В) Выполнение защит на электропередачах 500 кВ



Отмеченные выше особенности дальних передач и условий работы защиты потребовали разработки специальных устройств, позволяющих обеспечить повышенное быстродействие, высокую чувствительность и правильную работу органов защиты в нор­мальных и аварийных режимах электрических сетей 500 кВ с учетом влияний емкостной проводимости, продольной и попе­речной компенсаций.

Принципы защиты дальних передач. Основная защита на дальних электропередачах должна обеспечивать отключение к. з. без выдержки времени в пределах всей защищаемой линии. Из известных в настоящее время защит этому требованию удовлет­воряют дифференциально-фазные и направленные высокочастот­ные защиты, а также дистанционные с высокочастотной блокиров­кой. В СССР в качестве основной защиты на линиях 500 кВ при­меняются дифференциально-фазные защиты ДФЗ-501 и ДФЗ-503, разработанные с учетом особенностей дальних передач. На линиях 750 кВ применяется направленная защита с в. ч. блокировкой типа НДФЗ-750 с t = 0,02 с. В качестве резервных защит исполь­зуются ступенчатые направленные защиты нулевой последова­тельности и дистанционные защиты.

С учетом того, что отказ в действии основной быстродействую­щей защиты и особенно одновременный отказ в работе основной и резервной защит могут привести к нарушению устойчивости электропередачи и вызвать тяжелую аварию системного значения, релейная защита дальних передач сверхвысокого напряжения должна обладать особенно высокой надежностью действия.

Для этой цели помимо повышенной надежности самих уст­ройств релейной защиты, применяемых на дальних электропере­дачах, необходимо выполнить два условия: 1) предусмотреть раз­деление токовых цепей и оперативных цепей основной и резерв­ной защит так, чтобы неисправность любого элемента одной за­щиты не могла привести к отказу в действии другой защиты, 2) обеспечить при отказе основной защиты работу резервной защиты с выдержкой времени, гарантирующей сохранение устой-. чивости электропередачи. Это можно достигнуть ускорением вторых зон резервных защит с помощью высокочастотной блоки­ровки или передачей отключающих импульсов на противопо­ложный конец линии при действии быстродействующей ступени резервной защиты на одном из концов поврежденной цепи. Вторым вариантом, обеспечивающим сохранение устойчивости при отказе основной защиты, является установка наряду с резерв­ной второй быстродействующей защиты. Вызванные этим удоро­жание и усложнение защиты вполне оправданы.

Дифференциально-фазная защита типа ДФЗ-501. Защита вы­полнена на тех же принципах, что и ДФЗ-2. Она основана на сравнении фаз токов 1+ k 2 и состоит из трех органов: пуско­вого, манипуляции и сравнения фаз. Исполнение ее органов имеет некоторые особенности, обеспечивающие правильную работу защиты в специфических условиях дальних передач сверхвысокого напряжения.

Особенности пускового органа. 1. Проведенные сравнения показали, что на дальних передачах более чувствительным яв­ляется пуск по U 2 . Поэтому, в дифференциально-фазной защите для длинных линий типа ДФЗ-501 пусковой орган защиты выпол­нен с помощью реле напряжения обратной последовательности. Как было показано (§ 12-6, б), обязательным условием пра­вильной работы защиты при внешних к. з. является работа в. ч. постов на обоих концах линии.

При включении пусковых реле па напряжение обратной после­довательности в месте установки защиты (U 2 m и U 2п ) это условие выполняется не во всех случаях, так как напряжение U2 умень­шается при удалении от точки к. з. (рис. 14-7). Вследствие этого имеется возможность срабатывания пусковых реле защиты только на одном конце линии, ближнем к месту к. з. (рис. 14-7), что при­водит к ложному действию.

Для устранения этого недостатка и обеспечения правильной работы защиты к пусковым реле на обоих концах линии должны подводиться равные напряжения U 2 . Это достигается включением пусковых реле на компенсирован­ное напряжение обратной после­довательности:

                                               ,                                       (14-1)

где 2 и 2 — напряжение и ток обратной последовательности в месте установки защиты; z — сопротивление компенсации.

Сопротивление z выбирается так, чтобы напряжение U 2 p при внешнем к. з. соответствовало на­ пряжению в середине защищае­мой линии (точка N на рис. 14-7). Исходя из этого, z при­нимается равным половине полного сопротивления линии z л (z = z л/2). При таком включении пусковые реле на обоих концах линии получают одно и то же напряжение U2. Это обеспечивает одинаковые условия их работы и пуск высокочастотных постов на обеих сторонах линии при внешних к. з.

