Блокировки при качаниях

Блокировки при качаниях (БК) предназначены для предотвращения ложных и излишних срабатываний защиты. Алгоритмы их должны учитывать следующие требования: запрещать защите срабатывать при качаниях без КЗ и при внешних КЗ (если там работают свои защиты); при КЗ на защищаемом участке должна быть обеспечена возможность срабатывания защиты как при ее отсутствии, так и при возникновении качаний.

Блокировки при качаниях должны различать режимы КЗ и без качаний:

- возникновение КЗ в системе характеризуется появлением (хотя бы кратковременным) несимметрии, качания же являются симметричным режимом;

- при возникновении КЗ и при качаниях скорость изменения действующих значений электрических величин различна: малые промежутки времени приращения электрических величин при КЗ значительно больше, чем при качаниях.

В измерительном органе БК реализуется алгоритм, основанный на одном из этих признаков. По типу измерительных органов принято различать две группы блокировок.

Группа блокировок, использующая первый признак, вводит в работу нормально выведенную защиту по факту появления несимметрии. Защита вводится в работу на время t _в, достаточное для действия ее ступеней, после чего выводится. Последующий ввод защиты может произойти либо сразу после исчезновения несимметрии, либо через заданное время готовности блокировки t _г к последующему выполнению своих функций (вводу защиты). Достоинством первого является малое время, в течение которого защита выведена из работы. Однако несимметрия может возникнуть вновь при отключении внешнего К⁽³⁾, а также при неуспешном АПВ (включение на устойчивое КЗ) на смежном участке при уже развивавшихся качаниях, что может привести к излишнему срабатыванию защиты. Вывод защиты на заданное время t _г, определяемое максимальными выдержками времени защит сети с учетом неуспешных АПВ, исключает указанный недостаток, но такой длительный вывод из работы может быть недопустимым, только если на элементе имеется другая защита, не реагирующая на качания.

Защита может оказаться введенной при качаниях, если несимметрия возникла при внешнем КЗ, сопровождающимся развивающимися качаниями, либо качания возникли раньше, например, при медленном отключении внешних КЗ. Если защиту ввести на малое время, необходимое лишь на действия первой ступени, то в первом случае это исключит ложное срабатывание, т.к. векторы ЭДС систем при возникновении качаний не успевают разойтись на значительный угол, а, следовательно, и не будет достаточного снижения Z _р на входе ИО сопротивления. Во втором случае быстродействующие системы могут сработать ложно при качаниях, т.к. сопротивление Z _р уже может оказаться меньше Z _ср. Если уменьшить время t _в до необходимого для срабатывания первой ступени, будет исключена возможность срабатывания второй ступени, и КЗ на защищаемом элементе может отключаться с большим временем третьей ступени, которая отстроена от качаний по времени.

Для исключения этого недостатка вторая ступень не выводится из работы, если в момент появления несимметрии срабатывает ИО сопротивления второй ступени. Совпадение этих двух факторов идентифицируется как возникновение КЗ в зоне второй ступени, и она остается введенной на время, достаточное для ее срабатывания.

В блокировках этой группы в качестве измерительных органов используются максимальные органы напряжения (или тока) обратной последовательности, сопряженные с соответствующим фильтром обратной последовательности. Напряжение обратной последовательности появляется на выходе фильтра при включении на закороченные три фазы за счет неоднородного замыкания фаз выключателя, а при К⁽³⁾ – за счет переходных процессов в фильтре. Параметры срабатывания этих ИО сопротивлеия отстраиваются от напряжения или тока небаланса фильтров и составляющих обратной последовательности, обусловленных несимметрией нагрузки.

Напряжение небаланса на выходе фильтра напряжения обратной последовательности определяется в максимальном нагрузочном режиме, а ток небаланса фильтра – током обратной последовательности при качаниях. Чувствительность этих ИО может оказаться недостаточной на длинных линиях (в месте установки защиты малы I ₂ и U ₂), а также из-за повышенной несимметрии в нагрузочном режиме.

Напряжение U _2Ш (рис. 4.10), подводимое к защите, определяется падением напряжения от тока I ₂ в сопротивлении Z _2с обратной последовательности до нейтральной точки системы U _2Ш =-I ₂ ·Z _2с (знак минус учитывает разные положительные направления U ₂ и I ₂) и может оказаться недостаточным для получения требуемого k _ч. Для повышения его значения в качестве воздействующей величины ИО напряжения используется напряжение компенсации U' ₂, равное падению напряжения в сопротивлениях системы Z _2c и компенсации Z _к: U' ₂ =I ₂ ·(Z _2c +Z _к ). Обычно сопротивление Z _к =0,5·Z _л, и тогда модуль напряжения U' ₂ =U _2Ш–0,5 ·Z _л больше U _2Ш.

