6.4. Расчет тока небаланса фильтра токов нулевой последовательности

Как отмечалось ранее фильтром токов нулевой последовательности является обратный провод схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока полная звезда. Ток в этом проводе равен геометрической сумме вторичных токов трех фаз.

При отсутствии в первичном токе нулевой последовательности (трехфазного и двухфазного КЗ) сумма первой группы слагаемых будет равна нулю. Значит ток в этой цепи ( ) может появиться только за счет неравенства нулю второй группы слагаемых, т.е.:

– ток небаланса, обусловленный разными погрешностями трансформаторов тока в разных фазах.

При расчете уставок ТНЗНП появляется потребность находить максимально возможные значения в различных симметричных режимах, таких как, асинхронный режим, режим внешнего трехфазного КЗ, режим самозапуска.

Методика его расчета изложена в руководящих указаниях (РУ) по релейной защите (РУ по РЗ. Выпуск №12). Ток небаланса определяется по выражению:

где: – симметричный ток, протекающий через фильтр, при котором рассматривается ;

– коэффициент, учитывающий увеличение тока небаланса в переходном режиме: – при времени действия защиты до 0,1с;

– при времени действия защиты до 0,3с;

– при времени действия защиты 0,5÷0,6с.

– коэффициент небаланса, зависящий от кратности расчетного тока по отношению к номинальному току ТТ. – коэффициент кратности.

РУ рекомендуют применять: , при

, при больших кратностях, но при условии, что не превышает

где: – предельная кратность, найденная по кривой предельной кратности (десятипроцентной погрешности) для используемого ТТ (см. рис.53), – расчетная нагрузка трансформатора тока.

Рис. 53. Нахождение предельной кратности

Если кратность расчетного тока превышает предельную кратность, то руководящие указания по релейной защите приводят методику для расчета максимально возможного тока небаланса, которую они предлагают использовать.

6.5. Расчет токов срабатывания ступеней тнзнп для одноцепных вл с двусторонним питанием

В большинстве случаев на линиях с двусторонним питанием ТНЗНП выполняется четырехступенчатой. Токи срабатывания каждой ступени рассчитываются по нескольким условиям. За расчетное значение принимается условие с большим током срабатывания.

6.5.1. Расчет тока срабатывания первой ступени

Первая ступень – это токовая отсечка нулевой последовательности без выдержки времени, ток срабатывания которой выбирается по условиям:

1. Отстройки от максимального тока через защиту при КЗ на землю на шинах противоположной подстанции (рис.54);

2. Отстройки от тока нулевой последовательности через защиту при неполнофазном режиме работы защищаемой линии – .

Рис. 54. Схема сети

Расчетным в обоих случаях является следующее выражение:

где: – коэффициент отстройки.

При выборе по первому условию следует рассмотреть максимальный режим работы системы 1 и минимальный – системы 2. То же самое должно относиться к числу заземленных нейтралей. Расчетный вид КЗ должен сопровождается наибольшим током нулевой последовательности.

Неполнофазный режим работы системы может возникнуть по двум причинам:

1. При неодновременном включении фаз выключателя. Это может привести к срабатыванию защиты, если время ее срабатывания меньше времени разновременности включения фаз . Анализ показывает, что это может иметь место только при наличии у выключателей пофазного привода.

2. В цикле однофазного АПВ (ОАПВ). При наличии ОАПВ длительности неполнофазного режима бывает достаточно, чтобы привести к срабатыванию не только первой, но и вторую и даже третью ступени ТНЗНП.

Утроенный ток нулевой последовательности в неполнофазном режиме находится методом симметричных составляющих при наличии продольной несимметрии. В комплексную схему замещения прямой последовательности в место обрыва добавляется сопротивление , зависящее от количества оборванных фаз. На рис.55 приведена схема для расчета при работе одной фазы (обрыве двух фаз) – . При работе двух фаз (обрыве одной фазы) – .

