РЗА_уч_пособие_p

линии W2. Поскольку ток КЗ при повреждении в начале линии W2 практически равен току КЗ при повреждении в конце линии W1, для выбора уставки обычно рассчитывают ток КЗ при повреждении на подстанции ПС1, т.е. при КЗ в граничной между линиями точке К1. Условие выбора тока срабатывания отсечки в этом случае может быть записано так:

IСТО1 > IK(3)MAX (K1) ,

где IK(3)MAX (K1) – действующее значение тока КЗ в максимальном режиме работы энергосистемы при повреждении в точке К1.

Рис. 2.1

2.1.1. Выбор уставок токовых отсечек При расчётах токовых уставок быстродействующих защит (к которым

относится и токовая отсечка) необходимо учитывать возможное влияние апериодической составляющей тока КЗ [1]. С этой целью в условие выбора включают т.н. коэффициент запаса, значение которого зависит от типа чувствительного элемента (токового реле) и защищаемого объекта:

IСТО1 = kЗ IK(3)MAX (K1) .

11

Возможные значения коэффициента запаса приведены в табл. 2.1 [4].

Таблица 2.1

Значения коэффициента запаса для токовых отсечек мгновенного действия

Токовые отсечки без выдержки времени, установленные для защиты трансформаторов или линий, от которых далее питаются силовые трансформаторы, необходимо дополнительно отстраивать от бросков тока намагничивания, возникающих при включении (восстановления питания) указанных трансформаторов.

Зона действия токовой отсечки линии определяется графически по точке пересечения кривой изменения тока КЗ и горизонтальной линии, соответствующей уставке. В зависимости от вида КЗ и режима работы энергосистемы положение правой границы зоны действия отсечки может изменяться (токовая отсечка обладает ОТНОСИТЕЛЬНОЙ СЕЛЕКТИВНОСТЬЮ), а ширина зоны действия может принимать значения от lMIN до lMAX (см. рис. 2.1). В пределах минимальной зоны действия lMIN отсечка отрабатывает любые короткие замыкания в любом режиме работы энергосистемы. За пределами максимальной зоны lMAX , напротив, никакое КЗ отсечкой выявлено не будет. Поэтому обычно зоной действия отсечки считают минимальную зону lMIN .

Эффективность отсечек оценивается по коэффициенту чувствительности или по длине зоны действия [4]:

−для отсечек ТРАНСФОРМАТОРОВ чувствительность определяется по току самого «лёгкого» КЗ (определяемого режимом заземления нейтрали) в месте установки отсечки в минимальном режиме работы энергосистемы; при этом должно выполняться условие: kЧ ≥ 2 ;

−при расчёте коэффициента чувствительности отсечек БЛОКОВ «ЛИНИЯ – ТРАНСФОРМАТОР» используют минимально возможный ток при КЗ в конце линии (т.е. на границе между линией и трансформатором); kЧ ≥1,5;

−токовая отсечка ЛИНИИ считается эффективной, если зона её действия охватывает не менее 15÷20 % от общей протяжённости линии.

12

Так как токовая отсечка мгновенного действия защищает лишь часть контролируемого объекта, её использование в качестве единственной защиты данного объекта недопустимо.

2.1.2. Схемы токовых отсечек

Отсечки, выполненные по ТРЁХФАЗНОЙ ТРЁХРЕЛЕЙНОЙ СХЕМЕ (рис. 2.2)

применяются для защиты электрических сетей напряжением 110 кВ и выше (сетей с глухозаземлённой нейтралью). Трансформаторы тока устанавливаются в каждой из трёх фаз защищаемой сети. Вторичные обмотки ТТ и катушки токовых реле соединяют по схеме «звезда / звезда» (Y/Y); при этом в нормальном режиме токи в реле равны вторичным токам трансформаторов тока, т.е. kСХ =1.

Рис. 2.2

Так как в сетях 110 кВ и выше обычно дополнительно устанавливают специальную токовую защиту нулевой последовательности от КЗ на землю, может быть использована разновидность этой схемы без токового реле КА2 (т.е. фактически двухфазная двухрелейная схема) [5].

13

Назначение блок-контакта SQ заключается в своевременном разрыве цепи питания катушки отключения YAT выключателя Q после его отключения, вызванного срабатыванием защиты. Тем самым исключается возможность обгорания контактов KL1.1 под действием дуги.

ДВУХФАЗНАЯ ДВУХРЕЛЕЙНАЯ СХЕМА (рис. 2.3) используется, главным

образом, для защиты электрических сетей с изолированной или компенсированной нейтралью (обычно 6÷35 кВ). Здесь трансформаторы тока устанавливаются в двух фазах защищаемой сети (как правило, в фазах «A» и «C»), а вторичные обмотки ТТ и катушки реле соединяются по схеме «неполная звезда / неполная звезда». В этом случае также kСХ =1.

