Выбор уставок дистанционной защиты

Лекция 15

15.1. Выбор уставок дистанционной защиты

15.2. Оценка дистанционной защиты

Выбор уставок дистанционной защиты

Ниже рассматривается выбор характеристик трехступенчатой ДЗ на примере участка сети с одиночными ЛЭП, показанного на рис.11.44. Выбираются уставки ДЗ А, уставки ДЗ В и С принимаются заданными. Характеристики согласуемых защит t _з = f (Z)изображаются графически на диаграмме в осях Z, t (рис.11.44, б). На оси Z откладываются первичные сопротивления прямой последовательности Z ₁ участков сети.

При выборе сопротивления срабатывания ДО необходимо учитывать погрешности, вызывающие отклонение Z _c.з от принятой уставки Z _y.Действительное значение Z _c.з = Z _y ±Δ Z. На значение Δ Z влияют погрешности ДО, ТН и ТТ. В расчетах принимается Δ_ТТ = –0,1; Δ_ТН = ± 0,05;Δ_ДО = ± 0,1. Помимо этих погрешностей вводится запас, учитывающий погрешности расчета и регулирования уставок. Расчет сопротивлений срабатывания удобнее вести в первичных величинах (U _р, I _p, Z _p) с последующим пересчетом выбранных уставок на вторичную сторону.

Первая ступень защиты. Время срабатывания I ступени t _I определяется собственным временем действия ИО и элементов ЛЧ ДЗ (t _I = 0,02 ÷ 0,1 с). Сопротивление срабатывания Z _I выбирается из условия, чтобы ДО этой зоны не могли сработать за пределами защищаемой ЛЭП (W₁ на рис.11.44):

(11.34)

где Z _{l Wl} — первичное сопротивление прямой последовательности защищаемой ЛЭП W ₁, k' — коэффициент, учитывающий Δ_ТН и Δ_ДО, могущие вызвать увеличение Z _IA(k '= 0,85 ÷ 0,9); Z _1yд — удельное сопротивление ЛЭП; l _АВ — длина W ₁.

 

Из (11.34) следует, что длина I зоны l _I = (0,85 ÷ 0,9) l _АВ.

Вторая ступень защиты служит для защиты с минимально возможной выдержкой времени t _II участка защищаемой ЛЭП, не вошедшего в зону I ступени. Сопротивление срабатывания Z _IIA^и выдержку времени t _II отстраивают от быстродействующих РЗ трансформаторов и ЛЭП, отходящих от шин противоположной подстанции (рис.11.44).

Выдержка времени выбирается

(11.35)

где t_IB — максимальное время действия быстродействующих РЗ следующего участка (t _IB = 0,1 с), Δt = 0,3 ÷ 0,5 с.

С учетом этого t _IIA = 0,4 ÷ 0,6 с. Если на ПС В имеется УРОВ (см. гл. 21), то tm = t _IB + t_УРOB + Δ t.

Для согласования с линейными РЗ II зона должна быть отстроена от самой короткой I ступени на следующем участке (Z _IB).Вторая зона должна быть отстроена от точки К', т.е. от конца I зоны ДЗ В с учетом ее сокращения, аналогично тому как отстраивалась I зона этой же ДЗ (рис.11.45). Отсюда, считая, что источник В отключен:

(11.36)

где k" — коэффициент, учитывающий сокращение Z _IBна Δ Z, принимается равным 0,9; k' —коэффициент, учитывающий возможное увеличение Z _IIAв результате погрешностей ДО II зоны ДЗ A (k'= 0,85 ÷ 0,9); l _АВ и l _BK1 — см. рис.11.44.

Протяженность II ступени ДЗ А l _IIА =(0,85 ÷ 0,9)(l _AB + 0,9 l _BKl).

При наличии нескольких источников питания, подключенных к шинам противоположной подстанции, расчет Z _II необходимо вести с учетом подпитки места КЗ током I _к от дополнительного источника В.

Сопротивление в месте установки ДЗ А, подводимое к ее зажимам:

(11.37)

где k _T = I _К2 /I _К1 —коэффициент токораспределения, показывающий, во сколько раз ток на поврежденном участке больше тока, на который реагирует ДО ДЗ*.

Поскольку k _т > 1, то значение Z _pA,измеряемое ДО, превосходит действительное сопротивление Z _AKl = Z _AB + Z _BKl.Поэтому Z _II следует выбирать с учетом ожидаемой подпитки по выражению

(11.38)

Здесь Z _IB, k', k" — такие же величины, как в (11.36); k _T — коэффициент токораспределения**, равный I _К2 /I _К1при повреждении в конце I ступени ДЗ В.

