Характеристики срабатывания дистанционных реле и их изображение на комплексной плоскости

ЭЛЕМЕНТЫ И УПРОЩЕННАЯ СХЕМА ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ

Дистанционная защита относится к числу сложных защит. Все разновидности этой защиты состоят из нескольких общих элементов (органов защиты), выполняющих определенные одно­типные функции.

Взаимную связь между органами дистанционной защиты, их назначение и выполняемые ими функции можно пояснить упрощен ной схемой защиты со ступенчатой характеристикой, показанной для одной фазы на рис. 11-5..

Защита состоит- из следующих органов:

1) пускового органа 2, пускающего защиту при возникновении к. з. Обычно пусковой орган выполняется при помощи реле полного сопротивления или токовых реле. На рис. 11-5 в качестве пускового органа 1 показано реле сопротивления,
питаемое током I _р и напряжением U_р сети;

2) дистанционного органа 2, определяющего удаленность места к. з. В ступенчатых защитах — выполняется с помощью реле минимального сопротивления. К реле подводятся ток

где z_c.р — наибольшее сопротивление, при котором реле начинает действовать, т. е. сопротивление срабатывания реле.

Сопротивление z_р иногда называется ф и к т и в н ы м, так как в некоторых режимах (например, при нагрузке и качаниях) z_р ее является сопротивлением линии. В этих случаях оно представ­ляет собой отношение U_р/I_р, обладающее размерностью сопротив­ления, но не имеющее физического значения;

3) органа выдержки времени 3, создающего выдержку времени, с которой в зависимости от поведения дистан­ционного органа действует защита; выполняется в виде реле времени обычной конструкции;

4) о р г а н а направления мощности 4, не позволяющего работать защите при. направлении мощности к. з. к шинам подстанции. Выполняется при помощи реле направления мощности и предусматривается только в тех случаях, когда пусковые
идистанционные органы не обладают направленностью;

5) блокировки, автоматически выводящие защиту из действия в тех режимах, когда защита может сработать неправильно при отсутствии повреждения. Обычно применяются две блокировки:

а) блокировка 5 от исчезновения напряжения U_р при неисправ­ностях в цепях напряжения, питающих защиту; при U_р = О, как следует из (11-1), z_р == 0, в этих условиях пусковые реле (если они реагируют на z) и дистанционные органы защиты при­ходят в действие, что может привести к неправильной работе защиты; блокировка 5 выполняется по схемам, рассмотренным в § 6-4, она приходит в. действие при неисправностях в цепях напряжения, снимает оперативный ток с защиты, не позволяя ей действовать на отключение;

6) блокировка б от неправильного действия защиты при качаниях в системе; в этом режиме напряжение U_р снижается, а ток I _р возрастает, при этом согласно (11-1)z_р уменьшается, в результате чего пусковые и дистанционные органы защиты могут сработать и вызвать неправильное действие защиты; при возникновении качаний блокировка 6 (см. гл. 12) приходит в действие и выводит защиту из работы, размыкая ее цепь отключения.

Работа схемы. При к. з. на линии работают пусковое реле ПО и реле мощности ОМ. Через их контакты подается плюс постоянного тока к контактам дистанционных органов и на ка­тушку реле времени третьей зоны. Если к. з. возникло в преде­лах первой зоны, то дистанционный орган первой зоны ДО_I замы­кает контакты, образуя цепь на отключение линии. Если к. з. произошло во второй зоне, ДО_I не работает, так как сопротивле­ние на его зажимах больше уставки сопротивления срабатывания первой зоны (z_р > z_I). В этом случае приходит в действие дистан­ционный орган второй зоны ДО_II. Он замыкает контакты и пу­скает реле времени В_II. По истечении времени t_IIВ_II замыкает контакт и посылает импульс на отключение.

При к. з. за пределами второй зоны дистанционные органы ДО_I и ДО_II не работают, так как сопротивления на их зажимах превышают уставки сопротивления срабатывания. Защита не может действовать со временем первой и второй зон. Реле вре­мени В_III, запущенное пусковым реле, срабатывает, когда истечет его выдержка времени t _III, и посылает импульс на отключение выключателя. Специальных измерительных органов третьей зоны для упрощения защиты обычно не ставят.

а) Характеристика срабатывания

Первоначально дистанционная защита выполнялась с помощью реле сопротивления, реагирующих только на абсолютную вели­чину сопротивления z_k до точки к. з. Но по мере увеличения протяженности линий электропередачи и роста передаваемой по ним нагрузки абсолютные значения сопротивлений при к. з. z_k = U_к/I_к в конце линий стали соизмеримыми с сопротивле­ниями z_н при аварийной нагрузке на линиях электропередачи. В таких условиях реле сопротивления, реагирующие на абсолют­ные значения z, не могут точно резличать к. з. от нагрузки. В связи с этим дистанционные защиты стали выполняться реагирующими не только па величину z_р, но и на угол φ_р = arctg , так как при к. з. и при передаче больших потоков активной мощности углы сопротивлений z_k и z_Н различаются: при к. з. φ_р ≈80°, а при нагрузке φ_р ≈15 ÷30°. Для этой цели были разработаны реле сопротивления, у которых z_с._р = f (z_р, φ_р). Такая зависимость называется характеристикой срабатывания реле. Предложены и получили распространение реле с различными характеристиками, рассматриваемыми ниже.

б) Использование комплексной плоскости для изображения характеристик реле

плоскости изобразится в виде прямой, смещенной относительно оси r на угол φ_л (рис. 11-6, г).

