🗊Презентация Дистанционные защиты

ЛЕКЦИЯ 11-1 Дистанционные защиты

Назначение и принцип действия В сетях сложной конфигурации с несколькими источниками питания максимальные и направленные защиты не могут обеспечить селективного отключения КЗ, например, в замкнутой (кольцевой) сети с двумя источниками питания.

При КЗ на линии Л2 направленная МТЗ 3 должна работать быстрее защиты 1, а при КЗ на линии Л1, наоборот защита 1 должна работать быстрее защиты 3. Эти противоречивые требования не могут быть выполнены с помощью направленной МТЗ. Токовые отсечки не всегда применимы, а продольные дифференциальные защиты могут быть установлены только на коротких линиях. При КЗ на линии Л2 направленная МТЗ 3 должна работать быстрее защиты 1, а при КЗ на линии Л1, наоборот защита 1 должна работать быстрее защиты 3. Эти противоречивые требования не могут быть выполнены с помощью направленной МТЗ. Токовые отсечки не всегда применимы, а продольные дифференциальные защиты могут быть установлены только на коротких линиях. Указанные недостатки могут быть устранены с помощью дистанционной защиты.

В качестве измерительного органа дистанционной защиты используется реле сопротивления, которое в принципе может быть настроено реагирующим на полное, реактивное или активное сопротивление. Распространение получили дистанционные защиты, реагирующие на полное сопротивление участка линии от места установки до точки КЗ. В качестве измерительного органа дистанционной защиты используется реле сопротивления, которое в принципе может быть настроено реагирующим на полное, реактивное или активное сопротивление. Распространение получили дистанционные защиты, реагирующие на полное сопротивление участка линии от места установки до точки КЗ. Для обеспечения селективности дистанционные защиты в сетях сложной конфигурации необходимо выполнять направленными, действующими только при направлении мощности от шин в линию. ВВ у защит, работающих при одинаковом направлении мощности, взаимно согласовывается так, чтобы при КЗ за пределами защищаемой линии каждая защита имела ВВ на ступень больше ВВ защит на следующем участке. Направленность действия дистанционных защит реализуется с помощью обычных РНМ.

Элементы схемы трехступенчатой дистанционной защиты

Пускового органа ПО 1 – реле сопротивления, питаемое током Ip и напряжением Up сети. Пускового органа ПО 1 – реле сопротивления, питаемое током Ip и напряжением Up сети. Дистанционных органов ДО 2, определяющих удаленность места КЗ. В ступенчатых защитах выполняется с помощью реле минимального сопротивления. Оно срабатывает при условии Zp = Up /Ip < Zc.p, где Zc.p – наибольшее сопротивление, при котором реле начинает действовать, т.е сопротивление срабатывания реле. Сопротивление Zp иногда называется фиктивным, т.к. в режимах нагрузки и качаниях оно не является сопротивлением линии хотя и имеет размерность сопротивления, но не имеющее физического смысла. Органа ВВ 3, реле времени обычной конструкции. Органа направления мощности ОМ 4, не позволяющего работать защите при направлении мощности КЗ к шинам п/с. Блокировки БН 5 – выводит защиту из действия, когда защита может сработать неправильно при отсутствии КЗ. БН 5 срабатывает при отсутствии напряжения питающего защиту. Блокировки БК 6 срабатывающей при качаниях в системе.

Схема защиты работает следующим образом. Схема защиты работает следующим образом. При КЗ на линии работают ПО1 и ОМ4. Через их контакты подается плюс к контактам дистанционных органов ДО и на реле времени третьей зоны ВIII. Если КЗ возникло в пределах первой зоны, то замыкает контакты ДОI, образуя цепь на отключение линии. Если КЗ произошло во второй зоне, то ДОI не работает, т.к. сопротивление на его зажимах больше уставки сопротивления срабатывания первой зоны (Zp > Z1). В этом случае приходит в действие дистанционный орган второй зоны ДОII. Он замыкает контакты и пускает реле времени ВII. По истечении времени tII ВII замыкает контакт и посылает импульс на отключение. При КЗ за пределами второй зоны ДОI и ДОII не работают, т.к. сопротивление на их зажимах превышают уставки сопротивления срабатывания. Защита не может действовать со временем первой и второй зон. Реле времени ВIII, запущенное пусковым реле, срабатывает когда истечет его ВВ t III, и посылает импульс на отключение АВ. Специальных измерительных органов третьей зоны для упрощения защиты не ставят

Принципы выполнения реле сопротивления Получили распространение электромеханические конструкции на электромагнитном и индукционном принципах, а также на п/п. Принцип действия всех разновидностей реле сопротивления основан на сравнении по абсолютному значению или по фазе двух векторов напряжений UI и UII, являющихся функциями тока Ip и напряжением Up сети в общем случае по выражению: UI = к1 Up + к2 Ip ; UII = к3 Up + к4 Ip . В электромеханических конструкциях сравнение UI и UII осуществляется тремя способами: механическим – путем сравнения электромагнитных моментов МЭ I и МЭ II пропорциональных соответственно UI и UII ; электрическим – непосредственным сравнением UI и UII и магнитным – путем сопоставления магнитного потока Ф1 ≡ UI с потоком Ф2 ≡ UII . Меняя коэффициенты к1-к4 можно получать реле сопротивления с различными характеристиками:

реле ненаправленного и направленного полного сопротивлений, реле со смещенной круговой характеристикой, реле реактивного сопротивления и др. реле ненаправленного и направленного полного сопротивлений, реле со смещенной круговой характеристикой, реле реактивного сопротивления и др. Для получения реле с более сложными характеристиками и другими разновидностями используется сравнение трех и более электрических величин, так же являющихся функциями Ip и Up . Основные требования к параметрам реле сопротивления следующие: 1. Реле должны быть быстродействующими, чтобы обеспечить быстрое отключение КЗ в пределах первой зоны. В сетях 110-500 кВ необходимо иметь время срабатывания 20-50 мс, в сетях 35 кВ – 100 мс. 2. Реле должны иметь достаточную точность Zc.p , с тем, чтобы зоны действия защит были стабильными. Погрешность отклонения Zc.p от заданной уставки не должна превышать 10%. 3. Пусковые реле сопротивления должны иметь высокий коэффициент возврата кВ = ZВ / Zc.p = 1,05 – 1,15.

Электромагнитное реле полного сопротивления

МТ < (МН + Ммех), при этом Zp > Zс.p и реле не действует. В случае КЗ напряжение Up уменьшается, а ток Ip возрастает и соответственно уменьшается тормозной момент МН и работает рабочий момент МТ. При Zp < Zс.p момент МТ > (МН + Ммех), реле срабатывает, замыкая свои контакты. МТ < (МН + Ммех), при этом Zp > Zс.p и реле не действует. В случае КЗ напряжение Up уменьшается, а ток Ip возрастает и соответственно уменьшается тормозной момент МН и работает рабочий момент МТ. При Zp < Zс.p момент МТ > (МН + Ммех), реле срабатывает, замыкая свои контакты. Пограничным условием начала работы реле является равенство моментов МТ = (МН + Ммех), при этом Zp = Zс.p . Пренебрегая моментом Ммех с учетом моментов от тока и напряжения МТ и МН соответственно получим: кТ Ip2 = кН Up2, разделив обе части этого уравнения на кН и Ip2 , найдем сопротивление, при котором происходит срабатывание реле Zс.p = Up / Ip = √(кТ/кН). Уравнение показывает, что Zс.p имеет постоянную величину, не зависящую от φр. Характеристика такого реле изображается окружностью с радиусом √кТ/кН и центром в начале координат. Таким образом, рассмотренное реле является ненаправленным реле сопротивления.

Если в последнем уравнении учесть Ммех, то Если в последнем уравнении учесть Ммех, то Zс.p = √(кТ/кН) – Ммех/кН Ip2. Из этого выражения следует, что благодаря наличию механического момента Zс.p зависит от Ip.

Схемы и характеристики срабатывания реле сопротивления (РС) Дистанционная защита реагирует на отношение подведенных к измерительному органу защиты напряжения и тока, т.е. на сопротивление. Режим КЗ отличается от нормального режима работы сети пониженным значением напряжения и повышенным значением тока. Следовательно, сопротивление на входе измерительного органа защиты – реле сопротивления (РС) при КЗ меньше, чем в нормальном режиме. Это обстоятельство и используется для выявления КЗ. Таким образом, дистанционная защита представляет собой защиту минимального сопротивления. Если на вход измерительного органа минимального сопротивления подаётся напряжение замкнувшейся фазы и ток этой фазы, то сопротивление на входе измерительного органа оказывается равным сопротивлению линии от места установки защиты до места КЗ, т.к. удельное сопротивление линии величина постоянная.

Сопротивление на входе измерительного органа защиты представляет собой комплексную величину. Сопротивление на входе измерительного органа защиты представляет собой комплексную величину. Сопротивление на входе защиты (например, защиты 3 на рис.1) Рис. 1 в комплексной плоскости при КЗ в точке К1 есть вектор БК1 (рис. 2), сопротивление линии БВ и суммарное сопротивление линий БВ и ВГ - векторы БВ и БГ, а сопротивление до точки К2 и линии АБ - векторы БК2 и БА.

Рис. 2. Векторы сопротивлений на входе измерительного органа минимального сопротивления дистанционной защиты Рис. 2. Векторы сопротивлений на входе измерительного органа минимального сопротивления дистанционной защиты

Угол наклона этих векторов сопротивления определяется активным и реактивным сопротивлением защищаемых линий. Угол наклона этих векторов сопротивления определяется активным и реактивным сопротивлением защищаемых линий. Сопротивление на входе защиты в рабочем режиме работы электрической сети отображается вектором сопротивления нагрузки, получающей питание по защищаемой линии (на рис. 2). Этот вектор отличается от вектора сопротивления КЗ не только по величине, но и по фазе, так как коэффициент мощности нагрузки = 0,8 - 0,95. Схема п/п реле сопротивления, со схемой сравнения абсолютных значений двух электрических величин на равновесии напряжений, приведена на рис. 3,а.

на выходе полупроводниковых выпрямителей В1 и В2. Балластные сопротивления R1 и R2 необходимы для корректной работы рассматриваемой схемы сравнения. Нуль - индикатор НО выполняется на основе операционных усилителей. на выходе полупроводниковых выпрямителей В1 и В2. Балластные сопротивления R1 и R2 необходимы для корректной работы рассматриваемой схемы сравнения. Нуль - индикатор НО выполняется на основе операционных усилителей.

К выпрямителям схемы сравнения подводятся напряжения от трансреактора TAV и промежуточного трансформатора TL. К выпрямителям схемы сравнения подводятся напряжения от трансреактора TAV и промежуточного трансформатора TL. К первичным обмоткам трансреактора TAV подводятся вторичные токи от ТТ защищаемой линии W1. Для случая КЗ1 это токи IA и IB, которые проходят по первичной обмотке TAV в противоположных направлениях. Поэтому напряжения на вторичных обмотках TAV пропорциональны разности этих токов IТ. Напряжение UT1 c первой вторичной обмотки TAV подводится к выпрямителю В1, а его выпрямленное значение обозначается Uраб. Индикатор НО включается таким образом, чтобы ток Iср , создаваемый напряжением Uраб , действовал на его срабатывание. К трансформатору TL подводится междуфазное напряжение (при включении реле сопротивления на разность токов IA – IB подводится напряжение Uаб). Последовательно с вторичной обмоткой TL включена встречно вторая вторичная обмотка трансреактора TAV. Поэтому результирующее напряжение UT2 = KU . Uаб - KI . IT , где KU – коэффициент трансформации TL. Напряжение UT2 подводится к выпрямителю В2, а его выпрямленное значение обозначается UТор . Последнее создает ток Iбл , действующий на его блокирование (несрабатывание). Напряжение UТор называется тормозным.

В нормальном режиме UТор > Uраб и через НО проходит ток Iбл , действующий на его блокирование. В нормальном режиме UТор > Uраб и через НО проходит ток Iбл , действующий на его блокирование. При КЗ в зоне защиты UТор < Uраб и через НО проходит ток Iср , что приводит к срабатыванию защиты и отключению линии. Реле находится на грани срабатывания, когда |UT1| = |UT2| или |KI . IT| = |KU . Uаб - KI . IT |; поделив оба члена этого уравнения на |KU . IT| , получим |Zср – (KI /KU)| = |(KI /KU)| , (1) где Zср = Uаб / IT . Выражение (1) является уравнением окружности с диаметром 2.|KI /KU|, которое в осях R и jX проходит через начало координат. С учетом этого, рассмотренное реле является направленным реле полного сопротивления, т.к. характеристика его срабатывания располагается в первом квадранте и оно действует только в одном направлении.

При конструировании реле сопротивления этого угла принимается равным углу полного сопротивления защищаемой линии и, как правило, для ЛЭП 110 кВ он равен 65, а для ЛЭП 220 кВ – 80. При всех других значениях φр ≠ δ из треугольника ОАВ получим При конструировании реле сопротивления этого угла принимается равным углу полного сопротивления защищаемой линии и, как правило, для ЛЭП 110 кВ он равен 65, а для ЛЭП 220 кВ – 80. При всех других значениях φр ≠ δ из треугольника ОАВ получим Zcp = K cos(δ – φр). В конструкции реле предусмотрено регулировка уставки Zуст изменением значений KU и модуля |KI|. Это осуществляется изменением коэффициента трансформации TL (изменением числа вторичных витков) и числа витков первичной обмотки трансреактора ТАV. Зона, ограниченная окружностью, является зоной действия реле. Точка 0 соответствует началу защищаемой линии.

По рассмотренной выше схеме выполнены PC, входящие в комплект двухступенчатой дистанционной защиты ДЗ-2 панели типа ЭПЗ-1636, выпускаемой электротехнической промышленностью. Третья ступень ДЗ в панели ЭПЗ-1636 осуществляется с помощью PC типа КРС-1, схема которого аналогична схеме PC защиты ДЗ-2. Кроме того, с помощью PC третьей ступени КРС-1 может быть реализована круговая или эллиптическая характеристика срабатывания, обеспечивающая лучшую отстройку PC от токов нагрузки. По рассмотренной выше схеме выполнены PC, входящие в комплект двухступенчатой дистанционной защиты ДЗ-2 панели типа ЭПЗ-1636, выпускаемой электротехнической промышленностью. Третья ступень ДЗ в панели ЭПЗ-1636 осуществляется с помощью PC типа КРС-1, схема которого аналогична схеме PC защиты ДЗ-2. Кроме того, с помощью PC третьей ступени КРС-1 может быть реализована круговая или эллиптическая характеристика срабатывания, обеспечивающая лучшую отстройку PC от токов нагрузки. Промышленностью выпускается также ненаправленное РС, которое входит в комплект защиты ДЗ-1. В отличие от направленного РС ненаправленное реле полного сопротивления выполнено по схеме сравнения абсолютных значений двух электрических величин на циркуляции токов. Сопротивление срабатывания такого РС является величиной постоянной, не зависящей от угла между током и напряжением. Поэтому в осях R и jX его характеристика изображается окружностью с центром в начале координат и радиусом, равным К. Точка 0 соответствует началу защищаемой ЛЭП.

Т.к. характеристика располагается во всех четырех Т.к. характеристика располагается во всех четырех квадрантах, то РС действует при КЗ не только на защищаемой линии, но и на смежных линиях, т.е. является ненаправленным. Поэтому в ДЗ такое РС применяется в сочетании с РНМ и широко используется в сетях 35 кВ и ниже. В настоящее время электротехническая промышленность выпускает комплекс УРЗ линий 110-330 кВ на микроэлектронной элементной базе типа ШДЭ 2801 и ЩДЭ 2802. Реле сопротивления с многоугольными характеристиками срабатывания шкафов серии ШДЭ обладают улучшенной отстройкой от нагрузочных режимов и допускают срабатывание PC при значительном переходном сопротивлении дуги в случае удалённых КЗ.