Рис. 55. Комплексная схема замещения прямой последовательности при расчете неполнофазного режима (работа одной фазы)

Наибольшее значение тока нулевой последовательности будет иметь при угле между ЭДС систем . Тогда, применительно к схеме рис.55:

6.5.2. Проверка поведения первой ступени в режиме опробования сборных шин на противоположном конце ВЛ

При КЗ на шинах подстанции В (рис.54) первая ступень защиты ВЛ на подстанции А не сработает (см. предыдущий пункт). При этом сработает дифференциальная защита шин на подстанции В и отключит все присоединения. Затем осуществляется АПВ шин. Если АПВ шин осуществляется выключателем ВЛ АВ со стороны подстанции В, то может оказаться, что при неуспешном АПВ ток по линии превысит ток срабатывания первой ступени ВЛ на подстанции А и вызовет ее срабатывание. Однако при неуспешном АПВ шин вновь сработает ДЗШ и отключит выключатель, которым производилось опробование. Значит последующее АПВ ВЛ на подстанции А будет успешным. Т.е. никаких негативных последствий ложное срабатывание первой ступени ТНЗНП не вызовет и дополнительное загрубление этой ступени делать не требуется. Но возможность появления такой ситуации должна быть известна диспетчеру.

6.5.3. Расчет тока срабатывания второй ступени

Вторая ступень – это токовая отсечка нулевой последовательности с минимальной выдержкой времени, которая согласуется с быстродействующими ступенями защит смежных элементов.

Ток срабатывания выбирается по условиям:

1. Отстройки от тока при КЗ на землю в конце зоны действия первых ступеней ТНЗНП смежных участков.

2. Отстройки от тока , протекающего через защиту при КЗ на землю за автотрансформатором, подключенным к шинам противоположной подстанции.

3. Отстройки от тока , протекающего через защиту в неполнофазном режиме, возникающем в цикле ОАПВ на защищаемой или смежной линии.

Последнее условие может оказаться расчетным, если время неполнофазного режима в цикле ОАПВ превышает время срабатывания второй ступени. Расчет ведется по выражению (43), приняв .

Выбор тока срабатывания по первому и второму условиям рассмотрим на примере схемы на рис.56.

Рис. 56. Схема участка электрической сети

При КЗ в конце зоны действия первой ступени защиты 2 через нее течет ток . Тогда ток через защиту 1 найдется через коэффициент токораспределения , а ток срабатывания второй ступени защиты 1:

где: – коэффициент отстройки.

Аналогично найдется ток срабатывания по согласованию с первой ступенью защиты 3. Коэффициенты токораспределения находятся исходя из схемы замещения нулевой последовательности (рис.57). Так при согласовании с первой ступенью защиты 2:

где: ; .

Рис. 57. Схема замещения нулевой последовательности

участка сети для схемы рис.56

При расчете коэффициентов токораспределения режим работы сети и режим заземления нейтралей выбираются такими, чтобы обеспечить их максимальные значения.

Второе условие обеспечивает отстройку второй степени от КЗ на землю на стороне высшего напряжения в точке К4. Для этого находится ток нулевой последовательности в данной точке КЗ и распределяется по схеме замещения нулевой последовательности до защищаемого комплекта . Условие выбора тока срабатывания:

где: для сетей 110÷220 кВ; коэффициент токораспределения .

При расчете ручным способом коэффициент токораспределения находится как произведение для всех точек разветвления. Применительно к схеме рис.57 – это точки E, К, В: . В качестве расчетного режима работы сети принимается режим, обеспечивающий наибольшие значения .

Коэффициент чувствительности второй ступени определяется при КЗ на шинах приемной подстанции (точка К3):

где: – минимальное значение тока , протекающего через защиту при КЗ на шинах В. Нормированное значение не менее 1,3. Однако, если вторая ступень его не обеспечивает, то ее оставляют для согласования с ней защит смежных участков, а требуемой чувствительности добиваются у третьей ступени.