Рис. 2.3

2.2.Неселективные отсечки

Кзащитам головных участков электроэнергетических систем, как правило, предъявляются повышенные требования по быстродействию. Это связано с необходимостью обеспечения устойчивости параллельной работы синхронных генераторов и энергосистемы в целом. Применение токовых от-

14

сечек оказывается не всегда эффективным, так как ввиду увеличенных сечений провода головных линий токи КЗ при повреждениях в начале и в конце линии отличаются незначительно. В результате обеспечить приемлемую зону действия и селективность отсечки обычно не удаётся.

В таких ситуациях могут быть использованы неселективные токовые отсечки.

Неселективные отсечки – это токовые защиты максимального типа, которые могут действовать при повреждениях не только в пределах защищаемого объекта, на котором они установлены, но и за его пределами. Селективность действия неселективных отсечек обеспечивается за счёт введения выдержки времени или применения дополнительных технических средств.

2.2.1. Неселективная токовая отсечка с выдержкой времени С целью расширения зоны, контролируемой токовой отсечкой, можно

допустить возможность её действия при коротких замыканиях на смежной линии (рис. 2.4). Селективное действие неселективной отсечки в этом случае можно обеспечить за счёт ограничения зоны её действия пределами действия быстродействующей защиты следующей линии и небольшой выдержкой времени срабатывания.

Так, установка токовой отсечки мгновенного действия ТО1 на линию W1, очевидно, неэффективна ввиду очень ограниченной зоны действия (l (ТО1) ). Для защиты линии W1 в этом случае целесообразно использовать не-

селективную отсечку НО1, которую и по току, и по времени следует отстроить от токовой отсечки ТО2 линии W2:

IС НО1 > IС ТО2 или IС НО1 = kЗ IС ТО2 ; tС НО1 =tСТО2 + t ,

где IСТО2 – ток срабатывания токовой отсечки ТО2 линии W2; kЗ – коэффициент запаса неселективной отсечки;

tС НО1 – время срабатывания токовой отсечки ТО2, tС НО1 ≈ 0,1 c ;

0,3÷0,8 с [5]. За это время апериодическая составляющая тока КЗ практически полностью затухает, поэтому значения коэффициента запаса принимают в пределах 1,2÷1,3 независимо от типа реле [4]. Кроме того, по этой же причине (наличие выдержки времени) нет необходимости в дополнительной отстройке от бросков тока намагничивания силовых трансформаторов.

15

При таком выборе уставок на линии W2 образуется общая зона действия lОБЩ . При коротком замыкании за пределами этой зоны, но в пределах

зоны действия lТО2 отсечки ТО2 (точка К2) срабатывает только токовая отсечка ТО2, отключая повреждённую вторую линию. На КЗ в зоне lОБЩ (точ-

ка К1) реагируют обе отсечки: селективная ТО2 и неселективная первой линии НО1, однако «своя» отсечка ТО2 сработает быстрее (практически, мгновенно) и точно также будет отключена только повреждённая линия W2. Неселективная отсечка при этом вернётся в исходное состояние, так и не успев сработать. При КЗ в пределах линии W1 будет селективно работать неселективная отсечка НО1.

Рис. 2.4

Схема токовой отсечки с выдержкой времени приведена на рис. 2.5. Требуемая выдержка времени неселективной отсечки создаётся при помощи реле времени КТ1.

16

2.2.2. Неселективная токовая отсечка без выдержки времени Неселективная токовая отсечка без выдержки времени применяется то-

гда, когда по условиям обеспечения устойчивой работы энергосистемы или обеспечения термической устойчивости защищаемого оборудования требуется мгновенное отключение всех или части КЗ [4]. Исправить неселективное действие токовой отсечки при КЗ на смежных присоединениях можно с помощью устройств автоматического повторного включения (АПВ) или автоматического включения резервного источника питания (АВР).

Рис. 2.5

Устройство АПВ (рис. 2.6) устанавливается на линии W1 и действует на выключатель Q1.

Если короткое замыкание произошло на линии W2 в общей зоне lОБЩ

действия селективной отсечки ТО2 и неселективной отсечки НО1 (точка К2), обе отсечки сработают одновременно. В результате обе линии W1 и W2 оказываются отключенными своими выключателями. После отключения линии

17

W1 устройство АПВ, обеспечив определённую выдержку времени, подаст сигнал на повторное включение выключателя Q1. Линия W1 вновь включается и питание подстанции ПС2 восстанавливается. Повреждённая линия W2 остаётся в отключенном состоянии.