Рис. 4.10. К определению напряжения компенсации

Для повышения чувствительности ИО тока используется сумма выпрямленных токов обратной и нулевой последовательности , а также торможение от фазного тока (последнее снижает ток небаланса при качаниях и К⁽³⁾).

В схемах БК используется дополнительный ИО, срабатывающий при К⁽³⁾, в качестве которого может использоваться минимальный ИО напряжения, включенный на одно из междуфазных напряжений. Однако он может срабатывать и при качаниях, поэтому его работа контролируется ИО, определяющим несимметрию. Основное его назначение – фиксировать неотключившееся внешнее К⁽³⁾, при котором не следует вводить БК.

Недостатками ИО рассмотренной группы блокировок являются: слабая чувствительность, особенно при значительной несимметрии нагрузки, возможность отказов в действии при симметричных КЗ из-за малых значений (или длительности) величин обратной последовательности; возможность отказа защиты при быстро следующих друг за другом КЗ; вероятность излишнего срабатывания при возникновении КЗ и вводе защиты на фоне уже развившихся качаний.

Группа БК, использующая второй признак, может держать защиту нормально введенной в работу. Скорость изменения действующих значений электрических величин может быть определена, например, при помощи двух измерительных органов сопротивления (ИОС1, ИОС2) разной чувствительности. Измерительные органы сопротивления с Z _ср1 и Z _ср2 при КЗ (рис. 4.11, а) срабатывают одновременно вследствие мгновенного изменения Z _р от Z _раб до Z _к. При качаниях (рис. 4.11, б) между моментами времени срабатывания этих ИО сопротивлений проходит время Δ t, что идентифицируется как появление качания. Защита при этом выводится из работы.

Рис. 4.11. Изменение Z _р при КЗ (а) и при качаниях (б)

При срабатывает ИО сопротивления, пускается реле времени, набирающий заданное время Δ t. Если второй ИО сопротивления срабатывает (при ) ранее заданного Δ t, защита остается введенной в работу. В противном случае защита выводится.

Сопротивление Z _ср1 отстраивается от сопротивления Z _рабmin нагрузочного режима: Z _ср2должен быть в 1,5-2 раза меньше, обеспечивая при этом достаточную чувствительность при КЗ в конце ступени, контролируемой блокировкой от качаний. Это может ограничить использование приведенной схемы.

Во вновь разработанных отечественных дистанционных защитах применяются блокировки, ИО которых различают КЗ и качания косвенно по скорости изменения электрических величин, а в логической части в основном используют принципы рассмотренных выше блокировок первой группы. ИО реагируют на аварийные слагающие обратной и прямой последовательностей. Скорость изменения векторов этих последовательностей при КЗ существенно превышает их скорость изменения в нагрузочных режимах и при качаниях. ИО, реагирующие на приращение вектора обратной последовательности, не требуется отстраивать от несимметрии нагрузочного режима, а также от установившихся небалансов, т.к. на них они не реагируют. Эти ИО более чувствительны.

Использование аварийных слагающих прямой последовательности повышает чувствительность к симметричным КЗ.

Для выделения аварийных слагающих, например, обратной последовательности, выходной сигнал фильтра тока обратной последовательности (ФТОП) подается на инерционный элемент (ИЭ) (рис. 4.12). Сигнал с выхода ИЭ инвертируется и суммируется с выходным сигналом ФТОП. Параметры схемы подбираются так, чтобы в установившемся режиме на выходе сумматора сигнал был близок к нулю (е ₁+ е ₂≈0). При КЗ, характеризуемом скачкообразным изменением вектора I ₂, сигнал на выходе ИЭ устанавливается с задержкой, определяемой его постоянной времени. Поэтому до окончания переходного процесса в ИЭ на выходе сумматора появляется сигнал е ₁+ е ₂≠0, что и обеспечивает срабатывание ИО.

Рис. 4.12. Структурная схема выделения аварийной слагающей тока обратной последовательности

Медленно изменяющиеся токи при качаниях не вызывают переходных процессов в ИЭ, поэтому сигнал на выходе сумматора остается близким к нулю.

БЛОКИРОВКИ ПРИ НЕИСПРАВНОСТЯХ ЦЕПЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ

В цепях измерительных ТН возможны неисправности, при которых исчезает напряжение, подводимое к защите: обрывы цепей, их замыкание, срабатывание автоматов или перегорание предохранителей, ошибки персонала.

