Защиты линий 110 кв и принцип действия. Как устроена релейная защита линий электропередач. Токовая защита от междуфазных КЗ

В соответствии с требованиями ПУЭ объем устройств релейной защиты ЛЭП определяется уровнем номинального напряжения.

Линии 110 кВ и выше выполняются с заземленной нейтралью. Для линии 110-500 кВ должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных и от однофазных замыканий на землю.

Для защиты от многофазных замыканий устанавливают дистанционную защиту, а в качестве резервной устанавливают ТО.

Защита от ОЗЗ выполняется с использованием трансформатора тока нулевой последовательности и действует от емкостного тока на сигнал.

Блок БМРЗ-КЛ

Назначение блока БМРЗ-КЛ.

Цифровой блок релейной защиты БМРЗ-КЛ предназначен для выполнения функций релейной защиты, автоматики, управления, измерения и сигнализации кабельных и воздушных линий электропередачи, распределительных подстанций и электростанций, защиты электрических двигателей. Реализована функция определения места повреждения (ОМП) - вычисление расстояния в километрах до места двухфазного или трефазного КЗ на линиях электропередачи. Наличие ответвлений на многоконцевой линии приводит к увеличению погрешности ОМП. Для вычисления расстояния до места КЗ используются следующие параметры:

· удельное реактивное сопротивление линии (Ом/км), которое задается потребителем в виде уставки при настройке БМРЗ-КЛ;

· значения тока и напряжения петли КЗ, полученные по осциллограммам аварийного процесса.

Ток и напряжение в петле КЗ фиксируется на участке осциллограммы с установившимися электрическими величинами. Если в процессе аварии двухфазное КЗ переходит в трехфазное вычисляются усредненные расстояния до точки КЗ. При этом снижение достоверности результата ОМП отражается на дисплее БМРЗ-КЛ в виде сообщения "Результат нестабильный". Точность вычисления расстояния до места КЗ пропорциональна погрешностям измерительных трансформаторов тока и напряжения и точности задания параметров защищаемой линии. Результат ОМП не зависит от переходного сопротивления в месте КЗ. Значительно большее влияние на ОМП оказывает неточности при определении параметров линии. При невозможности ОМП, например, при срабатывании защит без выдержки времени расстояние до места повреждения не отображается.

В блоке БМРЗ-КЛ предусмотрено свободное назначение резервных дискретных входов и выходов. В блоке реализованы два варианта защиты от ОЗЗ:

· направленная защита с контролем направления мощности нулевой последовательности (аналог ЗЗП - 1М и ЗНЗ);

· регистрация действующего значения суммы высших гармоник в токе 3 Iо (аналог УСЗ-3М).

Второй способ эффективен в сетях с компенсированной нейтралью и может использоваться для автоматического или ручного отключения поврежденного фидера, резко сокращая время поиска неисправности. При объединении блоков БМРЗ-КЛ в АСУ информация о значениях высших гармоник 3Iо во всех фидерах секции КРУ появляется на компьютере релейщика или диспетчера подстанции через 1-2 с после возникновения ОЗЗ.

Блок БМРЗ-КЛ выпускается в четырех исполнениях, отличающихся по каналу связи и по напряжению оперативного тока.

Функции блока БМРЗ-КЛ.

· Направленная трехступенчатая максимальная токовая защита (МТЗ) с комбинированным пуском по напряжению. Для любой ступени настройки выбираются индивидуально.

· Направленная защита от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) с пуском по току и напряжению нулевой последовательности. Регистрация высших гармоник тока 3Iо.

· Защита минимального напряжения (ЗМН) с контролем двух линейных напряжений и напряжения обратной последовательности, с возможностью блокировки при пуске первой и второй ступени МТЗ.

· Защита от не симметрии и от обрыва фазы питающего фидера (ЗОФ)с контролем тока обратной последовательности, а также по I 2 /I 1 .

· Резервирование при отказе выключателя.

· Автоматическое повторное включение.

· Выполнение команд автоматической частотной разгрузки и автоматического повторного включения по частоте.

· Автоматическое осциллографирование процессов аварий. (63 осциллограммы)

· Память аварийных событий.

· Подсчёт импульсов от счётчиков активной и реактивной электроэнергии (технический учёт).

· Измерение параметров сети.

· Самодиагностика.

· Две программы уставок.

Дистанционная защита БМРЗ- ЛТ

Трёхступенчатая дистанционная защита (ДЗ) с четырёхугольной зоной срабатывания для всех трёх ступеней (или четырёхугольной зоной срабатывания для первых двух ступеней и треугольной для третьей) предназначена для защиты ВЛ (блока ВЛ - трансформатор) от междуфазных КЗ без замыканий на землю и выполнена с тремя реле сопротивления в каждой ступени, включенными на контуры АВ, ВС, СА.

Четырёхступенчатая токовая защита нулевой последовательности с независимыми выдержками времени предназначена для действия при однофазных и двухфазных КЗ на землю. Первые три ступени могут быть выполнены с отстройкой от броска тока намагничивания силового трансформатора. Любая ступень может быть сконфигурирована пользователем при помощи программных ключей:

Ненаправленной;

Направленной, с контролем разрешающим реле направления мощности нулевой последовательности;

Направленной, с контролем блокирующим реле направления мощности нулевой последовательности;

Максимальная токовая защита

Трёхступенчатая токовая защита может быть сконфигурирована пользователем при помощи программных ключей:- ненаправленной;- направленной с разрешением или блокированием по сигналам реле направления мощности;- с комбинированным пуском по (U и U2) напряжению; Ступень токовой защиты с пуском по фантомному напряжению схеме предназначена для дальнего резервирования при КЗ на стороне низкого напряжения за трансформаторами и контроля успешного самозапуска оставшейся нагрузки после отключения КЗ защитой за трансформатором.

