Схемы включения реле направления мощности

Сочетание фаз тока и напряжения питающих реле, называемое схемой включения, должно быть таким, чтобы реле правильно определяло знак мощности КЗ при всех возможных случаях и видах повреждений и чтобы к нему поводилась наибольшая мощность S _р.

В схемах максимальных направленных защит применяется включение реле направления мощности по так называемым 90-градусной и иногда 30-градусной схемам.

Названия схем 90-градусная, 30-градусная носят условный характер. Схемы именуются по углам φ_р между током и напряжением, подведенными к реле в симметричном трехфазном режиме при условии, что токи в фазах совпадают с одноименными фазными напряжениями.

 

Рис. 3.6. Схема включения реле направления мощности

Достоинства90-градусной схемы:

Знак момента реле при всех видах КЗ в зоне положителен, а при повреждениях вне зоны – отрицателен;

1. Величина момента М в диапазоне возможных изменений угла φ_р остается значительной и достаточной для действия реле;

2. Напряжение U _р при симметричных КЗ имеет максимально возможное значение, обеспечивающее минимальную величину мертвой зоны.

Недостатками 90-градусной схемы являются:

1. Возможно неправильное действие при КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ;

2. Реле, включенное на ток неповрежденных фаз, могут действовать неправильно;

3. Реле плохо чувствует себя при однофазных КЗ.

90-градусная схема – основная схема включения реле направления мощности и хорошо работает при междуфазных КЗ.

Реле, включенное по 30-градусной схеме ведут себя правильно при всех видах КЗ. Недостатком этой схемы является возможность отказа в действии реле при двухфазных КЗ из-за недостаточной величины напряжения. Ввиду этого для двухфазных защит 30-градусная схема не применяется. Включенные по такой схеме реле направления мощности могут работать неправильно в случае КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ с той же степенью вероятности, что и 90-градусная схема.

Токи в неповрежденных фазах, пофазный пуск.

При двухфазных КЗ на линии, питающей нагрузку, в неповрежденной фазе проходит ток нагрузки I _н.

В сетях с глухозаземленнойнейтралью при замыканиях на землю (двухфазных и однофазных) в неповрежденных фазах появляется, кроме тока нагрузки I _н, еще некоторая доля тока КЗ I _к.

Реле направления мощности, включенные на ток неповрежденных фаз, могут действовать неправильно:замкнут свои контакты и разрешат защите отключить неповрежденную линию.

Неправильное действие реле мощности неповрежденных фаз предотвращается применением пофазного пуска. Принцип пофазного пуска состоит в том, что пусковые реле разрешают замыкать цепь на отключение только реле мощности, включенным только на токи поврежденных фаз.

Защита линий

В электрических сетях, работающих с заземленными нулевыми точками трансформаторов, должна действовать на отключение как защита от междуфазных, так и от однофазных к. з., а в сети, работающей с изолированными нулевыми точками трансформаторов, только защита от междуфазных к. з.

Замыкание на землю одной фазы в сети, работающей с изолированными нулевыми точками трансформаторов, не вызывает нарушения работы потребителей электрической энергии. Поэтому защита от замыканий па землю с действием на отключение в этих сетях, как правило, не применяется, но для ускорения отыскания места повреждения устанавливается защита с действием на сигнал.

Защиты линий отличаются многообразием и определяются главным образом схемой работы линии, напряжением сети и ответственностью питаемых потребителей.

Для защиты линий с односторонним питанием применяются: максимальная токовая защита, токовая отсечка, токовая поперечная дифференциальная защита параллельных линий, направленная токовая поперечная дифференциальная защита параллельных линий.

Для защиты линий с двусторонним питанием, кроме указанных выше защит, применяются: максимальная направленная защита, направленная отсечка, продольная дифференциальная защита, дистанционная защита, высокочастотная защита.

Направленные защиты

Направленной называется защита, реагирующая на ток, проходящий в защищаемом элементе, и фазу (направление) тока относительно напряжения в месте установки защиты. Условные положительные направления указанных токов приняты от шин, где установлена защита, вглубь защищаемой зоны. Максимальная направленная защита должна реагировать на величину тока и направление мощности КЗ. Она представляет собой МТЗ, дополненную реле направления мощности.

Необходимость в применении направленных защит возникает в сетях с двухсторонним питанием. Защита в этих сетях должна не только реагировать на появление тока КЗ, но для обеспечения селективности должна учитывать направление мощности КЗ в защищаемой линии.

Также токовые направленные защиты (ТНЗ) используются в кольцевых сетях напряжением U _ном£35 кВ с одним источником питания, если обеспечивают необходимую чувствительность и приемлемые выдержки времени. В сетях 110 и 220 кВ направленная токовая защита применяется в основном как резервная, а иногда, в сочетании с отсечкой, как основная.

Недостатки защиты:

- большие выдержки времени, особенно вблизи источников питания;

- недостаточную чувствительность в сетях с большой нагрузкой и небольшой кратностью тока КЗ;

- мертвая зона при трехфазных КЗ;

- возможность неправильного выбора направления при нарушении цепи напряжения, питающей реле направления мощности.

Токовые защиты

Одним из признаков возникновения КЗ является увеличение тока в ЛЭП. Этот признак используется для выполнения токовых защит, реагирующих на ток, проходящий по защищаемому элементу. Токовые защиты приходят в действие при увеличении тока в фазах ЛЭП сверх определенного значения.

Токовые защиты подразделяются на максимальные токовые защиты (МТЗ), в которых для обеспечения селективности используется выдержка времени, и токовые отсечки (ТО), где селективность достигается выбором тока срабатывания. Таким образом, главное отличие между разными типами токовых защит в способе обеспечения селективности.

