Схемы включения реле направления мощности

СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТОКОВОЙ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ

Максимальная направленная защита должна реагировать на величину тока и направление мощности при к. з. Она представ­ляет собой максимальную токовую защиту, дополненную реле направления мощности. Схема защиты, упрощенно показанная для одной фазы (рис. 7-3), состоит из трех основных элементов (называемых иногда органами защиты): токового реле 1, реаги­рующего на появление к, з. (пусковой орган защиты); реле на­правления мощности 2, определяющего направление мощности к. з. (орган направления), и реле времени 3 (орган времени).

В качестве реле направления мощности могут служить электро­механические реле (§ 2-12) или реле на полупроводниках (§ 2-14, б). Поведение этих реле зависит от знака подведенной к их зажимам мощности:

где угол α имеет постоянную величину, равную 0, 90° или α°₁ (90° > α₁ > 0).

При к. з. на защищаемой линии или на сле­дующих за ней участках токовые реле и реле направления мощ­ности замыкают свои контакты и приводят в действие реле вре­мени. Через установленную выдержку времени его контакты замыкаются, подавая импульс на отключение выключателя. При к. з. на других присоединениях, отходя­щих от данной подстанции, мощность к. з. направлена к шинам, поэтому контакты реле мощности размыкаются, не позволяя защите действовать на отключение.

В нормальном режиме при направлении мощно­сти нагрузки от шин в линию реле направления мощности могут замыкать свои контакты, однако срабатывание защиты в этом случае предотвращается пусковым реле Т, контакты которого оста­ются разомкнутыми. С этой целью пусковые реле отстраиваются от тока нагрузки. В тех случаях, когда по условию чувствитель­ности при к. з. токовые реле не удается отстроить от максималь­ной нагрузки, применяется блокировка (пуск защиты) от реле минимального напряжения (Н). Упрощенная схема максимальной направленной защиты с блокировкой минимального напряжения, приведенная на рис. 7-4, аналогична рассмотренной в § 4-6 схеме максимальной токовой защиты.

В сетях с изолированной нейтралью максимальная направлен­ная защита устанавливается на двух одноименных фазах во всей сети. В сетях с глухозаземленной нейтралью защита устанавли­вается на трех фазах, если же защита служит для действия только при междуфазных повреждениях, то она устанавливается на двух фазах.

Токовые направленные защиты выполняются как на постоян­ном, так и на переменном оперативном токе. Двухфазная схема на переменном оперативном токе представлена на рис. 7-5.

Она выполнена с дешунтированием катушки отключения, с токовым реле времени В и промежуточными реле 1П и 2П с мощ­ными переключающими контактами.

При нарушении цепей напряжения одной или двух фаз, пи­тающих реле направления мощности, защита может при к. з. подействовать неправильно. Поэтому для своевременного выяв­ления повреждения цепей напряжения необходимо иметь устрой­ства, контролирующие их исправность (см. § 6-4).

а) Требования к схемам

Реле направления мощности включаются, как правило, на фазный ток и фазное или междуфазное напряжение. Сочетание фаз тока и напряжения питающих реле, называемое схемой его включения, должно быть таким, чтобы реле правильно опреде­ляло знак мощности к. з. при всех возможных случаях и видах

при неблагоприятном значении угла φ_р, при котором sin (α — φ_р) равен или близок к нулю. Отсюда следует, что, во-первых, реле должно включаться на такое напряжение, которое при близких к. з. не снижается до нуля, и, во-вторых, напря­жение и ток, подводимые к реле, должны подбираться так, чтобы угол сдвига между ними φ_р в условиях к. з. не достигал значений, при которых мощность на зажимах реле приближается к нулю.

Следует отметить, что первое требование выполнимо только при двухфазных и однофазных к. з., в случае же трехфазного к. з. все фазные и между фазные напряжения могут снижаться до нуля.

В современных схемах максимальных направленных защит применяется включение реле направления мощности по так назы­ваемым 90-градусной и иногда 30-градусной схемам. Соответст­вующие указанным схемам сочетания токов и напряжений при­ведены в табл. 7-1 применительно к схеме включения реле на рис, 7-6.

Названия схем 90-градусная, 30-градусная и т. п. носят условный характер. Схемы именуются по углам ср_р между током и напряжением, подведенными к реле в симметричном трехфазном режиме при условии, что токи в фазах совпадают с одноимен­ными фазными напряжениями (рис. 7-7). Свойства каждой схемы могут быть выявлены анализом работы реле мощности, включен­ного по той или иной схеме, при к. з.

