Название: Быстродействующие защиты линий высокого и сверхвысокого напряжений (Л.В. Багинский )

Жанр: Информатика

Просмотров: 1550


1.2.2. принципы расчета поперечной

дифференциальной направленной защиты

Расчет ПДНЗ заключается в определении ее тока срабатывания Iсз, который задается с помощью уставки ПО, с последующей проверкой ее чувствительности.

Величина Iсз определяется из условий обеспечения отстройки от ложных сигналов максимальной интенсивности, которые могут вызвать излишнее срабатывание ПДНЗ. Два вида ложных сигналов уже упоминались в п. 1.2.1: ток небаланса, вызванный несовпадением характеристик ТТ цепей защищаемой линии и различием сопротивлений этих цепей, а также токи неповрежденных фаз в режиме каскадного действия при КЗ на землю на одной из цепей. Еще один вид ложного сигнала будет рассмотрен ниже.

Количество условий, по которым выбирается величина Iсз, зависит от назначения ПДНЗ, т. е. на какие виды КЗ она должна реагировать: на все виды КЗ, на междуфазные КЗ, на КЗ на землю.

Рассмотрим сначала условия выбора Iсз ПДНЗ, предназначенной для защиты двухцепной линии от всех видов КЗ. Величина Iсз такой ПДНЗ определяется по трем следующим условиям.

Условие 1. Отстройка от расчетного тока небаланса

Iсз = Kн Iнб расч,                                    (1.3)

где Kн = 1,5…2 – коэффициент отстройки.

За основу определения расчетного тока небаланса так же, как и при расчетах ТЗНП [8], принимается ток небаланса установившегося процесса, а его увеличение в переходном процессе учитывается коэффициентом апериодической составляющей Ka

Iнб расч.1 = KаK0IКmax расч,                          (1.4)

где Kа = 2,  = 0,1, K0 – коэффициент однотипности (при однотипных ТТ на обеих цепях K0 = 0,5, при разнотипных – K0 = 1);

IКmax расч = 0,5 IКmax, IКmax – наибольший из токов внешних трехфазных КЗ как «за спиной», так и на шинах противоположной подстанции.

Вторая составляющая расчетного тока небаланса определяется только в тех случаях, если между сопротивлениями цепей существует различие DZЛ*.

Iнб расч≈ IКрасч DZЛ*,                                               (1.5)

где DZЛ* = DZ/ZЛ.

Тогда

Iнб расч = Iнб расч 1 + Iнб расч 2.                                      (1.6)

Условие 2. Это условие является следствием ложного сигнала следующего характера. Когда одна из цепей отключена (например, находится в ремонте), ПДНЗ заблокирована контактом KQC (см. рис. 1.4), но обмотки ПО и ОНМ (KA и KW на рис. 1.3) продолжают обтекаться током. Если в таком режиме произойдет внешнее КЗ, то от тока КЗ ПО и ОНМ обязательно сработают (но ПДНЗ не сработает, так как она заблокирована). Если после отключения внешнего КЗ в линии будет протекать максимальный ток нагрузки, а ПО ПДНЗ не возвратится в исходное положение, то цепь на отключение выключателя останется подготовленной, но разомкнутой на одном из контактов KQC (см. рис. 1.4). Однако не следует упускать из виду, что выключатели отключенной цепи находятся на разных подстанциях, удаленных друг от друга на значительное расстояние. Поэтому при необходимости включить отключенную цепь в работу она не может быть включена с обоих концов совершенно одновременно. Более того, после длительного отключения или ремонта ее необходимо включить сначала одним выключателем (режим опробования). Следовательно, будет включен только один выключатель рассматриваемой цепи и соответствующий ему контакт KQC замкнется, но ток по-прежнему будет протекать только по одной цепи. Таким образом, ранее подготовленная цепь на отключение выключателя замыкается и происходит излишнее срабатывание ПДНЗ. Отсюда следует, что ложным сигналом ПДНЗ при одной отключенной цепи является максимальный ток нагрузки, протекающий по цепи, оставшейся в работе. А для предотвращения излишнего срабатывания при включении выключателя ранее отключенной цепи необходимо, чтобы ПО возвратился в исходное положение после внешнего КЗ в одноцепном режиме защищаемой линии при протекании в работающей цепи максимального тока нагрузки Iнmax, т. е.

