17. Особенности выбора параметров срабатывания тзнп параллельных линий 110-500 кВ с двусторонним питанием без ответвлений.

Почему-то в Федосееве есть только два абзаца про параллельные линии, и то они с односторонним питанием. Но всё равно впишу, потому что до этого вроде нигде не было про ТЗНП параллельных линий, а только про схемы замещения.

При выборе токов срабатывания I и II ступеней защиты параллельных линий, имеющих взаимную индукцию, возникают дополнительные условия.

1) Ток I_сз^I отстраивается от тока при внешних однофазных и двухфазных КЗ на землю в режимах, показанных на рисунке 5.18 а, б:

Рис. 5.18 а) при работе одной цепи и заземлении второй (отключенной) с обеих сторон и КЗ на землю в начале смежного участка;

Рис. 5.18 б) при каскадном отключении второй цепи, имеющей КЗ на конце, ближайшем к месту включения рассматриваемой защиты.

За счёт взаимной индукции ток в защите в некоторых случаях Б оказывается больше, чем в случаях А.

2) Ток I_сз^II отстраивается от тока при внешних однофазных и двухфазных КЗ на землю:

Рис 5.18 в) в конце зоны l_Б^I, защищаемой I ступенью защиты предыдущего участка, когда на данном участке включена одна цепь, а вторая отключена и заземлена с обеих сторон.

Рис. 5.18 г) в конце зоны l_Б^I, защищаемой I ступенью защиты, включенной на противоположном конце второй цепи, при КЗ на последней и каскадном её отключении.

Указанные условия считаются весьма тяжёлыми и их учёт ухудшает защиту.

Дальше идёт глава из РУ, которая называется точно так же, как и билет. В РУ всё идёт по пунктам, чтобы сохранить текстовые ссылки на пункты я нумерацию пунктов оставил такой же, как и в РУ. Поэтому не пугайтесь, что всё начинается не с пункта 1.

П.2. Ток срабатывания I ступени защиты параллельных линий при выполнении её без выдержки времени выбирается по условию отстройки от утроенного тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты в следующих случаях:

А) при замыкании на землю на шинах противоположной подстанции, если вторая параллельная линия отключена и заземлена на обоих концах (в точке К1 рис. 6,а) и взаимоиндукцией между линиями пренебречь нельзя;

Б) при каскадном отключении замыкания на землю одной фазы на параллельной линии вблизи шин подстанции, на которой установлена рассматриваемая защита (рис. 6,б);

В) при замыкании на землю на шинах противоположной подстанции в случае, когда вторая параллельная линия отключена НО НЕ ЗАЗЕМЛЕНА (рис. 6,в), если взаимоиндукцией между линиями можно пренебречь вследствие её малости.

П.3. Ток срабатывания первой ступени защиты, выбираемый по условиям п. А, Б и В, определяется по выражению

,

в котором ЗI_0З — максимальное значение периодической составляющей утроенного начального тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты, соответственно пунктам А, Б, В.

Коэффициент отстройки варьируется от 1,3 до 1,5 для разных типов реле.

Однако при некоторых случаях пункт Б не является расчётным, по сравнению с пунктом А:

1) для двух параллельных линий 500 кВ при расстоянии между ними 100 м — практически во всех возможных случаях;

2) для двух параллельных линий 500 кВ при расстоянии между ними 50 м, если сопротивление прямой последовательности системы со стороны подстанции, на которой установлена рассматриваемая защита, меньше или равно 10 Ом;

3) для двух параллельных линий 110—220 кВ, а также линий 500 кВ при расстоянии между ними 50 м, если отношение сопротивления нулевой последовательности системы со стороны противоположной подстанции к её сопротивлению прямой последовательности больше или равно 1.

