11.18. Выбор уставок дистанционной защиты

Ниже рассматривается выбор характеристик трехступенча­той ДЗ на примере участка сети с одиночными ЛЭП, показан­ного на рис. 11.44. Выбираются уставки ДЗ А, уставки ДЗ Б и С принимаются заданными. Характеристики согласуемых защит t₃ = /(Z) изображаются графически на диаграмме в осях Z, t (рис. 11.44,6). На оси Z откладываются первичные сопротив­ления прямой последовательности Z_x участков сети.

При выборе сопротивления срабатывания ДО необходимо учитывать погрешности, вызывающие отклонение Z_{c 3} от при­нятой уставки Z_y. Действительное значение Z_c%3 = Z_y ± AZ. На значение AZ влияют погрешности ДО, ТН и ТТ. В расчетах принимается А_тт = -0,1; А_тн = ^± 0,05; А_до = ± 0,1. Помимо этих погрешностей вводится запас, учитывающий погрешности расчета и регулирования уставок. Расчет сопротивлений сра­батывания удобнее вести в первичных величинах (£/_р, I_p, Z_p) с последующим пересчетом выбранных уставок на вторичную сторону.

Первая ступень защиты. Время срабатывания I ступени ti определяется собственным временем действия ИО и элемен­тов ЛЧ ДЗ (tj = 0,02 * 0,1 с). Сопротивление срабаты­вания Zi выбирается из условия, чтобы ДО этой зоны не мог­ли сработать за пределами защищаемой ЛЭП (W_l на рис. 11.44):

ZiA = k'Z_lWl = k'Z_iyal_AB, (11.34)

где Z_lWl - первичное сопротивление прямой последователь­ности защищаемой ЛЭП W_x; к' - коэффициент, учитывающий Д_тн и Адо могущие вызвать увеличение Z_IA (k'= 0,85 -*- 0,9); Z_iyn - удельное сопротивление ЛЭП; 1_АВ - длина W_x.

Из (11.34) следует, что длина I зоны /j = (0,85 -*• 0,9)1_АВ.

Вторая ступень защиты служит для защиты с минимально возможной выдержкой времени t\\ участка защищаемой ЛЭП, не вошедшего в зону I ступени. Сопротивление срабатывания Z\\A ^и выдержку времени £ц отстраивают от быстродействую­щих РЗ трансформаторов и ЛЭП, отходящих от шин противо­положной подстанции (рис. 11.44).

Выдержка времени выбирается

'IIA = 'IB + Af, (11.35)

где t\B - максимальное время действия быстродействующих РЗ следующего участка (*цз = 0,1 с), At = 0,3 ■*■ 0,5 с.

С учетом этого *цд = 0,4 •*■ 0,6 с. Если на ПС В имеется УРОВ (см. гл. 21), то Ј_I1A = t_w + typos + A*.

Для согласования с линейными РЗ II зона должна быть от­строена от самой короткой I ступени на следующем участке (Zib). Вторая зона должна быть отстроена от точки К\ т. е. от конца I зоны ДЗ В с учетом ее сокращения, аналогично тому как отстраивалась I зона этой же ДЗ (рис. 11.45). Отсюда, счи­тая, что источник В отключен:

Z_UA = k'(Z_m + k"Zi_B) = /с^_1УД(/ая +/e'WjBKi), (11.36)

где fc" - коэффициент, учитывающий сокращение Z_lB на AZ, принимается равным 0,9; к' - коэффициент, учитывающий возможное увеличение Z_iiA в результате погрешностей ДО II зоны ДЗ А (/с'= 0,85 -г- 0,9); 1_АВ и l_BKl - см. рис. 11.44.

Протяженность II ступени ДЗ А 1ц_А =(0,85 -е- 0,9)(l_AB + 0,9/_BKl).

При наличии нескольких источников пита­ния, подключенных к шинам противоположной подстанции, расчет Z_n необходимо вести с учетом подпитки места КЗ то­ком /_к от дополнительного источника В.