Селективность действия МТЗ достигается с помощью выдержки времени. Селективность ТО обеспечивается соответствующим выбором тока срабатывания.

МТЗ:

МТЗ является основным видом защиты для сетей с односторонним питанием. Защита устанавливается в начале каждой ЛЭП со стороны источника питания (рис. 2.2, а). Каждая ЛЭП имеет самостоятельную РЗ, отключающую ЛЭП в случае повреждения на ней самой или на шинах питающейся от нее подстанции, и резервирующую РЗ соседней (смежной) ЛЭП.

При КЗ в какой-либо точке сети, например в т. К1 (рис. 2.2, а), ток КЗ I _к проходит по всем участкам сети, расположенным между источником питания и местом повреждения, в результате чего приходят в действие все устройства РЗ (1, 2, 3). Однако по условию селективности сработать на отключение должна только РЗ МТЗ 1, установленная по поврежденной ЛЭП. Для обеспечения указанной селективности МТЗ выполняются с выдержками времени, нарастающими от потребителей к источнику питания (рис. 2.2, б). При соблюдении этого принципа в случае КЗ в т. К1 раньше других сработает защита МТЗ 1 и отключит поврежденную ЛЭП. Защиты МТЗ 2, МТЗ 3, имеющие большую выдержку времени, вернутся в начальное положение, не успев подействовать на отключение. Соответственно при КЗ в т. К2 быстрее всех сработает МТЗ 2, а МТЗ 3, имеющая большее время отключения, не успеет подействовать.

Рис. 2.2. Место установки (а) и временная диаграмма работы МТЗ (б)

По характеру зависимости времени действия от тока МТЗ подразделяются на защиты с независимой (рис. 2.2) и зависимой характеристикой срабатывания.

МТЗ оснащаются не только ЛЭП, но также и силовые трансформаторы, кабельные линии, генераторы, двигатели на напряжение 6, 10 кВ.

 

Рис. 2.3. Структурная схема трехфазной МТЗ

 

Измерительная часть МТЗ 1 состоит из измерительных органов (ИО) – токовых реле KA мгновенного действия. В трехфазной схеме ИО предусматриваются на каждой фазе, они питаются вторичными токами соответствующих фаз трансформаторов тока (ТТ), соединенных по схеме полной звезды.

Логическая часть 2 состоит из логического элемента ИЛИ, органа времени KT, создающего выдержку времени Δ t, указательного (сигнального) реле KH.

Исполнительный орган 3, выполняемый посредством выходного промежуточного реле KL, срабатывая, передает команду на отключение выключателя Q. Исполнительный орган должен обладать мощным выходным сигналом, достаточным для приведения в действия электромагнита отключения (ЭО) YAT привода выключателя.

При возникновении повреждения на защищаемой линии срабатывают токовые реле тех фаз, по которым проходит ток КЗ. При этом у реле замыкаются контакты. Сработавшие ИО воздействуют через логический элемент ИЛИ на орган времени KT, который по истечении заданной выдержки времени выдает сигнал, приводящий в действие исполнительный орган KL. Последний срабатывает и подает напряжение от источника оперативного тока в ЭО выключателя YAT. После отключения повреждения ток КЗ прекращается, ИО и все элементы РЗ возвращаются в исходное состояние. Для успешного размыкания тока, проходящего по ЭО (YAT), контактами промежуточного реле KL после отключения КЗ в цепи выключателя предусматривается блокировочный вспомогательный контакт SQ, положение которого совпадает с положением выключателя. При включенном выключателе контакт SQ замкнут и размыкается при отключении выключателя Q, разрывая цепь тока ЭО выключателя YAT.

В случае, когда МТЗ должна действовать только при междуфазных КЗ, применяются двухфазные схемы с двумя или одним токовым реле. В этом случае, токовые цепи МТЗ выполняются по схеме неполной звезды (рис. 2.5). Достоинством двухрелейной схемы является то, что она, реагируя на все междуфазные КЗ, экономичнее трехфазной схемы (два ТТ и два реле вместо трех).

К недостаткам двухфазной схемы с двумя реле можно отнести ее меньшую чувствительность (по сравнению с трехфазной схемой) при двухфазных КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ. При необходимости чувствительность двухфазной схемы можно повысить, установив третье токовое реле в общем проводе токовых цепей.

МТЗ можно организовать и с помощью одного реле тока, которое включается на разность токов двух фаз I _р = I _а – I _с и реагирует на все случаи междуфазных КЗ.

К недостаткам однорелейной схемы МТЗ следует отнести меньшую чувствительность по сравнению с двухрелейной схемой при КЗ между фазами АВ и ВС, и недействие МТЗ в случае двухфазного КЗ за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ.

ТО:

ТО подразделяются на отсечки мгновенного действия и отсечки с выдержкой времени.

Селективность токовых отсечек достигается ограничением их зоны работы так, чтобы отсечка не работала при КЗ за пределами этой зоны, на смежных участках сети, РЗ которых имеет выдержку времени, равную или большую, чем отсечка. Для этого ток срабатывания отсечки I _с.з. должен быть больше максимального тока КЗ I _кmax, проходящего через нее при повреждении в конце участка, за пределами которого она должна не работать.

Зона действия мгновенной отсечки по условиям селективности не должна выходить за пределы защищаемой линии. Зона действия отсечки, работающей с выдержкой времени, выходит за пределы защищаемой линии и по условию селективности должна отстраиваться от конца зоны защиты смежного участка по току и по времени.

ТО применяются как в радиальных сетях с односторонним питанием, так и в сети, имеющей двустороннее питание.