Н.В. Чернобровов Релейная защита

Приведенные диаграммы построены с указанными выше допущениями и являются поэтому приближенными.

Более строго и точно подобные диаграммы могут быть построены на основе совместного решения уравнений, характеризующих данный вид повреждений, выражающих связь симметричных составляющих с фазными токами и напряжениями. Построенные подобным способом диаграммы для места к. з. показаны на рис. 8-9, г, д и 8-10, г, д; там же приведены исходные уравнения (подробнее о этих диаграммах см. [Л.10, 13, 32]).

Векторные диаграммы на рис. 8-9 и 8-10 позволяют сделать следующие выводы:

1. У г о л с д в и г а φр = φ 0, определяющий знак и величину мощности	Sp, на
которую реагируют реле мощности нулевой последовательности, равен	согласно

рис. 8-9, б и в 90°. При учете активного сопротивления сети φ0 составляет 100— 120°.

Отсюда следует, что для направленной защиты нулевой последовательности необходимо применять реле мощности синусного или смешанного типа, имеющие максимальный мо-

мент в диапазоне значений φр = 90 ÷ 120°.

К подобным реле относятся реле типов РБМ-177 и РБМ-178, у которых Мэ = kUpIp

sin (α — φр) и угол α = — 20°.

Угол максимальной чувствительности у этих реле, как следует из приведенного выше выражения, φм ч = α — 90° = — 20° — 90° = — 110° или при принятом заводом обозначении однополярных зажимов тока и напряжения φм.ч = 180—110 = + 70°. Это значение

φм.ч	указывается в каталогах и справочниках.
2.	Т о к 3I0 при однофазном к. з. равен Iк (в режиме одностороннего питания), а
	171

при двухфазном к. з. с землей — геометрической сумме токов поврежденных фаз, т. е, току к. з., проходящему через землю.

3. Н а п р я ж е н и е 3U0 имеет наибольшее значение (равное фазному напряжению) в месте к. з. (точка К).

По мере удаления от точки повреждения К напряжение 3U0 уменьшается. Это вытекает из диаграмм на рис. 8-9, б, в и 8-10, б, в, а также из уравнения (8-2в) и показано графически на рис. 8-3.

Из выражения (8-2в) и рис. 8-3, в следует, что чем дальше от места к.з. находится реле мощности, тем хуже условия его работы. Действительно, мощность Sp на зажимах реле уменьшается с уменьшением U0. Зависимость U0 = f (lP-K) (рис. 8-3, в) может рассматриваться как зависимость S0 = f (lP-K), если принять, что Iр и φр постоянны. При удаленных к. з. мощность Sp может оказаться меньше Sc.р, в результате чего реле мощности, а следовательно, и защита не будут работать.

Для расширения зоны действия защиты нулевой последовательности необходимы в ы - с о к о ч у в с т в и т е л ь н ы е реле мощности.

4. Векторные диаграммы, особенно при однофазном к. з., наглядно показывают, что при положительном φк угол φ0 отрицателен.

Это означает, что мощность S0 и мощность п. з. в поврежденной фазе SК имеют противо-

положные знаки. Например, при однофазном к. з. на защищаемой линии (рис. 8-9, а) мощность к. з. в фазе имеет положительный знак и направлена от источника питания к месту к. з., мощность же нулевой последовательности отрицательна, т. е. направлена от ме-

ста к. з. к нулевой точке трансформаторов. Поэтому обмотки напряжения и тока реле мощности нулевой последовательности должны включаться разно именной полярностью.

Уставки направленной защиты. Т о к с р а б а т ы в а н и я пускового токового реле выбирается так же, как и у ненаправ ленной защиты нулевой последовательности (см. § 8-2).

Ч у в с т в и т е л ь н о с т ь п у с к о в о г о р е л е защиты проверяется при к. з. в

конце второго участка по формуле (8-11).
На очень длинных	линиях	следует дополнительно	проверять	ч у в с т в и -
т е л ь н о с т ь р е л е	м о щ н о с т и при к. я. в к о н ц е з о н ы з а щ и т ы п о в ы р а -
ж е н и ю к ч = S р м и н / S с р , г д е Sр . ми н — мощность на зажимах реле в режиме, когда
U0 и I0 имеют минимальное значение.
В ы д е р ж к и в р е м е н и		направленной защиты	выбираются	по встречно-

ступенчатому принципу (рис. 8-7). Каждая защита отстраивается от соседней защиты, действующей при одном направлении мощности, на ступень t: t1= t3+ t.

