Дистанционная защита линий электропередачи в сети с двусторонним питанием
 Скачать 1.28 Mb.
|
|
ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ В СЕТИ С ДВУСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ В сетях сложной конфигурации с несколькими источниками питания простые и направленные МТЗ (НТЗ) не могут обеспечить селективного отключения КЗ. Так, например, при КЗ на W2 (рис.1) НТЗ 3 должна подействовать быстрее РЗ 1,а при КЗ на W1,наоборот, НТЗ 1 должна подействовать быстрее РЗ 3. Эти противоречивые требования не могут быть выполнены с помощью НТЗ. Кроме того, МТЗ и НТЗ часто не удовлетворяют требованиям быстродействия и чувствительности. Селективное отключение КЗ в сложных кольцевых сетях может быть обеспечено с помощью дистанционной РЗ (ДЗ). Выдержка времени ДЗ t 3 зависит от расстояния (дистанции) t 3 = f(l р.к ) (рис.2) между местом установки РЗ (точка Р) и точкой КЗ (К),т.е. l р.к , и нарастает с увеличением этого расстояния. Ближайшая к месту повреждения ДЗ имеет меньшую выдержку времени, чем более удаленные ДЗ. Таким образом, поведение дистанционного органа, реагирующего на сопротивление линии, зависит от расстояния до места повреждения. В качестве дистанционного органа используется реле сопротивления, непосредственно или косвенно реагирующее на сопротивление линии. Реле сопротивления, применяемые в ДЗ для определения сопротивления Z р.к до точки КЗ, контролируют напряжение и ток в месте установки ДЗ (рис.3). К зажимам PC подводятся вторичные значения U, и I р от ТН и ТТ. Реле выполняется так, чтобы его поведение в общем случае зависело от отношения U p к I p .Это отношение является некоторым сопротивлением Z p . При КЗ Z p = Z р.к , и при определенных значениях Z р.к PC срабатывает; оно реагирует на уменьшение Z p , поскольку при КЗ U p , уменьшается, а I p возрастает. Наибольшее значение Z p , при котором PC срабатывает, называется сопротивлением срабатывания реле Z c.p : В зависимости от вида сопротивления, на которое реагирует ДО (Z, X или R), ДЗ подразделяются на РЗ полного, реактивного и активного сопротивлений. Дистанционные РЗ реактивного и активного сопротивлений применяются редко, поэтому рассматриваются только ДЗ, построенные на измерении полного сопротивления. Зависимость времени действия ДЗ от расстояния или сопротивления до места КЗ t 3 = f(l p.к ) или t 3 = f(Z p.к ) называется характеристикой выдержки времени ДЗ. По характеру этой зависимости ДЗ делятся на три группы: с плавнонарастающими (наклонными) характеристиками времени действия, ступенчатыми и комбинированными характеристиками (рис.4). Ступенчатые ДЗ действуют быстрее, чем ДЗ с наклонной и комбинированной характеристиками и, как правило, получаются проще в конструктивном исполнении. Наиболее распространенные ДЗ со ступенчатой характеристикой выполняются обычно с тремя ступенями времени: t I , t II , t III , соответствующими трем зонам действия ДЗ (рис.4). Дистанционные РЗ, действующие при одном направлении мощности, необходимо согласовать между собой по времени и по зоне действия так, чтобы обеспечивалось селективное отключение КЗ. В рассматриваемой схеме (рис.5) согласуются между собой ДЗ1, ДЗ3, ДЗ5 и ДЗ6, ДЗ4, ДЗ2. Первые ступени ДЗ не имеют выдержки времени (t I = 0), по условию селективности они не должны действовать за пределами защищаемой ЛЭП Защита имеет четыре функциональные части, обведенные пунктиром на рис.11.6, а: измерительную 1,логическую 2,исполнительную 3, вспомогательную 4. Измерительная часть 1 состоит из измерительных ДО, определяющих удаленность места КЗ . Логическая часть 2 имеет два органа времени КТ2 (второй ступени t II ) и КТЗ (третьей ступени t III ). Первая ступень ДЗ замедления не имеет (t I = 0). Исполнительный орган 3 (ИО). Получив сигнал от КТ2, КТЗ или непосредственно от KZI, АВ (ВС, СА)ИО передает команду на