П. 4. Ток срабатывания II ступени защиты параллельных линий выбирается по условиям:

А) отстройки от утроенного тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты при замыкании на землю за предыдущим автотрансформатором на стороне его смежного напряжения (примыкающей к сети с глухозаземленной нейтралью) — в точке К2 рис. 6,а;

Б) согласования с первой ступенью защиты предыдущей линии (рис. 6,г) или защиты от замыканий на землю предыдущего автотрансформатора, установленной на стороне смежного напряжения (производится вместо условия А в случае, если это необходимо для повышения чувствительности защиты);

В) согласования с первой ступенью защиты, установленной на противоположном конце параллельной линии, в условиях по п. Б для первой ступени (рис. 6,б):

Г) отстройки от утроенного тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты при замыкании на землю на шинах подстанции, примыкающей к предыдущему участку, состоящему из двух параллельных линий (рис. 6,д).

Отстройка по пунктам А и Г и согласование по пункту Б производятся в режиме, когда вторая параллельная линия рассматриваемого участка отключена и заземлена на обоих концах.

В целях повышения чувствительности может оказаться целесообразным согласовывать вторую ступень защиты по току срабатывания и выдержке времени не с первой, как указано в пункте Б, а со второй ступенью защиты предыдущей линии, а также использовать на противоположном конце рассматриваемых параллельных линий токовую поперечную направленную защиту нулевой последовательности.

П. 5. Согласование по чувствительности защит смежных участков в соответствии с пунктом Б второй ступени для цепочки параллельных линий следует производить при работе обеих параллельных линий на предыдущем участке — рис. 6,г, поскольку режим одновременного отключения па двух смежных участках сети по одной из параллельных линий не учитывается ввиду малой его вероятности.

Ток срабатывания считается по формуле

,

Где 3I_0расч — расчётный ток — максимальное значение периодической составляющей утроенного начального тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки рассматриваемой защиты при замыкании на землю в конце зоны, защищаемой той ступенью защиты предыдущего элемента, с которой производится согласование; k_отс — коэффициент отстройки, учитывающий погрешность реле, принимается равным 1,1.

В тех случаях, когда зоны, защищаемые первыми ступенями защит предыдущего участка, перекрываются (коэффициент чувствительности в точке равной чувствительности не менее 1,3), согласование по чувствительности второй ступени защиты с первой ступенью защиты предыдущего участка по п. 4,б допускается производить в режиме каскадного отключения замыкания на землю на предыдущем участке по выражению ниже, с учётом коэффициента возврата защиты. При этом должно рассматриваться также условие п. 4,г.

I_{0с,з,пред} — ток срабатывания ступени защиты предыдущего элемента, с которой производится согласование.

Согласование с защитой предыдущего автотрансформатора производится по выражению

,

при этом коэффициент токораспределения определяется для случая замыкания на землю на шинах смежного напряжения (в точке К2 рис. 6,а).

Ток срабатывания второй ступени защиты, выбираемый по условию п. 4,г, определяется по выражению,

в котором ЗI_0З — максимальное значение периодической составляющей утроенного начального тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты при замыкании на землю на шинах подстанции, примыкающей к предыдущему участку, состоящему из двух параллельных линий, в случае, когда вторая параллельная линия рассматриваемого участка отключена и заземлена на обоих концах.

П. 6. При выборе тока срабатывания второй ступени защиты по условию п. 4,в следует учитывать, что при каскадном отключении замыкания на одной из параллельных линий в случае наличия между ними взаимоиндукции ток в неповреждённой линии может как уменьшаться, так и увеличиваться (при значительной взаимоиндукции) по мере приближения места замыкания на землю к отключенному концу линии. В соответствии с указанным выбор тока срабатывания второй ступени защиты по условию п. 4,в производится в зависимости от характера изменения кривых тока в рассматриваемой (неповреждённой) линии при каскадном отключении замыканий на землю на параллельной линии (рис. 7) одним из следующих способов.