8-4. ОТСЕЧКИ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

а) Назначение, принцип действия и разновидности отсечек

Для ускорения отключения к. з. на землю в сетях с глухо-заземленной нейтралью применяются отсечки, реагирующие на ток нулевой последовательности. Принцип действия их такой же, как и у отсечек, реагирующих на фазный ток (см. гл. 5). Отсечки нулевой последовательности выполняются простыми токовыми и направле н- ными, мгновенными и с выдержкой времени.

б) Токовые ненаправленные отсечки нулевой последовательности

Т о к о в ы е ( н е н а п р а в л е н н ы е ) отсечки нулевой последовательности применяются на линиях с односторонним питанием места к. з. токами I0, т. е. там, где заземленные нейтрали трансформаторов расположены с одной стороны лини и (рис. 8- 11).

М г н о в е н н ы е о т с е ч к и нулевой последовательности отстраиваются от тока

172

3Iомакс при к. з. на землю на шинах противоположной подстанции по выражению, аналогичному (5-2);

Ненаправленные токовые отсечки нулевой последовательности можно применять также в сети, имеющей заземленные нейтрали с обеих сторон защищаемой линии

(рис. 8-12).

В этом случае I с . з отстраивается от токов 3I0, проходящих через защиту, как и при к. з. на шинах противоположной подстанции В, так и при к. з. на шинах подстанции А, где

173

установлена отсечка (рис. 8-12, а). Однако если 3I0K2 > 3I0K1 то чувствительность отсечки получается недостаточной. В этих случаях следует применять направленную отсечку нулевой последовательности.

в) Направленные отсечки нулевой последовательности

Схема направленной отсечки нулевой последовательности с выдержкой времени аналогична показанной на рис. 8-8. Направленная отсечка без выдержки времени выполняется по той же схеме, но без реле времени 3.

Орган направления мощности, имеющийся в направленной отсечке, блокирует ее при к. з. на шинах подстанции А (рис. 8-12, а), когда мощность S0К2 направлена от шин подстанции1, благодаря чему отпадает необходимость отстройки защиты от тока I0K2.

Для обеспечения селективности направленную отсечку достаточно отстроить только от тока I0K1, проходящего по защищаемой линии при к. з. на подстанции В.

Ток срабатывания мгновенной направленной отсечки выбирается так, чтобы она не действовала при к. з. за шинами противоположной подстанции В (рис. 8-12, а, б). Для выполнения этого условия необходимо принять:

где kн — коэффициент надежности, принимаемый равным для реле типа ЭТ или РТ

1,2—1,3, а для реле типа РТ-80 и РТ-90 1,4—1,5; I0расч — наибольший ток I0, проходящий по защищаемой линии Л1, от которого должна быть отстроена отсечка.

ТОК срабатывания мгновенных отсечек на параллельных линиях необходимо выбирать с учетом наличия значительной в з а и м о и н д у к ц и и от параллельной цепи, оказывающей существенное влияние на сопротивление нулевой последовательности [Л. 3, 33, 32].

При одинаковом направлении токов I0 в обеих цепях взаимоиндукция одной линии увеличивает сопротивление второй, а при различном — уменьшает его. В результате этого в первом случае токи I0 в параллельных линиях уменьшаются, а во втором — увеличиваются.

Имея это в виду, максимальное значение тока I0 в параллельных линиях при внешних к. з. определяют из рассмотрения трех расчетных схем (рис. 8-13, а, б, в).

При к. з. в точке К1 на шинах противоположной подстанции возможны две схемы, показанные на рис. 8-13, а и б.

Максимальный ток I0 в линии получается в случае отключения одной из параллельных цепей и заземления ее с двух сторон (рис. 8-13, б).

В этом режиме сопротивление оставшейся в работе линии Л1 вследствие взаимоиндукции от тока I02 уменьшается, что влечет за собой увеличение расчетного тока I01.

Третья расчетная схема приведена на рис. 8-13, в.

При определенных сочетаниях сопротивлений х0 элементов рассматриваемой сети ток I0 в линии Л1 может достигнуть максимального значения не в случае повреждения на шинах в точке К1

174

а при к. з. на параллельной линии в точке К2, в режиме одностороннего отключения этой линии.