Защита от обрыва фазы

Защита от несимметрии и от обрыва фазы может быть сконфигурирована пользователем при помощи программных ключей:

Ненаправленной;

С контролем направления мощности обратной последовательности;

С контролем направления мощности нулевой последовательности.

Резервирование при отказе выключателя (УРОВ)

Сигнал "УРОВ" выдается через заданное время после выдачи сигнала на отключение выключателя при сохранении тока через отключаемое защитой присоединение. Алгоритм УРОВ выполнен с контролем положения выключателя. Уставки по времени: от 0,10 до 1,00 с, шаг 0,01 с.

Автоматическое повторное включение (АПВ)

Блок обеспечивает двукратное АПВ. Первый и второй циклы АПВ могут быть выведены из действия независимо друг от друга программными ключами. АПВ может блокироваться при срабатывании отсечки и наличии напряжения 3Uo (земля в сети).

Защита от многофазных замыканий

В качестве основной защиты используем ТО

Ток срабатывания защиты

Ток срабатывания реле

Коэффициент чувствительности

Следовательно, защита не удовлетворяет условиям чувствительности

Согласно ПУЭ на одиночных линиях с односторонним питанием от многофазных замыканий следует устанавливать ступенчатые токовые защиты. Если такие защиты не удовлетворяют требованиям чувствительности или быстроты отключения, должна быть предусмотрена ступенчатая дистанционная защита. В последнем случае в качестве дополнительной защиты рекомендуется использовать токовую отсечку без выдержки времени.

Дистанционная защита

I Ступень

Находим сопротивление срабатывания I ступени защиты

Сопротивление линии (90%)

Сопротивление трансформатора

Сопротивление срабатывания реле

II Cтупень

Сопротивление линии (10%)

Сопротивления двигателей:

где - сверхпереходное сопротивление, 0.2.

Время срабатывания защиты

III Cтупень

Сопротивление срабатывания защиты

Сопротивление срабатывания реле по формуле (3.7)

Коэффициент чувствительности защиты как основной

Защита от замыканий на землю

Выполняется с помощью ТТНП

Находим ёмкостной ток ВЛ

Удельный ёмкостной ток провода АС 70- 0,045А/км

Ток срабатывания защиты от замыкания на землю

Ток замыкания на землю для ВЛ

Проверяем чувствительность

Следовательно, защита удовлетворяет условиям чувствительности

Выбор источника оперативного тока

В качестве источника оперативного тока используем аккумуляторные батареи, т.е. используем источники постоянного оперативного тока. Основным преимуществом которой является независимость от режима работы и состояния первичной сети. Поэтому постоянный оперативный ток обладает большей надежностью во время нарушения нормальной работы сети.

В сетях сложной конфигурации для защиты ВЛ от междуфазных КЗ используется защита, которая измеряет полное сопротивление ВЛ от места подключения измерительных трансформаторов напряжения (ТН) до места КЗ. Поскольку это сопротивление пропорционально расстоянию (дистанции) до места КЗ, защита названа дистанционной. Хотя она сложнее простых токовых защит, но обладает важными преимуществами: во-первых, зона действия защиты не изменяется при изменении в широких пределах уровня токов КЗ, т. е. при изменении режима работы сети, во-вторых, защита обладает направленностью действия. Для обеспечения селективности действия ДЗ смежных ВЛ время их действия выполняют зависимым от расстояния до места КЗ: чем дальше КЗ, тем больше время срабатывания. Выполнить такую зависимость линейной затруднительно, поэтому ее выполняют ступенчатой: все КЗ в пределах I зоны, ближайшей к месту установки защиты, отключаются с минимальным временем, все КЗ в пределах следующей, II зоны отключаются с большим временем, КЗ в пределах последней, III зоны, отключаются с наибольшим временем.

Прототипом ДЗ панели ЭПЗ-1636 является ДЗ, выполненная на панелях типа ПЗ-2/1 и ПЗ-2/2, принципы действия и объем технического обслуживания которых изложены в . В данном параграфе будут рассмотрены измерительные органы ДЗ. Логическую часть удобнее рассмотреть при описании логической части всей панели (см. § 7, 9, 10).

Реле сопротивления. Воздушные линии 110-220 кВ имеют сопротивление активно-индуктивного характера (емкость ВЛ обычно учитывают при напряжении 330 кВ и выше), поэтому сопротивление от места установки защиты до места КЗ, обозначаемое Z к, представляется в комплексной плоскости (рис. 1) вектором, расположенным под углом φ л (угол линии) к оси вещественных чисел (активных сопротивлений). Для измерения Z к используются реле сопротивления (PC), к которым подводятся напряжение U р.в. от ТН в месте подключения ВЛ к шинам подстанции (ПС) и ток І р.в. от трансформаторов тока (ТТ), включенных в защищаемую ВЛ. Соотношение между первичными и вторичными величинами определяется формулами

U р.в. =U р.п. /K u и I р.в. = I р.п. /К І ,

Где U р.в, I р.в - вторичные напряжение и ток; U р.п. , I р.п. -первичные напряжение и ток; K u и К І - коэффициенты трансформации ТН и ТТ.

