ИЭ / 9 сем (станции+реле) / Экзамен / РЗ 9

Рисунок 11.8 – Пример с практики РЗ, где селективность ОБЕСПЕЧИТЬ МОЖНО

(речь именно про использование направленных МТЗ) [Принцип такой же, как и в случае с рисунком 11.7.]

Очевидно, в этих, рассмотренных на практиках, случаях прослеживается зако-

номерность: данные кольцевые сети имеют один источник питания и диагональные линии, ПРОХОДЯЩИЕ через источник питания. В таких сетях, с помощью направ-

ленных МТЗ, возможно обеспечить селективность.

121

Пример кольцевой сети, в которой НЕЛЬЗЯ ОБЕСПЕЧИТЬ селективность

(практика 4-го курса РЗ)

Рисунок 11.9 – Пример с практики РЗ, где селективность ОБЕСПЕЧИТЬ НЕЛЬЗЯ

(речь именно про использование направленных МТЗ) [Принцип такой же, как и в случае с рисунком 11.7.]

В данном случае кольцевая сеть имеет один источник питания, но диагональная линия, НЕ ПРОХОДИТ через источник питания. В таких сетях, с помощью направ-

ленных МТЗ, невозможно обеспечить селективность.

Доказывается это следующим образом: при КЗ на участке 9-10 пустятся защиты

9, 10, 1, 8, защита 4 (либо 3, в зависимости направления протекания токов КЗ через линию 3-4) и 6 (либо 5). При этом, защита 9 должна сработать быстрее защиты 4. При

122

КЗ на участке 3-4 пустятся защиты 3, 4, 1, 8, 6 (либо 5), 9 (либо 10). При этом, защита

4 должна сработать быстрее защиты 9. Взаимоисключающие утверждения! При дан-

ном выборе выдержек времени, при КЗ в К1 сработают защиты 9 и 10 и либо 4, либо

5, что является неселективной работой. При КЗ в К2 сработают защиты 3,4 и либо 9,

либо 10, что является неселективной работой.

Чувствительность защит для линий с двусторонним питанием при учёте воз-

можных аварийных перегрузок (например, при отключении генерирующей мощности в одной из систем, связанных защищаемыми линиями) может быть совершенно недо-

статочной. Приходится также иметь в виду возможность излишних срабатываний при качаниях.

Лучше дело обстоит в сетях с одним источником питания, в которых непреду-

смотренные аварийные перегрузки могут и не появляться. В них также не возникает вопроса отстройки от качаний.

Значительно лучшие показатели имеют токовые направленные защиты нулевой последовательности. Данные же защиты находят применение преимущественно в кольцевых сетях с одной точкой питания и напряжением до 35 кВ (в случае, если их выдержки времени оказываются допустимыми).

123

12. Направленная максимальная токовая защита. Встречно-ступенчатый принцип выбора уставок. Кольцевая сеть с одним источником питания (Выбор уставок защит, определение зоны каскадного действия).

(см. доп. материал в билете 8)

Токовыми направленными называются защиты с относительной селективностью,

реагирующие на ток и направление (знак) мощности КЗ в месте их включения. Таким образом, направленная защита отличается от ненаправленной наличием дополнитель-

ного ИО, называемого органом направления мощности (ОНМ). Токовые направлен-

ные защиты могут использоваться на линиях, трансформаторах и в других случаях.

Защиты могут срабатывать при превышении током в месте их включения заранее установленного значения (максимальные защиты). В общем случае они выполняются со ступенчатыми, плавными (зависимыми) или комбинированными характеристи-

ками выдержки времени = ( ), где l – расстояние от места включения защиты до точки возникновения КЗ. В сетях с ном ≥ 110 кВ защиты преимущественно предназначаются для ликвидации только КЗ на землю ( (1) и (1,1)) и выполняются как за-

щиты нулевой последовательности; для них требуются ТА в трех фазах, которые включаются так, чтобы иметь ток в ИО = 30. Используются иногда схемы с вклю-

чением ИО на другие симметричные составляющие, а также с дополнительными ИО напряжения.

Типичными являются защиты со ступенчатыми характеристиками = ( ). Током срабатывания защиты или её отдельных ступеней Iс.з обычно называется минималь-

ный ток в фазах линии, при котором защита (её ступень) может срабатывать. Логиче-

ское уравнение, характеризующее работу трёхступенчатых токовых направленных за-

щит, имеет вид

Где – орган направления мощности (принимает 1, когда направление мощности в

сети равно заданному).

