10. Блокировки от ложных срабатываний релейной защиты при качаниях

Качания в ЭЭС возникают в результате возмущений, вызывающих изменения угла  между векторами ЭДС Е₁ и E₂ двух частей ЭЭС (рис. 71). Причинами таких возмущений могут быть к.з. и резкие изменения нагрузки потребителей. В результате возмущения син­хронная частота вращения генераторов в двух частях энергосистемы становится разной, а векторы Е₁ и Е₂ начинают проворачиваться друг относительно друга. Если качания син­хронные, то полных проворотов Е₁относительно E₂ нет, а угол δ между векторами Е₁ и Е₂ не превышает 180°. Под действием разности потенциалов, создаваемой ЭДС Е₁ и Е₂ (см. рис. 72), по межсистемной связи АВ начинает протекать уравнительный ток , где= Е₁ и Е₂, Х_св - эквивалентное сопротивление, по которому протекает I_ур . Поскольку угол 5 между векторами Е₁ и Е₂ изменяется во времени, то и уравнительный ток также бу­дет изменяться во времени. Максимальным значение уравнительного тока, называемого то­ком качания I_кач, будет в момент времени, когда Е₁ и Е₂ находятся в противофазе и угол 5 = 180° (рис. 72, 73), а минимальным - при угле δ= 0°. В результате качаний значительно изменяется и модуль напряжения вдоль ЛЭП. Ток качаний создает падение напряжения вдоль ЛЭП. На рис. 73 представлена зависимость модуля напряжения вдоль межсистемной линии АВ для самого худшего случая, когда векторы Е₁ и Е₂ находятся в противофазе. Из графика видно, что в точке С напряжение достигает нулевого значения. В момент времени, когда 8 = 0°, уравнительный ток отсутствует и напряжение в точке С по величине близко к значениям Е₁ и Е₂.

Кроме периодических изменений во времени тока и напряжения происходит также пе­риодическое изменение сопротивления на зажимах реле сопротивления. Графики изменения параметров I_кач, U_C , Z и Р при изменениях угла δ представлены на рис. 74.

Точка в ЭЭС, где напряжение при качаниях является наименьшим, называется элек­трическим центром качаний (ЭЦК). В нашем случае точка С является ЭЦК и находится в середине линии АВ. Качания в ЭЭС могут быть синхронными (когда угол δ не превышает 180°) и асинхронными (когда имеет место проворот вектора Е₁ относительно Е₂ и угол их расхождения δ > n·360°). Асинхронные качания могут перейти в синхронные в результате ресинхронизации ЭЭС - в частности разгрузки по генерирующей мощности.

Если «заморозить» вектор Е₂, вращающийся с синхронной скоростью, то вектор Е₁ будет вращаться относительно вектора Е₂ с угловой скоростью скольжения ω_S. В этом слу­чае период качания (скольжения) T_S - время, в течение которого вектор Е₁ совершит пол­ный проворот относительно вектора Е₂, , т.е. чем больше ω_S, тем меньше Ts (рис. 75). Из анализа векторной диаграммы токов и напряжений следует, что

Период качаний T_S для реальных энергосистем находится в диапазоне 0,5-10 с.

Асинхронный режим является следствием нарушения устойчивости параллельной ра­боты двух частей ЭЭС, причинами которого могут быть:

1) отказ быстродействующих РЗ и отключение к.з. резервными РЗ;

2) отказ противоаварийной автоматики или ее неселективное действие;

3) неуспешное действие НАПВ.

Рис. 71. Схема ЭЭС

Рис. 72. Векторн» диаграмма

Рис. 73. Распределение напряжения вдоль линии АВ

Рис. 74. Изменение электрических параметров при качаниях

При асинхронном режиме наблюдаются периодические изменения угла 8 между ЭДС несинхронно работающих частей ЭЭС, напряжения в различных точках электропередачи, тока и активной мощности линии, сопротивления на зажимах реле сопротивления. Сущест­вует два способа ликвидации асинхронного режима: ресинхронизация (восстановление син­хронизма путем выравнивания частот несинхронно работающих частей ЭЭС) и разделение асинхронно работающих частей ЭЭС по слабым связям с последующим их включением с помощью АПВ с контролем синхронизма.

П

Рис. 75. Изменение угла δ при качаниях

ри качаниях возникают условия для неправильных действий РЗ, которые могут при­вести к тяжелым аварийным последствиям. Максимальное значение тока качания может да­же превосходить ток трехфазного короткого замыкания, а измеряемое сопротивление может быть ниже, чемZ_cp первых мгновенных ступеней срабатывания дистанционных защит.

Если подстанция находится вблизи точки С на линии АВ, то при качаниях при , когда, аU_с = 0, быстродействующая РЗ может отключить линию, т.к. ее пуско­вые органы могут воспринять этот режим как трехфазное симметричное к.з. В результате произойдет деление ЭЭС с несбалансированными нагрузками в ее двух частях: в одной части ЭЭС частота может быть высокой, а в другой - низкой, что может привести к работе АЧР в одной части ЭЭС и отключению генераторов - в другой, поэтому при качаниях РЗ не должна работать, т.е. требуется применение специальных мер, предотвращающих ложное срабаты­вание РЗ при качаниях.

Возможны следующие три способа, предотвращающие ложную работу РЗ при качаниях:

1. Параметры срабатывания РЗ выбираются такими, чтобы пусковые органы РЗ не дей­ствовали при качаниях, т.е;. При этих условиях первые быстродействующие ступени токовых и дистанционных защит не будут срабатывать при ка­чаниях. Однако использование этих условий снижает чувствительность РЗ. При расчете уставок дистанционных защит с применением реле сопротивления практически невозможно отстроитьотт.к. последнее может принимать нулевое значение.