В последующем описании для упрощения записей можно принять K u и К І равными единице, тогда U р.в. = U р.п = U р и I р.в = I р.п = I р, а отношение U р / I р =Z p , называемое сопротивлением на зажимах PC, равно Z к.

Сопротивление Z p на грани срабатывания обозначается Z c,p . Чтобы PC надежно чувствовало КЗ на защищаемой ВЛ, но не реагировало на КЗ «за спиной», область полных сопротивлений, в которых срабатывает PC, должна с определенным запасом на погрешности при расчете параметров ВЛ, токов КЗ, на влияние дуги и т. д. охватывать наибольший вектор Z к в пределах защищаемой зоны (заштриховано на рис. 1). Граница областей срабатывания и несрабатывания называется характеристикой срабатывания PC.

Особо следует остановиться на влиянии дуги, возникающей при КЗ. Известно, что сопротивление дуги носит активный характер, поэтому вектор сопротивления дуги R д, определяемый как частное от деления напряжения на дуге на ток в месте КЗ, совпадает по направлению с этим током. Если ток в месте КЗ совпадает по направлению с током, протекающим через защиту (что характерно для тупиковых и слабо нагруженных ВЛ), вектор R д направлен параллельно оси абсцисс комплексной плоскости, в которой представлена характеристика рассматриваемой защиты (см. рис. 1), если не совпадает, то направлен под некоторым углом к этой оси. В любом случае конец вектора результирующего сопротивления на зажимах PC может оказаться за пределами области срабатывания PC, если ее выбирать без надлежащих запасов. Оценить влияние дуги при расчетах можно исходя из приближенного определения падения напряжения на дуге порядка 1 кВ на каждый метр дуги. Если принять, что при КЗ дуга может раздуться до величины, в 2-3 раза превышающей расстояние между фазами ВЛ, можно для каждого конкретного случая рассчитать сопротивление дуги. Анализ показывает, что при малых Z к и относительно малых уровнях токов КЗ влияние переходного сопротивления дуги может быть значительным и требует учета при расчете уставок.

Схема PC получается достаточно простой, если характеристику срабатывания выполнить в виде окружности (см. рис. 1), использовав для этого принцип сравнения абсолютных значений двух электрических величин . Схема сравнения в рассматриваемом PC (комплекта ДЗ-2) приведена на рис. 2. Для удобства анализа заводских схем все условные обозначения этого и последующего рисунков даны, как в принципиальных заводских схемах. Между положительными полюсами выпрямительных мостов VS1, VS2 включен нуль-индикатор (НИ), срабатывающий при превышении напряжения на R14над напряжением на R15. Пренебрегая падением напряжения на резисторах R13 и R27и полагая чувствительность НИ весьма высокой, получаем условие срабатывания НИ, а следовательно, и PC в виде

|U 1 | |U 2 | (1)

где U 1 - напряжение, действующее в сторону срабатывания; U 2 - напряжение, действующее в сторону торможения.

Для схемы направленного PC векторы U 1 и U 2 формируются из подводимых к PC векторов напряжения U p и тока I р в соответствии с формулами

U 1 =n I I p ; (2)

U 2 =n U U p -n I I p , (3)

откуда условие срабатывания НИ выразится в виде

|n I I p ||n U U p -n I I p |, (4)

причем в формулах (2) -(4) n U - комплексный коэффициент пропорциональности между напряжением U p и напряжением U 2 при токе I р =0; n I - комплексный коэффициент пропорциональности между током I p и напряжениями U 1 и U 2 при напряжении U p =0.

Выражение (4) можно представить геометрически. Поскольку нас интересует взаимное расположение векторов, один из них можно расположить произвольно. Располагая вектор I р вдоль оси абсцисс комплексной плоскости, т. е. I р =IРе"°, мы получаем удобную возможность одними и теми же векторами, только в разных масштабах, отображать как векторы напряжений, так и векторы сопротивлений.

Для получения требуемой характеристики срабатывания следует задаться комплексным коэффициентом n Iвида nIe"?,где?=?л. Тогда получим вектор OA =U I=n II p(рис. 3). Очевидно, геометрическим местом точек плоскости, в котором выполняется равенство |U 1| = |U 2|, является окружность с центром в точке А. Поскольку радиус U 2, проведенный в любую точку окружности, например B, должен в соответствии с (3) быть равен разности n UU p-n II p, вектор ОВ равен n UU р(АВ =ОВ -ОА ). Следует задать комплексный коэффициент n Uв виде n U=n Ue "c°, тогда направления векторов 0В и U pсовпадают. Если величины U 1, U 2, n UU pразделить на ток Iр, получаем те же соотношения, но уже в виде сопротивлений, а именно: OA = n I(размерность сопротивления), 0 B =n UZ p, AB =n UZ p-n I, и окружность с радиусом АВявляется характеристикой срабатывания PC, зависящей не от абсолютных значений U pи I Р, но только от их соотношения. Тогда выражение (4) принимает вид

|nI|?|nUZp-nI|,(4a)

А на грани срабатывания

|nI|=|nUZc.p-nI| (4б)

Заметим, что при расположении векторов 0А и АВ на одной прямой и при совпадении их направлений получаем максимальное значение 0 C вектора n UU р,поэтому угол? называется углом максимальной чувствительности?м.ч. и коэффициент nI выбирается по углу близким к?л.