Компенсация напряжения U 2 осуществляется с помощью трансреактора ТК, включенного в рассечку каждой фазы вторичной цепи трансформатора напряжения, питающего фильтр Ф2 (рис. 14-8). Вторичная э.д. с. трансреактора ТК Ек = I ф z , где z — сопротивление, обусловленное взаимоин­дукцией между обмотками ТК, соответствующее сопротивлению компенсации. Первичная обмотка ТК питается током I ф.

Результирующее напряжение каждой фазы, подводимое к фильтру обратной последовательности Ф2, равно:

рез. ф == фz ф .

На выходе фильтра Ф2 получается составляющая обратной по­следовательности этого напряжения, т. е. компенсированное напря­жение = z , как это требуется по выражению (14-1).

2. В соответствии с предъявляемыми требованиями защита ДФЗ-501 отличается повышенной быстротой действия. В связи с этим возникла необходимость ускорения пуска передатчиков, генерирующих токи в. ч.

    Для этой цели помимо обычного пуска от контактов пускового реле ПР1 (рис. 14-8) предусмотрен бесконтактный пуск, осуществляемый с помощью выпрямленного напряже­ния U р, питающего пус­ковые реле защиты ПР1 и ПР2, которые подво­дятся к лампе Л1 упра­вляющей работой передатчика.

В нормальных условиях U р = 0, лампа Л1 открыта, к передатчику подается минус, вследствие чего передатчик не работает.

При появлении напряже­ния U р потенциал сетки лам­пы Л1 по отношению к ее ка­тоду становится отрица­тельным и лампа закры­вается. В результате этого к передатчику через сопротивле­ние подводится плюс и пере­датчик начинает работать. Контактный пуск производит­ся при срабатывании реле ПР1. Оно размыкает контакты и снимает минус с катода, при этом на катод Л1 подается положительное смещение с по­тенциометра R 4 , лампа Л1  за­крывается и передатчик при­ ходит в действие.

Бесконтактный пуск передатчика часто называется безы­нерционным; как видно из схемы, он действует быстрее, чем контактный пуск.

3. При обрыве одной или двух фаз цепей напряжения, питаю­щего фильтр Ф2, вторичное напряжение становится несимметрич­ным, в нем появляется U2, могущее вызвать, работу реле ПР1 и ПР2.

При этом происходит односторонний пуск защиты, вызывающий ее ложное действие. Для предупреждения этого в схеме защиты предусматривается блокировка, выводящая за­щиту из действия при обрыве цепей напряжения.

Особенности органа манипуляции. Орган манипуляции ДФЗ-501 состоит из комбинированного фильтра Фм, выполненного так же, как и в ДФЗ-2, и дополнительного устройства компенса­ции УК (рис. 14-9), устраняющего влияние емкостных токов прямой и обратной последовательностей защищаемой линии на ве­личину и фазу напряжения U м = ( 1 + k 2), получаемого от фильтра Фм.

 

 

Компенсирующее устройство представляет собой фильтры напряжения прямой и обратной последовательностей U 1 и U 2 , питающие трансформаторы ТК1 и ТК2 соответственно. На выходе трансформаторов получаются напряжения U К1 и UК2, пропорцио­нальные прямой и обратной последовательности емкостных токов линии ( I С1 и I С2 ): Uк1I С1 , UК2I с2.

Как видно из рис. 14-9, эти напряжения включаются в выход­ную цепь трансформатора манипуляции ТМ, питаемого фильт­ром Фм, и уничтожают (компенсируют) емкостные составляющие напряжения U М , обусловленные емкостными токами Ic 1 и I с2.

На рис. 14-10 приведены векторные диаграммы токов обратной последовательности на обоих концах линии, поясняющие компен­сацию емкостных токов обратной последовательности 1С2. Век­торные диаграммы построены без учета активных составляющих сопротивлений сети.

Диаграммы показывают, что в результате компенсации срав­ниваемые вторичные токи на обоих концах линии при внешних к. з. получаются равными по величине и сдвинутыми по фазе на 180°. С помощью аналогичных диаграмм можно пояснить компенсацию емкостных токов прямой последовательности.