При неисправностях могут отказывать одни ИО и ложно срабатывать другие. Для обнаружения этих неисправностей используются блокировки при неисправностях в цепях напряжения (БН). При обнаружении неисправности БН либо выводит защиту из действия (если она может ложно сработать на отключение), либо действует на сигнал. К БН предъявляются требования: срабатывать при любой неисправности во вторичных цепях TV, не срабатывать при КЗ в первичных цепях, обладать быстродействием (большим, чем защита), если требуется выводить защиту.

Широко используются БН, сравнивающие напряжение вторичных обмоток TV, соединенных в звезду и в разомкнутый треугольник (рис. 4.13, а, б). Сравнение этих напряжение (токов) позволяет различить повреждения во вторичных и первичных цепях TV. Схема БН (рис. 4.13, в) состоит из промежуточного трансформатора TL с тремя первичными обмотками w ₁, w ₂, w ₃, вторичной обмоткой w ₄, резисторов R1 - R5 и реагирующего органа РО, включенного на выход выпрямителя VD. Резисторы R1 - R3 подключены к обмоткам TV, соединенным в звезду. Выбирая, например, R1 (фаза А) несколько меньшим (или большим), чем R2 = R3, получаем в обмотке w ₁, включенной на сумма токов этих резисторов, ток I ₁≠0 в нормальном режиме. Обмотка w ₃ через резистор R5 включена на ток этой же фазы обмотки TV, соединенной в разомкнутый треугольник, поэтому токи I ₁ и I ₃ совпадают по фазе (рис. 4.13, г). Число витков встречно включенных обмоток w ₁ и w ₃, значения сопротивлений R1 и R5 подбираются так, чтобы МДС этих обмоток были равны, т.е. компенсировали друг друга. При повреждениях в первичной сети, не связанных с замыканиями на землю (U ₀=0), компенсация сохраняется, т.к. напряжения на вторичных обмотках TV, соединенных в звезду и в разомкнутый треугольник, изменяются пропорционально.

При КЗ на землю в первичной сети (U ₀≠0) нарушается компенсация, т.к. не одинаково изменяются напряжения на обмотках TV, соединенных в звезду и треугольник. Компенсация в этом случае восстанавливается за счет МДС, создаваемой током I ₂ в обмотке w ₂, включенной на выход разомкнутого треугольника TV (3U ₀).

При повреждениях во вторичных цепях: обрывах, отключения цепей звезды или треугольника, КЗ в этих цепях – нарушается компенсация; при этом появляется напряжение U ₀ и изменяются токи в w ₁ и w ₃, либо исчезает напряжение на одной из этих обмоток.

Рис. 4.13. Схема блокировки защиты при нарушениях цепи напряжения

КРАТКИЕ ВЫВОДЫ

Выполнение защит на дистанционном принципе имеет ряд существенных преимуществ, способствовавших широкому применению этих защит в электрических сетях:

Главными достоинствами дистанционного принципа являются:

- Селективность действия в сетях любой конфигурации с любым числом источников питания.

- Малые выдержки времени в начале защищаемого участка, которые обеспечиваются первой зоной, охватывающей до 85-90% защищаемой линии, что необходимо по условиям устойчивости, требующим быстрого отключения повреждений вблизи шин электростанции и мощных узловых подстанций.

- Значительно большая чувствительность при КЗ и лучшая отстройка от нагрузки и качаний по сравнению с токовыми максимальными защитами.

Недостатки дистанционных защит:

- Сложность защиты как в части схемы, так и в части входящих в ее состав реле. Дистанционные защиты с электромеханическими реле являются самыми многорелейными и многоконтактными защитами.

- Невозможность обеспечения мгновенного отключения КЗ в пределах всей защищаемой линии. Поэтому они не могут служить основными защитами на тех участках сети, где необходимо выполнение этого требования.

- Реагируют на качания и нагрузку. Необходимость отстройки от последней существенно ограничивает чувствительность защиты и понижает ее эффективность в качестве резервной защиты смежных участков, а возможность действия при качаниях вынуждать усложнять защиту применением блокировки.

- Возможность ложной работы при неисправностях в цепях напряжения, что уменьшает их надежность и вызывает необходимость применения соответствующей блокировки.

Несмотря на отмеченные недостатки, дистанционная защита является наиболее совершенной резервной защитой от междуфазных КЗ и достаточно быстродействующей защитой для сетей напряжением 35 кВ и выше, где она используется и в качестве основной защиты на линиях средней и большой длины.

В качестве резервной дистанционные защиты применяются в тех случаях, когда основными являются продольные быстродействующие защиты с абсолютной селективностью (обычно сети напряжением 220 кВ и выше).

Дата добавления: 2014-12-16