11.12. Пусковые органы дистанционных защит

Функции пусковых органов, виды и требования к ним.

В § 11.3 отмечалось, что пусковые органы (ПО) применяются в односистемных ДЗ, выполняемых с переключениями в цепях тока и напряжения, а также в трехсистемных, если они имеют один комплект ДО на две ступени ДЗ или если их ДО не от­строены от максимальной нагрузки. Пусковые органы в этих ДЗ выполняют следующие функции:

1) в односистемных схемах подводят при КЗ к ДО токи и на­пряжения поврежденных фаз для правильного определения положения места повреждения;

2) в схемах с одним комплектом ДО для I и II ступеней про­изводят переключения, необходимые для изменения уставки срабатывания при КЗ за пределами I зоны;

3) не позволяют ДЗ действовать на отключение в нормальном режиме, если для повышения чувствительности к КЗ ее ДО недостаточно отстроены от нагрузки;

4) при необходимости осуществляют пуск элементов времени II и III ступеней;

5) выполняют роль ДО резервной (обычно III) ступени ДЗ. Все ПО должны удовлетворять трем основным требованиям:

обладать достаточной чувствительностью в пределах заданной зоны действия, иметь надежную отстройку от I_{н тах} и, по воз­можности, не действовать при качаниях. В односистемных ДЗ ПО должны четко определять, на каких фазах возникло КЗ, и в зависимости от этого подводить к ДО напряжение и ток, обеспечивающие его правильное действие.

В качестве ПО применяются токовые реле, реагирующие на фазные токи. Необходимость отстройки ПО от нагрузки ограничивает чувствительность ДЗ при КЗ, особенно на длинных и сильно загруженных НЭП. В связи с этим наибольшее применение находят PC с характеристиками, позволяющими надежно отстроить ПО от нагрузки и обеспечить в то же время наибольшую зону действия при КЗ. На протяженных ЛЭП сле­дует использовать PC с эллиптическими и сложными характе­ристиками. Для обеспечения надежного пуска ДЗ при КЗ через переходное сопротивление R_п характеристика срабатывания PC, изображенная в осях R, jX, должна охватывать заштрихованную площадь ОКК'К", показанную на рис. 11.13, д, в которой распо­лагаются векторы Z_p при КЗ через R_п. С учетом изложенного наиболее рациональной характеристикой ПО является четырех­угольник. Лучшими качествами с точки зрения отстройки от нагрузки и качаний обладает токовое реле ОП. Оно не реаги­рует на симметричные режимы и, следовательно, не может сра­ботать при симметричной нагрузке и качаниях.

Токовые пусковые органы, реагирующие на фазные токи, выполняются с помощью максимальных реле тока. При большой кратности тока эти ПО обладают четкой избирательностью поврежденных фаз. Токовые ПО должны устанавливаться на каждой фазе защищаемой ЛЭП. В сетях с изолированной и компенсированной нейтралью токовые ПО можно устанавли­вать на двух фазах. Ток срабатывания ПО отстраивается от I_{раб тах} так же, как I_с.з MT3 (см. гл. 4). Наибольшее применение токовый пуск находит в ДЗ сетей 35 кВ. При наличии токовых ПО отпадает необходимость применения блокировки при не­исправностях в цепях напряжения.

Токовые реле обратной последовательности. Двухфазные КЗ сопровождаются появлением тока ОП, и реле надежно дей­ствует. При трехфазных КЗ I₂ = 0. Чтобы обеспечить пуск ДЗ от реле ОП при трехфазных КЗ, предусматривается особая схе­ма, фиксирующая кратковременное появление I₂ в первый момент возникновения повреждения. Эта схема рассмотрена в § 12.4 (см. рис. 12.4 и 12.5). Очевидно, что ПО, реагирующий на ток I₂, не может действовать избирательно, определяя по­врежденную фазу, и по этой причине не может применяться в односистемных ДЗ. Преимуществом пуска от тока I₂ являет­ся недействие его при симметричных перегрузках и качаниях, а также высокая чувствительность при КЗ, поскольку I_с.р ОП отстраивается только от I_нб фильтра, имеющего небольшое значение.

Пусковые реле сопротивления. Схемы включения. Пусковые PC ненаправленные и направленные, с круговыми и эллипти­ческими характеристиками включаются на междуфазные на­пряжения и разность одноименных фаз токов согласно табл. 11.1. Схема табл. 11.1 обеспечивает стабильность зоны действия при всех видах КЗ, что очень важно, когда пусковые реле выполняют функции ДО III зоны ДЗ. Однако эта схема не обеспечивает избирательности поврежденных фаз. При двух­фазных КЗ все три реле питаются током КЗ и имеют понижен­ное напряжение, поэтому при близких КЗ они могут сработать все одновременно, что не позволяет выявлять поврежденные фазы по действию пусковых реле.

Ненаправленные реле сопротивления. Для исключения дей­ствия пускового реле в нормальном режиме и при нагрузках его сопротивление срабатывания выбирается меньше ми­нимального значения сопротивленияZ_{pаб min}, возникающего на зажимах реле в рабочем режиме (рис. 11.35), т. е.:

<= /, (11.27)

где - минимальное рабочее напряжение;- наибольший ток нагрузки.

