Виды характеристик реле сопротивления.

1. Круговая характеристика с центром в начале координат (рис 2.3.7, а).

Зона, ограниченная окружностью, является зоной действия реле. Сопротивление срабатывания таких реле не зависит от φ_р, поэтому их называют реле полного сопротивления.

 а)                                                 б)

 

 

                                                                                                               

         

 

 

 

  

 

                    в)                                                          г)

 

   Рис. 2.3.7. Характеристики срабатывания реле сопротивления:

а) – круговая характеристика с центром в начале координат; б) – круговая характеристика, проходящая через начало координат; в) – эллиптическая характеристика; г) – характеристика в виде многоугольника.

 

2. Круговая характеристика, проходящая через начало координат

 (рис. 2.3.7, б).

Реле с такой характеристикой не работают при направлении тока из линии к шинам, поэтому оно является направленным. Точка 0 соответствует началу защищаемой линии. При коротком замыкании в начале линии, когда R и X равны нулю, реле не работает, что является его недостатком. Угол δ, при котором сопротивление срабатывания реле максимально, называется углом максимальной чувствительности ().

 

3. Эллиптическая характеристика (рис. 2.3.7, в).

Такие характеристики используются для третьих ступеней защит с целью улучшения отстройки от качаний и рабочих режимов и получения большей чувствительности.

 

4. Характеристика в виде многоугольника (рис. 2.3.7, г).

Четырехугольная характеристика   используется для выполнения второй и третьей ступеней защит. Ее верхняя сторона должна фиксировать концы защищаемых зон, правая боковая сторона обеспечивает отстройку от рабочих режимов. Расширение зоны действия защиты влево во II квадрант обеспечивает действие реле при КЗ через переходное сопротивление при двухстороннем питании места КЗ. Нижняя сторона обеспечивает работу защиты при близких повреждениях, сопровождающихся замыканием через переходное сопротивление.

 

   Выбор параметров срабатывания трехступечатой дистанционной защиты.

 

   Выбор параметров срабатывания производится на примере сети, показанной на рис. 2.3.1, для трехступенчатой дистанционной защиты AK1, установленной на подстанции А.

 

   Первая ступень. Сопротивление срабатывания первой  ступени выбирается из условия отстройки от коротких замыканий на шинах противоположной подстанции Б:

 

,                                     (2.3.4)

 

где  = (0,8 – 0,85) – коэффициент надежности, учитывающий погрешности трансформаторов тока и трансформаторов напряжения,    реле сопротивления и погрешности расчета;  - сопротивление защищаемой линии.

   Первая ступень выполняется без выдержки времени, т.е. . Для отстройки от работы разрядников, создающих кратковременное КЗ, вводится замедление  с.

 

   Вторая ступень. Вторая ступень защиты служит для защиты с минимально возможной выдержкой времени участка защищаемой ЛЭП, не вошедшего в зону действия I ступени. Сопротивление срабатывания второй ступени определяется по следующим условиям:

1. Отстройка от конца зоны действия первой ступени дистанционной

 защиты смежной линии

 

                         ,                     (2.3.5)

 

где  - сопротивление срабатывания второй ступени дистанционной защиты защищаемой линии W1;  - сопротивление срабатывания первой ступени дистанционной защиты смежной линии W2;   -   сопротивление защищаемой линии;  = 0,9 - коэффициент надежности, учитывающий возможное сокращение  за счет отрицательных погрешностей трансформаторов тока;  - коэффициент токораспределения, учитывающий отношение тока короткого замыкания в месте установки защиты (линия W1) к току в линии W2, с защитой которой производится согласование.

 

2. Отстройка от короткого замыкания за трансформатором приемной

подстанции

                            ,                    (2.3.6)

где  - сопротивление наиболее мощного трансформатора на подстанции Б в режиме, когда его сопротивление минимально.

   За окончательное значение  принимается меньшее из двух по (2.3.5) и (2.3.6).