На каждом рисунке указано красной стрелкой, от какого тока надо отстраиваться чтобы получить ток срабатывания второй ступени защиты 1. Я полностью уверен в том, что я правильно указал красные стрелки. Дальше вместо кучи текста из РУ своими словами объясню. Ток, который указан красной стрелкой, надо подставлять в формулу.

а) Если в режиме каскадного отключения замыкания на землю первая ступень защиты 2 повреждённой линии охватывает всю линию (рис. 7,а и б), ток срабатывания второй ступени защиты 1 параллельной линии выбирается по выражению

,

И нам неважно, повышается там пунктирный ток или нет.

б) Если первая ступень параллельной линии защищает не всю линию, то тут уже смотрим на то, как ведёт себя пунктирная линия.

Если случай рис 7,в, где пунктирная линия поднимается выше, чем 3I₀^(К1), то ток срабатывания считается так:

в) Если случай рис 7,г, где пунктирная линия только падает, то ток срабатывания считается так:

Как находить 3I_0расч показано красной линией.

Если случай рис 7,д, где пунктирная линия поднимается, но не оказывается выше, чем 3I₀^(К1), то ток срабатывания считается так:

П. 7. Ток срабатывания третьей ступени защиты параллельных линий выбирается по условию согласования:

а) со второй или третьей ступенью предыдущей линии (последнее — если при согласовании со второй ступенью рассматриваемая третья ступень защиты не удовлетворяет требованиям чувствительности) или с первой или второй ступенью защиты от замыканий на землю предыдущего автотрансформатора, установленной на стороне смежного напряжения (последнее— если вторая ступень рассматриваемой защиты согласована с первой ступенью защиты от замыканий на землю автотрансформатора);

б) со второй ступенью защиты, установленной на противоположном конце параллельной линии, в условиях по п. 2,б.

Согласование по п. «а» производится в режиме, когда вторая параллельная линия рассматриваемого участка отключена и заземлена на обоих концах. При необходимости повышения чувствительности следует производить указанное согласование в режиме работы обеих параллельных линий на рассматриваемом участке (например, если возможно, выполнить выведение третьей ступени при отключении параллельной линии или не учитывать в указанном режиме возможность выведения из действия защиты шин или УРОВ на подстанции, примыкающей к предыдущему участку).

П. 8. Согласование третьей ступени защиты со второй ступенью защиты предыдущей линии по п. 7,а производится по аналогии с указанным в п. 5.

Согласование третьей ступени защиты с третьей ступенью защиты предыдущей линии или защитой предыдущего автотрансформатора по п. 7,а производится по выражению

, при этом k_ток определяется при замыкании на землю на шинах предыдущего элемента (в точке К на рис. 6,д или К2 на рис. 6,а).

Ток срабатывания третьей ступени защиты, выбираемый по условию п. 7,б, определяется по выражению , в котором I_{0с,з,пред} — ток срабатывания второй ступени защиты, установленной на противоположном конце параллельной линии.

П. 9. Чувствительность второй и третьей ступеней защиты может быть повышена путём использования токовой поперечной направленной защиты нулевой последовательности.

Ток срабатывания третьей ступени защиты при ускорении её с контролем направления мощности в параллельной линии (т. е. при использовании её для выполнения токовой поперечной направленной защиты нулевой последовательности) в дополнение к указанному в п. 7 должен быть также отстроен:

а) от тока небаланса в нулевом проводе трансформаторов тока при КЗ между тремя фазами на шинах подстанций, примыкающих к защищаемому участку параллельных линий, при качаниях, асинхронном ходе по выражению;

k_отс = 1,25; k_пер – коэффициент, учитывающий переходный режим различен при разных выдержках времени (от 1 до 2, чем больше выдержка, тем меньше коэффициент).

k_нб – коэффициент небаланса равен от 0,05 до 0,1.

б) от утроенного тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты в кратковременном неполнофазном режиме, возникающем при неодновременном включении фаз выключателя с пофазным приводом одной из линий, по выражению

От условия б можно не отстраиваться, если сделана необходимая выдержка времени.