Исходя из этого наиболее важна длина защищаемой зоны, т. е. уставка PC Zc.p., определяемая при угле?м,ч. Так как при?м.ч |0С |=2|0 A |, т. е. nU Zc.p.=2nI, то

Zc.p=2n I/n U (5)

Заданное расчетом значение Zc.p выполняется при наладке подбором модулей коэффициентов n I и n U.

Независимость Z c.p от вида КЗ обеспечивается включением PC на междуфазное напряжение (т. е. U p= U AB или U BC, или U CA) и разность токов соответствующих фаз (I p=I A-I B или I B-I C, или I с-I а) .

Действительно, при трехфазных КЗ

Где ZK - модуль сопротивления фазы до места КЗ; Ua, Ia- фазные напряжение и ток.

При двухфазных КЗ напряжение, подводимое к PC, включенному на те фазы, между которыми произошло КЗ, например U AB, пропорционально падению напряжения в петле КЗ, поэтому с учетом того, что I B =- I A,

Где все обозначения идентичны обозначениям (6).

Можно доказать, что при двухфазных КЗ на землю указанное свойство при принятом способе включения PC сохраняется.

Для обеспечения независимости длины защищаемой зоны при КЗ между любыми из трех фаз, естественно, в каждой ступени ДЗ используется по три PC.

Очевидно, минимальное значение вектора ОВ и Z p (см. рис. 3) равно нулю при условии АВ = - ОА , т. е. теоретическая характеристика срабатывания PC проходит через начало координат, что и нужно для обеспечения направленности реле.

В выражении (1), записанном для схемы сравнения рис. 2, в целях упрощения допущена неточность: фактически НИ сравнивает не величины U 1 и U 2 , а падения напряжения на резисторах R14 и R15, которые отличаются от первых на падение напряжения на резисторах R13 и R27, т. е. условие срабатывания (1) заменяется условием |U R14 |>=|U R15 |. Если сопротивления резисторов R13 и R27 одинаковы, оба условия срабатывания идентичны. Если сопротивление R13 значительно больше, чем R27, то на грани срабатывания НИ |U 1 |>|U 2 |, т. е. характеристика срабатывания смещается в I квадрант; аналогично, если сопротивление R13 меньше сопротивления R27, характеристика смещается в III квадрант, как это предусмотрено в III ступени ДЗ. Хотя теоретическая характеристика срабатывания PC при равенстве этих сопротивлений проходит через начало координат, фактически вследствие некоторой нелинейности и нестабильности элементов схемы характеристика смещается либо в I, либо в III квадрант, между тем как для I и II ступеней ДЗ требуется иметь четкую направленность действия. В связи с этим при наладке защиты характеристика заведомо смещается в I квадрант, а для устранения мертвой зоны предусмотрено введение в рабочий и тормозной контуры небольшой дополнительной ЭДС подпитки E п, вектор которой совпадает по направлению с вектором n u U p , так что выражение (4) фактически принимает вид

| n I I p + E п | >= |n u U p + E п - n I I p |. (8)

В случаях, когда n u U p >>E п,введение этой добавки практически не влияет на форму характеристики срабатывания, в случаях же, когда U p близко к нулю, выражение (8) принимает вид

| E п +n I I p | >= |E п -n I I p |. (9)

Известно , что это выражение является характеристикой срабатывания реле мощности φ м.ч. , определяемым коэффициентом n I .

Теперь следует подробно рассмотреть схемы PC и роль каждого элемента в них. Первая и вторая ступени ДЗ выполняются с помощью PC, которые называются дистанционными органами, имеют возможность переключения уставок с I на II ступень и расположены в комплекте AKZ2(рис. 4). Третья ступень ДЗ выполняется с помощью одноступенчатых PC, расположенных в комплекте AKZ1(рис. 5). Вначале целесообразно рассмотреть элементы, общие для всех PC, а затем отметить особенности PC III ступени. Рисунки 4, 5 даны для PC панели ЭПЗ-1636м.

Схема сравнения является основой PC. Она включает в себя выпрямительные мосты VS1, VS2, балластные резисторы R14, R15 в PC комплекта AKZ2, R15, R16 в комплекте AKZ1 и нуль-индикатор ЕА. На вход моста VS1 подается величина U I =n I I p +E п, формируемая рабочим контуром. На вход моста VS2 подается величина U 2 = n u U p -n I I p +E п, формируемая тормозным контуром. Вектор n u U p формируется трансформатором напряжения TV1, вектор n I I p - трансреактором TAV1 и нагружающими его резисторами R9-R12, вектор E п - трансреактором TAV2 и контуром подпитки. Для защиты НИ от больших кратностей как тормозного, так и рабочего тока предусмотрены включенные параллельно входу НИ защитные кремниевые диоды VD6, VD7 типа Д102. Падение напряжения на открытом кремниевом диоде обычно не превышает 0,6-0,8 В, этим ограничивается ток через НИ. Для сглаживания пульсации выпрямленного тока после мостов предусмотрены фильтр-пробка L1-C4, настроенный на частоту 100 Гц, и конденсатор С5,включенный параллельно входу НИ.