.                                  (1.7.)

Тогда после внешнего КЗ цепь отключения выключателя будет разомкнута не только на контакте KQC, но и на контакте KA (см. рис. 1.4). Поэтому после включения выключателя неработающей цепи и соответствующего контакта KQC цепь отключения останется разомкнутой на контакте KA. Однако, если на включаемой цепи возникло КЗ, появится ток КЗ в этой цепи IK > Iн max и, следовательно, ток дифференциальной цепи Id > Iсз, и ПДНЗ снова отключит выключатель (селективно).

Условие 3. Отстройка от токов неповрежденных фаз в режиме каскадного действия

Iсз = Kн Iнф,                                        (1.8)

где Iнф – максимальная величина токов неповрежденных фаз при однофазном и двухфазном КЗ на землю.

Следует отметить, что последнее условие часто приводит к существенному загрублению защиты. Поэтому в настоящее время, как правило, предпочтительным считается вариант исполнения на линиях с напряжением 110 кВ и выше ПДНЗ от всех видов КЗ, состоящей из двух блоков: блока защиты от междуфазных КЗ, выполненного на двух фазах защищаемой линии, и блока защиты от КЗ на землю, включенного на нулевые провода групп ТТ «звезда» этой линии по дифференциальной схеме (рис. 1.5). При этом блок защиты от междуфазных КЗ (АKмф) блокируется по оперативным цепям блоком защиты от КЗ на землю (АKн).

При таком исполнении защиты ток срабатывания блока защиты от междуфазных КЗ выбирают по условиям 1 и 2, выбирать по условию 3 не следует, поскольку этот блок заблокирован в условиях, когда могут появиться токи в неповрежденных фазах.

Ток срабатывания блока защиты от КЗ на землю выбирается только по условию 1. Причем ток небаланса при расчете тока срабатывания определяется с учетом того, что в данной схеме могут действовать одновременно два фактора, порождающих небаланс: различие характеристик ТТ разных цепей (но одной и той же фазы) и различие характеристик ТТ разных фаз на одной цепи защищаемой линии. При неблагоприятных условиях составляющие тока небаланса, обусловленные этими факторами, можно просуммировать арифметически. В самом деле, если оба ТТ цепи Л1 имеют лучшие характеристики ТТ цепи Л2 (см. рис. 1.5), то при двухфазном внешнем КЗ фаз А и B в обеих фазах блоки защиты от междуфазных КЗ появятся токи небаланса взаимно противоположного направления.

 

Рис. 1.5

Поэтому в узле O они будут взаимно компенсироваться (см. пунктирные стрелки на рис. 1.5) и ток небаланса в блоке защиты от КЗ на землю AKН будет незначительным. Но если ТТ с лучшими характеристиками окажутся в равных цепях защищаемой линии, то ток небаланса в блоке AKН резко возрастет. Предположим, в фазе A по-прежнему характеристика ТТ цепи Л1 лучше, чем ТТ цепи Л2, а в фазе B, наоборот, характеристика ТТ цепи Л2 лучше. Тогда направление тока небаланса фазы A в узле O сохранится прежним, а фазы B – изменится на противоположное (см. сплошные стрелки на рис. 1.5). Таким образом, в блоке АKН токи небаланса фаз A и B будут суммироваться арифметически, а относительная величина суммарного относительного тока небаланса блока AKН может достигать  (при неоднотипных ТТ цепей). Однако за расчетный вид КЗ принимают двухфазное КЗ на землю, так как механизм формирования тока небаланса при этом виде КЗ почти не отличается от рассмотренного выше, поскольку при таких внешних КЗ взаимный угол токов фаз существенно больше 120°. Но величина тока двухфазного КЗ на землю больше, чем двухфазного. Поэтому для блока защиты от КЗ на землю

Iнб расч = KаK0I (1,1) Красч,                        (1.9)

где  = 2.

При использовании ПДНЗ в сети с изолированной (компенсированной) нейтралью она состоит только из блока защиты от междуфазных КЗ.

