АТ.

Примечание:

1. Вторая и третья (дополнительные) независимые выдержки времени ступеней направленной ТЗНП с действием на отключение выключателей ВН(СН) и АТ, и отдельная выдержка времени функции ТЗНФР с действием на отключение АТ, выполняются с помощью конфигурации гибкой логики.

2. Если деление шин ВН(СН) по каким либо причинам не предусматривается, соответствующее отключающее действие отсутствует, при этом вторая ВВ действия должна рассматриваться как первая, а третья (соответственно) как вторая.

Выбор уставок токовой защиты нулевой последовательности соответствует условиям и принципам, изложенных в «Руководящих указаниях по релейной защите. Выпуск 13Б. Релейная защита понижающих трансформаторов и АТ 110-500 кВ. Расчеты. – М.: Энергия, 1985», с учетом особенностей выполнения токовой защиты от КЗ на землю в микропроцессорных устройствах релейной защиты.

В заземленных системах, в которых замыкания на землю могут иметь экстремально высокие переходные сопротивления (например, при воздушных линиях без грозозащитного троса или при песчаном грунте), часто не работает дистанционный принцип защиты, так как замеры сопротивления КЗ на землю лежат вне характеристики срабатывания дистанционной защиты. Токовая защита нулевой последовательности, в общем случае, включает:

– три ступени максимальной токовой защиты (МТЗ) с независимой характеристикой отключения;

- одна ступень МТЗ с токозависимой характеристикой;

- одна ступень напряжения нулевой последовательности с токозависимой характеристикой;

- одна ступень мощности нулевой последовательности с токозависимой характеристикой.

Эти четыре ступени могут конфигурироваться независимо друг от друга и комбинироваться в соответствии с требованиями пользователя. Если четвертая, зависимая от тока, напряжения или мощности, ступень не требуется, то ее можно использовать как четвертую независимую ступень.

Любая ступень может быть установлена ненаправленной или направленной – «вперед» или «назад». Если защита устанавливается на автотрансформаторе, то необходимо использовать блокировку от броска тока намагничивания при включении. Также по дискретному входу возможна блокировка от внешнего критерия (например, от обратной блокировки по направлению или внешнего устройства АПВ). При включении на КЗ может быть введено незамедлительное отключение от любой ступени — одной или нескольких. Неиспользуемые ступени устанавливаются как неактивные.

Здесь и далее рассматривается функция направленной четырехступенчатой токовой защиты нулевой последовательности (ТЗНП), предназначенная для ликвидации КЗ на землю. Четвертая ступень ТЗНП может выполняться как с независимой выдержкой времени, так и с зависимой времятоковой характеристикой срабатывания.

Для любой из четырех ступеней токовой защиты могут быть заданы следующие параметры:

- направленность ступени: ненаправленная или направленная – «вперед» или «назад», независимо по отношению к другим ступеням;

- ввод ускорения действия защит при ручном или автоматическом включении на КЗ;

- ввод ступеней защиты с блокировкой или без блокировки от второй гармонической составляющей в токе (торможение при включении).

В качестве измеряемых величин используются значения тока нулевой последовательности и напряжения нулевой последовательности. Предусматривается возможность работы токовой защиты нулевой последовательности как с измеренными, так и с расчетными значениями и . Для этого к устройству должны быть подведены три фазных тока и три фазных напряжения.

В качестве измеряемой переменной используется ток нулевой последовательности (ток КЗ на землю). В соответствии с определяющим его уравнением, он равен геометрической сумме токов в трех фазах, т. е. . В зависимости от варианта поставки и использования четвертого токового входа устройства, ток КЗ на землю измеряется или рассчитывается.

При подключении в нулевой провод трансформаторов тока защищаемого объекта (АТ), в качестве измеряемой величины непосредственно используется ток замыкания на землю.

Если четвертый вход тока используется иначе, то устройство вычисляет ток замыкания на землю как сумму подведенных фазных токов.

Для этого к устройству должны быть подведены все три фазных тока от трансформаторов тока.