отключение выключателя. Исполнительный орган выполняется с помощью электромеханического промежуточного реле или в виде статического устройства на тиристорах. Блокировка при качаниях УБК. Во время качаний напряжение U p в месте установки ДЗ периодически снижается, а ток I p взащищаемой ЛЭП возрастает, при этом соответственно уменьшается Z p , что вызовет неправильное срабатывание первой ступени ДЗ, работающей мгновенно. Блокировка УБН. При неисправностях в цепях напряжения ТН напряжение U p ,подводимое к PC, исчезает или резко понижается. В результате этого реле сопротивления, включенные на это напряжение, приходят в действие, что приводит к неправильному срабатыванию ДЗ. При неисправностях в цепях ТН выходной сигнал УБН изменяется с логической 1 до логического 0, чем блокируется действие элемента И, т.е. исключается возможность появления сигнала на его выходе. r x arctan ) , z ( f Z Первоначально дистанционная защита выполнялась с помощью реле сопротивления, реагирующих только на абсолютную величину сопротивления до точки КЗ. По мере увеличения протяженности линий электропередачи и роста передаваемой по ним нагрузки абсолютные значения сопротивлений при КЗ в конце линий стали соизмеримы с сопротивлениями при аварийной нагрузке на линиях электропередачи. В таких условиях реле сопротивления, реагирующие на абсолютные значения сопротивления, уже не могли точно отличить КЗ от нагрузки. В связи с этим дистанционные защиты выполняют реагирующими не только на абсолютную величину сопротивления, но и на величину угла (здесь x и r – соответственно реактивное и активное сопротивления от точки КЗ до места установки защиты), т.к. при КЗ и при передаче больших потоков мощности углы сопротивлений различаются. Для этой цели были разработаны реле сопротивления, у которых сопротивление срабатывания реле Такая зависимость называется характеристикой срабатывания реле. Реле рассчитано на работу при КЗ на защищаемой линии W1 (рис. в) и включает в зону своего действия питающие эту ЛЭП шины и часть длины (пропорциональную Z") других отходящих от шин ЛЭП Направленное реле полного сопротивления имеет Z c.p , зависящее от угла φ р (рис. б). Реле не работает при Z p , расположенных в IIIквадранте. Это означает, что оно не может действовать, если мощность направлена к шинам подстанции. Следовательно, рассмотренное реле является направленным. Как и РНМ, направленное PC имеет "мертвую зону" при повреждениях в начале защищаемой ЛЭП. Ненаправленное реле полного сопротивления (рис. а). Реле с эллиптической характеристикой. на рис. г По сравнению с круговой характеристикой эллиптическая характеристика имеет меньшую рабочую область. Это дает возможность лучше отстроить реле от качаний и перегрузок, но ухудшает чувствительность при КЗ через переходное сопротивление R п Реле с характеристикой в виде многоугольника. на рис. д. Пунктиром показан вариант характеристики 0А' и ВС' предусматривающий расширение зоны реле для обеспечения его действия при двустороннем питании КЗ через переходное сопротивление. На рис. е показана характеристика, имеющая форму треугольника, применяемая для третьей зоны ДЗ. Она позволяет отстроиться от Z p при больших значениях тока нагрузки I раб.mах ,чему соответствует минимальное значение Z pa6.min = 0,9U ном /I раб.mах , и допускает срабатывание PC при значительном переходном сопротивлении R п в случае удаленных КЗ. Реле реактивного сопротивления срабатывает при Х с.р = Z c.p sin φ р , Х с.р = К,где К — постоянная величина. Характеристика таких PC изображается прямой линией, параллельной оси X (рис. ж), отстоящей от нее на расстоянии Х с.