В панелях ЭПЗ-1636п в качестве НИ использовано магнитоэлектрическое реле (МЭР) типа М237/054. Его основные параметры: ток срабатывания 6-10 мкА; ток термической стойкости 2 мА; сопротивление рамки 1,4- 2 кОм; допустимое напряжение на контактах 60-120 В.

Для создания критического успокоения рамки МЭР и плавного подхода подвижного контакта к неподвижному параллельно входу НИ подключается резистор. Для снижения напряжения на контактах МЭР в логической части схемы панели предусмотрен стабилизатор, поддерживающий напряжение на контактах МЭР на уровне 100 В.

Поскольку МЭР имеет низкий коэффициент возврата, его контакты могут остаться замкнутыми, если после отключения ВЛ не восстанавливается тормозное напряжение схемы сравнения, обычно возвращающее МЭР в исходное состояние. Такое явление может, например, иметь место, если ТН, к которому подключена ДЗ, расположен на линии. При этом ДЗ остается в сработанном состоянии и не дает включить ВЛ. Чтобы устранить этот недостаток МЭР, предусмотрен трехфазный токовый орган (ТТО), контакты которого включены последовательно с контактами МЭР. При наличии тока КЗ или тока нагрузки через защиту ТТО находится в сработанном состоянии и не препятствует срабатыванию ДЗ. При отсутствии тока ТТО возвращается, его контакты, размыкаясь, возвращают ДЗ несмотря на оставшееся в сработанном состоянии МЭР. При включении ВЛ под напряжение ТТО срабатывает с задержкой 10-15 мс, в течение которых МЭР успевает вернуться от тормозного тока схемы сравнения, если ВЛ исправна. Описание принципов действия и наладки ТТО здесь не приводится. Требования к использованию ТТО изложены в , принципы действия и методика наладки - в .

В панелях ЭПЗ-1636м использован полупроводниковый НИ, принцип действия которого рассмотрен в следующем параграфе.

Трансформатор напряжения TV1, формирующий для тормозного контура величину n u U p ,подключен первичной обмоткой к линейному напряжению U p , соответствующему подведенной к трансреактору TAV1 разности фазных токов. Вторичное напряжение совпадает по направлению с U p и регулируется изменением суммарного числа витков двух последовательно включенных вторичных обмоток в соответствии с формулой

U 2 =n u U p =U p n" u N%/100, (10)

где n" u -максимальное значение n u при 100%" включенных витков вторичной обмотки; N% - процент включенных витков вторичной обмотки.

Регулировка числа витков осуществляется:

Отводами вторичной обмотки, содержащей 80 % витков, ступенчато, через 20 % (0-20-40-60-80 %);

Отводами вторичных обмоток, содержащих 23 % витков, ступенчато, через 5 % (0-5-10-15 %);

Положением резисторов плавной регулировки уставки (R28, R29 в PC комплекта AKZ2, R24 в PC комплекта AKZ1), подключенных к дополнительным виткам вторичных обмоток с меньшим числом витков (диапазон регулировки - 8 %).

Расчетный диапазон регулировки составляет от 5 дo 100 % витков, что соответствует 20-кратному изменению n u и Z c.p. . При этом из (5) минимальное сопротивление срабатывания получается при 100 % включенных витков вторичной обмотки, обозначается Z уст,min и зависит только от коэффициента n I . Для выравнивания значений сопротивлений, вносимых в тормозной контур при регулировке уставок, предусмотрены резисторы R16-R27 в PC комплекта АKZ2 и R17-R23 в PC комплекта AKZ1.

Поскольку PC комплекта AKZ2 предназначены для реализации I и II ступеней ДЗ, регулировки числа вторичных витков для каждой ступени выполняются независимо, а переключение уставок осуществляется внешним промежуточным реле, подключающим в тормозной контур потенциал либо с резистора R28, либо с резистора R29.

Кроме перечисленных предусмотрена регулировка числа витков первичной обмотки для обеспечения постоянства минимального сопротивления срабатывания PC при разных значениях φ м.ч. . Поскольку TAV1 выдает при φ м.ч. =80° большее напряжение на выходе, чем при φ м.ч. =65°, трансформатор TV1 тоже должен выдавать большее напряжение, поэтому число витков его первичной обмотки при переходе на φ м.ч. =80 о уменьшается, а коэффициент трансформации увеличивается. Таким образом при φ м.ч. =65° n"U=2, а при φ м.ч. =80 о n" u =2,5.

Трансреактор TAV 1, формирующий для рабочего и тормозного контуров векторы ±n I I p , имеет две первичные и две вторичные обмотки. Первичные обмотки включаются в токовые цепи таким образом, чтобы во вторичных обмотках наводилась ЭДС, пропорциональная геометрической разности подводимых фазных токов. Первичные обмотки выполняются в двух исполнениях: для защит с номинальным током 5 или 1 А, при этом магнитодвижущая сила первичных обмоток остается одинаковой для обоих исполнений.

Чтобы ввести величины n I I p в оба контура строго одинаковыми по модулю, нужно предусмотреть возможность независимой регулировки ЭДС вторичных обмоток TAV1. С этой целью трансреактор выполняется на сложном трехстержневом магнитопроводе (рис. 6). Первичные обмотки намотаны на среднем стержне, а вторичные - на крайних стержнях, имеющих регулируемые зазоры, изменением которых можно выравнивать ЭДС вторичных обмоток.