124

Действие токовой защиты рассматривается в первую очередь на примере её приме-

нения для радиальной сети с односторонним питанием (рис. 12.1, а). Устройства за-

щиты включаются только со стороны питания всех элементов и могут действовать на отключение своих выключателей. Примерные характеристики выдержек времени за-

щит 1', 2' и 3' даны на рис. 12.1, б.

Действие токовой направленной защиты в первую очередь рассматривается на примере ее применения для цепочки одиночных линий с двусторонним питанием

(рис. 12.1.2). Защиты 1-6, как и выключатели, должны включаться с обеих сторон участков, связывающих подстанции А и Г, имеющие источники питания. Первые две ступени необходимы для защиты всей длины участка, третья - для резервирования отключения КЗ на смежных участках и в зонах действия первых двух ступеней. Дей-

ствие II и III ступеней защиты как резервных для своего участка отмечено на рис. 12.1,

б пунктиром. Органы направления мощности могут требоваться, как будет рассмот-

рено ниже, только у части ступеней. Основными параметрами защит, требующими определения, являются токи срабатывания Iс.з и выдержки времени отдельных ступе-

ней.

Рис. 12.1. Размещение токовых защит со ступенчатыми выдержками времени

в радиальной сети с односторонним питанием (а) и примерный

125

выбор их характеристик выдержек времени (б)

Рис. 12.1.2. Цепочка линий с двусторонним питанием

Рассмотрение оказывается целесообразным начинать с последних (третьих) ступе-

ней, в частности потому, что они часто используются отдельно - в качестве самостоя-

тельных защит. При включении на полные токи фаз они называются максимальными токовыми защитами, а при дополнении их органами направления мощности - макси-

мальными токовыми направленными защитами.

МАКСИМАЛЬНЫЕ ТОКОВЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ЗАЩИТЫ

Выдержки времени защит. Они выбираются согласно встречно-ступенчатому принципу, по которому все защиты цепочки линий (рис. 12.2, а) разделяются по направленности действия на две группы (защиты 2, 4, 6 и 5, 3, 1), в каждой из которых выдержки времени устанавливаются уже, как у ненаправленных защит, по ступенча-

тому принципу по выражениям:

= ( −1) + или = ( −1) + + ( −1)уров

На рис. 12.2, б приведены выдержки времени, выбранные по рассматриваемому принципу. Как видно, КЗ в любом месте правильно ликвидируется защитами двух сторон только повреждённого участка; так, например, при КЗ на участке БВ срабаты-

вают только защиты 3 и 4.

126

Рис. 12.2. Защищаемая сеть (а) и характеристики выдержек времени токовых направленных защит (б)

Необходимость в органах направления мощности. При выбранных указанным способом выдержках времени не все защиты сети должны иметь ОНМ. Рассмотрение показывает, что для приведенного на рис. 12.2 конкретного случая защита 6 может не иметь ОНМ, так как ее t6 больше времён срабатывания других защит присоединений подстанции Г. По той же причине могут не иметь ОНМ защита 1 ( 1 > , 1 > 2), а

также защиты 3 и 4 (t3 = t4). Таким образом, на каждом участке сети обязательно должна иметь ОНМ только одна защита - с меньшей выдержкой времени. При одина-

ковых временах обе МТЗ (III ступень) могут быть ненаправленными. Для 1 и 2 ступе-

ней токовых защит такая возможность рассматривается отдельно и определяется по кривым спадания токов КЗ. Это положение формулируется и так: ОНМ может не иметь n-я защита подстанции с tn > t всех других защит подстанции. С учётом этого иногда используется возможность за счёт повышения tn иметь большее число защит ненаправленными. Логическое уравнение, характеризующее их работу, =

с тем чтобы при изменении уставок защит иметь возможность сделать их в случае необходимости направленными.

127

Ток срабатывания. Ток срабатывания Iс.з выбирается вне зависимости от направ-

ления прохождения через неё (от шин или к шинам) мощности нагрузки Sн. Послед-

няя, как и мощность КЗ, обычно имеет активно-индуктивный характер. Поэтому принципиально можно было бы иногда не учитывать токи Iраб, определяемые Sн,

направленной к шинам. Принимается, однако, во внимание возможность нарушений цепей напряжения от TV, например перегорание части предохранителей в них, когда ОНМ может неправильно сработать при направлении Sн к шинам. Когда это условие является расчётным, для повышения чувствительности защиты иногда допускается учитывать не Iраб mах, а Iраб норм, принимая во внимание малую вероятность нарушения цепей напряжения при наличии Iраб mах. Более тяжелыми обычно являются условия,

подобные рассмотренным выше для ненаправленных защит:

1) отстройка от переходных токов после отключения внешних КЗ по:

с.з ≥ отс′ з′ раб /в,

где Iраб mах - максимальный рабочий ток в защите определяемый при наличии ОНМ мощностью Sн mах, которая может быть направлена от шин. В отличие от рассмотрен-

ного выше при этом не учитывается, как мало вероятное событие, наложение на рас-

сматриваемый режим нарушения цепей напряжения ОНМ;

2) отстройка от переходных токов после успешного АПВ повредившейся линии по:

с.з ≥ отс′′ з′′ раб .