П. 10. Ступень защиты с наибольшей выдержкой времени может оказаться целесообразным включить на сумму токов параллельных линий, если это требуется по условиям чувствительности к повреждениям в конце зоны резервирования; защита выполняется с действием на отключение выключателей обеих линий. Тогда:

а) выдержка времени этой ступени дополнительно должна быть отстроена от времени каскадного отключения повреждения на своём участке ступенями защиты, включенными на ток одной линии;

б) при определении тока небаланса I_0нб.у по выражению

в качестве I_0расч следует принимать суммарный ток линий.

П. 11. При выполнении ступени защиты с использованием блокирующего реле направления мощности должно проверяться условие обеспечения правильного действия последнего при замыкании на землю в направлении, противоположном защищаемому.

Вследствие влияния взаимоиндукции напряжение нулевой последовательности на конце, ближайшем к месту замыкания на землю, может оказаться меньше, чем на удалённом, в связи с чем выполнение рассматриваемого условия может оказаться затруднительным.

При применении токовой поперечной направленной защиты нулевой последовательности чувствительность блокирующего реле направления мощности должна обеспечиваться при каскадном отключении замыкания на землю на противоположном конце параллельной линии.

Минимальный коэффициент чувствительности для рассматриваемого реле направления мощности должен быть по мощности 2 для индукционного реле, и по току и напряжению 1,5 для реле на схеме сравнения абсолютных значений или фаз.

П. 12. В случае каскадного отключения замыкания на землю на одной из двух параллельных линий, работающих в блоке с трансформаторами (автотрансформаторами) и связанных взаимоиндукцией, а также если такая схема может образоваться в процессе отключения КЗ, может иметь место излишнее срабатывание защиты неповреждённой линии вследствие протекания по ней тока нулевой последовательности, вызванного взаимоиндукцией, и неправильного поведения реле направления мощности, включённого на ток и напряжение нулевой последовательности.

В тех случаях, когда отстройка защиты от указанного режима путём увеличения тока срабатывания приводит к недопустимому загрублению, для исключения излишнего срабатывания следует питать цепи напряжения защит линий, работающих в блоке с автотрансформаторами, от трансформатора напряжения, установленного на шинах среднего напряжения автотрансформатора.

П. 13. При наличии более двух параллельных линий, связанных взаимоиндукцией, а также в случаях, когда линии, связанные взаимоиндукцией, на одном или обоих концах не имеют общей точки, расчётная точка и расчётные условия для выбора тока срабатывания защиты должны определяться исходя из принципиальных указаний, которые даны для двух параллельных линий. Например, в схеме по рис. 6,е дополнительно должна рассматриваться отстройка первой ступени защиты от замыкания на землю в точке К; в схеме по рис. 6,ж— отстройка первой ступени защиты линии Л1 от замыкания на землю в точке в режиме отключения и заземления линии Л II .

18. Органы сопротивления. Назначение. Значения входного сопротивления в различных режимах: двухфазное и однофазное металлическое КЗ, КЗ через переходное сопротивление, режимы нагрузки, качания и асинхронный ход. Годографы в комплексной плоскости при переходных режимах [Л2 6.1-6.5, Л3 6.1,6.5,6.7-9, Л6 гл7.1-7.7]

(Частично общая инфа из 22го билета)

В сетях сложной конфигурации с несколькими источниками питания простые и направленные МТЗ (максимальные токовые защиты) и НТЗ (направленные токовые защиты) не могут обеспечить селективного отключения КЗ. Поэтому применяются дистанционные защиты с органами сопротивления.

Дистанционными называются защиты с относительной селективностью, выполняемые с использованием измерительных органов сопротивления — органов, характеристической величиной для которых по ГОСТ является заданная функция выраженных в комплексной форме отношений входных напряжений к входным токам.