Благодаря наличию воздушных зазоров в стержнях ЭДС вторичных обмоток в широких пределах пропорциональны подаваемому току І р и сдвинуты по углу на 90° в сторону опережения (n I = n I e i90°). Регулировка n I ,по углу осуществляется изменением нагрузки вторичных обмоток. Если обмотки нагружаются резисторами R10, R12сопротивлением 13 кОм, угол между напряжением U 2 на выходе TAV1 и током I р уменьшается до 80° (n = n I e i80° для ВЛ 220 кВ). Если обмотки нагружаются резисторами R9, R11сопротивлением 3,6 кОм, указанный угол уменьшается до 65° (n I = n I e i65° для ВЛ 110 кВ). Естественно, при этом U 2 несколько снижается.

Таблица 1

Регулировка n I по модулю осуществляется ступенчато изменением числа витков первичных обмоток TAV1. Отводы этих обмоток маркируются величиной Z уст,min . В PC комплекта AKZ2выполнены три отвода с Z уст,min равным 1,0; 0,5 и 0,25 Ом/фазу. В PC комплекта AKZ1 панелей ЭПЗ-1636п первичные обмотки TAV1отводов не имеют, для тех же реле панелей ЭПЗ-1636м отводами первичных обмоток TAV1 может быть выставлено Zуст,min равное 1,0 или 1,5 Ом/фазу (последнее для удлинения III ступеней и улучшения дальнего резервирования). Минимальные уставки PC в зависимости от числа использованных первичных витков TAV1 приведены в табл.1. Здесь же приведены для удобства и значения Z уст,max, определяемые возможностью 20-кратного изменения n u .

Из выражения (5) и табл. 1 можно вычислить n I . Например, для панели с I ном =5 А при φ м.ч. =65° и Z уст,min = 1 Ом/фазу.

Исходя из этого выражения можно вычислить напряжение на вторичных обмотках ТАV1:

При настройке ток, подводимый к реле, I" р пропускается через две последовательно включенные первичные обмотки TAV1(как в режиме двухфазного КЗ), т. е. фактически I р по ранее принятым здесь обозначениям равен 2I р . Отсюда вытекает формула, требующаяся при проверке TAV1:

U 2 = Z уст,min n" u I" p , (11)

где I" p - ток через две последовательно включенные обмотки TAV1. Например, для панели с I ном =1 А при φ м.ч. =80 0 , Z уст,min =2,5 Ом/фазу и токе 2 А U 2 =2,5X2,5 2= 12,5 В.

индуктивности U L опережает его на те же 90°. Трансформированное U L с обратным знаком превращается в Е п , вводимое в рабочий и тормозной контуры и совпадающее с направлением U p (U AB). Контур подпитки устраняет также мертвую зону PC при близких трехфазных КЗ благодаря тому, что он настроен в резонанс на частоте 50 Гц. При глубоком снижении напряжения третьей фазы на входе контура в нем некоторое время продолжают сохраняться колебания («память»), а следовательно, и Е п на выходе TAV2. Существование Е п обеспечивает правильную работу PC при трехфазном КЗ в начале ВЛ, если I ступень не имеет выдержки времени на срабатывание. Контур настраивается в резонанс регулировкой воздушного зазора в TAV2.

Особенности PC III ступени (см. рис. 5).

1. Реле сопротивления выполнено одноступенчатым, поэтому трансформатор TV1имеет только один комплект отводов от вторичных обмоток.

2. Введением резистора R14в тормозной контур предоставлена возможность ослаблять его и тем самым смещать характеристику срабатывания в III квадрант на 6- 12%. Этим обеспечивается надежное переключение уставок дистанционных органов при КЗ в начале ВЛ, что важно для случаев, когда при переходе КЗ из однофазного в междуфазное I ступень оказывается выведенной блокировкой при качаниях, и отключение может произойти только по цепям неблокируемой II ступени. Возникающая при этом некоторая потеря направленности, как правило, не опасна, так как при близких КЗ «за спиной» обязаны сработать защиты, более быстродействующие, чем рассматриваемая III ступень. При КЗ на шинах с отказом защиты шин действие PC III ступени даже благоприятно.

3. Благодаря возможности смещения характеристики срабатывания в III квадрант в целях упрощения из схемы PC исключен контур подпитки. В тех редких случаях, когда смещение характеристики срабатывания PC в III квадрант неприемлемо, приходится мириться с наличием у PC мертвой зоны, которая перекрывается токовой отсечкой и I ступенью ДЗ.