2. Отстройка от качаний при помощи выдержки времени , если это за­медление РЗ допустимо по условиям устойчивости. По крайней мере,должно быть не меньше периода качанийT_s. Использование этого способа отстройки от качаний снижает быстродействие защиты.

3. Применение специальных блокировок, выводящих РЗ из действия при качаниях, ко­гда первые два способа отстройки являются неприемлемыми. Блокировки должны удовле­творять двум требованиям: выводить РЗ из действия при качаниях и позволять РЗ действо­вать, если при качаниях произошло к.з. на защищаемом элементе.

Обычно используют два типа блокирующих устройств:

1) блокировки, отличающие режим к.з. от режима качаний по появлению асимметрии тока или напряжения. Режим качаний - симметричный, а большая часть режимов к.з. - несим­метричные, с возникновением токов и напряжений обратной и нулевой последовательностей;

2) блокировки, отличающие к.з. от качаний по скорости изменения электрических па­раметров (I, U, Z) в месте установки защиты. При к.з. скорость изменения указанных пара­метров намного выше, чем при качаниях.

Р

Рис. 76. Изменение электрических параметров

ассмотрим блокировку, отличающую к.з. от качаний по скорости изменения электри­ческих параметров (рис. 76)

В качестве пусковых реле блокировки (рис. 77) могут быть взяты реле сопротивления KZ₁ и KZ₂ с разными уставками срабатывания .Время замкнутого состоя­ния контактов релеKZ₁ (t₁) и реле КZ₂ (t₂) показаны на рис. 76. При качаниях сопротив­ление на зажимах KZ начнет плавно уменьшаться, и первым срабатывает более чувствительное реле КZ₁ (см. рис. 76), а затем KZ₂. При срабатывании KZ₁ в точке 1 работает реле KL и становится на самоподхват своим нижним кон­тактом. Верхний контакт реле KL размыкает цепь РЗ, т.е. происходит блокировка РЗ при ка­чаниях. Реле KL самоудерживается до тех пор, пока реле KZ₁ не вернется в исходное состояние (в точку 4) - см. рис. 76.

При к.з. из-за большой скорости снижения Z реле KZ1 и КZ2 срабатывают одновременно и реле KL не успевает сработать. Блокировки РЗ не происходит.

С

Рис. 77. Схема блокировки

ледует заметить, что времяt' (от моментасрабатывания КZ₁ до срабатывания KZ2) тем меньше, чем меньше период качаний T_s. При релеKL не срабатывает и защита не блокируется при качаниях. Для четкой работы блокировки необходимо ускорять быстродей­ствие реле KL и разносить уставки срабатывания реле KZ₁ и KZ₂, т.е. увеличивать t'. Реле КZ₁ не должно работать в нормальном режиме ЭЭС и в режиме ее максимальной нагрузки, т.е.

Д

Рис. 78. Блокировка по U₂(I₂) с быстрой деблокировкой

ля четкой работы блокировки необходимо, чтобы. Однако этого соотношения трудно добиться на длинных и сильно нагруженных линиях, т.к.получается малым,a должно быть большим, чтобы блокировка не работала при к.з. В

связи с этим наибольшее распространение получили блокировки, реагирующие на появление I₂ или U₂ при к.з., т.к. они применимы как на коротких, так и на длинных линиях, причем, обычно трехфазные к.з. начинаются с однофазных и двухфазных, и поэтому из-за неодновре­менности замыкания всех трех фаз кратковременно появляются I₂ и U₂ и при трехфазных к.ч. Схема блокировки представлена на рис. 78.

Данная блокировка разрешает работать РЗ при появлении U₂(I₂) при к.з. и не позво­ляет РЗ действовать на отключение, если несимметрия отсутствует (при качаниях).

В состав схемы входит реле КV₁(КА₁) фиксирующее появление несимметрии. Для этого оно подключается на фильтр напряжений (токов) обратной последовательности ZV (ZA). Реле KL₁ вводит или выводит из действия РЗ. Реле KL₂ с замедлением на воз­врат вы­полняет операции по прекра­щению пуска защиты через времяt_воз, достаточное для срабатывания I ступени дис­танционной защиты.

В нормальном режиме несимметрия отсутствует и контакты реле КV₁ (КА₁) замкнуты, катушка реле KL₁ обтекается током, при этом контакты KL1.2 замкнуты, контакт пуска РЗ KL1.1 ра­зомкнут и защита выведена из действия, контакт АL 1.3 также находится в разомкнутом со­стоянии. Реле KL₂ также находится в сработанном состоянии. Его контакт KL2.1 разомкнут.

При возникновении к.з. появляется несимметрия напряжений и токов, в результате сра­батывает реле KV₁ (КА₁), размыкается его контакт и прерывается цепь питания реле KL₁, размыкается контакт KL 1.2, который фиксирует даже кратковременные появления несим­метрии независимо от последующего положения контактов KV₁ (КА₁).

Контактом KL1.1 вводится в действие защита, отключающая к.з. Контакт KL1.3 подает питание на обмотку реле AT, которое при срабатывании рвет свой контакт КТ₁ и снимает напряжение с реле КL₂. Замыкающимся контактом KТ₂ реле КT становится на самоподхват. Реле KL₂ замыкает свой контакт АL2.1 через 0,2-0,3 с, подавая питание на обмотку реле KL₁, которое сработает и контактом KL 1.1 выведет защиту из действия.

Кроме приведенных выше схем блокировки применяются устройства, реагирующие на скорости изменения тока или напряжения.