Рис. 2.6

Если в исходном состоянии электрической сети короткое замыкание произошло вне общей зоны действия защит lОБЩ , но в зоне действия lТО2 то-

ковой отсечки ТО2 (точка К3), то под действием этой защиты будет быстро отключена только линия W2. Неселективная отсечка НО1 действовать не должна и линия W1 остаётся во включенном состоянии.

При коротком замыкании на линии W1 (точка К1) под действием неселективной отсечки НО1 будет отключена линия W1. Устройство АПВ повторно включит линию и, если короткое замыкание оказалось устойчивым (не ликвидировалось за время действия АПВ), неселективная отсечка НО1 вновь отключит линию W1. Количество включений линии W1 (обычно одно) ограничивается устройством АПВ.

Ток срабатывания неселективной токовой отсечки выбирается из условия её надёжного срабатывания в тех зонах, где трёхфазные КЗ вызывают снижение напряжения до значений, при которых нарушается устойчивая работа энергосистемы [5]:

где UC MIN – междуфазное напряжение питающей энергосистемы в минимальном режиме её работы, можно принять 0,9÷0,95 номинального;

18

zC MIN – сопротивление энергосистемы в минимальном режиме работы до

места установки неселективной отсечки; kЗ – коэффициент запаса, kЗ =1,1÷1,2 ;

kO – коэффициент, учитывающий допустимое снижение напряжения при трёхфазных КЗ; в приближённых расчётах для обеспечения динамической стойкости синхронных генераторов kO ≥1,5 , синхронных электродвигателей kO ≥1,0 [4, 5].

Кроме этого, необходимо, чтобы при коротких замыканиях в общей зоне действия отсечек на линии W2 собственное время срабатывания отсечки ТО2 не превышало время срабатывания неселективной отсечки НО1.

2.3. Максимальные токовые защиты

МАКСИМАЛЬНЫЕ ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ (МТЗ) – это токовые защиты максимального типа, селективность действия которых обеспечивается выбором различных выдержек времени срабатывания.

Как правило, МТЗ используются для защиты электрических сетей с односторонним питанием. Они устанавливаются в начале каждого защищаемого объекта со стороны источника питания (рис. 2.7).

Рис. 2.7

Выдержки времени срабатывания защит должны нарастать по мере приближения к источнику питания: tСЗ1 >tСЗ2 >tСЗ3 >tСЗН4 .

При коротком замыкании на линии W3 (например, в точке К3) токи в линиях от источника до точки КЗ увеличатся и все три обтекаемые током КЗ защиты МТЗ1÷МТЗ3 могут начать действовать. Среди перечисленных защит

19

МТЗ3 имеет наименьшую выдержку времени и поэтому срабатывает первой, отключая только повреждённую линию W3. Остальные защиты вернутся в исходное состояние, так и не успев сработать.

При коротком замыкании на линии W2 (в точке К2) током КЗ обтекаются защиты МТЗ1 и МТЗ2. Из них меньшей выдержкой времени обладает МТЗ2. Именно она должна сработать первой и отключить повреждённую линию W2.

При коротком замыкании на линии W1 должна сработать защита МТЗ1.

2.3.1. Выбор уставок МТЗ Ток срабатывания МТЗ выбирается исходя из следующих условий.

Во-первых, ток срабатывания должен быть больше максимального рабочего тока, чтобы защита не действовала при нормальной работе системы:

IСЗ > IРАБ МАХ .

Во-вторых, ток возврата защиты должен быть больше тока самозапуска в послеаварийном режиме работы системы, чтобы защита возвращалась в исходное положение после селективного отключения повреждённого оборудования другой защитой:

IВЗ > IСЗП.

Так, при КЗ в начале линии W2 (рис. 2.8) токи в местах установки защит МТЗ1 и МТЗ2 увеличиваются, токовые реле этих защит срабатывают и реле времени начинают отсчёт установленных на них выдержек времени. Одновременно снижается напряжение на шинах подстанции ПС2 и двигатели М, также питающиеся от шин этой подстанции, затормаживаются. Часть из них при этом отключается, другая часть в соответствии с технологическими требованиями остаётся подключенной к сети. После отключения линии W2 защитой МТЗ2 начинается процесс самозапуска этих двигателей, при котором ток в месте установки МТЗ1 равен току самозапуска электродвигателей. В этих условиях необходимо, чтобы МТЗ1 всё же вернулась в исходное состояние, прервав отсчёт времени.

Учитывая, что ток срабатывания защиты и ток её возврата связаны коэффициентом возврата ( kВ = IВЗIСЗ ), а также используя коэффициент запаса kЗ , второе условие можно переписать в виде:

I = kЗ IСЗП . СЗ kВ

20