Сопротивление в месте установки ДЗ А, подводимое к ее зажимам:

^ZVA =^ZWi ^+ZBKiIk2^ki = Z_Wl +k_TZ_BKi = = ^1уд(?АВ +MBKi), (П.37)

где к_т = J_K2/T_K1 - коэффициент токораспределения, показывающий, во сколько раз ток на поврежденном участке больше тока, на который реагирует ДО ДЗ*.

Поскольку /с_т > 1, то значение Z_Pi4, измеряемое ДО, превос­ходит действительное сопротивление Z_AKl = Z_AB + Z_BKl. Поэтому Zn следует выбирать с учетом ожидаемой подпитки по выражению

Ziia =*'(Zwi + k_Tk"Z_lB) = k'Z_lyaQ_AB + k_Tk"l_IB). (11.38)

Здесь Z\_B, k\ k" - такие же величины, как в (11.36); к_т - ко­эффициент токораспределения**, равный I_K2^ki ^пРи повреж­дении в конце I ступени ДЗ В.

Для отстройки от КЗ за трансформаторами Т ПС В с учетом токораспределения II ступень ДЗ А должна удовлетворять условию:

ZiiA = k'(Z_Wl + k_TZ_Tmin), (11.38a)

где Z_TTnin - сопротивление наиболее мощного трансформато­ра на ПС В с учетом его изменения (по данным завода); к' -то же, что в (11.34). При определении к_т для расчета уставки Z_nA по (11.36) и (11.38) следует исходить из реально возможно­го режима сети и источников питания. За окончательное зна­чение Z_n принимается меньшее из двух по (11.38) и (11.38а). Выбранное Z_llA проверяется по условию надежного действия при КЗ на шинах ПС В. Согласно ПУЭ:

Для ЛЭП с сопротивлением 5-20 Ом следует стремиться, чтобы /с_ч > 1,5 т 2, так как при малом к_ч ДЗ на ЛЭП с неболь­шим сопротивлением могут отказывать при КЗ через R_n.

* Принимается, что J_K1, J_K2, J_K3 не имеют сдвига фаз, в действительности же такой сдвиг возможен за счет различия фаз ЭДС Е_А и Е_В и углов сопротив­ления Z_Ai Z_B и Z_AB.

** В приведенных выше выражениях 2ц_А (11.36) и к_т (11.38) определяются как отношение тока, проходящего по поврежденному присоединению, к току ДЗ А, при этом к_т > 1. В руководящих указаниях принимается отношение то­ка в рассматриваемой ДЗ к току в поврежденном присоединении, при этом к'_т < 1 и входит в формулы (11.36) и (11.38) в виде множителя 1/к%.

Если И зона недостаточно надежно охватывает защищае­мую ЛЭП, т. е. если к_ч < 1,25, то ее можно отстраивать не от I, а от конца II зоны ДЗ В. При этом время действия II зоны ДЗ Л должно отстраиваться от времени II зоны t_llB: t_llA = t_llB + At, а значение Z_llA должно выбираться по (11.36), в котором вмес­то Z_lB нужно подставить Z_ilB. На протяженных ЛЭП с большой нагрузкой уставку Zjj, выбранную по условию надежного охвата защищаемой ЛЭП, следует проверять по условию от­стройки от нагрузки по выражению (11.42), по которому вы­бирается уставка III ступени.

Третья ступень предназначается для резервирования при­соединений (ЛЭП и трансформаторов), отходящих от шин про­тивоположной ПС (В на рис. 11.44). Дистанционные органы этой ступени должны действовать при КЗ в конце наиболее длинной ЛЭП, отходящей от шин противоположной ПС, и за подключенными к ней трансформаторами. Удовлетворяющее условию резервирования Z_IU обычно имеет значительную ве­личину. Поэтому вторым условием для выбора Z_m является ее отстройка от Z_pa6mzn. Часто второе условие является опре­деляющим уставку и ограничивающим зону резервирования III ступени. При определении Z_pa6 необходимо учитывать ток самозапуска электродвигателей, при котором

^раб min ⁼ Цэаб mm'*сзп*раб max V3. (11.39)

На транзитных ЛЭП, электрически удаленных от промыш­ленной нагрузки (ЛЭП 330-1150 кВ), /с_сзп = 1 (коэффициент само­запуска). Приближенно /с_сзп оценивается так же, как при вы­боре /_с.₃ МТЗ (см. § 4.5).