1 Как было показано выше, мощность нулевой последовательности направлена от места повреждения к заземленным нейтралям сети.

Хотя к. з. в точке К2 является более удаленным, чем к. з. в К1, ток I01 в линии Л1 в этом случае может оказаться больше благодаря уменьшению сопротивления линии Л1, вызванного сильной взаимоиндукцией от линии Л2, направленного противоположно току I01 и I02

взависимости от местоположения точки к. з. для схемы на рис. 8-13, в.

Вкачестве I0pасч берется большее из полученных значений I01. Токи нулевой последовательности необходимо рассчитывать при том виде к. з. на землю, при котором их значение получается наибольшим.

Подсчитав и сопоставив хоΣ с х1Σ, находят расчетный вид к. з. (однофазное или двухфазное к. з. на землю).

Ток срабатывания направленной отсечки с выдержкой времени отстраива-

ется от тока I0pасч, появляющегося в реле при к. з. в конце зоны действия мгновенной защиты В (рис. 8-14, а), установленной на следующем участке Л2. Расчет ведется по выражению (8-16).

На рис. 8-14 показан графический способ определения величины I0pасч для отсечки А с выдержкой времени tА. Он сводится к следующему.

175

Строятся кривые IРА И IРВ (рис. 8-14, б) изменения тока 3I0, проходящего в реле отсечек А и В при к. з. в разных точках линии Л2. По точке пересечения кривой 1РВ с прямой IcзВ находится граница (точка М) зоны действия мгновенной отсечки В, установленной на Л2.

Для найденной точки М по кривой 1РА определяется значение тока 3I0М, проходящего через отсечку А при к. з. в конце зоны действия отсечки В. Полученный ток 3I0М является расчетным током, от которого нужно отстроить отсечку А.

Подставляя найденный ток в выражение (8-18), находим Iс.зА, при котором отсечка А не работает за пределами зоны действия отсечки В.

Ток Iс.зА, удовлетворяющий этому условию, можно найти аналитически, определив коэффициент распределения токов I0 в схеме нулевой последовательности рассматриваемого участка сети (рис. 8-14, а).

Из схемы замещения этого участка (рис. 8-14, в) следует, что при к. з. в любой точке линии Л2 отношение между токами I0Л1 и I0Л2 является постоянной величиной и равно:

Отсюда

При к. з. в конце зоны отсечки В в условиях, когда последняя находится на гра-

ни действия, ток I0Л2= Iс.зВ, подставив это в (8-16а), найдем, что в этом случае по отсечке А будет проходить ток IЛ1 = kр Iс.зВ.

Если принять Iс.зА= kр Iс.зВ, то при токе I0Л2< Iс.зВ ток I0Л1, проходящий по отсечке А, также будет меньше Iс.зА и, следовательно, защита А не будет действовать за преде-

лами зоны действия защиты В. С учетом этого принимается Iс.зА = кн kр Iс.зВ.

При выборе Iс.зА отсечки с выдержкой времени на п а р а л л е л ь н ы х линиях для определения максимального значения I0pасч необходимо исходить из расчетных схем, приведенных на рис. 8-13. В этом случае чувствительность отсечки А согласуется с мгновенной отсечкой В и С (рис. 8-14, г).

В ы д е р ж к а в р е м е н и tА отсечки А принимается на ступень t больше времени действия отсечки В, а на параллельных линиях и отсечки С.

8-5. СТУПЕНЧАТАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Большое распространение в сетях с глухозаземленной нейтралью получила сту-

176

пенчатая защита нулевой последовательности, токовая и направленная.

Наиболее полноценной является трехступенчатая защита, состоящая из мгновенной отсечки, отсечки с выдержкой времени и максимальной защиты нулевой последовательности.

Схема и характеристика такой трехступенчатой направленной защиты показаны на рис. 8-15 и 8-16.

ре-	но
	про-
межуточное реле П1	с t = 0,03 ÷ 0,06 с. Реле мощности Мо является общим для всех ступе-

ней. В схеме имеется отключающее устройство ОУ для удобного вывода защиты из действия.

Выбор уставок каждой ступени защиты производится в полном соответствии с рассмотренным выше расчетом уставок для мгновенной отсечки, отсечки с выдержкой времени и максимальной защиты нулевой последовательности.