С учётом соображении, приведённых для предыдущего случая;

3) согласование Iс.з смежных участков. Оно должно проводиться для защит, имею-

щих возможность срабатывать при одинаковом направлении Sк.

Дополнительным условием является отстройка от токов неповреждённых фаз. При некоторых видах КЗ например K(1), K(1,1), токи неповреждённых фаз, складывающиеся из Iраб и токов повреждения (токов, индуцированных повреждённой фазой) в этих фа-

зах, бывают большими. Органы направления мощности, включенные на эти токи, мо-

гут неправильно фиксировать знак мощности КЗ, поэтому было бы необходимо иметь

128

Iс.з >Iнеповр mах, это может сильно загрублять защиту. В связи с изложенным в сетях с глухозаземлёнными нейтралями ( ном ≥ 110 кВ) такая защита часто автоматически при появлении составляющих Iнп в токах фаз выводится из работы. Защита от K(1) и

К(1,1) осуществляются тогда специальной токовой направленной защитой нулевой по-

следовательности.

Ток Iс.з выбирается по тому из условий, перечисленных выше, которое определяет большее его значение.

Чувствительность. Чувствительность последних ступеней защит определяется их ИО - тока и направления мощности. Чувствительность по току вычисляется, как и для ненаправленных защит. Необходимость проверки чувствительности по ОНМ воз-

никает при близких металлических K(З), когда (3) в пределе оказываются равными

нулю. В этих условиях ОНМ могут отказывать в срабатывании обусловливая и отказ защиты.

Нечувствительность, обусловленную ОНМ, характеризуют мёртвой зоной - долей длины защищаемого участка, в пределах которой при металлическом K(3) происходит отказ защиты из-за недостаточного остаточного напряжения, подводимого к ОНМ.

Мёртвые зоны в воздушных сетях маловероятны; более вероятны они в кабельных сетях при значительных выдержках времени срабатывания защиты вследствие воз-

можного перехода К(2) и K(1,1) в K(3). Устранение мёртвых зон возможно примене-

нием ненаправленных токовых отсечек. Более сложные решения вопроса, исполь-

зуемые в дистанционных защитах, для рассматриваемых защит обычно не применя-

ются.

Пример применения максимальных токовых направленных защит в сочета-

нии с ненаправленными для кольцевой сети с односторонним питанием (рис.

12.3).

129

Рис. 12.3. Защита кольцевой сети с односторонним питанием Выдержки времени выбираются обычным образом. Отличие имеется только для за-

щит 2 и 5 приёмных сторон головных участков АБ и АВ. При КЗ вне кольца, например в точке К1 радиальной линии, отходящей от шин А с источником питания, ток повре-

ждения (если пренебречь бросками токов, определяемых электродвигателями нагру-

зок подстанций Б и В) по кольцу не проходит и защиты 2 и 5 на рассматриваемые КЗ не реагируют. При внешних КЗ в пределах кольца (например, на шинах Б и В), как и в рабочих режимах, мощность КЗ направлена к шинам Б и В и ОНМ защит 2 и 5 не срабатывают. Таким образом, рассматриваемые защиты при всех внешних КЗ не ра-

ботают и в связи с этим всегда выполняются без выдержки времени и не дополняются

I и II ступенями. В данной сети очень чётко проявляется необходимость согласования защит по чувствительности (током срабатывания) при каскадном, их действии. Под каскадным понимается срабатывание защит двух сторон участка, когда одна из них начинает работать только после отключения другой защитой своего выключателя.

При повреждении, например, в начале участка АБ у шин А (точка К2) практически весь ток КЗ направляется к точке К2 через защиту 1. В результате защита 2 в началь-

ный период КЗ в действие не приходит. Первой сработает защита 1, хотя она и имеет одну из наибольших в сети выдержек времени. Защита 2 сработает каскадно только после отключения выключателя 1. При КЗ в зоне его каскадного отключения может излишне сработать защита 4, если её с.з 4 < с.з 2. Поэтому согласование сводится к