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 2К — сопротивление компенсации.
Сопротивление z 2К 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 2К принимается равным половине полного сопротивления линии z л (z 2К = 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 2К, где z 2К — 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 == ф — z 2К ф .
На выходе фильтра Ф2 получается составляющая обратной последовательности этого напряжения, т. е. компенсированное напряжение 2Р = 2ф — z 2К 2ф, 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 ): Uк1 ≡I С1 , UК2 ≡ I 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 (А и В) оказывает влияние состояние нейтрали Н трансформаторов, подключенных к ответвлению (рис. 14-12). Если нейтраль Н не заземлена, то ток 3 I 0К, проходящий в месте к. з. (в точке К4), распределяется между концами линии (А и В) обратно пропорционально сопротивлениям, нулевой последовательности обеих ветвей.
При заземлении нейтрали Н и к. з. в К4 часть тока 3 I 0К замыкается через нейтраль ответвления, вследствие чего токи 3 I 0 A и 3 I 0В 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: 1088; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!