Для отстройки от КЗ за трансформаторами, Т ПС В с учетом токораспределения II ступень ДЗ А должна удовлетворять условию:

(11.38a)

где Z _{т min}—сопротивление наиболее мощного трансформатора на ПС В с учетом его изменения (по данным завода); k' — то же, что в (11.34). При определении k _т для расчета уставки Z _IIA по (11.36) и (11.38) следует исходить из реально возможного режима сети и источников питания. За окончательное значение Z _II принимается меньшее из двух по (11.38) и (11.38а). Выбранное Z _IIAпроверяется по условию надежного действия при КЗ на шинах ПС В. Согласно ПУЭ:

*Принимается, что I _К1, I _К2, I _кз не имеют сдвига фаз, в действительности же такой сдвиг возможен за счет различия фаз ЭДС Е _Аи Е _Bи углов сопротивления Z _A, Z _B и Z _AB.

** В приведенных выше выражениях Z _IIA(11.36) и k _т (11.38) определяются как отношение тока, проходящего по поврежденному присоединению, к току ДЗ А,при этом k _т > 1. В руководящих указаниях принимается отношение тока в рассматриваемой ДЗ к току в поврежденном присоединении, при этом k' _т < 1 и входит в формулы (11.36) и (11.38) в виде множителя 1/ k'' _т.

 

Для ЛЭП с сопротивлением 5-20 Ом следует стремиться, чтобы k _ч ≥ 1,5 ÷ 2, так как при малом k _ч ДЗ на ЛЭП с небольшим сопротивлением могут отказывать при КЗ через R _п.

Если II зона недостаточно надежно охватывает защищаемую ЛЭП, т.е. если k _ч < 1,25, то ее можно отстраивать не от I, а от конца II зоны ДЗ В. При этом время действия и зоны ДЗ А должно отстраиваться от времени II зоны t _IIB: t _JIA = t _IIB + Δ t, а значение Z _IIAдолжно выбираться по (11.36), в котором вместо Z _IB нужно подставить Z _IIB. На протяженных ЛЭП с большой нагрузкой уставку Z _II, выбранную по условию надежного охвата защищаемой ЛЭП, следует проверять по условию отстройки от нагрузки по выражению (11.42), по которому выбирается уставка IIIступени.

Третья ступень предназначается для резервирования присоединений (ЛЭП и трансформаторов), отходящих от шин противоположной ПС (В на рис.11.44). Дистанционные органы этой ступени должны действовать при КЗ в конце наиболее длинной ЛЭП, отходящей от шин противоположной ПС, и за подключенными к ней трансформаторами. Удовлетворяющее условию резервирования Z _III обычно имеет значительную величину. Поэтому вторым условием для выбора Z _III является ее отстройка от Z _{paб min}. Часто второе условие является определяющим уставку и ограничивающим зону резервирования III ступени. При определении Z _paб необходимо учитывать ток самозапуска электродвигателей, при котором

(11.39)

На транзитных ЛЭП, электрически удаленных от промышленной нагрузки (ЛЭП 330-1150 кВ), k _сзп = 1 (коэффициент самозапуска). Приближенно k _сзп оценивается так же, как при выборе I _сзп МТЗ (см. § 4.5).

Для обеспечения возврата ДО после отключения КЗ необходимо выполнить условие:

(11.40)

где k _отс = 1,1.

Сопротивление срабатывания Z _с.з(H), обеспечивающее условие возврата ДО в нагрузочном режиме при Z _{pa6 min}, находится с учетом k _в:

(11.41)

подставив Z _{paб min} (11.39), получим

(11.42)

Полученное значение Z _с.з(н), так же как и Z _{paб min}, является комплексным вектором с аргументом, равным углу нагрузки φ _н = 10 ÷ 30°.

Сопротивление срабатывания III ступени Z _с.з(р) определяется по условию чувствительности при КЗ в конце резервируемого участка:

(11.43)

где — наибольшие первичные сопротивления Z _p.к в месте установки ДЗ А с учетом подпитки при металлическом КЗ в конце резервируемой ЛЭП и за трансформатором (W ₂и трансформатор Т на рис.11.44); k _ч ≥ 1,2 согласно ПУЭ, а при КЗ в конце защищаемой ЛЭП (на шинах В) k _ч > 1,5.

По найденным значениям Z _с.з(н) и Z _с.з(р) уставка срабатывания III ступени Z _III выбирается так, чтобы Z _с.з ДО в диапазоне углов φ _н было равно или меньше Z _с.з(н), а при φ _р = φ _к = φ _л Z _с.з ДО было по возможности равно или больше Z _с.з(р) (рис.11.46). В ряде случаев условие резервирования (11.43) не удается выполнить из-за необходимости отстройки от нагрузки Z _{pa6 min}.