Начало защищаемой линии, где установлена рассматриваемая защита А, совмещается с началом координат (рис. 11-6, в и г). Координаты всех участков сети, попадающих в зону защиты А, считаются положительными и располагаются в I квадранте пло­скости (рис. 11-6, в). Координаты участков сети, расположенных влево от точки А, считаются отрицательными и располагаются

место точек, удовлетворяющих условию z_р = z_с.р. Заштрихованная часть характеристики, где z_р ‹ z_с.р, соответствует области действия реле. При z_р, выходящих за пределы заштрихованной части, т. е. при z_р > z_с.р, реле не работает. Таким образом, характери­стика работы реле является пограничной кривой, определяющей условия действия реле. Эту характеристику можно рассматривать как зависимость величины (модуля) вектора сопротивления сраба-

тывания реле z_с.р от угла φ_р, определяющего его направление, и представлять в виде уравнения z_с.р = f (φ_р).

Характеристика срабатывания реле должна обеспечивать ра­боту реле при к. з. в пределах принятой зоны действия (z'). С уче­том сопротивления электрической дуги вектор z_р = z_k + r_Д мо­жет располагаться при к. з. на защищаемом участке линии в пре­делах площади четырехугольника ОКК'К", показанного на рис. 11-6, д. Действие реле при к. з. будет обеспечено, если хара­ктеристики срабатывания реле, показанные на рис. 11-7, будут охватывать область комплексной плоскости, в которой может находиться вектор сопротивления z_р при к. з. на линии (пло­щадь ОКК'К" на рис. 11-6, д).

На рис. 11-7 приводятся наиболее распространенные характе­ристики реле, изображаемые в осях х, r в виде окружности, эллипса, прямой линии, многоугольника.

Ненаправленное реле полного сопротивления (рис. 11-7, а).

Уравнение срабатывания реле

z_с.р= K (11-2)

где К — постоянная величина.

Характеристика этого реле имеет вид окружности с центром в начале координат и радиусом, равным К. Реле работает при z_р ≤ К, при любых углах φ_р между вектором z_р и осью r. Зона действия реле расположена в четырех квадрантах, в том числе в первом и третьем. Последнее означает, что реле с характери­стикой (11-2) работает как ненаправленное реле сопро­тивления.

Направленное реле полного сопротивления имеет z_с.р, завися­щее от угла φ_р (рис. 11-7, б). Его характеристика срабатывания изображается окружностью, проходящей через начало координат. Сопротивление срабатывания имеет максимальное значение при

φ_р = φ_м.ч

где φ_м.ч — угол максимальной чувствительности реле, при кото­ром z_с.р= z_с.р._макс, т. е. равен диаметру окружности ОВ.

Зависимость срабатывания этого реле от угла φ_р может быть представлена уравнением

z_с.р = z_{с.р макс} соs (φ_м.ч — φ_р). (11-3)

Реле со смещенной круговой характеристикой (рис. 11-7, в). Характеристика реле смещена относительно оси координат в тре­тий квадрант на величину z". Поэтому реле не только работает на защищаемой линии, но и захватывает шины А_, питающие линию, часть длины отходящих от них присоединений. Уравнение сме­щенной характеристики имеет вид:    

Оно легко получается из рассмотрения треугольника ОВС на рис. 11-7, б. Реле не работает при z_р, расположенных в третьем квадранте. Это означает, что оно не может действовать, если мощ­ность направлена к шинам подстанции. Следовательно, рассмо­тренное реле является направленным.

Уравнение (11-4) можно получить из рассмотрения треуголь­ника ОО'С. Как видно из чертежа, геометрическая разность ректора z' —z" равна диаметру-окружности, отсюда

где С — любая точка окружности; r— радиус окружности.

Приравнивая левые части уравнений (11-4а) и (11-46), получаем (11-4).

Реле с эллиптической характеристикой. На рис. 11-7, г изобра­жена характеристика направленного реле, имеющая вид эллипса. Сопротивление срабатывания z_с.ртакого реле зависит от угла φ_р и имеем наибольшее значение при φ_р = φ_м.ч. Угол φ_м.ч обычно принимается равным φ_л. Сопротивление z_{с.р.макс} равно большей оси эллипса 2а.

Как известно, эллипс является геометрическим местом точек, сумма расстояний которых до фокусов b и d постоянна и равна большой оси 2а. На основании этого, обозначая координаты фоку­сов b и d, z" и z', а координаты любой -точки С эллипса z_с.р, полу­чаем уравнение эллиптической характеристики

Зона действия реле заштрихована. По сравнению с круговой характеристикой эллиптическая характеристика имеет меньшую рабочую область. Это дает возможность лучше отстроить реле от качаний и перегрузок.

Реле реактивного сопротивления срабатывает при

где х_с._р — постоянная величина, не зависящая от φ_р.

Характеристика таких реле изображается прямой линией, параллельной оси r (рис. 11-7, д), отстоящей от нее на расстоянии x_с.р = К.

Реле с характеристикой в виде многоугольника. Подобная характеристика направленных реле сопротивлений показана на рис. 11-7, е. Сопоставляя эту характеристику с площадью ОКК'К" на рис. 11-6, д, можно установить, что четырехугольная характе­ристика реле в большей мере, чем другие характеристики, совпа дает с контуром области расположения векторов z_р при к. з. и является, с этой точки зрения, наиболее рациональной.

Реле с характеристикой в виде многоугольника сложнее в конструктивном отношении и имеют пока ограниченное применение.

Пунктиром показан вариант характеристики подобных же реле в виде многоугольника ОА'ВС´. Такое расширение зоны реле дрецусматривается для обеспечения его действия при двусторон­нем питании к. з. через переходное сопротивление r_д.

Дата добавления: 2014-12-23