р = К. Основными достоинствами дистанционного принципа являются: селективность действия в сетях любой конфигурации с любым числом источников питания: малые выдержки времени при КЗ в начале защищаемого участка, которые обеспечиваются I зоной, охватывающей до 85-90% защищаемой ЛЭП; большая, чем у МТЗ, стабильность зон действия; значительно большая чувствительность при КЗ и лучшая отстройка от нагрузки и качаний по сравнению с МТЗ. К числу недостатков ДЗ следует отнести: невозможность обеспечения мгновенного отключения КЗ в пределах всей защищаемой ЛЭП; реагирование на качания и нагрузку; возможность ложной работы при неисправностях в цепях напряжения; сложность схем ДЗ и ДО. G1 T1 G2 T2 Q L РЗ L4` L3` L2` L1` L1 L2 L3 L4 Q TA TV Q L ` P` P Q C ` Q C K1 K2 K3 K1` K2` K3` В данном эксперименте моделируются восемь последовательно соединенных линий электропередачи (L1-L4, L1`-L4`), питающихся с двух сторон от двух источников G1, G2 (см. рис.). К шинам этих линий подсоединены различные электрические нагрузки (P, Q L , Q C , P`, Q L `, Q C `). Выключатель Q включен между линиями L4 и L4`. Существует возможность устраивать короткие замыкания в шести точках схемы (K1, K2, K3, K1`, K2`, K3`) на разных расстояниях и с разных сторон от выключателя Q. С помощью измерительных трансформаторов фиксируется ток и напряжение вблизи выключателя Q. На персональном компьютере посредством специальной программы моделируется дистанционная защита РЗ, воздействующая на выключатель Q. Защита может иметь от одной до трех ступеней с различными выдержками времени и различными характеристиками срабатывания реле. Также программа может работать в режиме осциллографа. При этом защита на выключатель не воздействует, но имеется возможность посмотреть ток, напряжение и положение вектора комплексного сопротивления относительно графиков зон срабатывания защиты в реальном времени. Рис 7 -Схема экспериментальной установки Указания по проведению эксперимента •Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания. •Соедините гнезда «ТК» источника G1. Соедините гнезда защитного заземления « » устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» источника G1. •Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений. • Переключатель режима работы трехполюсного выключателя А3 установите в положение «АВТ.», выключателя А9 – в положение «РУЧН.». Номинальные напряжения обмоток трансформаторов блока А1 выставьте равными, например, 230/230 В. Параметры линий электропередач А2 и А4 переключателями установите, например, следующими: R = 100 Ом, L/R L =1,2/32 Гн/Ом, С1=С2=0 мкФ. •Выберите мощность активной нагрузки А7, например 10% от 50 Вт в первой фазе, 100% - во второй. •Выберите мощность индуктивной нагрузки А6, например 20% от 40 Вар в первой фазе, 80% - во второй. Указания по проведению эксперимента (продолжение) •Выберите мощность емкостной нагрузки А8, например 20% от 40 Вар в первой фазе, 20% - во второй. •Включите источник G1. О наличии напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки. •Включите выключатели «СЕТЬ» выключателей А3, А9 а также блока А12 ввода-вывода цифровых сигналов. •Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А14, войдите в соответствующий каталог и запустите прикладную программу «Дистанционная защита.exe». •Используя главное меню, выберите режим работы программы «Осциллограф». В этом режиме релейная защита на выключатель не воздействует, зато имеется возможность в реальном времени посмотреть ток, напряжение и вектор сопротивления дистанционной защиты. Произвольным образом изменяйте величины нагрузок сети и наблюдайте изменение длины и фазы вектора комплексного сопротивления. Некоторые примеры значений нагрузок и получающиеся при их использовании картинки на экране приведены в приложении. Указания по проведению эксперимента (продолжение) • Задайте характеристики защиты, нажав на соответствующую виртуальную кнопку. Например, используйте характеристики, заданные по умолчанию. • Установите первоначальные значения всех нагрузок схемы. • Смоделируйте