Основы релейной защиты и автоматики распределительных сетей. Основы релейной защиты и автоматики распределительных сетей 1 Назначение релейной защиты и автоматики
 Скачать 5.63 Mb.
|
|
3.5.2. Расчет параметров Расчет параметров заключается в выборе тока срабатывания, выдержки времени и оценке чувствительности. Выбор тока срабатывания . Ток срабатывания токовых направленных защит выбирается так же, как для обычных максимальных токовых за- щит по условиям отстройки от максимальных нагрузочных режимов. При этом отстройка производится от токов, направленных от шин в ли- нию. Выбор выдержек времени. Выбор выдержек времени производится по встречно-ступенчатому принципу, применение которого показано на Рис.53. Рис.53 Выбор выдержек времени токовых направленных защит Стрелками на рисунке показано направление тока, при котором сраба- тывают пусковые органы защит. При коротком замыкании в точке 1 K сработают пусковые органы защит 1, 3, 5, 6. Наиболее удаленной защи- той от источника питания в этом режиме является защита 5 , поэтому принимается 5 0. t Для других защит 3 5 3 7 ; t t t t t t - из двух значений выбирается большее; 1 3 1 8 ; t t t t t t - из двух значений выбирается большее. При коротком замыкании в точке 2 K сработают пусковые органы за- щит 1, 2, 4, 6. Наиболее удаленной защитой от источника питания в этом режиме является защита 2, поэтому принимается 2 0. t Для других защит 4 2 4 8 ; t t t t t t из двух значений выбирается большеe; 6 4 6 7 ; t t t t t t - из двух значений выбирается большее. Оценка чувствительности. Чувствительность токовых пусковых ор- ганов максимальной токовой направленной защиты оценивается по току двухфазного короткого замыкания в конце защищаемой линии и в конце резервируемых участков. При оценке поведения защиты следует учесть возможность возникнове- ния двух режимов - режима каскадного действия и отказа защиты из-за наличия "мертвой зоны " по напряжению. При коротком замыкании вблизи источника в кольцевой сети с одно- сторонним питанием (Рис.54) ток короткого замыкания, проходящий через защиту, установленную на противоположных шинах, может ока- заться недостаточным для ее срабатывания. В этом случае, независимо от соотношения выдержек времени, первым сработает комплект, уста- новленный вблизи источника. После отключения линии защитой 6 ток в месте установки защиты 5 увеличивается и становится достаточным для ее срабатывания. Такое действие защиты называется каскадным. Уча- сток линии, в пределах которого защита работает каскадно, называется зоной каскадного действия защиты. Рис.54 Схема кольцевой сети При трехфазном коротком замыкании вблизи места установки защиты напряжение, подводимое к реле направления мощности, может оказать- ся недостаточным для срабатывания реле, и защита отказывает. Участок линии, в пределах которого при трехфазных коротких замыканиях за- щита не работает, называется мертвой зоной . 3.5.3.Схемы максимальных направленных защит Схемы максимальных направленных защит выполняются в различных вариантах, отличающихся друг от друга в основном схемой включения органа направления мощности. Под схемой включения реле направле- ния мощности понимается сочетание фаз токов и напряжений, подво- димых к реле. Схемы включения должны обеспечивать правильное оп- ределение направления мощности в условиях короткого замыкания. Наибольшее распространение получили две схемы: 30 –градусная и 90 - градусная (Рис.55). Сочетания токов и напряжений для этих схем при- ведены в Табл.3. Рис.55 Схема максимальной токовой направленной защиты с реле мощности, включенными по 90-градусной схеме: а) схема цепей переменного тока; б) схема цепей переменного напряжения; в) схема цепей постоянного тока Таблица 3 30-градусная схема 90-градусная схема Фазы тока Фазы напряжения Фазы тока Фазы напряжения I A I B I C U AC U BA U CB I A I B I C U BC U CA U AB На Рис.56 представлен алгоритм работы максимальных токовых на- правленных защит. Рис.56 Алгоритм работы максимальных токовых направленных защит Условие срабатывания рассматриваемой защиты T =((KA 1 AND KW 1 ) OR (KA 2 AND KW 2 ) OR (KA 3 AND KW 3 )) AND DT 1 =1 В Ы В О Д Ы 1. Применение органа направления мощности позволяет обеспечить селективность токовых защит в кольцевых сетях с одним источником питания и в радиальных сетях с двухсторонним питанием. 2. Защита отличается простотой и надежностью. 