Особенности выбора Z _III в зависимости от вида характеристики срабатывания. ДО с характеристикой в виде окружности с центром в начале координат имеет одинаковые Z _с.з при любых φ _р. Уставка срабатывания Z _III является радиусом окружности и выбирается из условия отстройки от Z _{paб min}: Z _III < Z _с.з(н), определяемому по (11.42). Зная Z _{p.к maх} при КЗ в конце резервируемого участка, находят k _ч = Z _III / Z _{p.к maх}.

ДО с круговой характеристикой, проходящей через начало координат (рис.11.46), имеет Z _с.з, зависящее от φ _р по уравнению Z _с.з = Z _{с.з max}cos(φ _м.ч – φ _р) Для отстройки от нагрузки определяется Z _с.з(н) по (11.42) и <φ _{н mах}.Эти величины подставляются вместо Z _с.з и φ _р в уравнение срабатывания, из которого находится

(11.44)

Найденное значение Z _III является диаметром окружности, расположенным под углом φ _м.ч = φ _л к оси R и определяющим возможную зону резервирования.

Уставка срабатывания Z _y = Z _III ДО с четырехугольной характеристикой, проходящей через начало координат,выбирается из условия резервирования по (11.43). Найденное значение Z _с.з(р) показано на рис.11.47 в виде вектора 0К,расположенного под углом φ _к = φ _м.ч к оси R. Вектор Z _с.з(р) (0К) определяет положение верхней стороны четырехугольника и является предварительной уставкой III ступени, подлежащей проверке по условию отстройки от Z _{paб min}. Отстройка от нагрузки осуществляется выбором положения правой боковой стороны. Из (11.42) находится наибольшее значение Z _с.з(н), отстроенное от Z _{paб min}, и определяется φ _{н mах}.

Если, используя имеющийся диапазон регулирования положения правой стороны характеристики, обеспечить условие отстройки не удается, то необходимо уменьшить предварительно выбранную уставку Z _с.з(р) или сместить четырехугольник в I квадрант. У ДО с характеристикой в виде треугольника Z _с.зIII выбирается аналогично.

Проверка Z _с.з ДО по току точной работы I _т.р. Проверяется, что минимальное значение тока КЗ в точке каждой ступени ДЗ больше тока точной работы ДО этой ступени (при выбранной уставке) не менее чем в 1,3 раза: I _{K min} = 1,3 I _т.р.

Выдержка времени III ступени ДЗ А выбирается по условию селективности с III ступенью резервируемой ДЗ В: t _IIIA= t_IIIB + Δ t. В некоторых случаях для уменьшения t _IIIсопротивление срабатывания Z _IIIAможно согласовывать с концом зоны Z _IIB следующего участка.

Вторичные сопротивления срабатывания. Для пересчета первичных сопротивлений на вторичную сторону ТТ и ТН используются выражения

Вторичное сопротивление срабатывания реле

(11.45)

Особенность выбора уставок срабатывания ДЗ на ЛЭП с ответвлениями. На ЛЭП с ответвлениями, питающими понижающие ПС (рис.11.48), уставки срабатывания I и II зон дополнительно отстраиваются от КЗ за трансформатором ответвления; первая ступень отстраивается по выражению

Z ₁ = k' (Z _АС + Z _от + Z _т).

Отстройка Z _II производится по (11.38), где вместо Z _W1подставляется сумма сопротивлений участка ЛЭП от места установки ДЗ А до трансформатора ответвления, участка ответвления Z _от и трансформатора Z _т: Z _IIA = k'Z _AC + k _т(Z _от + Z _т). Отстройка ведется для наиболее тяжелого случая, когда W2 отключена с противоположной стороны. Выдержка времени выбирается по условию (11.35). При этом допускается неселективное действие I зоны ДЗ А при КЗ в трансформаторе ответвления. Эта неселективность устраняется с помощью АПВ ЛЭП. Вторая зона ДЗ при повреждении в трансформаторе действует селективно, поскольку t _II отстраивается от быстродействующих РЗ ЛЭП и трансформаторов. Чувствительность III зоны ДЗ III должна,проверяться при КЗ за трансформатором, а t _III отстраиваться от времени действия МТЗ трансформатора.

Ток срабатывания токовых ПО, применяемых в ДЗ сети; з5 кВ, выбирается так же, как и у МТЗ, по условию отстройки от нагрузки:

(11.46)

где k _н = 1,2; I _{раб max} — максимальный ток нагрузки.

Если необходимо обеспечить избирательность поврежденных фаз (например, в ДЗ ПЗ-152 и ДЗ-1), то I _с.з должно удовлетворять также условию

(11.47)

где k _н = 1,2; I ⁽²⁾_неп.ф — максимальное значение тока в неповрежденной фазе при двухфазном КЗ на защищаемой ЛЭП.

Чувствительность ПО проверяется при КЗ в конце защищаемой ЛЭП и в конце зоны резервирования по минимальному значению I _к. Согласно ПУЭ k _ч в первом случае должен быть не меньше 1,5, а во втором — 1,2.