Для обеспечения возврата ДО после отключения КЗ необ­ходимо выполнить условие:

^ZB<^pa6 min ^{или Z}B=^Zpa6mm^/^OTc_J (11.40)

где /с_отс = 1,1.

Сопротивление срабатывания Z_C#3(_H)» обеспечивающее усло­вие возврата ДО в нагрузочном режиме при Z_pa6mzn, находит­ся с учетом к_в:

^с.з(н) ^< ^_воз/к_в = ^Zp&6 min/^кн^кв1 (11.4-1)

подставив Z_pa6min (11.39), получим^Zc.3(h) ^ Цраб min /^н^в^сзп^раб max v3. (11.42)

Полученное значение Z_C#3(_H), так же как и Z_pa6mm> является комплексным вектором с аргументом, равным углу нагрузки Ф_н = 10-30°.

Сопротивление срабатывания III ступени Z_C3(_P) определяется по условию чувствительности при КЗ в конце резервируемого участка:

^zc.3(p) = (^zWi + k_T^zW2Vk₄ и Z_c#3(p) = Z_Wl + fr_TZ_T, (11.43)

где Z_Wl + fc_TZw₂ и Z^7_X + k_TZ_T - наибольшие первичные сопро­тивления Z_p#K в месте установки ДЗ Л с учетом подпитки при металлическом КЗ в конце резервируемой ЛЭП и за транс­форматором (W₂ и трансформатор Т на рис. 11.44); к_ч > 1,2 со­гласно ПУЭ, а при КЗ в конце защищаемой ЛЭП (на шинах В) к_ч> 1,5.

По найденным значениям Z_C#3(_H) и Z_c^ уставка срабатыва­ния III ступени Z_m выбирается так, чтобы Z_{c 3} ДО в диапазо­не углов ф_н было равно или меньше Z_C#3(_H), а при Ф_р = Ф_к = Ф_л Z_{c 3} ДО было по возможности равно или больше Z_Ce3(_p) (рис. 11.46). В ряде случаев условие резервирования (11.43) не удается выполнить из-за необходимости отстройки от нагрузки Z_pa6rmn.

Особенности выбора Zm в зависимости от вида характери­стики срабатывания. ДО с характеристикой в виде окружности с центром в начале координат имеет одинаковые Z_{c 3} при лю­бых Ф_р. Уставка срабатывания Zm является радиусом окруж­ности и выбирается из условия отстройки от Z_pa6mln: Z_m < < Z_C3(_H), определяемому по (11.42). Зная Z_pKmax при КЗ в конце резервируемого участка, находят k₄ = Zjn/Z_{p#K max}.

ДО с круговой характеристикой, проходящей через начало координат (рис. 11.46), имеет Z_{c 3}, зависящее от ф_р по уравнению Z_c#3 = Z_c#3ma;ccos^_M#4 - Ф_р). Для отстройки от нагрузки опреде­ляется Z_C3(_H) по (11.42) и ф_нmax- Эти величины подставляются вместо Z_c з и ф_р в уравнение срабатывания, из которого на­ходится

^ZIII = ^Zc.3 max = ^Zc.3(H)^/cos(<P_M.4 "" Фн max) =

= ^Zpa6 тт^/'^сотс^в^сзпС05(ф_м._ч - ф_{н max}). (11.44)

Найденное значение Z_ln является диаметром окружности, расположенным под углом <р_м#ч = ф_л к оси R и определяющим возможную зону резервирования.