б) 90-градусная схема

Подобным анализом можно выяснить наиболее выгодные углы внутрен­него сдвига реле α. Так, если положить α = 90°, то рассматриваемое реле станет косинусным. При включении его по 90-градусной схеме линия изме­нения знака момента N₁N₂ расположится перпендикулярно вектору U_Р = U_ВС,а линия максимальных моментов будет совпадать с U_Р (рис. 7-10). Из диаграммы на рис. 7-10 видно, что при φ_к = 0 момент реле равен нулю, поэтому косинусные реле не следует включать по 90-градусной схеме.

Исследования показывают, что 90-градусная схема оказыва­ется наиболее выгодной для реле направления мощности с углом α от 30 до 60°. Оптимальные условия имеют место при α = 45°.

Теоретический анализ и практический опыт позволяют сделать следующие общие выводы о включении реле смешанного типа φ_м.ч = —30° и —45° по 90-градусной схеме:

1) Знак момента реле при всех видах к. з. в зоне положителен, а при повреждениях вне зоны — отрицателен.

2) Величина момента М_э в диапазоне возможных изменений угла φ_р остается значительной и достаточной для действия реле.

3) Напряжение U_Р при симметричных к. з. имеет максимально возможное значение, обеспечивающее минимальную величину мертвой зоны.

Недостатком 90-градусной схемы является возможность не­правильной работы однофазных реле мощности при к. з. за сило­вым трансформатором с соединением обмоток звезда — треуголь­ник [Л. 23]. В случае двухфазного к. з. на стороне звезды через электрическую дугу с большим сопротивлением может непра­вильно выбрать направление мощности одно из реле, установлен­ных со стороны треугольника. Трехфазные реле мощности в по­добных случаях действуют правильно. Однако сочетания опасных условий настолько редки, что в практике эксплуатации указан­ный недостаток не проявляется. Поэтому 90-градусная схема в настоящее время считается лучшей и рекомендуется как типо­вая для реле направления мощности смешанного типа.

Тридцатиградусная схема включения может использоваться ля реле ко синусного типа. Реле, включенные по этой схеме, дедут себя правильно при всех видах к. з. Недостатком 30-гра­дусной двухфазной схемы является возможность отказа в дейст­вии реле при двухфазных к. з. из-за недостаточной величины напряжения. Ввиду этого для двухфазных защит 30-градусная схема не применяется. Включенные по 30-градусной схеме реле направления мощности могут работать неправильно в случае к. з. за трансформатором с соединением обмоток звезда — треугольник с той же степенью вероятности, что и при 90-градусной схеме включения.

7-4. ПОВЕДЕНИЕ РЕЛЕ МОЩНОСТИ, ВКЛЮЧЕННЫХ НА ТОК НЕ­ПОВРЕЖДЕННОЙ ФАЗЫ

а) Токи в неповрежденных фазах

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

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

б) Влияние тока в неповрежденных фазах на реле

Анализ и опыт показывают, что ток нагрузки I _н и составляю­щая тока повреждения kI _к = к3I₀, ответвляющаяся в неповреж­денные фазы, могут создать момент на реле, противоположный по знаку моменту реле поврежденных фаз.

Поэтому реле направления мощности, включенные на ток неповрежденных фаз, могут действовать неправильно. Например, если при к. з. на линии Л2 (рис. 7-13) направление мощности в фазах линии Л1 будет соответствовать показан­ному на рисунке, то реле направления мощности, установленные на неповреж­денных фазах В и С линии Л1, замкнут свои контакты и разрешат защите отключить неповрежденную линию.

Трехфазное реле мощности под действием элементов, питаю­щихся током неповрежденных фаз, может также работать неправильно. Результирующий момент этого реле:

Если при повреждении на одной фазе А (рис. 7-13) моменты М_в и Мс от токов неповрежденных фаз будут противоположны моменту М_а и превзойдут его в сумме (М_в + Мс) > М_а, то реле на линии Л1 подействуют неправильно.

в) Пофазный пуск

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 на токи поврежденных фаз.

В схемах с однофазными реле мощности пофазный пуск при­нято выполнять подачей оперативного тока к реле мощности от пускового реле, включенного на тот же ток (рис. 7-14).

В защитах с трехфазными реле мощности пофазный пуск осуществляется подводом напряжения к элементам реле мощно­сти через контакты пусковых реле (рис. 7-15). В момент к. з. пусковое реле, включенное на ток неповрежденной фазы, не дей­ствует, поэтому включенный на этот же ток элемент мощности не получает напряжения и не участвует в создании момента на оси реле. Такой способ пофазного пуска может применяться и в схемах с однофазными реле. При пофазном пуске пусковые реле неповрежденных фаз не должны действовать; для этого их ток срабатывания отстраивается от токов, возникающих в не­поврежденных фазах при к. з., т. е. I _с.р. > I _н.ф.

В сети с глухозаземленной нулевой точкой при к. з. на землю ток I _н.ф.может оказаться значительным за счет большой величины тока повреждения kI _к. Это приводит к необходимости загрубления защиты.

Дата добавления: 2014-12-23