Для устранения влияния токов с частотой, отличной от 50 Гц, возникающих при неустановившихся режимах в сетях 500 кВ, предусмотрен специальный частотный фильтр. Фильтр состоит из дросселя ДР1 и емкостей С3 и С2 (рис. 14-9), включенных на выходе органа манипуляции. Фильтр пропускает только токи с частотой 50 Гц. Защита ДФЗ-501 получила широкое распростра­нение в СССР на линиях 500 кВ [Л. 59, 60]. Готовится к выпуску за­щита типа ДФЗ-503 с улучшенными схемами отдельных узлов: орга­на манипуляции, блокировки от нарушения цепей напряжения и др.

ЗАЩИТА ЛИНИЙ С ОТВЕТВЛЕНИЯМИ

А) Линии с ответвлениями

За последнее время широкое распространение получают линии с ответвлениями, к которым подключаются подстанции, имеющие или не имеющие источников питания, как показано на рис. 14-11. Подключение таких подстанций к магистральным линиям может выполняться с выключателями на стороне высшего напряжения (рис. 14-11, а) или по упрощенным схемам — без выключателей (рис. 14-11, б).

В последнем случае возможны следующие варианты выполне­ния защиты и отключения трансформаторов, подключенных на ответвлениях, в случае их повреждения;

1. Защита трансформаторов осуществляется защитами магистральной линии на выключателях А и В. В этом случае транс­форматор Т подключается к линии наглухо (рис. 14-11, б).

2. Защита трансформатора на ответвлении выполняется с помощью плавких предохранителей П (рис. 14-11, в).

3. На трансформаторе ответвления устанавливается релейная защита С от внутренних повреждений, которая действует на включение специального автоматического разъединителя К, называе­
мого короткозамыкателем (рис. 14-11, г). При повреждении в трансформаторе короткозамыкатель K включается и устраивает к. з. (однофазное или двухфазное), на которое реагирует защита магистральной линии, отключающая выключатели А и В. После отключения линии работает автоматический отделитель О, отклю­чающий поврежденный трансформатор, и затем магистральная линия Л1 включается в работу с помощью АПВ.

Таким образом, в рассмотренном варианте на трансформаторе устанавливаются отделитель и короткозамыкатель.

4. Как и в предыдущем случае, на трансформаторе устанавли­вается защита С. При повреждении в трансформаторе она срабаты­вает и посылает по специальным каналам (проводным или высоко частотным по линиям электропередачи) импульс на отключение выключателей А и В линии (рис. 14-11, д).

Этот способ требует дорогостоящих каналов связи. Но он по­зволяет быстрее отключать поврежденный трансформатор и упро­щает силовую часть трансформатора.

Наибольшее распространение на практике получили первые три варианта.

 

 


 

Подключение ответвлениями применяется как на одинарных, так и на параллельных линиях. В последнем случае трансформа­торы, подключенные к разным линиям, работают раздельно на сто­роне низшего напряжения (рис. 14-11, ё). При отключении одной из линий или трансформатора с помощью АВР включается секцион­ный выключатель Всекц и питание потребителей секции, потеряв­шей напряжение, восстанавливается от второго трансформатора.

Выполнение релейной защиты линий с маломощными транс­форматорами на ответвлениях обычно не вызывает затруднения.

Осуществление же защиты линий с ответвлениями, имеющими мощные трансформаторы, и особенно при наличии со стороны от­ветвления источников питания наталкивается на некоторые труд­ности в части обеспечения селективности, быстроты действия и чувствительности. Однако подключение подстанций с помощью ответвлений дает значительное удешевление их сооружения, позво­ляет экономить оборудование и аппаратуру, ускоряет строитель­ство подстанций и удешевляет их эксплуатацию. Поэтому разра­ботку вопросов защиты линий с ответвлениями следует считать важной и нужной задачей.

Рассмотрим применение основных видов защит на линиях с от­ветвлением.

б) Токовые и дистанционные защиты со ступенчатой харак­ теристикой

Токовые ступенчатые защиты, реагирующие на ток фазы. На линиях с ответвлениями такие защиты устанавливаются на питаю­щих концах линии (рис. 14-12). Для обеспечения селективности ток срабатывания быстродействующей ступени защиты (отсечка с t = 0) отстраивается не только от к. з. за пределами защищаемой линии (точки К1 и К2), но и от к. з. в К3 за трансфрматором отпайки (рис. 14-12) по выражению

где I К3макс — ток при к.з. в Кз; этот ток имеет максимальное значение при отключении линии на противоположном конце. При большой мощности трансформатора ответвления ток I К3макс может оказаться больше, чем ток при к. з. в К2 или К1, что приведет к уменьшению зоны отсечки.