   Выдержка времени второй ступени  выбирается на ступень селективности больше времени срабатывания первой ступени дистанционной защиты смежной линии БВ

                                         ,                             (2.3.7)

 

где  - максимальное время действия быстродействующей защиты смежного участка;  = (0,3÷0,5)с – ступень селективности

                                             

   Вторая ступень защиты должна удовлетворять требованиям чувствительноси. Согласно ПУЭ целесообразность использования рассчитанной ступени оценивается значением коэффициента чувствительности при КЗ в конце защищаемой линии:

 

                                         .                           (2.3.8)

 

   При недостаточном значении коэффициента чувствительности вторая ступень защиты линии W1 может быть отстроена от второй (а не от первой) ступени защиты линии W2. Для предотвращения возможного излишнего срабатывания при коротком замыкании в пределах зоны второй ступени дистанционной защиты линии W2 увеличивается и выдержка времени до .

   Третья ступень. Третья ступень выполняет функции резервирования присоединений (ЛЭП и трансформаторов), отходящих от шин противоположной подстанции. Дистанционные органы этой ступени должны действовать при КЗ в конце наиболее длинной ЛЭП, отходящей от шин противоположной подстанции, и за подключенными к ней трансформаторами.

   Для исключения срабатывания измерительного органа сопротивления в нагрузочных режимах его сопротивление срабатывания должно быть меньше минимального рабочего сопротивления при , т.е. при совпадении по направлению этих векторов:

 

                                         .                         (2.3.9)

 

   С учетом самозапуска электродвигателей и обеспечения возврата измерительного органа после отключения КЗ сопротивление срабатывания третьей ступени при  будет определяться выражением:

 

                    ,                          (2.3.10)  

 

где  - минимальное рабочее напряжение на шинах подстанции;  = (1,1 ÷ 1,25) – коэффициент надежности;  > 1 – коэффициент возврата минимального реле сопротивления;  - коэффициент самозапуска, учитывающий снижение  за счет увеличения тока и уменьшения напряжения при самозапуске электродвигателей;  - максимальный ток нагрузки.

   Для направленного дистанционного органа с характеристикой в виде окружности, проходящей через начало координат (рисунок 2.3.8), наибольший по величине вектор сопротивления срабатывания совпадает с диаметром окружности, расположенным под углом  к оси R и определяется выражением:

                                             

                ,               (2.3.11)

 

где  - угол максимальной чувствительности дистанционного органа, принимаемый равным углу сопротивления линии  ;  - угол сдвига фаз между   и .

 

 

jX

Zс.з. макс

Zс.з.

Zраб мин

м.ч.

раб

R

O

K

 

 

       

   Рис. 2.3.8. Выбор сопротивления срабатывания направленного реле сопротивления, выполняющего функцию третьей ступени дистанционной защиты.

 

   Для дистанционного органа в виде окружности с центром в начале координат сопротивление срабатывания выбирают по выражению (2.3.11), принимая () = 0. При этом  является радиусом окружности с центром в начале координат.

 

   Выдержка времени третьей ступени  выбирается на ступень селективности больше времени срабатывания третьей ступени дистанционной защиты смежной линии БВ:

 

                                 .                                       (2.3.12)

 

   Коэффициент чувствительности третьей ступени проверяется при КЗ в конце своего участка (работа защиты как основной)

 

                                                                  (2.3.13)

 

и в конце зоны резервирования – конце линии W 2 и за трансформатором T

 

                                 .                          (2.3.14)  

   Пересчет первичного сопротивления срабатывания защиты на сопротивление срабатывания реле производится по выражению

 

                                  ,                                       (2.3.15)

 

где  - сопротивление срабатывания реле;  - первичное сопротивление срабатывания защиты;  - коэффициент трансформации трансформатора тока;  - коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

 

   Выводы.

1. Принцип действия дистанционной защиты основан на контроле сопротивления.

2. Дистанционная защита удовлетворяет требованиям селективности в сетях любой конфигурации с любым числом источников питания.

3. Защита отличается сравнительно высоким быстродействием.

4. В типовом исполнении дистанционная защита линии содержит три ступени.

5. Дистанционная защита в качестве основной защиты линии от междуфазных коротких замыканий находит применение в сетях напряжением (110 ÷ 220) кВ.

 

 

Пример расчета дистанционной трехступенчатой защиты.