3. К недостаткам защиты относятся: - малое быстродействие; - недостаточная чувствительность в нагруженных и протяженных линиях электропередач; - наличие мертвой зоны по напряжению, что может привести к отказу при трехфазных коротких замыканиях вблизи места установки защиты 3.6. Дистанционная защита 3.6.1 Принцип действия 3.6.2 Характеристики измерительных органов 3.6.3 Выполнение измерительных органов 3.6.4 Структурная схема дистанционной защиты 3.6.5 Принципы выполнения блокировки от качаний 3.6.6 Выбор параметров срабатывания 3.6.1. Принцип действия Принцип действия дистанционной защиты основан на контроле измене- ния сопротивления. Например, если защищаемым объектом является линия (Рис.57), Рис.57 Принцип действия дистанционной защиты то в нормальном режиме параметры напряжения на шинах и тока в ли- нии близки к номинальным: , , л норм л норм U U I I отношение норм н норм U z I соответствует нормальному режиму. При возникновении короткого замыкания напряжение на шинах умень- шается, ток в линии увеличивается, контролируемое сопротивление уменьшается k k н k U z z I В свою очередь, 0 , k k z z l где 0 z - сопротивление 1 км линии; k l - длина линии, км. Следовательно, контролируя изменение сопротивления, можно опреде- лить факт возникновения короткого замыкания и оценить удаленность точки короткого замыкания. Обычно дистанционная защита выполняется в виде трех ступеней, ха- рактеристика ее времени срабатывания представлена на Рис.56. Первая ступень предназначена для работы при коротких замыканиях на защи- щаемой линии сз л z z , то есть сопротивление срабатывания защиты должно быть меньше сопротивления линии. Для идеальных трансформаторов тока и трансформаторов напряжения и при отсутствии погрешностей измерительных органов в последнем вы- ражении должен стоять знак равенства, однако наличие погрешностей может привести к ложной работе защиты при коротком замыкании на смежных присоединениях. Как правило, первая ступень охватывает 85 % длины защищаемой ли- нии. При коротких замыканиях в зоне действия первой ступени защита работает без выдержки времени, 1 0. t Вторая ступень предназначена для надежной защиты всей линии. Ее зона действия попадает на смежную линию, поэтому для исключения неселективного срабатывания защиты при коротком замыкании на от- ходящей линии в точке 2 K , вводится замедление на срабатывание, 2 (0,4 0,5) t сек Третья ступень выполняет функции ближнего и дальнего резервирова- ния 3.6.2. Характеристики измерительных органов дистанционной за- щиты В качестве измерительных органов дистанционной защиты используют- ся реле сопротивления, которые могут выполняться на индукционной или полупроводниковой основе. Основное отличие различных исполне- ний реле заключается в способе обработки поступающей информации о токе и напряжении. Поведение реле сопротивления в различных режимах зависит от его ха- рактеристики ( ) ср р z f , где р - угол между током и напряжением, подводимых к реле. Полное сопротивление z состоит из активного r и реактивного x со- противлений: z r jx или , 2 2 , z r x , поэтому характеристику реле сопротивления представляют в плоскости z , откладывая r по го- ризонтальной, а x - по вертикальной оси. Характеристики измерительных органов дистанционных защит должны быть надежно отстроены от нагрузочных режимов, учитывать влияние сопротивления дуги. Виды характеристик реле сопротивления 1. Круговая характеристика с центром в начале координат (Рис.58). Рис. 58 Круговая характеристика с центром в начале координат Зона, ограниченная окружностью, является зоной действия реле. Сопро- тивление срабатывания таких реле не зависит от р , поэтому их назы- вают реле полного сопротивления. 2. Круговая характеристика, проходящая через начало координат (Рис.59). Рис. 59 Характеристика направленного реле сопротивления Реле с такой характеристикой не работают при направлении тока из ли- нии к шинам, поэтому оно является направленным. Точка 0 соответст- вует началу защищаемой линии. При коротком замыкании в начале ли- нии, когда r и x равны нулю, реле не работает, что является его недос- татком. Угол , при котором сопротивление срабатывания реле макси- мально, называется углом максимальной чувствительности. 3. Реле с эллиптической характеристикой (Рис.60). Рис. 60 Реле сопротивления с эллиптической характеристикой Такие характеристики использовались для третьих ступеней защит с це- лью улучшения отстройки от рабочих режимов и получения большей чувствительности. 4. Реле с многоугольными характеристиками (Рис.61). Рис. 61 Реле с многоугольными характеристиками Четырехугольная характеристика (Рис.61,а) используется для выполне- ния второй и третьей ступеней защит. Ее верхняя сторона должна фик- сировать концы защищаемых зон, правая боковая сторона обеспечивает отстройку от рабочих режимов. Левая сторона отстраивает защиту от мощностей нагрузок, передаваемых к месту ее включения. Нижняя сто- рона обеспечивает работу защиты при близких повреждениях, сопрово- ждающихся замыканием через переходное сопротивление. Треугольная характеристика (Рис.61,б) применяется для реле сопротив- ления третьей ступени, обеспечивает необходимую отстройку от нагру- зочных режимов с соблюдением требуемой чувствительности. 