Неселективное действие первой ступени защиты при к. з. в тран­сформаторе ответвления исправляется с помощью АПВ следующим образом. При к. з. в трансформаторе линия и трансформатор отклю­чаются одновременно. Затем после автоматического отключения отделителя (рис. 14-11, г, е) линия включается от АПВ. Селектив­ность второй и третьей ступени защит А и В линии к. з. на от­ветвлении обеспечивается согласованием выдержек времени этих ступеней с защитами Мт трансформатора ответвления. Третья зона защиты линий должна резервировать отказ выключателя С и мак­симальной защиты МТ трансформатора ответвления. При мало­мощных трансформаторах это требование часто оказывается трудно осуществимым.

При наличии источников питания на ответвлении защиты линий следует выполнять направленными, что облегчает выполнение усло­вий селективности при к. з. за пределами линии.

Токовые защиты нуле­вой последовательности. По условию селективности вторая и третья зоны за­щиты линии должны со­гласовываться с защитами трансформатора ответвле­ния по времени, а первая зона защиты должна от­страиваться от к. з. за трансформатором, если при этом в линии АВ по­являются токи нулевой последовательности. При соединении обмоток транс­форматора по схеме λ /∆ в случае замыкания на землю в сети треугольника токи I 0 в линии отсутствуют и по­этому наличие ответвления не влияет на чувствительность первой ступени линейных защит А и В.

На чувствительность линейных защит нулевой последователь­ности и В) оказывает влияние состояние нейтрали Н трансфор­маторов, подключенных к ответвлению (рис. 14-12). Если нейтраль Н не заземлена, то ток 3 I , проходящий в месте к. з. (в точке К4), распределяется между концами линии и В) обратно пропор­ционально сопротивлениям, нулевой последовательности обеих ветвей.

При заземлении нейтрали Н и к. з. в К4 часть тока 3 I замыка­ется через нейтраль ответвления, вследствие чего токи 3 I 0 A и 3 I на концах линии уменьшаются. Степень уменьшения зависит от соотношения параметров сети, линии и трансформатора ответ­вления. Для повышения чувствительности защиты на линиях с ответвлениями трансформатор ответвления желательно не заземлять.

Дистанционные защиты. По соображениям селективности пер­вая зона защиты отстраивается от к. з. за трансформатором ответв­ления (точка К8 на рис. 14-12), а вторая и третья — согласуются по времени с соответствующими защитами трансформатора ответв­ления (см. § 11-18).

В) Дифференциальные защиты

Поперечная направленная дифференциальная защита может устанавливаться на параллельных линиях с ответвлениями, но при этом необходимо учитывать два обстоятельства:

1. Наличие ответвлений нарушает равенство токов в параллель­ных линиях Л1 и Лг в нормальном режиме, I 1 ≠ I 2 (рис. 14-13, а),поэтому в реле появляется ток

2. При к. з. за трансформатором ответвления защита приходит в действие, стремясь отключить линию с поврежденным ответвлением, что следует из токораспределения на рис. 14-13, б.

Для предупреждения неправильного действия поперечной диф­ференциальной защиты в нормальном режиме ее ток срабатывания отстраивается от тока небаланса, обусловленного нагрузкой ответ­влений:

Для исключения работы защиты во втором случае, при к. з. на ответвлении, необходимо

выполнить условие:

 

где I 1( K 3) и /2(К3) — токи к. з., проходящие по Л1 и Л2 в месте установки защиты при к. з. в К3 за одним из трансформаторов ответвления.

При наличии источников питания на ответвлениях появляется возможность неправильной работы поперечной дифференциальной защиты при к. з. вне параллельных линий, в чем можно убедиться из рассмотрения токораспределения в Л1 и Л2. Исключение этого недостатка возможно только отстройкой тока срабатывания за­щиты.

Продольная дифференциальная защита. На линиях с ответвле­нием эта защита может непра­вильно действовать при к. з. за трансформатором ответвления (в точке К3).

Как следует из рис. 14-14, токи по концам защищаемой линии в этом случае направлены от шин в линию (к месту к. з.), так же как и при к. з. на линии. Для ис­ключения неправильной работы за­щиты ток срабатывания диффе­ренциальных реле должен быть больше тока в них при к. з. в К3, т. е. Iс.з > IK 3. Это условие можно выполнить только при маломощном трансформаторе ответ­вления, когда ток к. з. 1кз имеет небольшую величину. Поэтому про­дольная дифференциальная защита типа ДЗЛ в большинстве слу­чаев оказывается неприменимой на линиях с ответвлениями. Для линий с ответвлениями необходима особая схема защиты, реаги­рующая на геометрическую сумму токов на концах линии и в ответ­влении. Такие защиты еще находятся в стадии разработки.