короткое замыкание. Например, соедините точки К0 и К1 между собой и включите выключатель А9. Аналогичным образом имитируйте другие короткие замыкания, соединяя точки К1-К6 с точкой К0. Обратите внимание на изменение вектора комплексного сопротивления, а также на то, в какую область срабатывания при каком коротком замыкании попадает вышеупомянутый вектор. Для точного определения факта попадания вектора в ту или иную область ориентируйтесь на круглые индикаторы в правом нижнем углу экрана. • Выберите режим работы программы «Защита». • Нажмите на виртуальную кнопку «Начать запись», введите защиту нажатием на соответствующую кнопку. Смоделируйте одно из вышеописанных шести коротких замыканий. После отключения защитой «повреждения» проанализируйте осциллограммы токов и напряжений, а также положение вектора сопротивления в различные моменты времени. Некоторые примеры получающихся картинок с экрана приведены в приложении. Указания по проведению эксперимента (продолжение) • При работе с программой следует пользоваться ее возможностями: Масштабирование осциллограммы токов и напряжений производится путем нажатия на графике левой клавиши мыши и, не отпуская ее, перемещения манипулятора слева направо и сверху вниз. Возврат к начальному масштабу осуществляется обратным перемещением манипулятора – справа налево и снизу вверх. Двигать график осциллограмм относительно осей координат можно путем нажатия и удержания на нем правой кнопки мыши и ее одновременного перемещения в нужную сторону. Для удобства определения значений величин по графикам на экране отображаются текущие координаты указателя мыши. Масштабировать векторные диаграммы, а также графики зон срабатывания защит в окне задания уставок можно путем нажатия на соответствующие кнопки в правом нижнем углу графика. На экране также отображается состояние выключателя А3. Указания по проведению эксперимента (продолжение) В режиме работы «Осциллограф» выключатель А3 можно включить, нажав на соответствующую виртуальную кнопку (после нажатия кнопка исчезнет). В режиме «Защита» после срабатывания защиты можно посмотреть вектор сопротивления в любой момент времени. Для этого необходимо щелкнуть по интересующему моменту времени на графике осциллограмм тока и напряжения, одновременно удерживая нажатой клавишу «Shift». Точные значения любых времен следует определять по осциллограмме, а не по журналу работы защит. Запись электромагнитных процессов в схеме производится программой в циклический буфер. Параметры буфера, а именно его полную длину и длину «эпилога» (фактически – время записи после свершения интересующего события, в данном случае – срабатывания защиты) можно изменять в пункте меню «Настройки». Например, если срабатывание защиты ожидается через 2 секунды после начала короткого замыкания, то для того, чтобы увидеть предаварийный режим, режим короткого замыкания и режим после отключения повреждения длину буфера в целом можно принять равной 5-и секундам, а длину эпилога (по сути, это длина записи режима после отключения КЗ) – 0,5–1 секунде. • По завершении экспериментов отключите источник G1 и выключатели «СЕТЬ» блоков А3, А9, А12. Контрольные вопросы 1. В каких случаях применяется дистанционная защита линий? 2. Назовите параметр на который срабатывает линия. 3. Какие бывают характеристики выдержек времени дистанционной защиты? 4. Каким образом согласовывают дистанционные защиты между собой?. 5. Из каких функциональных частей состоит ДЗ, поясните их? 6. Какие бывают характеристики срабатывания дистанционной защиты? 7. Какими достоинствами и недостатками обладает ДЗ? Содержание отчета 1. Цель лабораторной работы 2. Схема защиты Рис. 6 пояснить принцип действия защиты. 3. Схема экспериментальной установки рис 7. 4. Электрическая схема соединений 5. Выводы по действию защиты 6. Ответы на контрольные вопросы |