Уставка срабатывания Z_y = Z_m ДО с четырехугольной харак­теристикой, проходящей через начало координат, выбирается из условия резервирования по (11.43). Найденное значение £_с.з(р) показано на рис. 11.47 в виде вектора ОК, расположенного под углом Ф_к = Ф_м._ч к оси R. Вектор £_с.з(р) (^0 определяет положе­ние верхней стороны четырехугольника и является предвари­тельной уставкой III ступени, подлежащей проверке по усло­вию отстройки от Z _{б min}. Отстройка от нагрузки осуществляет­ся выбором положения правой боковой стороны. Из (11.42) находится наибольшее значение Z_c.₃(h)> отстроенное от Z_p8L6min, и определяется ty_Hmax.

Если, используя имеющийся диапазон регулирования по­ложения правой стороны характеристики, обеспечить условие отстройки не удается, то необходимо уменьшить предвари­тельно выбранную уставку £_с.з(р) или сместить четырехуголь­ник в I квадрант. У ДО с характеристикой в виде треугольни­ка £_с.зш выбирается аналогично.

Проверка Z_cз ДО по току точной работы /_т>р. Проверяется, что минимальное значение тока КЗ в точке каждой ступе­ни ДЗ больше тока точной работы ДО этой ступени (при вы­бранной уставке) не менее чем в 1,3 раза: /_{к Ш1Л} = 1,3/_т#р.

Выдержка времени III ступени ДЗ А выбирается по условию селективности с III ступенью резервируемой ДЗ В: t_mA = t_mB +-f At. В некоторых случаях для уменьшения t_In сопротивление срабатывания Z_lllA можно согласовывать с концом зоны Z_IIB следующего участка.

Вторичные сопротивления срабатывания. Для пересчета первичных сопротивлений на вторичную сторону ТТ и ТН ис­пользуются выражения

Ч,в = Ч>.п/*и>Ч.в= W^KI-

Вторичное сопротивление срабатывания реле

*с.р = Ч,.п*//'р.А = г^щ/Ку. (п.45)

Особенность выбора уставок срабатывания ДЗ на ЛЭП с от-ветвлениями. На ЛЭП с ответвлениями, питающими понижаю­щие ПС (рис. 11.48), уставки срабатывания I и II зон дополни­тельно отстраиваются от КЗ за трансформатором ответвления; первая ступень отстраивается по выражению

Z_x = k\Z_AC + Z_0T + Z_T).

Отстройка Z_n производится по (11.38), где вместо Z_Wl под­ставляется сумма сопротивлений участка ЛЭП от места уста­новки ДЗ Л до трансформатора ответвления, участка ответвле­ния Z_0T и трансформатора Z_T: Z_IIA = k'Z_AC + /e_T(Z_0T + Z_T). От­стройка ведется для наиболее тяжелого случая, когда W2 отключена с противоположной стороны. Выдержка времени выбирается по условию (11.35). При этом допускается неселек­тивное действие I зоны ДЗ А при КЗ в трансформаторе ответ­вления. Эта неселективность устраняется с помощью АПВ ЛЭП. Вторая зона ДЗ при повреждении в трансформаторе действует селективно, поскольку t_u отстраивается от быстродействую­щих РЗ ЛЭП и трансформаторов. Чувствительность III зоны ДЗдолжна проверяться при КЗ за трансформатором, а £щ отстраи­ваться от времени действия МТЗ трансформатора.

Ток срабатывания токовых ПО, применяемых в ДЗ сети 35 кВ, выбирается так же, как и у МТЗ, по условию отстройки от нагрузки:

^с.з ⁼ ^н ^сзп •'раб max'*в > (11.46)

где к_и = 1,2; /_{раб тах} - максимальный ток нагрузки.

Если необходимо обеспечить избирательность поврежден­ных фаз (например, в ДЗ ПЗ-152 и ДЗ-1), то 1_СЗ должно удовле­творять также условию

^с.з ⁼ ^рДнеп.ф' (11 «47)

(2)

где к_н = 1,2; /_Неп.ф " максимальное значение тока в неповреж­денной фазе при двухфазном КЗ на защищаемой ЛЭП.

Чувствительность ПО проверяется при КЗ в конце защищае­мой ЛЭП и в конце зоны резервирования по минимальному значению J_K. Согласно ПУЭ к_ч в первом случае должен быть не меньше 1,5, а во втором-1,2.