г) Высокочастотные защиты [Л.91]

Дифференциально-фазная защита. На линиях с ответвлением дифференциально-фазная защита, основанная на сравнении фаз токов 1а и 1в по концам линии (рис. 14-15, а), действует неправильно при к. з. в точке К3 за трансформатором ответ­вления.

В этом случае токи по концам линии 1а и 1в совпадают по фазе, поэтому высокочастотные импульсы имеют прерывистый характер (рис. 14-15,-6) и защита работает, так же как и при повреждении на защищаемой линии.

Неправильное действие защиты в рассматриваемом случае можно предотвратить двумя способами: 1) отстройкой пускoвых реле, управляющих цепью отключения защиты, от к. з. за трансфор­матором, ответвления жги применением блокирующих реле, также отстроенных от к. з. за трансформатором [Л. 64] и 2) установкой дополнительного неполного комплекта дифференциально-фазной защиты на ответвлении.

В первом случае при к. з. за трансформатором ответв­ления пусковые реле в цени отключения защиты, установленной на обоих концах линии, не будут срабатывать и поэтому защита не сможет подействовать на отключение.

Отстройка пусковых реле от к. з. за трансформатором ведется в режиме, когда линия отключена на противоположной стороне, так как в этом случае токи к. з. и их симметричные составляющие в рассматриваемом комплекте защиты будут наибольшими.

Данный способ применим при условии, что коэффициент чувст­вительности пусковых реле при к. з. на ответвлении (точка К2) и на противоположной стороне линии (точка К2) будет достаточным для надежной работы защиты (т. е. если кч ≥ 2).

Второй способ применяется, если отстройка пусковых органов защиты по условиям ее чувствительности невозможна.

В этом случае на ответвлении устанавливается дополнитель­ный неполный комплект С дифференциально-фазной защиты (рис. 14-16), используемый для блокирования комплектов А и В, при повреждениях за трансформатором ответвления, установленных на концах линии. Этот комплект С состоит из высокочастотного передатчика, пускающих его пусковых реле (рис. 14-16, в) и блока манипуляции, управляющего работой передатчика (см. рис. 12-21).

При к. з. за трансформатором ответвления ток в ответвлении I с сдвинут по фазе на 180° относительно токов IA и 1В на концах линии (рис. 14-16, а).

В этих условиях передатчики на концах линии работают в поло­жительные полупериоды токов IA и IA , а передатчик на ответвле­нии — в отрицательный полупериод этих токов. Ток высокой ча­стоты генерируется непрерывно, как и при внешнем к. з., защита ДФЗ не работает (рис. 14-16, б).

В случае наличия источников питания со стороны ответвления на последнем устанавливается полный комплект дифферен­циально-фазной защиты. Рассмотрев распределение токов по концам линии и на ответвлении, нетрудно убедиться, что диффе­ренциально-фазная защита, состоящая из трех полных комплек­тов, будет работать правильно при всех случаях повреждений. Готовится к выпуску фильтровая, в. ч. защита типа НФЗО для линий 110—330 кВ с ответвлениями.

Направленные защиты с высокочастотной блокировкой. Для обеспечения правильной работы защиты в общем случае (при наличии питания со стороны ответвления) необходимо уста­навливать комплекты защиты с трех сторон линии А В и С (рис. 14-17).

При к. з. за трансформатором ответвления в точке К3 мощность к. з. Sс на ответвлении направлена к шинам (рис. 14-17), комплект С пускает в. ч. передатчик, который посылает блокирующие им­пульсы, запрещающие работать комплектам А и В. При к. з. на линии последняя будет отключаться с. трех сторон комплектами защиты А, В и С.

При отсутствии источников питания со стороны ответвления на последнем достаточно установить только в. ч. передатчик и пускаю­щие его пусковые реле(рис. 14-18), с тем чтобы комп­лект С блокировал защи­ты А и В при к. з. за ответв­ лениемв точке К3.

 

Комплект С можно не ставить, если пусковые реле защит А и В можно отстроить от к. з. в точке К3 без ущерба для чувствитель­ности защиты при повреждении на защищаемой линии.

 

 

ГЛАВА ПЯТНАДЦАТАЯ

ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРОВ


Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 572; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!