4. Третья ступень, очевидно, имеет самую длинную зону действия. Это иногда вызывает затруднения при отстройке круговой характеристики срабатывания от тока нагрузки по ВЛ. С целью облегчения такой отстройки предусмотрена возможность превращения характеристики срабатывания из круговой в эллиптическую. Такая характеристика получается использованием переменной составляющей напряжений на выходе диодных мостов схемы сравнения. Из рис. 3 видно, что точки С и 0 характеристики получаются, если векторы U 1 и U 2 либо совпадают по фазе, либо сдвинуты на 180°. В обоих случаях переменные составляющие на выходах обоих диодных мостов (см. рис. 2) совпадают по фазе и, следовательно, их разность, прикладываемая к сглаживающему фильтру и НИ, равна нулю. Если вектор U 2 сдвинут относительно вектора U 1 на 90° (точки D и Е характеристики на рис.3), соответственно сдвинуты и мгновенные значения напряжений на выходах диодных мостов. Переменная составляющая разности мгновенных значений этих напряжений, приложенная к сглаживающему фильтру и НИ, получается в этом случае максимальной. В PC комплекта КРС-1 панели ЭПЗ-1636м (см. рис. 5) положительные полуволны переменной составляющей срезаются шунтирующей цепочкой VD8-(R25-R27) и к НИ не прикладываются, что равносильно уменьшению тока в НИ в сторону срабатывания. Таким образом, напряжение U 1 уравновешивается меньшим значением U 2 , т.е. характеристика срабатывания сжимается (точки D и Е смещаются в положения D" и Е"). Можно показать, что при промежуточных значениях углов между U 1 и U 2 точки характеристики укладываются на эллипс с осями 0С и D"E". Регулировка эллипсности осуществляется выбором соответствующего резистора из R25-R27. Для уменьшения возможной вибрации НИ при работе PC с эллиптической характеристикой параллельно входу НИ подключается конденсатор С5.

Из опыта эксплуатации известно , что в случае использования эллиптической характеристики с уставкой по эллипсности e=0,5 при уменьшении тока в реле от 2I ном. До двойного тока точной работы происходит увеличение соотношения осей эллипса более чем на 10%, что приводит к ухудшению отстройки реле от токов нагрузки. Это объясняется нелинейным изменением прямого сопротивления кремниевого диода VD8(типа Д223Б) в зависимости от протекающего по нему тока и соизмеримостью этого сопротивления со значением сопротивления резистора R25.

5. Для проверки PC под нагрузкой в TV1предусмотрена дополнительная вторичная обмотка, содержащая 1 % витков.

Сети, как правило, работают с глухозаземленной нейтралью.

Поэтому защиты выполняются как от многофазных (за исключением двойного замыкания на землю в разных точках), так и от однофазных КЗ. Сети часто имеют сложную конфигурацию, несколько источников питания. Поэтому для защиты от многофазных КЗ (включая двойного замыкания на землю в одной точке) часто применяются дистанционные ступенчатые защиты с разными характеристиками органов сопротивления, снабжаемые блокировками от качаний и нарушений вторичных цепей. От замыканий на землю применяются не дистанционные защиты, а токовые многоступенчатые направленные защиты нулевой последовательности.

В случаях, когда по условиям обеспечения устойчивости системы и ответственных потребителей требуется действие защиты на всей длине защищаемого участка без выдержки времени (на шинах станций и узловых подстанций Uост при 3-х фазном КЗ < 0,6-0,7Uном), возможны два решения вопроса: дополнение ступенчатых защит устройствами ВЧ блокировки или передачи отключающих сигналов и использование в качестве основной отдельной продольной защиты с абсолютной селективностью, предпочтение отдается второму варианту, обеспечивающему независимость в эксплуатации и более совершенное ближнее резервирование. На тупиковых линиях иногда удается использовать и более простые токовые ступенчатые защиты.

Варианты выполнения наборов защит ВЛ 110-220 кВ.

1. Самый простой набор защит применяется на тупиковых ВЛ: двухступенчатая токовая защита от междуфазных КЗ (МТЗ и МФТО) и трехступенчатая ЗЗ. При этом отсутствует ближнее резервирование защит ВЛ и возможен случай, когда при КЗ на тупиковой ВЛ и отказе ее защиты гасится целая СШ крупной системной ПС при работе дальнего резервирования защит. То есть, даже на простых тупиковых ВЛ, отходящих от шин крупных ПС и ЭС желательно было бы применять основные и резервные защиты для повышения надежности работы ПС или ЭС, но такая практика не принята.

2. Самый простой вариант для системообразующих ВЛ с двухсторонним питанием: трехступенчатая ДЗ, четырехступенчатая ЗЗ и МФТО. ДЗ и ЗЗ обеспечивают защиту ВЛ от всех видов КЗ и дальнее резервирование защит. МФТО применяется как дополнительная защита ввиду ее простоты, дешевизны, высокой надежности и быстродействия.

Серийно выпускаются типовые устройства РЗ ВЛ 110-220 кВ, содержащие трехступенчатую ДЗ, четырехступенчатую ЗЗ и МФТО:

Электромеханическая панель типа ЭПЗ-1636, выпускается Чебоксарским электроаппаратным заводом (ЧЭАЗ) с 1967 года. Установлена на большинстве ВЛ 110-220 кВ энергосистемы Челябинской области.
- электронный шкаф типа ШДЭ-2801, выпускается ЧЭАЗ с 1986 года, в энергосистеме Челябинской области установлен всего на нескольких десятках ВЛ 110-220 кВ.
- микропроцессорные шкафы серии ШЭ2607, выпускаются НПП Экра с 1990-х годов: ШЭ2607 011, ШЭ2607 016 (управление выключателем с трехфазным приводом, трехступенчатая ДЗ, четырехступенчатая ЗЗ, МФТО), ШЭ2607 012 (управление выключателем с пофазным приводом, трехступенчатая ДЗ, четырехступенчатая ЗЗ, МФТО), ШЭ2607 021 (трехступенчатая ДЗ, четырехступенчатая ЗЗ, МФТО).