Характеристические величины органов сопротивления при возникновении повреждения снижаются. С учётом этого, как правило, используются минимальные органы, работающие без выдержки времени. Последние, при необходимости, создаются отдельными органами выдержки времени, определяющими ступенчатую характеристику . Обычно она имеет три ступени (рис. 6.1).

Логическое уравнение, характеризующее работу защиты при принятых условиях если принять ИО сопротивления направленными, имеет вид:

где максимальное значение сопротивления , при которых защита ещё срабатывает.

D_t — операторы задержки по времени ступеней защит (индексы I, II, III сверху указывают номер ступени, а индексы 1, 2, 3 снизу – соответствующие им параметры срабатывания).

Для органа сопротивления, как и для органа тока, существуют понятия о – минимальном , при котором он возвращается в исходное состояние, о и (поскольку органы включаются через ТА и TV) и о коэффициенте возврата . Связь между первичными Z_З и вторичными Z_Р часто определяется соотношением Z_Р = (К_Iном / К_Uном) Z_З. Коэффициент возврата k_В = Z_В.Р / Z_С.Р = Z_В.З /Z_С.З >> 1, поскольку орган минимальный. В целях упрощения записей в дальнейшем принимается К_Iном / К_Uном = 1, т. е. Z_Р = Z_З.

Характеристика органов сопротивления для защиты линии

Требования к формам характеристик Z_С,_Р = f ( ) органов сопротивления с двумя входными величинами. Для органов с одним U_Р и одним I_Р рассмотрение вопроса удобно проводить в комплексной плоскости сопротивлений. В этой плоскости могут быть изображены как сопротивления элементов сети (см. рис. 6.2), так и характеристики Z_С.Р = f( ) органов. В начале координат (рис. 6.4) целесообразно располагать конец участка БВ, со стороны Б которого включается рассматриваемое устройство защиты.

Для выполнения органа сопротивления, например I ступени, характеризуемого Z_С.З^I 0,85 Z_Л,БВ , при отсутствии факторов, которые могли бы существенно искажать его работу, достаточно было бы иметь характеристику Z_С,_Р = f( ), проходящую через начало координат, что обеспечивает направленность действия (охват части третьего квадранта недопустим по условию отстройки от КЗ на участке АБ), и конец комплекса 0,85 Z_Л,БВ и охватывающую последний с небольшим запасом в перпендикулярном направлении. Для органов II и III ступеней охват небольшой части участка АБ допустим, так как они работают с выдержками времени. Приходится, однако, считаться с некоторыми факторами, в известной мере могущими противоречиво влиять на выбор характеристики Z_С.Р = f( ). К числу этих факторов относятся необходимость учёта переходных сопротивлений R_П в месте повреждения, при наличии которых защита должна правильно функционировать, и отстройка от нагрузочных режимов и режимов качаний, при которых защита не должна срабатывать. При качаниях комплекс Z_Р может оказываться в пределах области, определяемой характеристикой Z_С.Р = f( ), поэтому указанная область в направлении, примерно перпендикулярном z, должна по возможности сужаться. Однако это сужение противоречит необходимости учёта Rп. При К⁽¹⁾, когда Rп в основном определяется значительными сопротивлениями заземления опор или другими возможными переходными сопротивлениями. В этих случаях Rп могут весьма существенно влиять на работу защит.

Более подробно про конкретные характеристики (кругляшки, овальчики там всякие) дистанционных реле смотри в билете 22. Дальше идёт информация по данному билету.

Формально, на реле сопротивление подаётся какое-то напряжение (фазное или линейное) и какой-то ток (фазный или разность двух фазных). И Z = U / I.

И в принципе есть уравнение равновесия напряжений U₁ = U₂ (или U₁ - U₂ = 0), где одно из напряжений это напряжение, подводимое к реле, а второе напряжение – падение (компенсация) напряжения за счёт уставки реле Z и подводимого тока к реле I. И вот, соответственно, есть слагаемые всякие Z*I, Z'*I которые обозначают падение напряжение от тока в заданном сопротивлении Z, Z'. Такие слагаемые называются компенсацией напряжения.