6.5.4. Расчет тока срабатывания третьей ступени

Третья ступень – это токовая отсечка нулевой последовательности с выдержкой времени , которая согласуется с отсечками, имеющими выдержку времени.

Ток срабатывания выбирается из следующих условий:

1. Согласование со вторыми (третьими) ступенями защит смежных участков

2. Согласование с защитами автотрансформатора на приемном конце со стороны смежного напряжения

3. Отстройка от тока небаланса в асинхронном режиме

4. Отстройка от тока НП в неполнофазном режиме в цикле ОАПВ

Первое условие реализуется по выражению (45) с заменой индексов. Если не обеспечивается чувствительность ІІІ ступени при согласовании ее со ІІ ступенью смежной ВЛ, то производится согласование с третьей ступенью.

Второе условие реализуется по выражению (45) путем согласования с токовыми отсечками НП АТ на стороне смежного напряжения, направленными в сторону этой сети. Применительно к шкафам ШЭ2607-071 фирмы «ЭКРА» – это ІІІ, ІV и V ступени. Третья ступень согласована с быстродействующими отсечками НП ВЛ, четвертая – со вторыми или третьими ступенями ВЛ. Если не удается обеспечить приемлемую чувствительность при согласовании с ІІІ ступенями, то проводится согласование с четвертыми.

Отстройку от тока небаланса в асинхронном режиме следует проводить в том случае, если выдержка времени , т.к. период асинхронного режима обычно не превышает (1÷1,5)с (рис.58).

Рис. 58. Ток асинхронного режима

Ток срабатывания определяется по выражению:

где: – коэффициент отстройки.

Ток небаланса определяется по выражению (42), приняв

В ряде случаев, если условие (48) явилось расчетным при выборе уставки ІІІ ступени и это условие не удовлетворяет требованию чувствительности, бывает целесообразным увеличить выдержку времени ІІІ ступени до 1,5 секунд и от выбора уставки по выражению (48) отказаться.

Отстройка от тока в неполнофазном режиме проводится по выражению (43), если время срабатывания третьей ступени не превышает время неполнофазного режима в цикле ОАПВ.

Чувствительность третьей ступени оценивается при однофазном КЗ на шинах противоположной подстанции по выражению (47). Нормативное минимальное значение не менее 1,5.

6.5.5. Расчет тока срабатывания резервной ступени

На линиях с двух сторонним питанием это обычно четвертая ступень – максимальная токовая защита нулевой последовательности (МТЗНП). Хотя на линиях с односторонним питанием резервной может быть третья или даже вторая ступень.

Ток срабатывания резервной ступени выбирается из условий:

1. Отстройка от тока небаланса в нулевом проводе при внешних междуфазных КЗ. Как правило, это КЗ между тремя фазами за трансформаторами или автотрансформаторами на стороне низшего напряжения (в сети с изолированной нейтралью) как на подстанции, где установлена защита, так и на подстанции противоположного конца ВЛ. Расчетное выражение для определения тока небаланса – (42), тока срабатывания – (48).

2. Проверка по условию возврата защиты после отключения внешнего КЗ и протекание через защиту тока самозапуска:

где: – ток небаланса, найденный по выражению (42) при .

Руководящие указания по релейной защите рекомендуют принимать ток срабатывания резервных ступеней ТНЗНП не менее 60А. Нормативное значение для резервной ступени при однофазном КЗ на шинах противоположной подстанции около 1,5, а конце зоны резервирования не менее 1,2.

Выдержки времени резервных ступеней согласуется между собой по ступенчатому принципу. В случаях, когда выбранный ток срабатывания по условию отстройки от тока небаланса при КЗ за трансформатором не обеспечивает требуемую чувствительность, допустимо согласовывать время срабатывания защиты с защитами, действующими при КЗ за трансформатором, и от в этом режиме не отстраиваться.