3.6.3. Выполнение измерительных органов дистанционной защиты В настоящее время измерительные органы дистанционных защит в большинстве случаев выполняются на аналоговых интегральных мик- росхемах или на цифровой электронике. В качестве примера рассмот- рим принцип действия дистанционных органов блок реле сопротивле- ния БРЭ 2801, выполненный на интегральной микроэлектронике. Блок БРЭ 2801 содержит три реле сопротивления и выходной блок. В зависимости от требований к защите реле сопротивления позволяют по- лучить следующие характеристики срабатывания с углом максимальной чувствительности равным 65о или 85о. В схеме реле предусмотрена возможность изменять круговую характе- ристику на эллиптическую с отношением малых и больших осей 0,75 a b и 0,5 a b , (Рис. 61,б). Рис.62 Характеристики срабатывания реле сопротивления блока БРЭ 2801 1 – направленная окружность, смещенная в первый квадрант, с плавной уставкой смещения от 5 до 50% уставки; 2 – направленная окружность с нерегулируемым смещением в первый квадрант на 5% уставки; 3 – направленная окружность, проходящая через начало координат; 4, 5, 6 – направленная окружность с заданным смещением в третий квадрант, со- ответственно на 5%, 12% или 20% уставки; 7 – ненаправленная окружность с центром в начале координат . Следует отметить, что регулировка характеристики смещения реле не влияет на значение выбранной уставки срабатывания и угла максималь- ной чувствительности. Рассмотрим принцип работы реле на примере характеристики, имею- щей вид смещенной в третий квадрант (Рис.62). На окружности отметим точки 1 и 2, а вспомогательные вектора, соединяющие начало коорди- нат с этими точками, обозначим как 1 Z и 2 Z При внешнем коротком замыкании вектор II Z Z расположен вне окружности и II между разностными векторами II Z - 1 Z и II Z - 2 Z будет меньше 2 . При коротком замыкании в зоне работы реле вектор I Z Z расположен внутри окружности, а угол I между векторами I Z - 1 Z и I Z - 2 Z становится больше /2. Учитывая это обстоятельст- во, можно различить нахождение вектора Z в зоне или вне зоны срабатывания. Рис.63 Принцип работы реле сопротивления Граничным условием срабатывания реле является выполнение равенства СР = /2. Эллиптическая характеристика реле имитируется двумя соприкасаю- щимися дугами окружностей. В этом случае угол срабатывания реле будет больше чем /2. В схеме реле, структурная схема которого приведена на Рис.64, реали- зация рассмотренного алгоритма организована следующим образом. Сигналы, пропорциональные линейному напряжению U и соответст- вующей разности фазных токов I, поступают на измерительную часть Рис.64 Структурная схема реле сопротивления реле. С датчиков тока ДТ и напряжения ДН сигналы подаются в узел формирования, содержащий фильтры-сумматоры Ф1 и Ф2 Узел фор- мирования обеспечивает формирование двух величин 1 E и 2 E , каждая из которых является линейной функцией тока и напряжения контроли- руемой цепи и пропорциональна векторам 1 Z Z и 2 : Z Z 1 11 12 ; E k U k I и 2 11 22 ; E k U k I или 1 1 11 12 11 11 ( ) ( ); E k I U I k k k I Z Z 2 2 11 22 11 11 ( ) ( ). E k I U I k k k I Z Z В этих выражениях U I Z является приведенным значением сопротивления до места короткого замыкания, а отношения комплексных коэффициентов 1 12 11 k k Z и 2 22 11 k k Z - значениями вспомогательных векторов, проведенных из начала координат к особым точкам 1 и 2 на характеристике реле. Сформированные напряжения 1 E и 2 E поступают в узел сравнения СС. В нормальном режиме и при внешнем коротком замыкании угол между напряжениями не достигает угла срабатывания, и реле не работает. При коротком замыкании в зоне срабатывания фазовый сдвиг между сигна- лами возрастает и становится больше /2 , что приводит к срабатыва- нию реле. Исполнительный блок ИБ выполнен на электромагнитном реле с двумя контактами. Блок БРЭ 2801 позволяет осуществлять дистанционную защиту линий и трансформаторов напряжением (110-500) кВ. Погрешность реле по со- противлению составляет не более 10%. Время срабатывания в основной части характеристики не превышает 70 мс. Коэффициент возврата мо- жет меняться от 1.07 до 1.15 и зависит от значения угла максимальной чувствительности. 3.6.4. Структурная схема дистанционной защиты Один из типичных вариантов выполнения трехступенчатой дистанци- онной защиты представлен на Рис.65. Рис.65 Структурная схема дистанционной защиты При возникновении короткого замыкания в зоне действия первой сту- пени срабатывают дистанционные органы первой KZ1, второй KZ2 и третьей KZ3 ступеней. Сигналы от реле сопротивлений каждой ступени поступают на схемы логического умножения. Одновременно на другие входы схем подаются сигналы блокировки от качаний |