Физически это дополнительные элементы, которые включаются в обмотку реле (рис. 6.12).

Во всех типах дистанционных реле применяется компенсация напряжения. Есть компенсация линейных напряжений (между повреждёнными фазами) при междуфазных КЗ и компенсация фазных напряжений (повреждённых фаз) при замыканиях на землю. Также есть и другие виды компенсации (например компенсация реактивной составляющей, взаимной индукции, компенсация параллельной линии, но их, я думаю, не стоит сюда вписывать, иначе там весь учебник надо переписывать).

Компенсация линейных напряжений. Допустим, произошло двухфазное КЗ. Z₁ – полное сопротивление прямой последовательности участка ЛЭП от места установки реле до точки КЗ. При подведении к зажимам дистанционного реле напряжения между повреждёнными фазами В и С и разности токов повреждённых фаз полное сопротивление на зажимах реле определяется в соответствии с сопротивлением участка линии электропередачи от места установки реле до точки короткого замыкания:

При этом сопротивление на зажимах остаётся одинаковым при любом виде междуфазного КЗ.

Но если бы мы вместо разности токов подавали бы фазный ток, например I_B, то сопротивление на зажимах реле было бы различными при разных повреждениях.

И отношение фазных токов может быть различным, например в зависимости от нагрузки, то сопротивление на зажимах реле непостоянно и не находится в прямой зависимости от местоположения КЗ (это плохо). И поэтому компенсация линейного напряжения U_BC с помощью тока I_B зависела бы от вида повреждения и тока неповреждённой фазы что вносило бы погрешность в работу реле. А вот компенсация линейного напряжения с помощью разности токов лишена данного недостатка, там мы можем просто взять нужное нам Z₁ и с помощью разности токов компенсировать напряжение.

Главное: для защиты от замыканий между фазами подводятся линейные напряжения и разность токов.

Компенсация фазных напряжений. Помимо Z₁ добавляется сопротивление нулевой последовательности Z₀. Рассмотрим однофазное КЗ на землю.

Токи с индексами – токи соответствующих последовательностей (Z₂ = Z₁ для ЛЭП). Если мы добавим и вычтем I₀, то получим (ток I – ток повреждённой фазы):

Таким образом для компенсации напряжения нужно воспользоваться током I+3kI₀. Добавление к току фазы составляющей 3kI₀ называется токовой компенсацией.

При таком сочетании напряжений и токов, подводимых к реле, полное сопротивление на его зажимах будет одинаковым при любых видах замыканий на землю. А если бы токовой компенсации не было, то тогда бы сопротивление на зажимах реле определялось бы следующей формулой:

А распределение токов нулевой последовательности в одной и той же точке КЗ может сильно зависеть от режима системы (отключены ли генераторы, есть ли подключение ко всей остальной энергосистеме и т.п.).

Влияние сопротивлений в месте КЗ на работу дистанционных реле. Это сопротивление может быть как сопротивление дуги, сопротивление опоры, сопротивление заземления.

Рассмотрим случай двухфазного КЗ.

Сопротивление на зажимах реле (подаём линейное напряжение и разность токов):

Если реле чисто реактивного сопротивления (там просто X₁), то данное сопротивление не влияет на работу такого реле. Но оно влияет на работу реле полного сопротивления. И зона срабатывания такого реле может сильно уменьшиться. (Там идёт в учебнике сплошная математика, на сколько процентов уменьшится зона срабатывания, я не стал это писать, потому что там слишком замудрённая и долга математика).

При однофазном КЗ (подаются фазные напряжения и токи, есть токовая компенсация):

Сопротивления на входах дистанционной защиты в режимах без КЗ.