Условия проверки чувствительности ПДНЗ определяются ее основными свойствами, в соответствии с которыми расчетными являются два режима. Цель первого – не допустить наложение зон каскадного действия ПДНЗ противоположных концов защищаемой линии, которое привело бы к появлению мертвой зоны в срединной ее части. Для этого необходимо проверить чувствительность при КЗ в точке равной чувствительности в минимальном режиме:

,                                 (1.10)

где IРmin – ток в дифференциальной цепи (в ПО) при КЗ в точке равной чувствительности защит обоих концов линии в минимальном режиме. При равенстве токов срабатывания ПДНЗ обоих концов защищаемой линии точка равной чувствительности расположена в середине этой линии.

Второе условие проверки чувствительности дает возможность убедиться в завершении каскадного действия ПДНЗ при КЗ вблизи места ее установки, несмотря на то что после отключения первого выключателя сопротивление контура КЗ резко возрастает

                        (1.11)

где IPmin – ток в дифференциальной цепи ПДНЗ при КЗ в непосредственной близости от отключившегося в процессе каскадного действия выключателя (со стороны проверяемой ПДНЗ) в минимальном режиме.

Если чувствительность блока защиты от междуфазных КЗ окажется недостаточной вследствие значительного увеличения тока срабатывания по условию 2, то этот блок целесообразно дополнить пуском минимального напряжения. Это позволит не учитывать условие 2 при настройке защиты. Однако при этом чувствительность органа минимального напряжения также должна быть проверена.

Как показано в п. 1.2.3, в настоящее время рассматриваемая защита рекомендована к применению только на приемных концах двухцепных линий с односторонним питанием. С питаемого конца такая линия оборудуется преимущественно дистанционной защитой от междуфазных КЗ и токовой защитой нулевой последовательности (ТЗНП) – от КЗ на землю. В связи с таким исполнением защиты противоположного конца линии существуют особенности при проверке чувствительности по первому условию, поскольку ПДНЗ в этих условиях должна взаимодействовать с защитами совершенно иного типа (точнее, с первыми ступенями этих защит).

При этом с проверкой чувствительности ПДНЗ нулевой последовательности особых проблем не возникает, так как и проверяемая защита, и ТЗНП – токовые защиты. Поэтому достаточно рассчитать ток в реле IPj обеих защит при различных расстояниях точек КЗ от места установки ПДНЗ LК, построить зависимости IPj(a) (где a =LК/L). С помощью этого графика следует определить такую величину a (по аналогии с методикой, описанной в [8, п. 5.7]), при которой

,                          (1.10а)

где нижние индексы «П» и «Т» отражают принадлежность к защитам ПДНЗ и ТЗНП соответственно.

Для ПДНЗ от междуфазных КЗ таким же способом можно определить величину KЧР, если на питаемом конце защищаемой линии установлена токовая ступенчатая защита. Но в большинстве случаев на питаемом конце используется дистанционная защита с направленным реле сопротивления в качестве реле первой ступени. Изменение чувствительности таких реле в зависимости от a происходит по весьма сложному закону, который зависит от принципа действия реле (см. [7, пп. 4.3.4, 4.3.5]). Максимальная чувствительность первой ступени проявляется при КЗ в окрестности середины первой зоны, причем с перемещением точки КЗ от границы этой зоны к середине чувствительность растет очень быстро, а на всем протяжении зоны (0,87Lл) достаточная чувствительность гарантирована. Поэтому опасность того, что зона, защищаемая ПДНЗ, не будет налагаться на первую зону дистанционной защиты, могла бы существовать, если бы длина зоны каскадного действия достигала 0,87L, что практически нереально. В рассматриваемых условиях проверку чувствительности можно провести по ориентировочной ее оценке. Для такой оценки величины KЧР можно использовать ток двухфазного КЗ в минимальном режиме в точке, расположенной в середине участка перекрытия зон защит, установленных на обоих концах защищаемой линии. Такая оценка является явно пессимистической (заниженной), поскольку точка равной чувствительности в действительности существенно смещена в сторону приемного конца линии.