Чем больше нагрузка, тем меньше чувствительность пуско­вого реле при КЗ. Поэтому на длинных ЛЭП с большими на­грузками PC с круговой характеристикой в начале координат оказывается недостаточно чувствительным при КЗ. Ненаправ­ленные PC применяются в качестве ПО в сетях 35 кВ и на не­длинных и малозагруженных ЛЭП 110кВ. По сравнению с то­ковыми пусковыми реле ненаправленные PC отличаются большей чувствительностью к КЗ.

Пусковые направленные реле сопротивления с круговой характеристикой. Характеристика 2 направленного реле (рис. 11.35) значительно лучше удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ПО, чем ненаправленное PC с характеристи­кой 1.

Недостатком направленного реле является мертвая зо­на по напряжению, так как реле не работает при U_p = О или зна­чениях, близких к нему. Этот недостаток при двухфазных КЗ устраняется применением подпитки реле напряжением третьей фазы. Для устранения мертвой зоны при трехфазных КЗ уста­навливается токовая отсечка или производится смещение характеристики реле в сторону III квадранта. Последнее допу­стимо, поскольку III ступень ДЗ работает с выдержкой вре­мени.

Направленные PC с круговой характеристикой получили широкое применение в качестве ПО в сетях 110-500 кВ. Их при­менение особенно целесообразно на длинных, сильно загру­женных ЛЭП.

Пусковые направленные реле с эллиптической (или оваль­ной) характеристикой. На рис. 11.36 приведены для сравнения характеристики двух направленных PC. Обе характеристики имеют одинаковую зону действия (отрезок АВ) при КЗ с углом ==. Но приреле с эллиптической характеристикой имеют меньшую зону действия, чемPC с круговой характеристикой, поэтому они лучше отстраиваются от на­грузки и качаний. Реле с эллиптической характеристикой до­пускают значительно меньшее переходное сопротивление R_п в месте КЗ. Это является недостатком, который нужно учи­тывать при выборе уставки по малой оси эллипса. Реле имеет мертвую зону при двух- и трехфазных КЗ, которая устраняется так же, как у направленного PC с круговой характеристикой.

Реле сопротивления с блокировкой от фазоограничителя, ограничивающего действие ПЗ при перегрузке. Улучшение характеристики ПО можно получить, применив комбинирован­ный пуск, состоящий из направленного PC и блокирующего PC смешанного типа (рис. 11.37, а). Характеристика 2 смешанного типа выражается уравнением Z_c.p = k/cos(-) и представля­ет собой прямую линию, проходящую под углом 90° -к осиR. Величина k является проекцией векторов Z_c.p на перпендику­ляр AM и имеет постоянное значение. Зона действия реле за­штрихована. Сочетанием направленного PC и блокирующего реле 2, отсекающего правую часть характеристики, можно до­стигнуть дальнейшего улучшения характеристики пускового устройства. В качестве блокирующего реле можно использо­вать РНМ с углами внутреннего сдвига 60 и 30°.

Пусковое реле с характеристикой в виде четырехугольника. Характеристика PC показана на рис. 11.37, б. Площадь четырех­угольника ABCD должна быть минимальной, но обеспечива­ющей работу реле в пределах выбранной зоны действия. Исхо­дя из этого характеристика реле должна удовлетворять сле­дующим условиям: для обеспечения направленности действия точка А характеристики должна совпадать с началом коорди­нат - точкой 0; прямая ВС должна проходить через точку L, соответствующую концу расчетной зоны действия реле (рис. 11.37, в); прямая AL представляет собой характеристику сопротивления защищаемой зоны и образует с осью R угол , равный углу полного сопротивления линииZ_л. Точка С выби­рается из условия действия реле при КЗ в конце защищаемой зоны при наличии переходного сопротивления R_п в месте по­вреждения. Как указывалось:

Z_ac = Z_AL + R_п = Z_AL + Z. (11.28)

С учетом угла сдвига фаз между векторамиI_к = I_N + I_M и I_N (рис. 11.37,2) прямая ВС должна проходить относительно оси R под углом =+где- угол запаса, учитыва­ющий угловую погрешность измерительных трансформаторов и погрешность в срабатывании реле. СторонаCD должна быть смещена относительно отрезка AL на величину Z, характери­зующую дополнительное сопротивление, обусловленное электрической дугой R_п. При приближении места КЗ к точке А ток I_к возрастает, в результате R_д и Z уменьшаются. С учетом этого угол принимается меньшим угла защищаемой ли­нии. СторонаAD должна равняться значению Z', которое определяется сопротивлением электрической дуги при КЗ в начале ЛЭП (точка А), и иметь угол =+. СторонаАВ располагается под углом >с таким расчетом, чтобы реле надежно действовало при металлических КЗ на защищаемом участке ЛЭП (прямаяAL) с учетом погрешности измеритель­ных трансформаторов и реле. Полученная характеристика реле ABCD обеспечивает необходимую чувствительность при КЗ и имеет наилучшую отстройку от нагрузки и качаний по сравнению с другими характеристиками, обладающими равной чувствительностью при металлических КЗ. Для устранения мертвой зоны и улучшения резервирования при КЗ на длинных электропередачах можно применять смещение характеристи­ки относительно начала координат.