8-6. ПИТАНИЕ ПОЛЯРИЗУЮЩЕЙ ОБМОТКИ РЕЛЕ МОЩНОСТИ НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ОТ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

На рис. 8-17 изображена схема направленной защиты нулевой последовательности, не требующая трансформатора напряжения. В этой схеме поляризующая обмотка (обмотка напряжения) реле мо щ- ности 2 питается от трансформатора тока 5, установленного в заземляющем проводе силового трансформатора 6.

При замыкании на землю ток нулевой последовательности I01 в заземляющем проводе, поступающий в поляризующую обмотку реле мощности, всегда направлен в одну сторону. Направление же тока в защищаемой линии зависит от положения точки повреждения (рис. 8-18).

Ток I0K1, в месте установки защиты при к. з. на защищаемой линии в точке К1 противополо-

177

жен току I0K2, проходящему через защиту при к. з. в точке К2 за шинами подстанции. Векторные диаграммы этих токов показаны на рис. 8-18, б. П р и п о в р е ж д е н и и на з а щ и щ а е м о й л и -

. .

н и и угол φр (между токами I оТ и I ok1) равен 180°; при этом контакты реле мощности должны замыкаться.

В с л у ч а е к. з. на з е м л ю в н е з о н ы φ р = 0 и реле мощности не должно действовать. Отсюда следует, что при данной схеме включения поляризующей обмотки реле необходимо применять реле косинусного или смешанного типа, надежно работающее при φр = 180°.

Для включения по такой схеме используется специальное реле типа РБМ-272, имеющее две токовые обмотки. Угол максимальной чувствительности этого реле φм.ч = 0. Освоено и выпускается промышленностью реле направления мощности с токовой поляризацией типа РМП-272 на выпрямленных токах. Рассмотренная схема применяется в тех случаях, когда на подстанции отсутствует трансформатор напряжения или когда его установка нецелесообразна.

8-7. ОЦЕНКА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАЩИТЫ

Вэнергосистемах Советского Союза защита пулевой последовательности получила весьма широкое распространение в сетях 11О—500 кВ. Положительными качествами защиты являются простота схемы и высокая надежность, что подтверждается опытом эксплуатации.

Пусковой орган защиты нулевой последовательности имеет высокую чувствительность, поскольку его не нужно отстраивать от токов нагрузки.

Вблагоприятных условиях работает и орган направления мощности защиты. При наиболее тяжелых к. з. вблизи шин подстанций и электростанций реле мощности нулевой по-

следовательности получает большое напряжение U0 и поэтому работает в отличие от реле мощности, включаемых на фазный ток, очень надежно. Угол сдвига φр между Up и Iр, подводимых к реле мощности нулевой последовательности, всегда близок к оптимальному, вслед-

178

ствие чего реле работает в условиях наибольшей чувствительности.

Благодаря наличию трансформаторов с заземленными нейтралями на каждой подстанции сети 110—500 кВ, являющихся источником тока нулевой последовательности, имеется широкая возможность применения отсечек нулевой последовательности, а вместе с тем и многоступенчатых защит нулевой последовательности практически на всех линиях средней и большой протяженности.

К недостаткам, свойственным принципу действия защиты, следует отнести то, что она реагирует на токи в неполнофазном режиме и может работать ложно при обрыве фазного провода во вторичной цепи трансформаторов тока.

ГЛАВА ДЕВЯТАЯ

ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ С МАЛЫМ ТОКОМ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ1

9-1. ТОКИ И НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ОДНОФАЗНОМ ЗАМЫКАНИИ НА ЗЕМЛЮ

Сети с малым током замыкания на землю работают с изолированной нейтралью или с заземленной через дугогасящую катушку (ДГК).

Как уже отмечалось в § 1-2, в таких сетях (в отличие от сетей с глухозаземленной нейтралью) замыкание на землю одной фазы не вызывает к о р о т к о г о з а м ы к а н и я и не сопровождается поэтому снижением муждуфазных напряжений и появлением повышенных токов в сети.

Рассмотрим характер изменения токов и напряжений в сети и их векторные диаграммы при однофазных замыканиях на землю (рис. 9-1), принимая для упрощения, что нагрузка сети отключена.

1 В СССР с малыми токами замыкания на землю работают сети с напряжением 35 к В и ниже. дается поэтому снижением междуфазных напряжений и появлением повышенных токов в сети.

179

180