Напряжение нулевой последовательности определяется по формуле как геометрическая сумма трех напряжений фаза-земля. В зависимости от использования четвертого входа напряжения устройства, напряжение нулевой последовательности может быть измерено или вычислено. Если четвертый вход напряжения подключен к обмотке по схеме соединения с открытым треугольником Udelta трансформатора напряжения и если он ранжирован соответственно (адрес 210 transformer ( трансформатора) = Udelta transf.,), то это напряжение используется для непосредственного измерения - с учетом коэффициента Uph / Udelta (Uф / Uдельта) (адрес 211). В противном случае, устройство рассчитывает напряжение нулевой последовательности из напряжений подведенных фаз.

Для этого, к устройству должны быть подведены все три фазных напряжения от обмоток ТН, соединенных по схеме «звезда».

Несимметричные условия нагрузки в многосторонне заземленных сетях или различные погрешности трансформаторов тока могут вызывать ток небаланса нулевой последовательности и излишним срабатываниям ступеней с малыми значениями уставок по току срабатывания. Чтобы этого избежать, ступени нулевого тока выполняют с торможением от величины фазных токов: с возрастанием фазного тока повышается значение срабатывания.

Для определения направления действия в качестве опорных параметров могут задаваться измеренные или рассчитанные параметры сети (по выбору):

- напряжение нулевой последовательности ;

- ток нейтрали IY питающего автотрансформатора;

- напряжение и ток обратной последовательности I2, U2.

Для характеристики органа направления мощности (ОНМ) нулевой последовательности должен задаваться угол направления φ.

Определение направления действия защиты производится по измеренному току , который сравнивается с опорным напряжением .

Напряжение UP, требуемое для обнаружения направления может быть рассчитано по току заземленной нейтрали автотрансформатора IY, при его наличии.

Кроме того, определение направления действия можно производить в комбинациях, как с помощью напряжения нулевой последовательности , так и с помощью тока нейтрали автотрансформатора IY. В этом случае, опорным параметром UP будет сумма напряжения нулевой последовательности и величины, пропорциональной опорному току IY. Эта величина составляет примерно 20 В при протекании тока нейтрали номинальной величины.

Определение направления с использованием тока нейтрали автотрансформатора не зависит от состояния (повреждений) вторичных цепей трансформатора напряжения. При этом предполагается, что ток замыкания на землю протекающий в заземленной нейтрали автотрансформатора, доступен для измерения.

Примечание – в связи с отсутствием в существующей практике эксплуатации достаточного опыта применения метода поляризации ОНМ (определение направления КЗ) с помощью тока нейтралей силовых Трансформаторов (АТ), а также технической сложностью указанного метода, соответствующие расчеты параметров не рассматриваются.

Максимальная фазная/нулевой последовательности токовая защита (аварийная) на стороне ВН (СН) АТ, имеет 2 ступени по току срабатывания при междуфазных и однофазных КЗ в защищаемых зонах, как правило, нормально выведена из работы. В этом случае МТЗ автоматически вводится в действие при неисправности и блокировании дистанционной защиты и автоматически выводится из действия при ее восстановлении.

Для одной из ступеней защиты может быть выполнено автоматическое ускорение действия в течение заданного времени, после включения выключателя.

Каждая из ступеней (1, 2) действует:

с первой независимой выдержкой времени:

- на деление шин ВН(СН) в соответствии с первичной схемой РУ;

со второй (дополнительной) независимой выдержкой времени:

- на отключение выключателей ВН(СН) АТ;

- пуск УРОВ-ВН(СН);

с третьей (дополнительной) независимой выдержкой времени:

- на отключение АТ (на сторонах НН, СН и ВН) с пуском УРОВ ВН и СН;

- на запрет АПВ выключателей ВН и СН АТ.

4-я ступень Максимальной токовой защиты (I-STUB) может использоваться для реализации функции токовой защиты от повреждений (КЗ) на ошиновке ВН(СН) АТ (с пуском при отключении выключателя ВН(СН) и с независимой выдержкой времени действует: