Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

Построение функций цифровых защит,
измерительные органы и характеристики цифровых терминалов

Конспект лекций
для магистрантов специальности 6М071800 – Электроэнергетика

Алматы 2013

СОСТАВИТЕЛИ: Л.А. Уткин, Ш.К.Шоколакова. Построение функций цифровых защит, измерительные органы и характеристики цифровых терминалов. Конспект лекций для магистрантов специальности 6М071800 – Электроэнергетика. – Алматы: АУЭС, 2013. – 59 с.

В данном курсе лекций освещены вопросы построения функций цифровых защит, а также приведены основные сведения о цифровых терминалах защит, их выборе и применении. Ил. 37, библиогр. - 13 назв.

Рецензент: доцент Кузембаева Р.М.

Печатается по плану издания НАО «Алматинский университет энергетики и связи» на 2011 год.

Содержание

1. Лекция №1. Аппаратная часть цифровых терминалов релейной защиты и автоматики

2. Лекция №2. Измерительные органы цифровой релейной защиты

3. Лекция №3. Цифровые измерительные органы направления мощности

4. Лекция №4. Цифровые дистанционные органы

5. Лекция №5. Основные подходы при выборе уставок ТЗНП в составе комплекса 7SA522

6. Лекция №6. Полигональные характеристики зон срабатывания дистанционной защиты, входящих в состав терминала 7SA522

7. Лекция №7. Круговые характеристики зон срабатывания дистанционной защиты, входящих в состав терминала 7SA522

8. Лекция №8. Выбор уставок первой ступени дистанционной защиты линии

9. Лекция №9. Выбор уставок второй ступени дистанционной защиты линии

10. Лекция №10. Выбор уставок третьей и четвертой ступени дистанционной защиты линии

11. Лекция №11. Резервная токовая ступенчатая защита, выполненная на цифровом терминале

12. Лекция №12. Защиты трансформаторов и автотрансформаторов

Список литературы

1 Лекция №1. Аппаратная часть цифровых терминалов релейной защиты и автоматики

Содержание лекции: приведена аппаратная часть цифровых терминалов релейной защиты и автоматики.

Цель лекции: изучить аппаратную часть цифровых терминалов релейной защиты и автоматики, получить представление о цифровых терминалах релейной защиты и автоматики.

1.1 Основные характеристики цифровых устройств

Большинство фирм производителей оборудования РЗА прекращают выпуск электромеханических реле и устройств и переходят на цифровую элементную базу.

Переход на новую элементную базу не приводит к изменению принципов релейной защиты и электроавтоматики, а только расширяет ее функциональные возможности, упрощает эксплуатацию и снижает ее стоимость. Именно по этим причинам микропроцессорные устройства очень быстро занимают место устаревших электромеханических и микроэлектронных реле.

Основные характеристики микропроцессорных защит значительно выше, чем у микроэлектронных, а тем более электромеханических. Так, мощность, потребляемая от измерительных трансформаторов тока и напряжения, находится на уровне 0,1-0,5 ВА, аппаратная погрешность - в пределах 2-5%, коэффициент возврата измерительных органов составляет 0,96-0,97.

Мировыми лидерами в производстве устройств РЗА являются европейские концерны ALSTOM, ABB и SIEMENS. Общей для них является тенденция все большего перехода на цифровую технику. Цифровые защиты, выпускаемые этими фирмами, имеют высокую стоимость, которая, впрочем, окупается их высокими техническими характеристиками и многофункциональностью. Микропроцессорную аппаратуру выпускают и другие фирмы: GE Multilin, SEL, Механотроника. Переход на цифровые способы обработки информации в устройствах РЗА не привел к появлению каких-либо новых принципов построения защиты электроустановок, но существенно улучшил эксплуатационные качества реле.

Современные цифровые устройства РЗА интегрировали в рамках единого информационного комплекса функции релейной защиты, измерения, регулирования и управления электроустановкой. Такие устройства в структуре автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) энергетического объекта являются оконечными устройствами сбора информации. В интегрированных цифровых комплексах РЗА появляется возможность перехода к новым нетрадиционным измерительным преобразователям тока и напряжения – на основе оптоэлектронных датчиков, трансформаторов без ферромагнитных сердечников и. т. д. Эти преобразователи технологичнее при производстве, обладают очень высокими метрологическими характеристиками, но имеют малую выходную мощность и непригодны для работы с традиционной аппаратурой.

1.2 Структурная схема

Цифровые устройства РЗ различного назначения имеют много общего, а их структурные схемы очень похожи (см. рисунок 1.1). Центральным узлом цифрового устройства является микроЭВМ, которая через свои устройства ввода-вывода обменивается информацией с периферийными узлами. С помощью этих дополнительных узлов осуществляется сопряжение микроЭВМ (микропроцессора) с внешней средой: датчиками исходной информации, объектом управления, оператором и т. д.

Следует отметить, что в реальном устройстве РЗ может использоваться несколько микропроцессоров (МП), каждый из которых будет занят решением отдельного фрагмента общей задачи с целью обеспечения высокого быстродействия. Так, фирма ALSTOM, для этой цели, использует один мощный процессор, а фирма ABB, использует 4-10 МП, работающих параллельно.

Непременными узлами цифрового устройства РЗА являются: входные U1-U4 и выходные KL1-KL7 преобразователи сигналов, тракт аналого-цифрового преобразования U6, U7, кнопки управления и ввода информации от оператора SB1, SB2, дисплей H для отображения информации блок питания U5. Современные цифровые устройства, как правило, оснащаются и коммуникационным портом X1 для связи с другими устройствами.

Рисунок 1.1 - Структурная схема цифрового устройства защиты

Основные функции выше перечисленных узлов следующие:

1) входные преобразователи обеспечивают гальваническую развязку внешних цепей от внутренних цепей устройства. Одновременно, входные преобразователи осуществляют приведение контролируемых сигналов к единому виду (как правило, к напряжению) и нормированному уровню. Здесь же осуществляется предварительная частотная фильтрация входных сигналов перед их аналого-цифровым преобразованием. Одновременно принимаются меры по защите внутренних элементов устройства от воздействия помехи перенапряжений. Различают преобразователи входных сигналов аналоговые (UЗ, U4) и логические (U1, U2). Первые стремятся выполнить так, чтобы обеспечить линейную (или нелинейную, но с известным законом) передачу контролируемого сигнала во всем диапазоне его изменения. Преобразователи логических сигналов, наоборот, стремятся сделать чувствительными только к узкой области диапазона возможного нахождения контролируемого сигнала;

2) выходные релейные преобразователи. Воздействие реле на защищаемый объект традиционно осуществляется в виде дискретных сигналов управления. При этом выходные цепи устройства защиты выполняются так, чтобы обеспечить гальваническую развязку коммутируемых цепей как между собой, так и относительно внутренних цепей устройства РЗ. Выходные преобразователи должны обладать соответствующей коммутационной способностью и, в общем случае, обеспечивать видимый разрыв коммутируемой цепи.

Тракт аналого-цифрового преобразования включает мультиплексор U6 и собственно аналого-цифровой преобразователь (АЦП)-7. Мультиплексор-это электронный коммутатор, поочередно подающий контролируемые сигналы на вход АЦП. Применение мультиплексора позволяет использовать один АЦП (как правило, дорогостоящий) для нескольких каналов. В АЦП осуществляется преобразование мгновенного значения входного сигнала в пропорциональное ему цифровое значение. Преобразования выполняются с заданной периодичностью. В последующем в микроЭВМ по этим выборкам из входных сигналов рассчитываются интегральные параметры контролируемых сигналов - их амплитудные или действующие значения.

Блок питания (БП)-U5 обеспечивает стабилизированным напряжением все узлы рассматриваемого устройства, независимо от возможных изменений напряжения в питающей сети. Обычно это импульсный БП от сети постоянного тока. Имеются также блоки питания от цепей переменного тока и напряжения.

Дисплей и клавиатура являются непременными атрибутами любого цифрового устройства, позволяя оператору получить информацию от устройства, изменять режим его работы, вводить новую информацию.

Порт связи с внешними цифровыми устройствами. Достоинством цифровых устройств является возможность передачи имеющейся информации в другие цифровые системы: АСУТП, персональный компьютер и. т. д., что позволяет интегрировать различные системы, экономя на каналах связи, затратах на предварительную обработку сигналов и т. п. Коммуникационный порт - необходимый элемент для дистанционной работы с данным устройством.

Наряду с вышеперечисленным, в цифровых устройствах, в общем случае, могут встретиться и другие узлы, например, цифро-аналоговые преобразователи при формировании аналоговых сигналов управления и регулирования.

Практически вся обработка информации в любом цифровом устройстве осуществляется внутри микроЭВМ по определенному алгоритму, реализованному в виде программы работы.

2 Лекция №2. Измерительные органы цифровой релейной защиты

Содержание лекции: приведены принцип дискретизации цифровых сигналов, алгоритмы цифрового преобразования сигналов релейной защиты.

Цель лекции: изучить метод вычисления векторов на основе мгновенных значений величин и их производных, алгоритм двух выборок, алгоритмы на основе дифференциального уравнения линии.

2.1 Максимальная токовая защита. Принцип действия токовых защит

2.1.1 Предварительная обработка аналоговых сигналов.

Цифровая дискретизация сигналов с определенным периодом дискретизации Т (см. рисунок 2.1) накладывает определенные требования к форме, а следовательно, к частотному спектру аналогового сигнала, подлежащего дискретизации.

Очевидно, что при дискретизации сигнала, содержащего быстро изменяющиеся во времени составляющие, может произойти частичная потеря информации, если период дискретизации Т будет слишком большим. Так, информация, содержащаяся в цифровых значениях функции и(пТ), значительно искажена по отношению к дискретизируемой гладкой функции u(t) при периоде дискретизации Т = Т₁ (см. рисунок 2.1,а) и значительно меньше искажена при меньшем периоде дискретизации Т = Т₂ (см. рисунок 2.2,6).

Рисунок 2.1 - Дискретизация аналогового сигнала

Каждый аналоговый сигнал характеризуется частотным спектром А(w), определяющим относительный уровень различных частотных составляющих, входящих в него (см. рисунок 2.2,а).

Так, в сигнале с частотным спектром (см. рисунок 2.1,а) все составляющие с частотами, большими частоты среза w_с = 2л/f_с, практически отсутствуют.

Рисунок 2.2 - Частотные характеристики аналогового (а) и соответствующего дискретизированного (б и в) сигнала при различных периодах дискретизации

При дискретизации аналогового сигнала в соответствии со свойствами дискретных систем его частотные характеристики A_d(w) являются периодическими (см. рисунок 2.2 б, в), причем характеристика A_d(w) зависит от периода дискретизации T следующим образом:

A_d(w)=A(w+2πr/T); r = 0, 1, 2,…

2.2 Векторное отображение дискретизированных синусоидальных сигналов

Основными объектами, для которых используется релейная защита, являются электроэнергетические системы, содержащие элементы, генерирующие, передающие и потребляющие электрическую энергию в виде синусоидального переменного тока.

Для описания синусоидальных величин, проведения расчетов коротких замыканий, выбора уставок и характеристик релейной защиты в энергетике широко используется векторное отображение синусоидально изменяющихся электрических величин, при котором сигналу x(t) = Asin(w_t + ф) соответствует вектор X(t) = Ae^j⁽^Wt ⁺ ^Ф), равномерно вращающийся с угловой частотой w₀ против часовой стрелки. Проекция этого вектора в любой момент времени на ось ординат j соответствует мгновенному значению сигнала x(t). Для удобства рассмотрения и вычислений вращающийся вектор «останавливают», умножая его на e^-^jwot. При этом любому из синусоидальных сигналов Asin(w₀t + ф) соответствует неизменный во времени вектор:

A=Ae^jφ = Acosφ + jAsinφ = A_x + jA_y.

Проекция А_у = Asinj этого вектора на мнимую ось равна мгновенному значению x{t) при t = 0. С помощью векторного отображения удобно рассматривать амплитудные и фазовые соотношения (параметры А, f) между синусоидальными сигналами переменного тока, ввиду того, что основные операции с этими сигналами (сложение, умножение и т.д.) достаточно просто описываются такими же операциями с векторами, соответствующими этим сигналам.

Рисунок 2.3 - Синусоидальная величина (а) и соответствующий ей вращающийся вектор (б)

Указанный метод применим и к дискретизированным цифровым сигналам, являющимися цифровыми выборками u(nT), i(nT) аналоговых синусоидальных сигналов переменного тока и(t):

U(nT) = Usin(ω₀nT + φ_u) ; i(nT) = Isin(ω₀nT + φ_i).

Таким образом, дискретизированные синусоидальные сигналы могут быть представлены вращающимися векторами вида:

U(nT) = Ue^j(φ_u+ ^ω0nT)= U_x(nT) + jU_y(nT) ;

I(nT) = Ie^j(φ_i+ ^ω0nT)= I_x(nT) + jI_y(nT).

2.3 Алгоритмы цифрового преобразования сигналов релейной защиты

В аналоговых устройствах защиты различных принципов выполнения измерение параметров, контролируемых синусоидальных величин ЭС (амплитуд токов и напряжений, сдвига фаз), осуществляется путем воздействия непрерывных аналоговых сигналов, зависящих от входных токов и напряжений, на физическую систему (индукционную, электромагнитную, полупроводниковую и т.д.). По результату этого воздействия оценивается нахождение контролируемых параметров сигналов ЭС в заданной области (в частности, замыкание контакта электромагнитного реле тока, обусловленное поворотом якоря, соответствует при синусоидальном токе превышению его действующим значением заданного значения уставки).

В ЦИО основные операции производятся не с аналоговыми сигналами, а с временными последовательностями чисел, соответствующими дискретным сигналам, полученным при цифровой обработке входных аналоговых сигналов.

Алгоритмом ЦИО является последовательность операций с цифровыми сигналами, зависящими от входных аналоговых сигналов, обеспечивающая измерение контролируемых параметров электрической системы или оценку их нахождения в заданной области.

Алгоритм ЦИО может описываться операциями с цифровыми или дискретизированными аналоговыми сигналами. В дальнейшем, рассматривая аналоговые сигналы и цифровые последовательности, примем следующие обозначения:

u(t) - обобщенный аналоговый сигнал;

и(пТ) - последовательность чисел, возникающих в моменты времени t = пТ(-°о < п < °°), где п - целое число;

Т - период дискретизации (время между двумя соседними выборками);

f_о - основная (промышленная) частота синусоидальных сигналов в ЭС;

w₀ = 2л;f_о - угловая основная частота;

T₀ = 2pi/w₀ - период основной частоты;

N = Т₀/Т - число выборок за период основной частоты.

При графическом изображении алгоритмов будем использовать обозначения, где представлены операции: суммирования двух цифровых последовательностей (см. рисунок 2.4, а); умножения последовательности на постоянный коэффициент а (см. рисунок 2.4, б); запоминания предшествующих величин последовательности, т.е. задержка последовательности на один или на п периодов дискретизации Т (см. рисунок 2.4, в); умножения последовательностей (см. рисунок 2.4, г).

Вычисление средних и действующих значений сигналов.

Рисунок 2.4 - Обозначение основных операций в цифровых цепях

Текущее среднее значение модуля 1/_ср(0 функции u(f) и действующее значение U(t) за период времени Т₀ определяются соответственно по известным формулам:

С учетом вышеуказанных формул и принятых выше обозначений для дискретизированных цифровых сигналов u(nT) имеем:

Вычисление векторов на основе мгновенных значений величин и их производных.

В основу рассматриваемых алгоритмов положена возможность определения амплитуды U и фазы вектора, соответствующего синусоидальному сигналу u(t) = Usin(w_ot + f) известной частоты w₀ по известному в произвольный момент времени t мгновенному значению сигнала u(t) и его производных u'(t) и u"(t). Решая совместно уравнения для u(t) и u'(t) = w₀Ucos(w_ot + f), содержащих два неизвестных: U и f, получим для любого момента:

На основе соотношений можно теоретически мгновенно определить в любой момент времени t амплитуду и фазу синусоидального сигнала частоты w₀. Практически такой алгоритм в чистом виде не применяется, ввиду больших погрешностей, вносимых неточностью измерения производной сигнала и наличием сигналов помех. Однако усреднение измерения, благодаря использованию нескольких выборок, делает алгоритм работоспособным.

Порядком алгоритма назовем число, используемых в нем, сдвигов последовательностей.

Алгоритм первого порядка представляется структурной схемой (см. рисунок 2.5, а), где в общем случае комплексные коэффициенты равны:

a₀ = N/2π + j ; a₁ = -N/2π.

Для алгоритма второго порядка по выражению имеем структурную схему (см. рисунок 2.5, б), где

a₀ = N/2π; a₁ = j ; a₂ = -N/4π.

Рисунок 2.5 - Структурные схемы алгоритмов при операциях

с комплексными (а, 6) и действительными (в) последовательностями

При использовании последовательностей действительных чисел, соответствующих ортогональным составляющим векторов U_x(nT) и U_y(nT)₉, структурная схема алгоритма второго порядка имеет вид (см. рисунок 2.9, в), где

a₀_x = N/4π; a₁_x = 0; a_2x= -N/4π; a_1y = 1; a_2y = 0.

3 Лекция №3. Выбор уставок пусковых органов при КЗ на землю и блокировки при качаниях

Содержание лекции: приведены характеристики срабатывания пусковых органов при КЗ на землю и блокировки при качаниях.

Цель лекции: изучить выбор уставок пусковых органов при КЗ на землю и уставок блокировки при качаниях энергосистемы.

3.1 Выбор уставок пусковых органов при КЗ на землю

Уставку по току 3I₀ (1203) рекомендуется устанавливать несколько ниже минимально ожидаемого тока 3I₀ в конце зоны действия самой чувствительной ступени ДЗ при однофазных КЗ на землю.

Во избежание излишних пусков чувствительных ступеней защиты при работе ВЛ 750 кВ с неполным числом фаз реакторов и возможных их срабатывании от нагрузочного режима на ВЛ (для ВЛ без реакторов, с учетом тока небаланса нагрузочного режима), рекомендуется для этого режима отстраивать уставку 3I₀> от тока небаланса в этом режиме по формуле

. (1)

Отстройка от составляющей тока небаланса, вызванного погрешностью ТТ в нагрузочном режиме, может осуществляться выбором соответствующего коэффициента торможения 3I₀>I_ph_max (1207) в диапазоне (0,05-0,3).

Отмечается, что в защите имеется дополнительный пусковой фактор для дистанционных однофазных органов по соотношению тока нулевой последовательности к току обратной последовательности (уставка не задается), позволяющий повысить чувствительность пускового органа.

Уставку по току I_ф> (1202), определяющую минимальный рабочий ток для пуска по полному сопротивлению, рекомендуется устанавливать на минимальное значение 0,1×I_ном..

Уставка по напряжению несимметрии 3U₀>.

Обнаружение повреждения при КЗ на землю может дополняться регистрацией напряжения несимметрии 3U₀>(адрес 1204).

Выбор напряжения срабатывания 3U₀должен производиться по следующим условиям:

1) По отстройке от напряжения небаланса в первичной сети по формуле

, (2)

где k_отс.= 1,2 - коэффициент отстройки, учитывающий погрешность ТН, возможные колебания напряжения небаланса под влиянием переходных процессов;

U_нб.max - напряжение небаланса в первичной сети:

-для нормального режима может быть принято 1 В втор.;

-для ВЛ, проходящих в одном коридоре и имеющих большие уровни наведенного напряжения принимается по результатам замеров на отключенной ВЛ в режиме подключенных шунтирующих реакторов по концам;

-при неполнореакторном режиме работы ВЛ 750 кВ принимается максимальное расчетное напряжение небаланса при максимальном допустимом рабочем напряжении в сети.

2) По обеспечению чувствительности к однофазным металлическим КЗ

в конце зоны Z5 по формуле

k_ч, (3)

где 3U_0 min - минимальное значение напряжения нулевой последовательности (утроенное) в месте установки защиты при КЗ на землю в конце зоны дальнего резервирования.

3.2 Выбор уставок блокировки при качаниях

В дистанционной защите 7SA522 блокировка при качаниях построена на предположении того, что качания являются симметричными процессами в энергосистеме, но могут появиться и в несимметричном режиме, поэтому измерения скорости изменения сопротивления осуществляются для каждой из фаз.

При появлении тока 3I₀ больше значения уставки 3I₀> (1203), 3U₀ больше установленного значения в 1204, либо других пусковых факторов, происходит возврат блокировки от качаний и защита может срабатывать на трехфазное отключение, в том числе и по дистанционным органам от однофазных КЗ.

Критерием качаний является скорость прохождения вектором Z, расстояния между полигоном качаний и огибающей максимальных значений характеристик зон срабатывания защиты. Указанные величины устанавливаются на заводе-изготовителе и составляют DR=DX=5 Ом вт.; Dt=40 мс, кроме того имеется дополнительный контроль по производной dR/dt, допускающий скольжение с разностью частот 7 Гц. Указанные величины не подлежат регулировке в условиях эксплуатации.

Выбор уставок блокировки от качаний заключается в выборе блокируемых зон дистанционной защиты. Как правило, в наших условиях достаточно блокировать I, II ступени дистанционной защиты, при этом также блокируется ступень Z1В.

При выборе блокируемых зон необходимо исходить из сравнения времен срабатывания указанных ступеней с минимально возможным расчетным циклом качаний для конкретной линии.

Действие блокировки при качаниях на отключение линии при нарушении устойчивости, т.е. на ликвидацию асинхронного режима использовать не рекомендуется, ввиду трудности обеспечения селективности такого действия.

3.3 Зависимые (АMZ) ступени максимального тока IP, 3I0P с IEC-характеристиками срабатывания

Общие положения.

Зависимые от тока ступени работают в принципе так же, как другие токовые ступени. Время выдержки определяется здесь выбранной характеристикой срабатывания (параметр KENNLINIE), величинами тока и уставки по времени. Выбор возможной характеристики производится при параметрировании функций устройства. Кроме этого, можно задать дополнительное независимое от тока время задержки T IPverz или T IEPverz, которое суммируется с зависимым от тока временем задержки.

Для установки параметров функционирования по адресу 2660 “KENNLINIE” возможны следующие варианты:

1) инверсная (inverse, тип А согласно IEC 60255-3);

2) сильно инверсная (very inverse, тип B согласно IEC 60255-3);

3) экстремально инверсная(extremely inverse,тип С согласно IEC60255-3);

4) длительно инверсная (longtime, тип B согласно IEC 60255-3).

Для установки значения срабатывания IP (адрес 2640) и 3I0p (адрес 2650) действительны положения, приведенные для независимых ступеней максимального тока.

Учитывая, что в основной сети ОЭС Украины уставки выдержек времени на инверсном принципе не используются, а также сложности при согласовании с защитами смежных присоединений рекомендуется не использовать данную ступень.

3.4 Защита от повреждений в узле присоединения (ошиновке)

Общие положения.

Данная ступень максимального тока используется в качестве защиты от повреждения в узле присоединения (до линейного разъединителя), и в то же время может работать как дополнительная независимая ступень максимального тока. Под повреждением в узле присоединения (ошиновке) понимается КЗ в начале линии, между трансформатором тока и разъединителем присоединения. Особое значение эта функция имеет при полуторной схеме распредустройства .

Защита от повреждений в узле присоединения (англ. “stub protection”) является максимальной токовой защитой, которая вводится лишь тогда, когда на дискретный вход “>STUB Frg.” поступает сообщение о том, что разъединитель присоединения разомкнут. Дискретный вход должен управляться через блок-контакт этого разъединителя. При замкнутом разъединителе (блокирующий сигнал на дискретном входе “>STUB block”) защита не действует. Если данная защита используется как обычная независимая ступень максимальной токовой защиты с выдержкой времени, дискретный вход “>STUB block” может оставаться незадействованным. Однако сигнал “>STUB Frg.” при необходимости активизируется с помощью дискретного входа или с помощью определяемой пользователем логики CFC.

3.5 Установка параметров функционирования

При использовании ступени I STUB в качестве защиты от повреждений в узле требования к выбору параметров срабатывания Iph STUB (адрес 2630) и 3I0 STUB (адрес 2632) не столь критичны, т.к. защита должна работать только при разомкнутом разъединителе присоединения, когда любой ток, вызывающий срабатывание, обусловлен наличием повреждения в зоне защиты. В случае полуторной схемы распредустройства возможно протекание больших токов КЗ от одной сборной шины к другой сборной шине (или к присоединению) и при различной погрешности ТТ , возможно появление значительного тока небаланса , от которого данная защита должна быть отстроена. Могут быть рекомендованы следующие условия выбора уставок по току:

- для параметра Iph STUB – обеспечение чувствительности (К_ч>1,2) в минимальном режиме при двухфазном КЗ на шинах;

- для параметра 3I0 STUB – обеспечение чувствительности (К_ч>1,2) в минимальном режиме при однофазном КЗ на шинах.

Чтобы не произошло отключение от этой функции защиты при замкнутом разъединителе, параметры T Iph STUB (адрес 2631) и T 3I0 STUB (адрес 2633) устанавливаются на бесконечность.

Если параметры T Iph STUB (адрес 2631) и T 3I0 STUB (адрес 2633) имеют конечное значение выдержки времени, то возможна реализация независимых резервных ступеней.

Параметр AUS Frg. STUB (адрес 2634) устанавливается на Ja (Да), чтобы защита вводилась в действие при разомкнутом разъединителе. Если параметр установлен на Nein (Нет), то эта ступень будет работать как независимая резервная ступень с выдержкой времени, и при таком варианте использования действительны те же положения, что и для других ступеней максимального тока.

Если должно выполняться мгновенное отключение или отключение с небольшой выдержкой времени T SOTF>> (адрес 2680) при включении линии на повреждение, рекомендуется установить параметр SOTF I >>> (адрес 2635) на Ja (Да). При использовании функции защиты повреждений в узле присоединения (ошиновке) установите параметр на Nein (Нет), так действие данной функции определяется только положением разъединителя.

4 Лекция №4. Цифровые дистанционные органы

Содержание лекции: приведены основные технические характеристики и функции устройства 7SA522. Особенности использования 7SA522, 7VK61 на ВЛ 500 кВ с учетом отечественных подходов.

Цель лекции: изучаются основные технические характеристики и функции устройства 7SA522. Особенности использования 7SA522, 7VK61 на ВЛ 500 кВ с учетом отечественных подходов.

Терминалы 7SA522 и 7VK61 производства фирмы Siemens являются устройствами четвертого поколения. В них воплощены последние достижения фирмы Siemens в области микропроцессорных устройств РЗА, мирового релестроения и достижений в области микроэлектроники и информатики. Терминал 7VK61 включает в себя основные функции УРОВ и АПВ (ОАПВ и ТАПВ), причем последнее может быть реализовано с контролями напряжения на линии и шинах, а также, при использовании свободно конфигурируемой логики, бинарных входов и выходных реле, в нем могут быть реализованы функции управления и автоматики выключателя. Использование терминалов 7VK61 предполагается на ВЛ 330-500 кВ, имеющих два выключателя на присоединение. Для схем ОРУ с одним выключателем на присоединение предполагается использование аналогичных внутренних функций в терминале 7SA522.

В 7SA522 главной является функция дистанционной защиты от всех видов к.з., хотя в целом это устройство многофункциональное и кроме дистанционной защиты содержит четырехступенчатую ТЗНП, трехступенчатые МТЗ и ТЗНП (без направления мощности), которые могут использоваться или в качестве аварийных, или как резервные токовые защиты. Для ускоренного отключения к.з. при ручном включении и АПВ имеется защита мгновенного отключения при больших токах к.з. на токовом принципе либо ввод соответствующих ступеней дистанционной (Z1B) и ТЗНП, с использованием свободно конфигурируемой логики и функции определения положения выключателя, дополняемой контролем отсутствия напряжения на линии. В 7SA522 имеются функции определения места повреждения на линии (ОМП), регистрации аварийных параметров и событий, контроля рабочих значений токов, напряжений, активной и реактивной мощности, частоты; контроль суммы измеряемых токов и, соответственно, напряжений; контроль симметрии токов и симметрии напряжений. Также 7SA522 имеет функции УРОВ и АПВ аналогично устройству 7VK61, которые могут быть использованы для одного выключателя.

Дистанционная защита имеет шесть ступеней, из них зона Z1B управляемая, вводимая при телеускорении или автоматическом ускорении в случае опробования линии с контролем отсутствия напряжения. При желании можно вводить оперативно эту зону в качестве оперативного ускорения.

Телеускорение и автоматическое ускорение дистанционной защиты посредством ввода зоны Z1B дистанционной защиты и, как правило, III ст. ТЗНП выполняется посредством логики CFC с реализацией отечественных подходов. Отличие в том, что по уставкам мы можем реализовать один из имеющихся в распоряжении способов телеускорения (РОТТ, PUTT, блокирующий, деблокирующий), но при наличии логических функций CFC и определяемых пользователем сообщений, возможно реализовать любые схемы телеускорения параллельно. У нас принято: по 1 команде реализовать отключение 3 фаз с запретом АПВ, посредством выхода на вход блокировки АПВ и через диод на вход трехфазного отключения (используется определяемое сообщение №2); по 2 команде – отключение 3 фаз с пуском УТАПВ, действует на ввод зоны Z1B, а также с контролем токового органа IV ст. ТЗНП и паралельно, реле фиксации цикла ОАПВ на вход трехфазного отключения (ранжированный определяемым сообщением №2) и параллельно через диод действует на пуск УТАПВ. 3 команда – отключение 1 фазы с пуском ОАПВ, действует на ввод зоны Z1B и через диод на вход телеускорения III ст. ТЗНП, ускоряемой по методу сравнения направленности. 14 команда – телеускорение по методу сравнения направленности с вводом зоны Z1B и использованием направленной III ст. ТЗНП. Телеускоряемая III ступень ТЗНП должна блокироваться в цикле ОАПВ через логику CFC.

Так как ТЗНП не может выявить поврежденную фазу, а используемые для нее избирательные органы с оценкой фазных напряжений и токов, а также симметричных составляющих токов прямой, обратной и нулевой последовательностей для выявления поврежденной фазы не всегда работают надежно, то для предотвращения возможных срывов ОАПВ по цепи телеускорения ТЗНП, рекомендуется использовать задержку 0,2 с, реализуемую на таймере с использованием логики CFC.

По аналогичной причине для линий с ОАПВ время действия I ступени ТЗНП рекомендуется выполнять 0,2 с.

Аварийные резервные токовые защиты рекомендуется использовать только в качестве аварийных, причем, с независимыми характеристиками срабатывания.

Чувствительную ступень нулевой последовательности выбирать по условию обеспечения чувствительности к к.з. на землю на своей линии во всех режимах, t » 0,8 с. МТЗ выбирать по условию обеспечения отстройки по току от максимальных нагрузочных режимов, с отстройкой по времени от качаний, т.е. t » (2,5 –3,0) с.

Технические данные функций, входящих в состав терминала 7SА522, приводить здесь не имеет смысла.

Во-первых, ввиду их большого количества, т.к. только их прочитывание без анализа и пояснения заняло бы много времени.

Во-вторых, с каждой новой версией программного обеспечения защиты 7SА522 меняются и определенные технические характеристики и функции.

Хочется отметить, что возросший в последней версии 7SА522 диапазон уставок по X и R до 600 Ом вт. требует установки минимального тока работы дистанционных органов защиты 0,1 А, т.к. только при таких значениях тока срабатывания можно будет снять круговую характеристику срабатывания дистанционных органов ступеней дальнего резервирования.

При этом, если будет реализована уставка 600 Ом по X и около того по R, то, чтобы снять точку характеристики в правом верхнем углу необходимо подать фазное напряжение порядка 85 В, что далеко не все испытательные установки могут обеспечить.

Рассматривая технические данные и характеристики функций 7SА522, хочется обратить внимание на связанность отдельных параметров. Так, например, угол наклона характеристик дистанционных органов общий для всех ступеней, уставки по X общие для междуфазных и однофазных дистанционных органов, то же самое относится к временам срабатывания III, IV, V ступеней. Блокирование (например, в цикле ОАПВ или на время операций в токовых цепях защиты) выполняется сразу всех ступеней ТЗНП или аварийной токовой защиты, что не всегда оправдано. При большом желании можно попытаться уйти от этого за счет использования логики CFC, но это уже усложнение защиты и, самое главное, то, что мы дополнительно нагружаем процессор, а его возможности также не безграничны. Этот факт тоже надо учитывать при загрузке функциями терминала, чтобы не переусердствовать.

Особенности использования функций терминалов 7SA522, 7VK61 на наших ВЛ с учетом наших подходов в эксплуатации также накладывают свой отпечаток и создают дополнительные трудности.

На ВЛ с двумя выключателями на присоединение требуется дополнительно использовать приставки 7VK61 для каждого выключателя из-за функции УРОВ. Но если мы имеем 7VK61 индивидуальные для каждого выключателя, то функции АПВ в них использовать более целесообразно. Значит, внутренние функции АПВ в 7SA522 вообще-то не нужны, но тогда необходимо выполнять сложные перевязки между 7SA522 и обоими комплектами 7VK61. А к сожалению в 7VK61 выходные реле, точнее их контакты, связаны группами под общий «+» и их не хватает; требуется установка реле-повторителей и все это усложняет проектные решения.

Далее, на ВЛ500-750 кВ с необходимостью оперативного вывода ОАПВ, при сохранении УТАПВ на линии. И наоборот, в каких-то режимах необходимо вывести УТАПВ, ТАПВ, при сохранении ОАПВ на линии. В уставках можно реализовать все возможные комбинации, но вот обеспечить оперативные переключения оказалось затруднительным, поскольку часть параметров настройки и уставок относящихся к функциям настройки АПВ, оказались в так называемых, общих параметрах устройства, т.е. терминала, и принять их разные значения в разных наборах уставок терминала невозможно. Т.е. реализовать изменение режимов АПВ (в 7SA522 и 7VK61) переключением набора уставок затруднительно. Поэтому пришлось идти на определенные «жертвы», т.е. при необходимости вывода ОАПВ выводим и УТАПВ и наоборот, сохраняя при этом только ТАПВ, как АПВ второго цикла.

Также с проблемой длительного запрета АПВ на одном из выключателей, например. При работе защит от внутренних повреждений защит АТ, блока и т.п.

Ничего другого, как действовать на вывод АПВ мы не придумали, а это тянет за собой другие трудности и так клубок запутывается. Я не уверен, что мы все решения приняли правильные, жизнь покажет, а возможно, что внедрение устройств 7SA522, 7VK61 в других странах СНГ подскажет и нам более простые решения, которых мы пока не видим.

“Рекомендации по выбору уставок дистанционных и токовых защит 7SA522 фирмы “Siemens”” могут быть использованы при расчете уставок функций, входящих в состав терминалов 7SA522.V4.1, 7SA61X и 7VK61X производства фирмы “Siemens”, при использовании их на ВЛ110-750 кВ. Естественно, что они годятся и для других версий программного обеспечения указанных типов защит, но с учетом особенностей их технических характеристик и функций, отраженных в технической документации на эти устройства.

“Рекомендации по выбору уставок дистанционных и токовых защит 7SA522 фирмы “Siemens”” разрабатывались в большой мере на основе подходов принятых нами при разработке “Методики выбора уставок для дистанционной защиты от всех видов к.з. типа 7SA513 фирмы “Siemens””. Учтен был положительный и отрицательный опыт выбора уставок более чем на 40 концах ВЛ330-750 кВ ОЭС Украины, учтены особенности новых устройств 7SA522, 7SA61X и 7VK61X. Был также учтен опыт выбора уставок устройств REL521 фирмы АВВ.

Изначально, приступая к разработке конспекта лекций мы предполагали разработать методику короткую, относящуюся в основном к выбору уставок по Х и RE, а также времени срабатывания ступеней дистанционной защиты от однофазных к.з. Потом, лучше изучив эти защиты, поняли, что там столько особенностей, что если не хочешь иметь неприятностей от наладчиков, то лучше как можно подробней расписать все уставки и настроечные параметры.

Потому что, если их будет устанавливать наладчик по своему усмотрению, то он их установит в лучшем случае, как ему кажется правильным, но не так как Вам бы хотелось. В худшем случае оставит заводские настройки.

Поэтому, во-многом, в конспекте лекций сперва появились настроечные параметры основных функций дистанционных и токовых защит, а также настройки конфигурации терминала, а затем функций АПВ и УРОВ, а еще позже практически всех основных и дополнительных функций, которые мы у себя используем, включая настройки контроля измерительных цепей тока и напряжения.

Из-за насыщенности терминала всевозможными защитными функциями и функциями автоматики и управления, описать все возможные режимы их применения затруднительно. Да и на фирме каждый разработчик отвечает за свой конкретный объем функций. Принципы там заложенные, нас не устраивают, а для разработки методической основы их использования у нас не хватает теоретической базы. Не исключаю, что и некоторые из проработанных нами вопросов изложены поверхностно или с ошибками. Подчеркиваю, в основном мы работали с заводской документацией, в которой не все вопросы освещены так, как нам бы хотелось. Некоторые моменты изложены в фирменной документации, противоречат реальному поведению устройства, в основном это относится к алгоритму функционирования АПВ, их блокировок, условий пуска и т. д.

5 Лекция №5. Основные подходы при выборе уставок ТЗНП в составе комплекса 7SA522

Содержание лекции: изучаются выбор уставок ТЗНП в составе комплекса 7SA522.

Цель лекции: расчет уставок токов нулевой последовательности при замыкании на землю в сетях с глухозаземленной нейтралью, изучить специфические особенности подобных защит.

5.1 Общие подходы

В комплексе 7SA522 для ликвидации к.з. на землю предусмотрена отдельная токовая защита нулевой последовательности, которая содержит:

- три ступени максимальной токовой защиты нулевой последовательности с независимыми характеристиками выдержек времени (UMZ–защита);

- ступень максимального тока нулевой последовательности с токозависимой характеристикой выдержки времени (AMZ–защита).

Эти четыре ступени независимы друг от друга и могут комбинироваться в любой последовательности. Если токозависимая ступень не требуется, то ее можно использовать как четвертую независимую ступень.

Любая ступень может быть установлена ненаправленной или направленной — "вперед" или "назад". Для определения направления в качестве опорного параметра применяется напряжение нулевой последовательности UE = 3·U0.

Если защита устанавливается на линии, которая заканчивается трансформатором, то при включении трансформатора с заземленной нейтралью в защите возникает ток нулевой последовательности, обусловленный броском тока намагничивания. Чтобы избежать излишнего срабатывания быстродействующих ступеней необходимо использовать блокировку от броска тока намагничивания при включении.

Защита от КЗ на землю может блокироваться дистанционной защитой, рекомендуется данный параметр устанавливать «без блокировки при пуске ДЗ».

Также защита от КЗ на землю может блокироваться во время цикла ОАПВ, чем предотвращается возможное неправильное действие из-за появления параметров тока и напряжения нулевой последовательности. Рекомендуется предусмотреть возможность блокировать в цикле ОАПВ с помощью дискретных входов отдельные ступени ТЗНП , уставка по времени которых не отстроена от паузы ОАПВ, а уставка по току - от тока 3I_0неп, протекающего в месте установки защиты в неполнофазном режиме в цикле ОАПВ на защищаемой ВЛ.

Торможение по фазному току рекомендуется устанавливать 0%, поскольку оно используется для всех ступеней одновременно, что при больших значениях фазных токов может привести к загрублению ступеней.

С помощью параметрирования можно установить через какую ступень (ступени) ТЗ должно выполняться быстрое отключение при включении на КЗ. Ускоряемая ступень должна охватывать всю защищаемую ВЛ с необходимым коэффициентом чувствительности (в отечественной практике используют III ступень ТЗНП). Чтобы избежать ложного срабатывания вследствие протекания больших переходных токов при включении, можно установить задержку T SOTF (адрес 3173). Рекомендуется устанавливать указанную задержку больше реально возможного t_в,разн (разновременности включения фаз выключателя ), в зависимости от типа выключателя.

Излишнее отключение при включении трансформатора предотвращается с помощью блокировки от броска тока включения даже, если рассматриваемая ступень работает без задержки при ручном включении.

Выбор способа телеускорения ТЗНП должен определяться организацией каналов связи, используемых для РЗА. В отечественной практике применяются способы сравнения направлений ( обычно с использованием 14-ой команды АКПА) и способ направленной блокировки ( с использованием ВЧ поста типа ПВЗ).

Выбор уставок.

Выбор уставок ТЗНП для 7SA522 соответствует условиям и принципам, изложенным в «Руководящих указаниях по релейной защите. ТЗНП ВЛ110-500 кВ. Расчеты. Выпуск 12», с учетом особенностей выполнения токовой защиты от КЗ на землю в 7SA522.

1-я ступень.

Выбор уставок первой ступени 3I₀>>> производится по следующим условиям:

- отстройка от максимального значения тока 3I_0
макс ,проходящего в месте установки защиты при однофазном и двухфазном металлическом КЗ на землю на шинах подстанций с обеих сторон защищаемой линии . Коэффициент отстройки k_отс.=1,2-1,4 ;

- отстройка от тока 3I₀_неп, проходящего в месте установки защиты в кратковременном неполнофазном режиме, возникающем при неодновременном включении 1 и 2-х фаз выключателя, k_отс.=1,2;

- отстройка от тока 3I_{0 неп}, проходящего в месте установки защиты в неполнофазном режиме в цикле ОАПВ на защищаемой и смежной линиях (последнее осуществляется в случае, если токовая защита блокируется в цикле ОАПВ на защищаемой ВЛ), k_отс.=1,2.

Проверка чувствительности первой ступени 3I₀>>> производится при однофазном и двухфазном КЗ на землю в начале ВЛ в наиболее благоприятном по условию чувствительности режиме; k_ч ³ 1,2 – коэффициент чувствительности (согласно ПУЭ, п.III-2-26), но исходя из опыта эксплуатации, допускается k_ч =1,1.

Для ВЛ без ОАПВ, если выбранная уставка 3I₀>>> удовлетворяет условию отстройки от тока неполнофазного режима , возникающего при неодновременном включении 1 и 2-х фаз выключателя , T3I₀>>> принимать равным 0с.

Опыт эксплуатации устройств фирмы Siemens показал, что принцип работы избирательных органов токовой защиты, основанный на оценке напряжений «фаза-земля», фазных токов и симметричных составляющих токов (из положения по фазе токов обратной и нулевой последовательности определяется вид повреждения) ненадежен. Исходя из этого, на ВЛ с ОАПВ с целью предотвращения срывов ОАПВ , рекомендуется время срабатывания T3I₀>>> данной ступени принимать равным 0.2с, что позволит дистанционной защите от КЗ на землю отключить поврежденную фазу.

2-я ступень.

Выбор уставок второй ступени 3I₀>> производится по следующим условиям:

- отстройка от 3I₀, проходящего через защиту при однофазном и двухфазном металлическом КЗ на землю на шинах смежного напряжения автотрансформатора, с обеих сторон от защищаемой ВЛ;

- согласование с первыми ступенями токовых и дистанционных защит от КЗ на землю смежных участков. Расчетной точкой КЗ является конец зоны первой ступени предыдущего элемента (k_отс.=1,1). Согласование с резервными (аварийными) токовыми защитами типа IOC, TOC для всех ступеней ТЗНП не производится;

- отстройка от тока 3I_0неп, проходящего в месте установки защиты в неполнофазном режиме в цикле ОАПВ на защищаемой и на смежных ВЛ (последнее осуществляется в случае, если токовая защита блокируется в цикле ОАПВ на своей ВЛ либо пауза ОАПВ на смежных ВЛ имеет большее время, чем время срабатывания рассматриваемой ступени).

Проверка чувствительности второй ступени 3I₀>> производится при однофазном и двухфазном КЗ на землю в конце защищаемой ВЛ. Уставка должна обеспечивать:

- k_ч = 1,3 – в транзите;

- k_ч = 1,5 – при наличии на противоположной подстанции отдельной защиты шин в режиме каскадного отключения.

Если выбранная уставка не обеспечивает требования чувствительности, эта функция возлагается на 3-ю ступень ТЗНП.

Выдержка времени T3I₀>> II ступени выбирается с учетом времени действия УРОВ элементов, с которыми производится согласование, по формуле

T3I₀>> =t_cp+t_EHJD+ t_DD+D t, (4)

где Dt – ступень селективности, которую рекомендуется принимать:

- при согласовании с цифровыми защитами Dt=0,1с;

- при согласовании с защитами с электронными реле времени Dt=0,2c;

- при согласовании с защитами с электромеханическими реле времени Dt=0,3с.

3-я ступень.

При выборе уставок 3-ей ст. исходим из того, что ступень выполняется направленной, а также ускоряемой в режиме сравнения направлений, при АПВ и ручном включении.

Поэтому основным требованием к уставке по току 3I₀> является обеспечение k_ч = 1,3 – в транзите и k_ч = 1,5 – в каскаде при однофазном и двухфазном КЗ на землю в конце защищаемой ВЛ через переходное сопротивление R_пер.=0¸R_{пер.расч.} в минимальном режиме.

При КЗ на землю переходное сопротивление определяется многими факторами: классом напряжения ВЛ, величиной тока КЗ, сопротивлением возникающей дуги, допустимым сопротивлением заземления опоры, условиями заземления троссов, сопротивлением растеканию токов нулевой последовательности в грунте и др.

Для ВЛ-110,220кВ с заземлением грозозащитного тросса на каждой опоре, а также для ВЛ-330, имеющих грозозащитный тросс со встроенными волоконно-оптическими линиями связи, принимается R_{пер.расч}=5 Ом перв. Для других линий, при отсутствии точных данных, принимается:

- для ВЛ 330-400 кВ R_{пер.расч}=14 Ом перв.;

- для ВЛ 500-750 кВ R_{пер.расч}=20 Ом перв.

Далее рассматриваются условия:

- согласование с защитами предыдущих линий: со II или III ступенями ТЗНП (последнее в случае, если при согласовании со II ступенью ТЗНП не обеспечивается требование чувствительности) и II или III ступенью ДЗ от КЗ на землю;

- согласование с I ступенью защиты от КЗ на землю предыдущего автотрансформатора, установленной на стороне смежного напряжения;

- отстройка от тока 3I_0неп, протекающего в месте установки защиты в цикле ОАПВ на защищаемой или смежных ВЛ, в случае, если выдержка времени ступени меньше паузы ОАПВ соответствующей линии.

Если при отстройке от тока 3I_0неп в цикле ОАПВ на защищаемой линии не будет обеспечиваться требование чувствительности, то III ст. ТЗ следует блокировать в цикле ОАПВ, а если чувствительность не будет обеспечиваться по условию отстройки от цикла ОАПВ на смежных ВЛ, то выдержку времени срабатывания ступени следует принять больше длительности паузы ОАПВ на смежной линии и указанное условие не считать расчетным.

Следует отметить, что для телеускоряемой ступени отстройку от тока 3I_0неп в цикле ОАПВ выполнять обязательно. Если при этом не будет выполняться требование чувствительности, приведенное выше, необходимо блокировать рассматриваемую ступень в цикле ОАПВ:

- отстройка от тока небаланса 3I₀ при внешних междуфазных КЗ (как правило, трехфазных), если рассматриваемая ступень имеет выдержку времени равную или меньшую, чем дистанционная защита на стороне смежного напряжения трансформатора (АТ) с обеих сторон от защищаемой ВЛ;

- для линий со взаимоиндукцией следует производить отстройку от тока 3I₀, протекающего в месте установки защиты, при КЗ вдоль линий, имеющих взаимоиндукцию с защищаемой;

- отстройка от тока 3I_0неп, проходящего в месте установки защиты в кратковременном неполнофазном режиме, возникающем при неодновременном включении фаз выключателя, данное условие не расматривается, если ускоряемая ступень защиты отстроена по времени от указанного режима с использованием параметра T SOTF >t_разн;

- от тока небаланса в нулевом проводе трансформаторов тока при несинхронном включении, если оно возможно на защищаемой линии.

Уставка по времени T3I₀> выбирается по условию согласования с защитами смежных элементов.

4 ступень.

Ступень 3I_0Р используется в качестве ступени с независимой от тока выдержкой времени.

Выбор уставки по току 3I_0Р производится по следующим условиям:

- обеспечение дальнего резервирования при КЗ на землю в конце зоны резервирования в режиме каскадного отключения. В качестве расчетного принимается реально возможный режим, при котором имеет место минимальное значение тока, k_ч =1.2;

- обеспечение чувствительности при КЗ на землю с большими R_пер =80-100 Ом в конце защищаемой ВЛ в реально возможном режиме, при котором имеет место минимальное значение тока (k_ч = 1,3 – в транзите и k_ч = 1,5 – в каскаде);

- отстройка от суммарного тока небаланса в нулевом проводе ТТ, протекающего в максимальном нагрузочном режиме;

- отстройка от тока небаланса в нулевом проводе ТТ при междуфазных КЗ за предыдущим автотрансформатором с обеих сторон от защищаемой ВЛ, если рассматриваемая ступень имеет выдержку времени, равную или меньшую, чем у защиты от междуфазных КЗ стороны смежного напряжения автотрансформатора;

- согласование с III(IV) ступенями ТЗНП и соответствующими ступенями ДЗ от КЗ на землю смежных линий, а также со II(III) ступенью защиты от замыканий на землю, установленной на стороне смежного напряжения АТ;

- для ВЛ с шунтирующими реакторами необходимо проверить отстройку от тока 3I₀при неполнореакторных режимах работы ВЛ, на которой установлена защита.

Вопрос о выполнении каждой ступени токовой защиты от замыканий на землю направленной или ненаправленной следует решать с учетом обеспечения требований чувствительности и селективности защиты. Для повышения надежности срабатывания защиты целесообразно, чтобы одна из ступеней, которая надежно охватывает линию, была выполнена ненаправленной. Если ступень выполняется ненаправленной, то режимы согласования и отстройки необходимо выполнять с соответствующими защитами на смежных присоединениях с обеих сторон линии.

Минимальное напряжение для определения направления 3U0> определяется из условия отстройки от суммарного напряжения небаланса в нормальном нагрузочном режиме.

Чувствительность по напряжению срабатывания определяется при КЗ на землю в конце смежного участка в расчетном режиме, причем К_ч³1.2.

В 7SA522 предусмотрена возможность использования нескольких наборов уставок (от А до Д):

- если при выборе уставок какой-либо ступени условия отстройки, согласования в рассматриваемом расчетном режиме приводят к загрублению ступени или к увеличению выдержки времени, целесообразно использовать для этого режима отдельный набор уставок;

- при отсутствии на линии быстродействующих защит (например, вывод из работы основной защиты и каналов телеускорения) целесообразно иметь меньшее время срабатывания защиты. Для такого режима, уставку по времени срабатывания ступени, надежно защищающей ВЛ, ограничить до 0,3-0,4 с. Указанная уставка может использоваться в наборе уставок Д, который вводится в работу при выходе из строя каналов телеускорения и вч защит на защищаемой ВЛ;

- если условие неполнореакторного режима работы ВЛ является определяющим при выборе уставки IV ступени и приводит к ее загрублению, то указанная уставка может использоваться для набора уставок С, вводимого в работу при обеспечении неполнореакторного режима работы защищаемой ВЛ.

6 Лекция №6. Полигональные характеристики зон срабатывания дистанционной защиты, входящих в состав терминала7SA522

Содержание лекции: рассмотрены особенности дистанционной защиты линий, принцип действия дистанционной защиты с полигональными характеристиками.

Цель лекции: изучить работу дистанционной защиты линий, оснащенной полигональными характеристиками.

Характеристики зон срабатывания защиты.

В зависимости от заказанного варианта исполнения дистанционная защита терминала 7SA522 может оснащаться:

- многоугольными (полигональными);

- круговыми характеристиками;

- теми и другими одновременно.

Если в терминале имеются обе характеристики, то они могут использоваться отдельно для контуров «фаза-земля» и «фаза-фаза».

При полигональных характеристиках:

- ограничения по активной составляющей сопротивления могут устанавливаться раздельно для защиты от междуфазных КЗ (R) и однофазных КЗ (RE);

- для первой ступени можно задать угол a, определяющий наклон верхней границы характеристики в I квадранте комплексной плоскости.

Защита имеет пять независимых зон Z1, Z2, Z3, Z4 и Z5, а также дополнительную управляемую зону Z1B. Каждая из зон имеет уставки со следующими пределами выполнения:

X - реактивное сопротивление (расстояние), при всех видах КЗ, в диапазоне (0,05¸250) Ом вт.;

R - ограничения по активному сопротивлению при междуфазных КЗ, в диапазоне (0,05¸250) Ом вт.;

RE - ограничения по активному сопротивлению при однофазных КЗ, в диапазоне (0,05¸250) Ом вт.;

Т - выдержки времени срабатывания зон в диапазоне – (0,00¸30,00) с;

a - угол наклона верхней границы характеристики срабатывания I ступени (0¸30)°.

Значения параметров уставок в направлении реактивных и активных сопротивлений представлены для терминалов с номинальным вторичным током I_н = 1 А. Для терминалов с номинальным током I_н = 5 А все параметры по сопротивлению должны быть уменьшены в 5 раз.

Для 1, 2-й и управляемой зоны Z1B возможно использование раздельных выдержек времени для междуфазных и однофазных повреждений.

Управляемая зона Z1B предназначена для организации телеускорения, автоматического ускорения и вводится в работу принудительно по факту управляющих команд.

Каждая из ступеней защиты в соответствии с задаваемым параметром MODUS может быть: вперед направленной, обратно направленной или ненаправленной. Прямые направленности характеристик для дистанционных органов от междуфазных и однофазных КЗ проходят под углами 120° и -22° на комплексной плоскости сопротивлений.

В общем случае многоугольник характеристик представляет собой параллелограмм, задаваемый отрезками по осям координат R и X, а также углом наклона j_Л - близким к характеристическому углу линии .

Сектор нагрузки с параметрами R_нагр. и j_нагр. может вырезать из многоугольников характеристик область сопротивления нагрузки. Задаваемые параметры j_Л, R_нагр., j_нагр. - для всех зон одинаковы. R_нагр. и j_нагр. задаются отдельно для контуров «фаза-земля» и «фаза-фаза».

При этом следует учитывать диапазон задаваемых значений:

j_Л- 30¸89°;

R_нагр.- 0,10¸250 Ом;

j_нагр. - 20¸60° (см. рисунок 6.1).

Фиксация пуска защиты происходит при срабатывании измерительного органа любой из ступеней дистанционной защиты. Если в зоне срабатывания оказывается сопротивление более одного контура измерения, то, прежде всего, достоверным считается меньшее из них. Кроме того, достоверными также считаются те контуры, сопротивление которых не превышает меньшее, более чем на 50%. Контуры с большим сопротивлением исключаются из обработки.

Адрес 0237 FORMAT Z0/Z1 задает формат задания коэффициентов компенсации током КЗ на землю. Можно использовать по выбору либо отношение R_E/R_L и X_E/X_L, либо комплексный коэффициент компенсации К₀ в полярной системе координат.

Значения коэффициентов компенсации устанавливаются отдельно для зоны Z1 и соответственно для остальных зон. Диапазон устанавливаемых значений R_E/R_L и X_E/X_L составляет – (0,33¸7,00). Для комплексного коэффициента компенсации диапазон устанавливаемых значений по модулю К₀ – (0,000¸4,000), по углу PHI К₀ - (-135,00¸135,00°).

При круговых характеристиках:

- для каждой дистанционной зоны определяется окружность, которая представляет собой характеристику срабатывания соответствующей ступени. Имеется в наличии 5 независимых ступеней и одна управляемая ступень для междуфазных КЗ и соответственно для КЗ на землю.

- окружность определяется линией диаметра, которая проходит через начало координат, и углом наклона, соответствующим углу сопротивления защищаемой линии j_Л. Значения Z для каждой ступени могут задаваться индивидуально, угол наклона j_Л, а также параметры сопротивления нагрузки R_нагр. и j_нагр. для всех ступеней одинаковы.

Характеристики зон срабатывания всех ступеней проходят через начало координат и не могут быть при настройке смещены в I или III квадранты комплексной плоскости.

Автоматическое смещение зон характеристик в I квадрант при внешних КЗ «за спиной» и в III квадрант комплексной плоскости при направлении тока КЗ в сторону линии, указанное позволяет использование защиты с круговыми характеристиками наряду с многоугольными. Смещение зон срабатывания в данном случае используется для более четкого определения границы срабатывания возле начала координат, что важно, когда измеряемое напряжение мало для обработки.

Каждая из зон имеет свой MODUS: вперед направленная, обратно направленная, выведена.

Диапазон уставок по Z (0,05¸200,00) Ом.

Выдержки времен срабатывания для всех ступеней независимые, а для I, II ступеней и Z1В - задаются отдельно для однофазных и междуфазных дистанционных органов.

При круговых характеристиках срабатывания используется комплексный коэффициент компенсации током 3I₀ К₀, диапазон уставок которого приведен выше при рассмотрении многоугольных характеристик. Остальные параметры и характеристики срабатывания остаются теми же, что и для многоугольных характеристик.

Основные принципы и допущения.

При разработке рекомендаций по выбору уставок дистанционных защит от всех видов повреждений устройства 7SA522 учитывалось следующее:

расчет сопротивлений при междуфазных КЗ осуществляется по расчетному выражению

, (5)

где , , , - значения фазных напряжений и токов в месте установки защиты.

В случае использования при КЗ на землю защиты с многоугольными характеристиками и коэффициентами компенсации и для определения активной и реактивной составляющих сопротивления X₁ и R₁, в алгоритме защиты используются следующие формулы:

, (6)

, (7)

где и – активное и реактивное сопротивления замеряемые реле;

U_ф - напряжение поврежденной фазы в месте установки защиты;

I_ф - ток поврежденной фазы в месте установки защиты;

3I₀ - утроенный ток нулевой последовательности;

j₁, j₂, j₃ - углы соответственно: напряжения фазы, тока фазы, тока нулевой последовательности в месте установки защиты;

X_E/X_L, R_E/R_L- коэффициенты компенсации током нулевой последовательности (см.рисунок 6.2).

Рисунок 6.1 - Полигональные характеристики зон срабатывания

При использовании защиты с круговыми или многоугольными характеристиками и комплексным коэффициентом компенсации K₀ используется следующее расчетное выражение

, (8)

где , , - значения фазных напряжения и тока, а также тока в месте установки защиты;

- комплексный коэффициент компенсации.

Рисунок 6.2 - Пример полигональной характеристики срабатывания I ступени

Срабатывание дистанционных органов имеет место, когда замеряемые ими сопротивления (X_p,R_p) находятся внутри характеристики.

Для многоугольных характеристик из , определяемого по выражению (5) или (8), могут быть определены по формулам:

, (9)

. (10)

Если не учитывать для первой ступени защиты наклон характеристики по Х1, определяемый углом a (т.е. принимая a = 0), то условие срабатывания для всех ступеней с полигональными характеристиками будет:

, (11)

, (12)

где , - принятые значения уставок по реактивному и активному сопротивлению n-ступени;

р - переменная, для ненаправленной характеристики изменяется в пределах (‑1 £ р £ 1);

- характеристический угол линии, может быть принят равным .

Для круговой характеристики условием срабатывания соответствующей зоны является:

, (13)

, (14)

, (15)

где - замеряемое сопротивление по (1.1) или (1.4) до места повреждения;

- уставка по полному сопротивлению соответствующей ступени;

- сопротивление смещения, определяемое напряжением неповрежденных фаз (в доаварийном режиме) и током КЗ в месте установки защиты.

После несложных математических преобразований можно показать, что уравнение (13), тождественно

, (16)

где и – угол наклона характеристики и угол полного сопротивления замеряемого реле (см.рисунки 6.3 и 6.4).

Дистанционная защита должна действовать при наличии переходных сопротивлений в месте КЗ. Для определения величин расчетных R_пер. были приняты следующие допущения:

- при междуфазных КЗ переходное сопротивление определяется сопротивлением электрической дуги между фазами, рассчитываемым по формуле , (17)

где l - длина дуги, м;

I - ток дуги, А.

Переходное сопротивление в месте КЗ на фазу составляет половину значения R_д и для практических расчетов может быть взято из приведенной таблицы 1.

7 Лекция №7. Круговые характеристики зон срабатывания дистанционной защиты, входящих в состав терминала 7SA522

Содержание лекции: рассмотрены особенности и принцип действия дистанционной защиты линий с круговыми характеристиками.

Цель лекции: изучается расчет уставок дистанционной защиты линий с круговыми характеристиками.

При однофазных КЗ переходное сопротивление определяется многими факторами:

- классом напряжения ВЛ;

- величиной тока КЗ и сопротивлением возникающей дуги;

- допустимым сопротивлением заземления опоры;

- условиями заземления грозозащитных тросов;

- сопротивлением растеканию токов н.п. в грунте и др.

Для линий напряжением 110-220 кВ с заземлением грозозащитного троса на каждой опоре, а также на линиях 330 кВ, имеющих грозозащитный трос со встроенными волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС) принимается R_{пер.рас.}= 5 Ом перв.

Для других линий, при отсутствии точных данных, принимается:

- для ВЛ 330-400 кВ R_{пер.рас.}= 14 Ом перв.;

- для ВЛ 500-750 кВ R_{пер.рас.}= 20 Ом перв.

При однофазных КЗ на шинах ПС (в зоне контура заземления ПС) принимаем R_{пер.рас.}= 5 Ом перв.

Таблица 1

Расстояние между проводами (м)	Напряжение ВЛ (кВ)	Ток дуги I=1 кА	Ток дуги I=5 кА	Ток дуги I=10 кА
3,5	110	3,675 Ом	0,735 Ом	0,37 Ом
4,0	150	4,2 Ом	0,84 Ом	0,42Ом
5,0	220	5,25Ом	1,05 Ом	0,52 Ом
6,0	330	6,3 Ом	1,26 Ом	0,63 Ом
6,5	400	6,825 Ом	1,365 Ом	0,68 Ом
7,0	500	7,35 Ом	1,47 Ом	0,73 Ом
8,0	750	8,4 Ом	1,68 Ом	0,84 Ом

Рисунок 7.1 - Основная форма круговой характеристики срабатывания

Выбор коэффициентов компенсации током нулевой последовательности.

Коэффициенты компенсации Z_E/Z_L, X_E/X_L и R_E/R_Lявляются согласующими для обеспечения замера дистанционного органа, соответствующего сопротивлению провода Z₁ до места повреждения при КЗ на землю.

Выбор типа используемых коэффициентов компенсации при использовании полигональных характеристик осуществляется по адресу (0237).

Для линий без взаимоиндукции.

Для одиночных линий, не имеющих взаимоиндукции с другими линиями, указанные коэффициенты определяются только параметрами линии по формулам:

, (18)

, (19)

, (20)

где , , R₁, R₀, X₁, X₀ – полные, активные и реактивные сопротивления прямой и нулевой последовательностей линии, на которой установлена защита.

Рисунок 7.2 - Векторная диаграмма измеряемых величин при круговой характеристике

Для линий со взаимоиндукцией.

Для одиночных линий, индуктивно связанных с другими линиями, коэффициенты Z_E/Z_L, X_E/ X_L и R_E/ R_Lбудут изменяться в зависимости от режима работы линий, имеющих взаимоиндукцию с защищаемой линией и от места КЗ на ней.

Для максимального использования зоны действия 1-й ступени защиты при междуфазных КЗ, коэффициент Z_E/Z_L, X_E/X_L должен быть минимальным. Для этого рекомендуется следующий порядок расчета:

- если на линии есть участки взаимоиндукции с более, чем одной линией, необходимо определить наиболее важные элементы влияния.

Для этого рассмотреть перебор режимов с их поочередным и совместным отключением и заземлением по следующим выражениям:

, (21)

, (22)

, (23)

где U_ф - напряжение поврежденной фазы в месте установки защиты, кВ при однофазном КЗ в расчетной точке;

I_ф,3I₀ - ток поврежденной фазы, ток утроенный нулевой последовательности, кА при однофазном КЗ в расчетной точке соответственно;

j₁, j₂, j₃ - углы фазного напряжения, фазного тока и тока 3I₀в месте установки защиты;

- полное сопротивление прямой последовательности, вычисленное при металлическом трехфазном КЗ в расчетной точке;

R₁, X₁ - активная и реактивная составляющие сопротивления Z₁.

В качестве уставок защиты Z_E/Z_L, X_E/X_L и R_E/R_Lпринимаются ближайшие значения к минимальному расчетному Z_E/Z_L, X_E/X_L и R_E/R_L, которые могут быть рассчитаны с помощью «Комплекса программ расчетов аварийных режимов и уставок устройств РЗА V - VI - 50 П2», разработанного ИЭД НАН Украины.

Для параллельных линий.

Для параллельных линий может вводиться компенсация током 3I₀ параллельной линии. При отсутствии линейных ТТ компенсация взаимоиндукции принципиально возможна только в режиме работы при включенных обеих параллельных ВЛ.

Уставка компенсации влияния взаимоиндукции параллельной линии определяется по выражениям:

, (24)

, (25)

, (26)

где , R_0M, X_0M - полное сопротивление, активная и реактивная составляющие сопротивления взаимоиндукции между параллельными линиями;

, R_1Л, X_1Л - полное сопротивление, активная и реактивная составляющие сопротивления защищаемой линии.

Коэффициенты компенсации током 3I₀ своей линии определяются по выражениям (18), (19) и (20), а при наличии других параллельных ВЛ или участков взаимоиндукции с другими ВЛ - по формулам (21), (22) и (23), без учета взаимоиндукции ВЛ, для которых используется компенсация ее влияния.

Для случаев, когда компенсация взаимоиндукции параллельной ВЛ принципиально невозможна, выбор коэффициентов компенсации током 3I₀ своей линии должен производиться для режима отключенной и заземленной параллельной ВЛ.

Так как в терминале 7SA522 предусмотрена возможность отдельного выполнения коэффициентов компенсации током 3I₀ только для ступени Z1, а для остальных ступеней дистанционной защиты от КЗ на землю, в т.ч. и ступени Z1В используются общие коэффициенты компенсации, то, если нет других ограничений (например, по условиям чувствительности ступеней к однофазным к.з. либо условиям отстройки), рекомендуется использовать и для остальных ступеней тот же коэффициент компенсации, что и для первой ступени.

8 Лекция №8. Выбор уставок первой ступени дистанционной защиты линии

Содержание лекции: изучаются требования к первой ступени. Выбор уставки X1. Выбор уставок R1 и R1E (для полигональных характеристик). Отстройка измерительных органов неповрежденных фаз.

Цель лекции: выбор уставки X1. Выбор уставок R1 и R1E (для полигональных характеристик). Отстройка измерительных органов неповрежденных фаз.

Выбор уставок первой ступени дистанционной защиты.

Требования к первой ступени: обеспечение надежности селективного отключения всех видов КЗ на линии без выдержки времени, в том числе через R_пер.= 0 ¸ R_{пер.рас}.

Выбор уставки X1.

Выбор уставки реактивного сопротивления X1 производится по следующим условиям:

- по условию перекрытия первых зон с обеих сторон при металлических КЗ на защищаемой линии по формуле

X1 = k×X_1рас_., (27)

где X_1рас. - реактивная составляющая сопротивления прямой последовательности, определяемая при трехфазном и однофазном металлических КЗ;

k_охв. =(0,75¸0,85);

- по условию отстройки действия защиты от всех видов КЗ за пределами линии через R_пер. = 0 ¸ R_{пер.рас.}(для защит с многоугольными характеристиками) по формуле

X1 £ k_отс.×X_1рас_., (28)

где k_отс.=(0,8¸0,9);

X_1рас. - минимальное значение X₁, определяемое при КЗ за пределами линии через R_{пер.рас.}, с учетом принятых коэффициентов компенсации, как при нулевых, так и при реальных максимальных перетоках мощности в линию в месте установки защиты.

Рекомендуется брать наибольшее из значений, если нет ограничений по условиям отстройки от КЗ в конце линии.

Примечание: при расчете уставок защиты с круговыми характеристиками вместо X1 и X_1рас. принимаются значения Z1 и Z_1рас.

Если X1 рассчитанное по (22) не удовлетворяет требованию по перекрытию первых ступеней , то для обеспечения отстройки при КЗ в конце защищаемой линии через R_{пер.рас.} необходимо использовать наклон верхней границы характеристики срабатывания ступени, который определяется углом a:

, (29)

где a = 0¸ 30°;

k_отс. – то же, что в (28);

X1 – рассматриваемая уставка по реактивному сопротивлению первой ступени, определяемая согласно требованию по перекрытию первых ступеней (с k_охв. =(0,75¸0,85);

, – минимальные расчетные значения при трехфазном и однофазном КЗ за противоположным концом линии через R_{пер.рас.} как при нулевом перетоке, так и при реальном максимальном перетоке мощности в линию;

– то же, что в (12).

Значения уставок X1 и угла a принимаются в зависимости от конкретных расчетных условий.

Выполняется расчет угла a при X1 с максимальным и минимальным коэффициентом охвата k_охв.. В случае, если угол a, рассчитанный по (1.20) с X1, соответствующем k_охв. =0,75, больше 30°, необходимо принять a £ 30° и дополнительно произвести отстройку по R1(R1E).

Для ВЛ 110-220 кВ, имеющих меньшие значения R_{пер.рас.} и перетоков мощности, как правило, достаточно произвести отстройку от расчетных значений при металлических трехфазном и однофазном КЗ на шинах противоположного конца ВЛ. В особых случаях, при значительных нагрузках на линии, рекомендуется в режимах максимальных перетоков в линию проверить отстройку по Х1 с использованием угла наклона характеристики. В случае, если отстройка по углу a не выполняется, необходимо произвести отстройку по R1(R1E).

Для защиты с круговыми характеристиками получим:

, (30)

где k_отс. - то же, что в (28);

- минимальное значение (по модулю), определяемое при КЗ за пределами линии через R_{пер.рас.} = 0 ¸ R_{пер.рас.}, согласно выражению (4) и (7), с учетом принятого коэффициента компенсации, как при нулевых, так и при реальных максимальных перетоках мощности в линию в месте установки защиты;

– угол расчетного значения ;

– то же, что в (12).

При определении X_1рас(Z_1рас),для линий имеющих взаимоиндукцию, в качестве расчетного рекомендуется рассмотреть режим, содержащий коммутации, при которых выбирались коэффициенты компенсации током 3I₀ этой линии.

Расчетное место КЗ за пределами линии - начало ВЛ, отходящих от шин противоположной ПС, где R_пер. = R_{пер.рас.}.

Рекомендуется в качестве расчетного рассматривать минимальный режим системы со стороны места установки защиты (Х системы максимальный) и максимальный режим системы со стороны противоположного конца линии (Х системы минимальный), при сохранении максимально возможного согласного перетока.

Рекомендуется при рассмотрении максимального нагрузочного режима: при наличии в сечении 3-х ВЛ оставлять 1 ВЛ; при 6 ВЛ - 3 ВЛ; при 8 ВЛ - 4 ВЛ и т.д., что соответствует возможным аварийным режимам.

Выбор уставок R1 и R1E (для полигональных характеристик).

Выбор уставки по активному R1 и R1E сопротивлению производится по следующим условиям:

- по условию обеспечения чувствительности при КЗ соответствующего вида через R_{пер.рас..} в конце зоны действия уставки X1:

, (31)

, (32)

где k_ч ³ 1,1 - в режиме транзита;

k_ч ³ 1,5 - режиме каскадного отключения ВЛ с противоположной стороны;

- по условию отстройки действия защиты от КЗ за пределами линии через R_{пер.рас.}:

а) в том случае, когда уставка по Х1 , выбранная по условию отстройки от к.з. в конце ВЛ , удовлетворяет условию a £ 30° , отстройка по R1 (R1E) не производится ;

б) в тех режимах, когда требование отстройки по Х1 с учетом a £ 30° не выполняется, необходимо предусмотреть отстройку по R1(R1Е). В этом случае необходимо:

- принять a = 30°;

- уменьшая R_пер до , обеспечить условия отстройки по Х1 с учетом a = 30°;

- произвести отстройку по R1(R1Е) согласно выражению

, (33)

где k_отс. = (0,9-0,95) - коэффициент отстройки.

На рисунке 7.1 в качестве примера приведено графическое отображение изменения X₁ и R_1Е при однофазном КЗ на шинах противоположной ПС в зависимости от изменения R_пер.

Зона отстройки по X1 лежит в зоне значений R_пер. = 0¸, а зона отстройки по R1Е - в пределе значений R_пер. ³ .

В случае, если k_охв. £ 0,7, необходимо проверить чувствительность I ступени дистанционной защиты противоположного конца ВЛ для КЗ в указанной точке, при тех же расчетных условиях.

Отстройка измерительных органов неповрежденных фаз.

Отстройка производится по выражениям:

- для круговых характеристик по выражению (30), где – значения замеров на защите в неповрежденных фазах;

- для полигональных характеристик по выражениям (28)-(33), где – реактивная и активная составляющие замеров на защите в неповрежденных фазах.

Используя угол наклона a, в полигональной характеристике необходимо учесть уменьшение зоны срабатывания, которая определяется по выражению

, (34)

где – угол соответствующий значению замера в неповрежденных фазах;

– то же, что в (12).

Выбранные уставки X1(Z1) и R1(R1Е) необходимо проверить на отстройку неповрежденных фаз в следующих случаях:

- включение выключателя, при разности углов напряжения по концам защищаемой линии допускаемых ТАПВ-КС.

Данная отстройка требуется как на передающем, так и на приемном конце линии при передаче активной мощности, при допустимых углах включения: , где – принятый угол органа контроля синхронизма; – дополнительный угол, на который расходятся векторы напряжений, за время включения выключателя.

Рисунок 8.1 - Изменение значений X и R замеряемых защитой при однофазных КЗ на шинах противоположной ПС

в зависимости от значений R_пер

Для ВЛ, где используется ТАПВ без контролей, и где допускается несинхронное включение, расчетный угол включения принимается 180°.

Для однофазных дистанционных органов дополнительно проверяется их отстройка в режимах неполнофазного включения выключателя.

Если при расчетном угле включения отстройку ступени невозможно обеспечить, то для данной ВЛ рекомендуется использовать АПВ с контролем синхронизма;

- для ВЛ с ОАПВ производится расчет динамики развития процесса от момента возникновения и до отключения металлического КЗ, а также с R_{пер.рас.}, цикла ОАПВ и последующего включения выключателя с восстановлением полнофазного режима с учетом максимального доаварийного режима нагрузки.

Для каждого из перечисленных случаев определяются моменты времени , когда имеет место наибольший угол расхождения между векторами напряжений по концам линии. Далее производится расчет полных сопротивлений в неповрежденных фазах. При этом должны рассматриваться также шлейфы междуфазных дистанционных органов.

Выбранные уставки X1(Z1) и R1(R1Е) необходимо проверить на отстройку неповрежденных фаз в следующих случаях:

а) для ВЛ с ОАПВ при однофазном КЗ в начале и в конце линии (металлическом, а также с R_пер.pac.), в режимах передачи и приема максимальных перетоков мощности.

В качестве расчетных значений должны рассматриваться замеры дистанционных органов находящиеся в характеристике срабатывания, величина которых по полному сопротивлению Z не превышает более чем на 50% минимальный замер;

б) для ВЛ с ОАПВ при каскадном отключении однофазного металлического КЗ, а также с R_пер.pac. в начале и конце защищаемой линии, в режимах передачи и приема максимальных перетоков мощности, когда отключение фазы противоположного конца линии затянулось;

в) качания в цикле ОАПВ, при отключении поврежденной фазы с двух сторон после однофазного КЗ в начале и в конце линии (металлическом, а также с R_пер.pac.) в режиме передачи и приема максимальных перетоков мощности. Рассматривается момент времени, соответствующий максимальному углу расхождения векторов напряжений по концам линии.

Для окончательно выбранных уставок дистанционных органов первой ступени рекомендуется определить зону охвата защищаемой линии при КЗ с R_пер_. = 0¸ R_{пер.рас.} в расчетных режимах (с учетом встречных перетоков мощности).

9 Лекция №9. Выбор уставок второй ступени дистанционной защиты линии

Содержание лекции: изучаются требования ко второй ступени. Выбор уставки X2. Выбор уставок R2 и R2E (для полигональных характеристик). Отстройка измерительных органов неповрежденных фаз.

Цель лекции: выбор уставки X2. Выбор уставок R2 и R2E (для полигональных характеристик). Отстройка измерительных органов неповрежденных фаз.

Выбор уставок второй ступени дистанционной защиты.

Требования ко второй ступени:

- обеспечение надежного отключения КЗ всех видов по всей длине линии, в т.ч. при R_пер. = 0 ¸ R_{пер.рас.}, а также обеспечение селективности действия при КЗ за пределами линии.

Выбор уставки X2(Z2):

- по условию обеспечения чувствительности к КЗ всех видов, по всей длине линии при переходном сопротивлении R_пер.= 0 ¸ R_{пер.рас.}.

Для защиты с полигональными характеристиками:

X2= k_ч×X_1рас.
м, (35)

где k_ч ³1,2.

Рекомендуется рассмотреть режим приема максимального перетока мощности.

Для защиты с круговыми характеристиками:

; (36)

- по условию отстройки действия защиты от КЗ на шинах за АТ, на противоположном конце ВЛ, при R_пер.= 0 ¸ R_{пер.рас.} получим

X2£ k_отс.×X_1рас.. (37)

Для защиты с круговыми характеристиками вместо Х2 и Х_1рас. следует рассматривать Z2 и .

Коэффициент отстройки рекомендуется принимать:

- k_отс. £ 0,85, если в схеме замещения автотрансформатор с РПН учтен минимальными значениями X_АТ, соответствующими крайнему положению переключателей;

- k_отс.£ 0,8 , при средних значениях X_АТ в схеме замещения, приведенных к номинальному напряжению.

В качестве расчетного режима следует рассматривать максимальное число работающих АТ (трансформаторов) на шинах смежного напряжения, при минимальном коэффициенте токораспределения (перетоке) к месту КЗ.

Если значение X2, полученное по условиям отстройки от КЗ на шинах за АТ, не удовлетворяет условиям чувствительности, то необходимо проверить возможность выполнения отстройки по R2 и R2E, аналогично выражению .

Если полученное X2(Z2) удовлетворяет условиям чувствительности только по условиям отстройки от металлического КЗ на шинах за АТ, то необходимо дополнительно провести согласование уставки X2с первыми ступенями резервных защит линий, отходящих от шин за АТ, при КЗ в начале линии через R_{пер.рас}._.

Указанное согласование предполагает проверку чувствительности первой ступени защиты (МФО, ТЗНП) к КЗ в начале линии через R_{пер.рас.}, с учетом согласования их времен срабатывания.

По условию согласования с защитами смежных элементов, согласование производится, как с однотипными защитами на дистанционном принципе для всех видов КЗ, так и с резервными защитами: дистанционной от междуфазных КЗ и токовой защитой нулевой последовательности.

Согласование с аварийными токовыми защитами не производится, а с резервными токовыми защитами, входящими в состав терминала дистанционных защит от всех видов КЗ выполняется только в том случае, если это не приводит к ограничению чувствительности ступени к КЗ на защищаемой ВЛ.

Согласование ведется раздельно для междуфазных и однофазных повреждений, каждого типа защиты.

Согласование ведется методом поиска конца зоны действия, соответствующих ступеней защит АТ или линии, с которыми ведется согласование, без учета переходного сопротивления, по выражению

X₂£ k_отс.×X_1рас., (38)

где k_отс.= 0,8¸0,9 - в зависимости от типов согласуемых защит.

При согласовании с дистанционными защитами необходимо учесть (с помощью k_сокр. = 0,9) возможное сокращение их зон, вызванное погрешностями измерительных трансформаторов, измерительных органов защиты, параметров схем замещения.

Рекомендуется проверить возможность неправильного действия защиты при КЗ через R_{пер.рас.} в конце зоны действия той ступени токовой защиты, с которой производится согласование. В этом случае следует учитывать возможное сокращение зоны действия токовой защиты за счет R_пер.. Рекомендуется в этом случае принимать k_отс.= 0,8.

Уставки R2, R2E (определяются только для защит с многоугольными характеристиками):

- по условию обеспечения чувствительности к КЗ соответствующего вида в конце линии через R_пер.= R_{пер.рас.}:

, (39)

где коэффициент чувствительности:

- k_ч ³1,1 - в режиме транзита;

- k_ч ³1,5 - в режиме каскадного отключения противоположного конца линии;

- по условию отстройки от КЗ на шинах смежного напряжения за АТ через R_{пер.рас.}. Это условие рассматривается в тех случаях, когда уставка Х2 не отстроена при КЗ на шинах смежного напряжения АТ через R_{пер.рас}.

Отстройка по R2 и R2Е производится независимо друг от друга, аналогично выражению (33), где k_отс.= 0,8 ¸ 0,9, а также с учетом того, что R_1рас.(_.R_1Ерас.) - минимальные замеры в режимах выдачи мощности в месте установки защиты при КЗ на шинах за АТ через R_{пер.рас.}= 0¸5 Ом.

Выбор уставок Т2:

T2 ³ t_С.З.+ t_УРОВ+ Dt. (40)

Примечание: для сильно нагруженных ВЛ 330-750 кВ, если уставка по времени, выбранная по условиям согласования превышает время срабатывания допустимое для II ступени, то с целью уменьшения времени ликвидации КЗ и обеспечения надежного отключения КЗ всех видов по всей длине линии (в т.ч. при R_{пер.рас}) необходимо использовать для этой цели вторую и четвертую ступени:

а) уставка Х2 второй ступени выбирается по отстройке от внешних КЗ на шинах за АТ согласно п. 1.4.2.2 и должна быть согласована с первыми ступенями смежных ВЛ с противоположной стороны защищаемой линии в соответствии с п. 1.4.2.3. После этого проверить чувствительность выбранной уставки Х2(Z2) в режиме транзита или каскада соответственно;

б) четвертая ступень должна защищать ВЛ во всех режимах при КЗ любого вида на шинах противоположного конца ВЛ.

Отстройка ступени Z2.

Уставки второй ступени должны быть проверены на отстройку неповрежденных фаз в следующих режимах:

- для ВЛ с ОАПВ. Отстройка измерительных органов неповрежденных фаз от качаний в цикле ОАПВ;

- проверка отстройки при неполнофазных включениях выключателя, с учетом его несинхронного включения или с допустимым углом включения определяемого ТАПВ-КС.

10 Лекция №10. Выбор уставок третьей и четвертой ступени дистанционной защиты

Содержание лекции: изучаются требования к третьей и четвертой ступени. Выбор уставок третьей и четвертой ступени дистанционной защиты по условию повышения чувствительности дальнего резервирования.

Цель лекции: выбор уставок по условию обеспечения резервирования защиты шин "за спиной". Использование ступени для определения обратного направления КЗ при блокирующей или разрешающей схеме телеускорения.

10.1 Требования к третьей ступени

Третью ступень дистанционной защиты рекомендуется использовать с обратно направленной зоной действия, указанное может быть целесообразным в следующих случаях:

- обеспечение резервирования защиты шин;

- определение обратного направления мощности для блокирующей или разрешающей схем телеускорения;

- повышение чувствительности дальнего резервирования.

10.2 Выбор уставок по условию обеспечения резервирования защиты шин "за спиной"

Аналогичен выбору уставок II ступени дистанционной защиты с противоположной стороны линии, с учетом исключения из замера Х1() линии. Выдержка времени принимается по условиям II ступени ДЗ. Возможно автоматическое ускорение ступени при опробовании шин действием АПВ шин или ручным включением выключателя присоединения. В этом случае пусковыми факторами автоматического ускорения должны быть контакты включающего реле АПВ шин или реле команды "включить" из схемы управления выключателя, с обязательным контролем отсутствия напряжения на шинах. Ввод автоматического ускорения - на время больше собственного времени включения выключателя и работы схемы УРОВ. Для воздушных и элегазовых выключателей, при использовании электронных схем УРОВ можно принимать 0,3-0,4 с. Проверку отстройки измерительных органов неповрежденных фаз в цикле ОАПВ необходимо производить с учетом обратной направленности ступени.

10.3 Использование ступени для определения обратного направления КЗ при блокирующей или разрешающей схеме телеускорения

В этом случае уставка измерительных органов третьей ступени должна иметь зону срабатывания не менее чем в 1,2 раза больше, по сравнению с зоной удаленного дистанционного реле, пускающего разрешающую команду телеускорения (например, 14 команду) или ускоряемого по схеме на блокирующем принципе. В случае пуска команды телеускорения на противоположном конце ВЛ зоной Z1В (II ступенью) дистанционной защиты, уставки измерительных органов третьей ступени дистанционной защиты на данном конце должны соответствовать:

, (41)

где X2 - уставка II ступени ДЗ (или другой ступени охватывающей защищаемую линию) на противоположном конце ВЛ, формирующей пуск команды телеускорения;

X_1Л– реактивное сопротивление прямой последовательности линии, где установлена защита.

Для дистанционной защиты с круговыми характеристиками вместо Х3, Х2 и X_1Лследует использовать Z3, Z2 и .

Выбор уставок R3(R3E) производится аналогично ступени, формирующей пуск команды телеускорения на противоположном конце.

Уставки R3(R3E), если нет указанных выше условий принимаются равными уставкам соответствующей ступени противоположного конца ВЛ (Z1В, Z2).

Выбор уставок третьей ступени дистанционной защиты по условию повышения чувствительности дальнего резервирования производится по условиям отстройки от максимальных перетоков реактивной и активной мощности, согласования с защитами смежных элементов сети, а также по обеспечению дальнего резервирования защит на смежных присоединениях.

Для длинных ВЛ 400, 500, 750 кВ дополнительно требуется проверка выполнения условия отстройки от стока реактивной зарядной мощности линии:

Х3; , (42)

где 0,8 – коэффициент отстройки.

Для линий 110-150 кВ максимальный ток нагрузки должен учитывать самозапуск двигателей.

10.4 Выбор уставок четвертой ступени дистанционной защиты

Требования к четвертой ступени:

- отключение КЗ всех видов на своей линии;

- обеспечение селективности действия при КЗ за пределами линии;

- обеспечение дальнего резервирования действия защит смежных элементов сети (по возможности).

Выбор уставки X4(Z4).

Если дистанционные органы II ступени ДЗ не обеспечивают чувствительности ко всем видам КЗ, в том числе с R_{пер.рас.} в пределах защищаемой линии, то указанные функции возлагаются на IV ступень.

Условия выбора уставок ступени как для II ступени с учетом следующих особенностей:

- по условию согласования с действием защит смежных элементов сети.

Согласование проводится со вторыми и в случае неудовлетворительного результата, с последующими ступенями защит смежных элементов.

При переходе зоны защиты смежного элемента c которой ведется согласование за пределы своей линии, последующее согласование рекомендуется производить в том числе и в режиме каскадного отключения противоположного конца следующего смежного элемента (на котором рассматривается КЗ);

- по условию обеспечения дальнего резервирования.

Так как дистанционная защита в терминалах 7SA522 имеет пять ступеней, то для более полного использования возможности защиты в целом, целесообразно функции дальнего резервирования возлагать на пятую ступень дистанционной;

- по условию отстройки от максимальных нагрузочных режимов.

При использовании пятой ступени дистанционной защиты для дальнего резервирования отстройка IV ступени по Х от максимальной реактивной, а также активной нагрузки не производится.

Выбор уставок R4(R4E)(выполняется только для защит с многоугольными характеристиками):

- по условию обеспечения чувствительности к КЗ в конце зоны действия уставки X4 при R_пер.= R_{пер.рас.}.

Выбор уставки Т4:

- из условия согласования с защитами смежных элементов:

T4 ³ t_с.з.+ Dt; (43)

- по условию отстройки от цикла неполнофазного режима на защищаемой ВЛ, а для дистанционной защиты от однофазных КЗ и на смежных ВЛ с обеих ее сторон:

T4³ T_ОАПВ+ T_ЗНР+Dt. (44)

Если T4 не отстроена от времени неполнофазного режима, то необходимо проверять отстройку уставок X4 и R4(R4E) от качаний в цикле ОАПВ на своей линии, а также в максимальном нагрузочном режиме своей линии при неполнофазных режимах на смежных присоединениях.

10.5 Выбор уставок пятой ступени дистанционной защиты

Требования к пятой ступени:

- обеспечение дальнего резервирования действия защит смежных элементов сети (по возможности);

- обеспечение селективности действия при КЗ за пределами линии.

Выбор уставок дистанционных измерительных органов ступени проводится по тем же условиям, что и для четвертой ступени с учетом следующих особенностей: определяющими условиями при выборе уставок измерительных органов является их отстройка от максимальных нагрузочных режимов как по активной, так и по реактивной мощности.

Выбор уставки времени срабатывания пятой ступени: уставка времени срабатывания ступени обычно существенно превышают значения пауз ОАПВ, поэтому рассчитывается по условиям согласования с защитами смежных элементов сети по формуле

T5³ t_с.з + Dt. (45)

11 Лекция №11. Резервная токовая ступенчатая защита, выполненная на цифровом терминале

Содержание лекции: приводятся методики и особенности расчета и выставления уставок.

Цель лекции: изучить методику расчета уставок защит.

11.1 Аварийная (резервная) токовая ступенчатая защита

Общие данные.

Назначение и функциональные возможности модуля.

Устройство 7SA522 располагает функцией максимальной токовой ступенчатой защиты (МТЗ), которая может использоваться как аварийная или как резервная токовая защита от всех видов КЗ.

Аварийная токовая защита автоматически вводится в работу при исчезновении измерительного напряжения, например, из-за короткого замыкания или обрыва во вторичной цепи трансформатора напряжения (аварийный режим). Таким образом, аварийная токовая защита замещает дистанционную защиту, если последняя заблокирована.

Если токовая ступенчатая защита установлена как резервная, то она работает независимо от других защитных функций и функций контроля, в т.ч. независимо от дистанционной защиты.

Токовая ступенчатая защита имеет по четыре ступени - отдельно для фазных токов и тока нулевой последовательности:

- две ступени максимального тока с независимой характеристикой времени отключения (UMZ-защита);

- ступень максимального тока, с зависимой от тока характеристикой времени отключения (AMZ-защита);

- ступень, которая может быть использована как защита от повреждений в узле присоединения (ошиновке) или как дополнительная ступень максимального тока с выдержкой времени.

Все четыре ступени функционируют независимо друг от друга и могут использоваться в любой комбинации.

Ступени высокого тока I_ph>>, 3I₀>> с независимой характеристикой срабатывания (UMZ-защита).

Ступени высокого тока I_ph>> (адрес 2610) и 3I₀>> (адрес 2612) образуют вместе со ступенями максимального тока (I>-ступень или Ip-ступень) токовую ступенчатую защиту.

В случае использования ступеней высокого тока I_ph>> в качестве токовых отсечек условием выбора их уставок по току является отстройка от максимального тока при КЗ на шинах с обеих сторон защищаемой линии. Выдержка времени устанавливается на 0с. При затруднении в отстройке неповрежденных фаз на линиях с ОАПВ, имеющих два (и более) терминала защит от всех видов к.з., для исключения срыва ОАПВ при однофазных КЗ выдержка времени устанавливается порядка 0,2 с. Если 7SA522 является единственной защитой на линии, рекомендуется выполнять действие аварийных защит на трехфазное отключение.

Рекомендуется использовать I_ph>> и 3I₀>>, как аварийную токовую защиту от всех видов КЗ, что и будет рассмотрено при выборе уставок.

Выбор уставки фазных токовых органов (I_ph>>).

11.1.1 Выбор уставки I_ph>> производится по следующим условиям:

- обеспечение чувствительности при междуфазном и однофазном КЗ в начале ВЛ в минимальном (реальном) режиме работы сети:

I_ph>> £ I_{к мин} / k_ч, (46)

где I_{к мин} - минимальный ток, протекающий в месте установки защиты при двухфазном и однофазном КЗ в начале ВЛ;

k_ч ³ 1,1-1,2 – коэффициент чувствительности.

11.1.2 Отстройка от максимального тока нагрузки (I_н.макс.):

I_ph>> ³ (k_отс/ k_в ) × I_н.макс, (47)

где k_отс=1,1-1,2 ; k_в=0,95.

11.1.3 Отстройка от максимального тока при качаниях (I_{кач.макс}), с учетом несинхронного включения:

I_ph>> ³ k_отс× I_{кач.макс.},(48)

где k_отс=1,1-1,2.

11.1.4 Отстройка от максимального тока I_к.мaкс. при трехфазном и однофазном КЗ на шинах подстанций с обеих сторон защищаемой линии :

I_ph>> ³ k_отс× I_к.мaкс.,(49)

где k_отс=1,2-1,3.

Ток срабатывания принимается равным большему из полученных значений по условиям пунктов 11.1.1-11.1.3.

Если определяющим при выборе уставки является условие по пункту 11.1.4, а требование чувствительности пункта 11.1.1 не обеспечивается, необходимо произвести расчеты по следующим условиям:

11.1.5 Согласование с быстродействующими ступенями защит от междуфазных и однофазных КЗ смежных ВЛ с обеих сторон от защищаемой линии (при наличии на смежных линиях дистанционных защит от всех видов КЗ допускается согласование только с их I ступенями):

I_ph>> ³ k_отс× I_к.мaкс.,(50)

где k_отс=1,1;

I_к.мaкс- максимальный ток в месте установки защиты при трехфазном и однофазном КЗ в конце зоны действия первых ступеней защит смежных ВЛ с обеих сторон от защищаемой.

11.1.6 Отстройка от максимального тока I_к.мaкс. при трехфазном и однофазном КЗ на шинах смежного напряжения АТ (трансформаторов) с обеих сторон защищаемой ВЛ:

I_ph>> ³ k_отс×I_к.мaкс.,(51)

где I _к.мaкс- максимальный ток протекающий в месте установки защиты при трехфазном и однофазном КЗ на шинах смежного напряжения АТ;

k_отс= 1,2-1,3 - принимается в зависимости от значения X_АТ в схеме замещения (учет положения РПН).

Ток срабатывания принимается равным большему из полученных значений по условиям пунктов 11.1.2, 11.1.3, 11.1.5, 11.1.6.

Проверка чувствительности выбранной уставки I_ph>> производится по выражению:

k_ч=I _к_._мин_./ I_ph>>, (52)

где I _к.мин- то же, что в (46).

Если выбранная уставка по любому из приведенных условий не обеспечивает требование чувствительности пункта 11.1.1 в минимальном режиме, то необходимо проверить чувствительность в реальных рабочих режимах и максимальном режиме.

В случаях, когда чувствительность I_ph>> не обеспечивается даже в максимальном режиме, функцию I_ph>> предлагается не использовать.

В случае, если выбранная уставка I_ph>> удовлетворяет условиям на линиях с ОАПВ, имеющих два (и более) терминала защит от всех видов к.з , для исключения срыва ОАПВ рекомендуется провести отстройку токовых реле неповрежденных фаз при однофазных металлических КЗ в начале защищаемой ВЛ с учетом максимально возможных перетоков мощности по линии в обе стороны, согласно выражению (60), где k _отс³ 1,2 - коэффициент отстройки; I_к.мaкс- ток в неповрежденных фазах в месте установки защиты в рассматриваемом режиме.

В случае, если выбранная уставка I_ph>> удовлетворяет условиям пунктов выбора, время срабатывания t_ср данной ступени принимать равным 0,0 с.

11.1.7 В случае, если выбранная уставка I_ph>> для линий с ОАПВ, имеющих два (и более) терминала защит от всех видов КЗ , удовлетворяет условиям пунктов 11.1.2, 11.1.3, 11.1.4, то время срабатывания t_ср данной ступени принимать равным 0,2 с для предупреждения срабатывания от тока в неповрежденных фазах в максимальном нагрузочном режиме при однофазных металлических КЗ в начале линии (из-за наложения аварийных составляющих тока КЗ на ток нагрузки в неповрежденных фазах).

11.1.8 В случае, если выбранная уставка I_ph>> не удовлетворяет условию пункта 11.1.4, то время срабатывания t_ср данной ступени необходимо принимать с учетом работы быстродействующих защит и УРОВ смежных линий:

t_ср=t_РЗ+t_УРОВ+t_ВВ+Dt, (53)

где t_РЗ- время срабатывания быстродействующих защит от междуфазных и однофазных КЗ, с которыми производится согласование;

t _УРОВ- полное время работы схемы УРОВ на смежных присоединениях;

t_ВВ-собственное время отключения выключателей смежных присоединений (для сети 750 кВ рекомендуется брать для выключателя ВНВ – 40 мс, для остальных воздушных выключателей 60 мс);

Dt - ступень селективности, принимается в зависимости от типа защит с которыми ведем согласование.

11.2 Выбор уставки по току нулевой последовательности (3I0>>)

Выбор уставки 3I₀>> производится по следующим условиям:

11.2.1 Обеспечение чувствительности при КЗ на землю в начале ВЛ в минимальном (реальном) режиме работы сети:

3I₀>> £ 3I_0
мин / k_ч , (54)

где 3I_{0 мин} - минимальный ток, протекающий в месте установки защиты при однофазном и двухфазном КЗ на землю в начале ВЛ;

k_ч ³ 1,1-1,2 - коэффициент чувствительности.

11.2.2 Отстройка от максимального значения тока 3I_0
макс , протекающего в месте установки защиты при однофазном и двухфазном КЗ на землю на шинах подстанций с обеих сторон защищаемой линии:

3I₀>> ³ k_отс × _·3I_0
макс, (55)

где k_отс.=1,2-1,3 - коэффициент отстройки.

11.2.3 Отстройка от тока 3I_0неп, протекающего в месте установки защиты в кратковременном неполнофазном режиме, возникающем при неодновременном включении фаз выключателя:

3I₀>> ³ k_отс× 3I₀_неп, (56)

где k_отс_.=1,2.

Данное условие не рассматривается, если ступень 3I₀>> действует с выдержкой больше времени неодновременного включения фаз выключателя.

11.2.4 Отстройка от тока 3I_{0 неп}, протекающего в месте установки защиты в неполнофазном режиме, возникающем в цикле ОАПВ на защищаемой линии – производится, если на ВЛ имеется еще одна защита, надежно защищающая свою линию и действующая на пофазное отключение. В случае, когда данная отстройка загрубляет ступень 3I₀>> , рекомендуется блокировать ее в цикле ОАПВ. Если 7SA522 является единственной защитой на линии , то производить отстройку не требуется.

11.2.5 Отстройка от броска тока намагничивания АТ в том случае, если возможно включение их под напряжение через защищаемую линию.

Ток срабатывания принимается равным большему из полученных значений по условиям пунктов 9.2.2, 9.2.3, 9.2.4, 9.2.5.

Если определяющим при выборе уставки по току является условие по пункту 9.2.2, а требования чувствительности пункта 9.2.1 не обеспечивается, то необходимо произвести расчеты по 9.2.6.

11.2.6 Согласование с быстродействующими ступенями защит от КЗ на землю ( I ст. ТЗНП, ДЗ от всех видов КЗ) смежных ВЛ с обеих сторон от защищаемой линии:

3I₀>> ³ k_отс× 3I₀_м_a_кс_.,(57)

где k_отс =1,1;

3I_{0 мaкс}- максимальное значение тока 3I_0, протекающего в месте установки защиты при КЗ на землю в конце зоны действия I ст. ТЗНП (ДЗ от всех видов КЗ) смежных ВЛ. При наличии на смежных линиях дистанционных защит от всех видов КЗ допускается согласование только с их I ступенями.

11.2.7 Отстройка от КЗ на землю на шинах смежного напряжения АТ (трансформаторов) с обеих сторон от защищаемой ВЛ:

3I₀>> ³ k_отс× 3I _0
м_a_кс.,(58)

где k_отс= 1,2-1,3 - принимается в зависимости от значениях X_АТ в схеме замещения (учет положения РПН);

3I_{0 мaкс}- максимальное значение тока 3I₀ протекающего в месте установки защиты при однофазном и двухфазном КЗ на землю на шинах смежного напряжения АТ.

Принимается наибольшее значение 3I₀>> из полученных по условиям пунктов 11.2.3, 11.2.4, 11.2.5, 11.2.6, 11.2.7.

11.2.8 Проверка чувствительности ступени 3I₀>> производится по выражению:

k_ч = 3I_{0 мин.}/ 3I₀>>, (59)

где 3I_{0 мин} - то же, что и в (54).

Если выбранная уставка по любому из приведенных условий не обеспечивает требование чувствительности пункта 11.2.1 в минимальном режиме, то необходимо проверить чувствительность в реальных рабочих режимах и в максимальном режиме.

В случаях, когда чувствительность ступени 3I₀>> не обеспечивается даже в максимальном режиме, функцию 3I₀>> предлагается не использовать.

11.2.9 В случае, если выбранная уставка 3I₀>> удовлетворяет условиям пунктов 11.2.2, 11.2.3, 11.2.4, 11.2.5, то время срабатывания t_ср данной ступени рекомендуется принимать равным 0 с.- для линий без ОАПВ и 0,2 с – для линий с ОАПВ, если имеется еще одна защита, действующая на пофазное отключение.

11.2.10 В случае, если выбранная уставка 3I₀>> не удовлетворяет условию пункта 11.4.2, то время срабатывания t_ср данной ступени необходимо принимать с учетом работы быстродействующих защит и УРОВ смежных линий:

t_ср=t_РЗ+t _УРОВ+t_ВВ+Dt, (60)

где t_РЗ - время действия быстродействующих защит на смежных ВЛ с обеих сторон от защищаемой линии , с которыми производится согласование;

t_УРОВ - полное время работы схемы УРОВ по соответствующим смежным присоединениям с обеих сторон от защищаемой ВЛ;

t_ВВ - собственное время отключения выключателей;

D t- ступень селективности, принимается в зависимости от типа защит,с которыми ведется согласование.

11.2.11 В случае, если выбранная уставка 3I₀>> не удовлетворяет условию пункта 11.4.3, то время срабатывания t_ср данной ступени рекомендуется принимать больше времени разновременности включения фаз , т.е. равной или больше 0,1 с для воздушных выключателей.

Примечание: в случае, если 3I₀>> используется как резервная на линиях с ОАПВ, для исключения срыва ОАПВ при однофазных КЗ на ВЛ из-за отсутствия возможности выбора поврежденной фазы рекомендуется, в случае, если уставка ступени 3I₀>> принята по условиям отстройки согласно пунктов 11.4.2, выполнить указанную ступень с выдержкой времени 0,2с. А также необходимо провести отстройку от тока 3I_0неп, проходящего в месте установки защиты в неполнофазном режиме, возникающем в цикле ОАПВ на защищаемой линии по формуле

3I₀>> ³ k_отс_.×3I₀_неп_,,(61)

где k_отс_.=1,2.

Если при этом чувствительность ступени 3I₀>> , выбранной по данному условию, оказывается ниже допустимой, необходимо ступень 3I₀>> блокировать в цикле ОАПВ.

12 Лекция №12. Защиты трансформаторов и автотрансформаторов

Содержание лекции: рассматриваются резервные защиты трансформаторов и автотрансформаторов.

Цель лекции: изучить основные виды повреждений и ненормальных режимов трансформаторов и способы защиты от них.

12.1 Защита трансформаторов и автотрансформаторов. Повреждения и ненормальные режимы работы трансформаторов и автотрансформаторов, виды защит и требования к ним

Виды повреждений. Основными видами повреждений в трансформаторах и автотрансформаторах являются: замыкания между фазами внутри кожуха трансформатора (трехфазного) и на наружных выводах обмоток; замыкания в обмотках между витками одной фазы (витковые замыкания); замыкания на землю обмоток или их наружных выводов; повреждения магнитопровода трансформатора, приводящие к появлению местного нагрева и "пожару стали". Опыт показывает, что КЗ на выводах и витковые замыкания в обмотках происходят наиболее часто. Междуфазные повреждения внутри трансформаторов возникают значительно реже. В трехфазных трансформаторах они хотя и не исключены, но маловероятны вследствие большой прочности междуфазной изоляции. В трансформаторных группах, составленных из трех однофазных трансформаторов, замыкания между обмотками фаз практически невозможны.

При витковых замыканиях токи, идущие к месту повреждения от источников питания, могут быть небольшими. Чем меньше число замкнувшихся витков w_a, тем меньше будет ток I_к, приходящий из сети.

Для ограничения размера разрушения РЗ от повреждений в трансформаторе должна действовать быстро (t = 0,05 0,1 с).

Защита от повреждений. В качестве таких РЗ применяются токовая отсечка, дифференциальная и газовая защиты.

На трансформаторах мощностью 200 MBА и более предусматривается автоматическое пожаротушение водой. Все изложенное далее в равной мере относится к трансформаторам и автотрансформаторам.

Виды ненормальных режимов. Наиболее частым ненормальным режимом работы трансформаторов является появление в них сверхтоков, т.е. токов, превышающих номинальный ток обмоток трансформатора. Сверхтоки в трансформаторе возникают при внешних КЗ, качаниях и перегрузках. Последние возникают вследствие самозапуска электродвигателей, увеличения нагрузки в результате отключения параллельно работающего трансформатора, автоматического подключения нагрузки при действии АВР и т. п.

Внешние КЗ. При внешнем КЗ, вызванном повреждением на шинах трансформатора или неотключившимся повреждением на отходящем от шин присоединении, по трансформатору проходят токи КЗ I_к > I_ном, которые нагревают его обмотки сверх допустимого значения, что может привести к повреждению трансформатора. В связи с этим трансформаторы должны иметь РЗ от внешних КЗ, отключающую трансформатор.

Защита от внешних КЗ осуществляется при помощи МТЗ, МТЗ с блокировкой минимального напряжения, дистанционной РЗ, токовых РЗ нулевой и обратной последовательностей. В зону действия РЗ от внешних КЗ должны входить шины подстанций (I участок) и присоединения, отходящие от этих шин (II участок). Эти РЗ являются также резервными от повреждений в трансформаторе.

Перегрузка. Время действия РЗ от перегрузки определяется только нагревом изоляции обмоток. Масляные трансформаторы допускают длительную перегрузку на 5%. В аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка в следующих пределах:

Кратность перегрузки ................. ..1,3 1,6 1,75 2 3 ;

Допустимое время перегрузки, мин ….120 45 20 10 1,5.

Из этих данных видно, что перегрузку порядка (1,5-2) I_номможно допускать в течение значительного времени, измеряемого десятками минут. Наиболее часто возникают кратковременные, самоликвидирующиеся перегрузки, неопасные для трансформатора ввиду их непродолжительности, например перегрузки, вызванные самозапуском электродвигателей или толчкообразной нагрузкой (электропоезда, подъемники и т. п.). Отключения трансформатора при таких перегрузках не требуется. Более длительные перегрузки, вызванные, например, автоматическим подключением нагрузки от АВР, отключением параллельно работающего трансформатора и др., могут быть ликвидированы обслуживающим персоналом, который располагает для этого достаточным временем. На подстанциях без дежурного персонала ликвидация длительной перегрузки должна производиться автоматически от РЗ отключением менее ответственных потребителей или перегрузившегося трансформатора.

Таким образом, РЗ трансформатора от перегрузки должна действовать на отключение только в том случае, когда перегрузка не может быть устранена персоналом или автоматически.

Неполнофазный режим. На автотрансформаторах (AT) предусматриваются РЗ от неполнофазного режима, возникающего при отключении (или включении) не всеми фазами сторон высшего (ВН) или среднего (СН) напряжений. Эта РЗ должна действовать на отключение AT. Необходимость установки такой РЗ обусловлена возможностью отключения в указанном режиме второго, параллельно работающего AT той же подстанции.

Понижение уровня масла в баке трансформатора ниже уровня обмоток, что возможно при течи в баке или резком понижении температуры наружного воздуха, может привести к повреждению обмотки.

12.2 Защита от сверхтоков при внешних коротких замыканиях

Защита от внешних КЗ служит для отключения трансформатора при КЗ на сборных шинах или на отходящих от них присоединениях, если РЗ или выключатели этих элементов отказали в работе. Одновременно РЗ от внешних КЗ используется и для защиты от повреждения в трансформаторе. Однако по условиям селективности РЗ от внешних КЗ должна иметь выдержку времени и, следовательно, не может быть быстродействующей. По этой причине в качестве основной РЗ от повреждений в трансформаторах она используется лишь на маломощных трансформаторах. На трансформаторах, имеющих специальную РЗ от внутренних повреждений, РЗ от внешних КЗ служит резервом к этой защите на случай ее отказа. Наиболее простой РЗ от внешних КЗ является МТЗ. В тех случаях, когда ее чувствительность оказывается недостаточной, применяются более чувствительные МТЗ с пуском по напряжению, МТЗ ОП и НП, ДЗ.

Резервные защиты от внешних междуфазных КЗ на AT. На трехобмоточных понижающих AT в качестве резервных защит от внешних междуфазных КЗ применяются: на стороне НН - МТЗ с комбинированным пуском напряжения: на стороне ВН AT 220/110/6-10-35 кВ - НТЗ и МТЗ ОП, а также МТЗ с пуском по напряжению от трехфазных КЗ; на сторонах ВН и СН AT 220/110/6-10-35 кВ и 500/220/10 кВ - ДЗ.

Максимальная токовая РЗ с комбинированным пуском напряжения на стороне НН AT присоединяется к ТТ, встроенным в его выводы. С первой выдержкой времени РЗ должна действовать на отключение выключателя НН, а со второй - на отключение всего AT.

Токовая РЗ ОП устанавливается на стороне ВН и питается от ТТ, встроенных во втулки ВН AT. Релейная защита выполняется направленной в сторону ВН в предположении, что выдержки времени резервных РЗ НЭП ВН меньше выдержек времени резервных РЗ ЛЭП СН. Как направленная, РЗ действует с первой выдержкой времени, большей выдержек времени резервных РЗ ЛЭП ВН, на отключение шиносоединительного или секционного выключателей (при их наличии), со второй - на отключение выключателя ВН AT и с третьей - на выходные промежуточные реле AT. В обход РНМ, как ненаправленная, РЗ действует с первой выдержкой времени - на отключение шиносоединительного и секционного выключателей СН, со второй - на отключение выключателя СН AT и с третьей - на выходные промежуточные реле РЗ AT.

Направленная токовая РЗ ОП выполняется с использованием фильтра-реле тока РТФ-8 и РНМ ОП типа РМОП-2М. При наличии на стороне ВН AT схемы "мостик" с выключателем в перемычке и отделителями в цепях AT РЗ выполняется ненаправленной. В дополнение к МТЗ ОП для действия при трехфазных КЗ предусматривается МТЗ с пуском минимального напряжения в однофазном исполнении.

Список литературы

Основная литература

1. Овчаренко Н.И. Микропроцессорные комплексы релейной защиты и автоматики распределительных электрических сетей.-М.:Энергопрогресс, 1999.-64 с.

2. Циглер Г. Цифровая дистанционная защита: принципы и применение.-М.: Энергоиздат, 2005.-322 с.

3. Шмурьёв В. Я. Цифровые реле защиты.- М.: Энергопрогресс, 1999.-56 с.

4. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита.- М.: Энергоатомиздат, 2007.-549 с.

Дополнительная литература

1. Александров А.М. Обзор руководящих материалов по релейной защите РАО «ЕЭС России» за 1990-1999 год. Учебное пособие.- СПб., 2000.

2. Аржанников Е.А., Чухин А.М. Методы и приборы определения мест повреждения на линиях электропередачи.-М.: НПФ «Энергопрогресс», 1998.- 64 с.

3. Степанов Ю.А., Степанов Д.Ю. Повышение надежности работы электрооборудования на основе совершенствования теоретического материала. -Самара, Сам. ун-т. Ч. 1 , 2002.-109 с.

4. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. -М.: Энергоатомиздат, 1998.-800 с.

5. Расчеты токов короткого замыкания для релейной защиты и системной автоматики в сетях 110-750 кВ. Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 11. Энергия 1979 год.

6. Воздушные линии электропередачи напряжением 6-750 кВ. Инструкция по определению мест повреждения. ГКД 34.20.562-96.-Киев, 1996.

7. Рекомендации по выбору защит электротехнического оборудования с использованием микропроцессорных устройств концерна ALSTOM.-Киев, 2000.

8. Каталоги и информационные материалы фирм – производителей аппаратуры: ABB, ALSTOM, GE, SIEMENS, Merlin Gerin и др.

9. Технические описания и заводские инструкции по эксплуатации устройств РЗА и выключателей.

3 Лекция №3. Выбор уставок пусковых органов при КЗ на землю и блокировки при качаниях

3.1 Выбор уставок пусковых органов при КЗ на землю

3.2 Выбор уставок блокировки при качаниях

3.3 Зависимые (АMZ) ступени максимального тока IP, 3I0P с IEC-характеристиками срабатывания

Общие положения.

Для установки параметров функционирования по адресу 2660 “KENNLINIE” возможны следующие варианты:

3.4 Защита от повреждений в узле присоединения (ошиновке)

Общие положения.

3.5 Установка параметров функционирования

5.1 Общие подходы

Основные принципы и допущения.

Выбор коэффициентов компенсации током нулевой последовательности.

Для линий без взаимоиндукции.

Для линий со взаимоиндукцией.

Для параллельных линий.

Выбор уставок первой ступени дистанционной защиты.

Требования к первой ступени: обеспечение надежности селективного отключения всех видов КЗ на линии без выдержки времени, в том числе через Rпер.= 0 ¸ Rпер.рас.

Выбор уставки X1.

Выбор уставок R1 и R1E (для полигональных характеристик).

Отстройка измерительных органов неповрежденных фаз.

Выбор уставки X2(Z2):

Уставки R2, R2E (определяются только для защит с многоугольными характеристиками):

Выбор уставок Т2:

Отстройка ступени Z2.

10.1 Требования к третьей ступени

10.2 Выбор уставок по условию обеспечения резервирования защиты шин "за спиной"

10.3 Использование ступени для определения обратного направления КЗ при блокирующей или разрешающей схеме телеускорения

10.4 Выбор уставок четвертой ступени дистанционной защиты

Требования к четвертой ступени:

Выбор уставки X4(Z4).

Выбор уставок R4(R4E)(выполняется только для защит с многоугольными характеристиками):

Выбор уставки Т4:

10.5 Выбор уставок пятой ступени дистанционной защиты

Требования к пятой ступени:

11.1 Аварийная (резервная) токовая ступенчатая защита

Общие данные.

Назначение и функциональные возможности модуля.

Ступени высокого тока Iph>>, 3I0>> с независимой характеристикой срабатывания (UMZ-защита).

Выбор уставки фазных токовых органов (Iph>>).

11.2 Выбор уставки по току нулевой последовательности (3I0>>)

Требования к первой ступени: обеспечение надежности селективного отключения всех видов КЗ на линии без выдержки времени, в том числе через R_пер.= 0 ¸ R_{пер.рас}.

Ступени высокого тока I_ph>>, 3I₀>> с независимой характеристикой срабатывания (UMZ-защита).

Выбор уставки фазных токовых органов (I_ph>>).