Отсутствие ближнего резервирования.
- отключение КЗ в конце защищаемой ВЛ с временем вторых или третьих ступеней защит.

3. Более сложный вариант защит для ВЛ с двухсторонним питанием - применение шкафа защит типа ШДЭ-2802 (выпускается ЧЭАЗ с 1986 года). Шкаф содержит два комплекта защит: основной и резервный. Основной комплект защит включает в себя трехступенчатую ДЗ, четырехступенчатую ЗЗ и МФТО. Резервный комплект – упрощенные двухступенчатые ДЗ и ЗЗ. Каждый комплект обеспечивает защиту ВЛ от всех видов КЗ. При этом резервный комплект обеспечивает ближнее резервирование защит, основной комплект - дальнее резервирование.

Недостатки такого набора защит:

а) Не совсем полноценное ближнее резервирование, так как основной и резервный комплекты защит:

Имеют общие устройства (например, устройство блокировки ДЗ при качаниях), отказ которых может привести к одновременному отказу и основного и резервного комплекта.
- выполнены на одном принципе, что означает возможность одновременного отказа их обоих по одной и той же причине. - находятся в одном шкафу, что означает возможность их одновременного повреждения.

б) Отключение КЗ в конце защищаемой ВЛ с временем вторых или третьих ступеней.

Бурное развитие электрических сетей сегодня требует большого числа высокоэффективных защит воздушных линий (ВЛ), используемых для передачи электроэнергии.

К основным требованиям, которые предъявляются к подобным устройствам можно отнести следующие моменты:

• удобство в использовании;
• минимальная цена;
• компактность;
• универсальность;
• селективность.

Обладая такими свойствами, современные виды защит высоковольтных линий способны надёжно сохранять их от всех видов коротких замыканий.

Разновидности.

Из наиболее распространённых типов можно выделить следующие:

Дистанционная защита (ДЗ). В сетях, имеющих сложную конфигурацию, для защиты от коротких межфазных замыканий применятся ДЗ , которая выполняет измерение полного сопротивления ВЛ от измерительных трансформаторов напряжения на подстанциях до непосредственного места возникновения КЗ.

Так как данное сопротивление пропорционально дистанции (расстоянию) до мест короткого замыкания, то и защита получила название дистанционной.

Она сложнее обычных токовых и имеет следующие преимущества:

Зона её действия всегда остаётся постоянной вне зависимости от режима сети и величин токов КЗ;
- имеет направленность действия.

В целях обеспечения селективности действия дистанционной защиты на смежных ВЛ время их действия делают зависимым от расстояния до места возникновения короткого замыкания: дальше КЗ – больше время срабатывания.

Защита выполняется по ступенчатому принципу, когда каждая последующая ступень имеет большую выдержку отключения по времени.

Токовая защита нулевой последовательности (ТЗНП). При коротких замыканиях на землю применятся ТЗНП, которая использует факт появления в напряжениях и токах нулевой последовательности при таких КЗ в сетях, работающих в режиме глухозаземлённой нейтрали у трансформаторов.

Как известно, составляющие нулевой последовательности выделяются из фазных величин простой геометрической суммой векторов данных величин.

При этом, нулевой провод токовых цепей, которые собраны по схеме полной звезды – это не что иное, как фильтр токов нулевой последовательности. Поэтому ТЗНП выполняется на электромагнитных реле, включённых в нулевой провод.

Селективность на смежных ВЛ обеспечивается также как и у ДЗ, когда время действия защиты зависит от расстояния до места короткого замыкания, то есть, чем меньше ток срабатывания, тем дальше точка короткого, тем больше время срабатывания.

Как и ДЗ, ТНЗП выполняется ступенчатым, когда каждая последующая ступень имеет меньший ток и большее время срабатывания.

Токовая отсечка (ТО). Данная мера считается дополнением защит от коротких межфазных замыканий, которая за счёт своей простоты схемы способна обеспечить максимум надёжности.

Токовая отсечка особенно востребована при замыканиях в самом начале линий, когда направленные защиты менее надёжны. Так, например, если 1-ая ступень ДЗ выполнена с выдержкой времени, то отсечка в данном случае будет единственной быстродействующей мерой.

Правда, на ВЛ небольшой длины, когда 1-ая ступень ДЗ делается с выдержкой времени, правильно отстроить ТО от КЗ на шинах ПС с противоположной стороны с обеспечением нормальной чувствительности при замыканиях вначале линии не всегда возможно.

В таких случаях лучше применять, так называемую, неселективную токовую отсечку, которая автоматически вводится в действие при помощи контакта реле ускорения при включении линейного выключателя вручную или же от АПВ.

Современные подходы в разработке РЗА.

Сегодня в целях получения максимального эффекта при защите высоковольтных линий 110-220 кВ используются комплексы защит, которые представляют собой набор основных мер, позволяющих охватить всю длину ВЛ, сохранив при этом требуемую селективность.

Как правило, применяются следующие наборы защит:

• 1-ый комплекс:
• двухступенчатая ДЗ;
• одноступенчатая ТЗНП.
• 2-ой комплекс:
• токовая отсечка;
• одноступенчатая ДЗ;
• трёхступенчатая ТЗНП.

Такой подход позволяет получить полное резервирование оперативных цепей, когда при выходе одного комплекса в работу автоматически вступает второй.