Исходные данные.

Длина линии W1  L₁ = 60 км;

длина линии W2  L₂ = 40 км;

сопротивление генератора G1 в максимальном режиме работы ;

сопротивление генератора G2 в минимальном режиме работы

;

номинальная мощность трансформатора  = 40 МВ·А;

минимальное напряжение короткого замыкания трансформатора   ;

номинальное напряжение сети

диапазон регулирования напряжения устройством РПН ;

максимальный ток нагрузки  .

                                    Решение.

 

1. Определение первичного сопротивления срабатывания I ступени

защиты.

Первичное сопротивление срабатывания I ступени защиты AK1 отстраивается от короткого замыкания в конце защищаемой линии:

линия W1

 

линия W2

 

2. Выбор времени срабатывания I ступени. Время срабатывания пер-

вой ступени определяется собственным временем действия реле и условием отстройки от работы трубчатых разрядников. Примем  с.

 

3. Определение коэффициента токораспределения k _Т. Для расчета пер-

вичного сопротивления срабатывания второй ступени защиты необходимо предварительно определить коэффициент токораспределения, равный отношению первичного тока в защищаемой линии к току на предыдущем участке, а также  минимальное сопротивление трансформатора T на подстанции Б. k _Т определяется по соотношению сопротивлений, исходя из реально возможного режима работы, которому соответствует наименьшее значение коэффициента токораспределения:

 

 

4. Минимальное сопротивление трансформатора T:

 

 

В последней формуле  - среднее напряжение сети со стороны первичной обмотки;  - относительная величина половины полного диапазона регулирования РПН.

 

5. Определение первичного сопротивления срабатывания II ступени

Защиты AK1. Первичное сопротивление срабатывания II ступени определяется из двух условий:

   а) согласования с I ступенью защиты AK2 линии W2

 

       

б) отстройки от КЗ за трансформатором T подстанции Б

 

 

За окончательное значение сопротивления срабатывания II ступени выбираем наименьшее значение

 

6. Выбранное значение  проверяется по условию надежного дей-

ствия при КЗ на шинах подстанции Б, при этом коэффициент чувствительности II ступени защиты

 

Таким образом, II ступень защиты AK1 удовлетворяет по чувствительности требованиям ПУЭ.

 

7. Выдержка времени II ступени защиты AK1 согласуется с выдержкой

времени быстродействующей I ступени защиты AK2 предыдущего участка

 

 

8. Первичное сопротивление срабатывания пусковых органов (третья

зона) дистанционной защиты должно быть отстроено от минимального рабочего полного сопротивления линии с учетом самозапуска электродвигателей. Для дистанционного органа с круговой характеристикой, проходящей через начало координат, наибольший по величине вектор сопротивления срабатывания совпадает с диаметром окружности, расположенным под углом  к оси R и определяется выражением:

 

9. Чувствительность третьей ступени защиты AK1 при ее работе в

качестве основной проверяется при КЗ в конце своего участка W1:

 

 

Определяем коэффициент чувствительности третьей ступени защиты AK1 при ее действии в качестве резервной, т.е. при металлическом КЗ на шинах подстанции В, с учетом подпитки на линии БВ, по выражению:

 

 

При недостаточной чувствительности применяют реле направленного сопротивления с эллиптической характеристикой.

 

10.  Выдержка времени III ступени защиты AK1 согласуется с выдерж-

кой времени III ступени предыдущей защиты AK2. Положим время срабатывания IIIступени предыдущей защиты , тогда
                 

 

11.  Вторичные сопротивления срабатывания отдельных зон определя-

ются по выражению:

 

                                

 

где , если реле включены на разность токов и разность напряжений одноименных фаз; , если реле включены на фазные токи и междуфазные напряжения;  - коэффициент трансформации трансформаторов тока, примем ;  - коэффициент трансформации трансформаторов напряжения, примем  . 

Тогда сопротивление срабатывания I зоны:

              

                        

 

Сопротивление срабатывания II зоны:

                 

 

Сопротивление срабатывания III зоны:

 

 

 

12.  Построение характеристик защит для I, II и III зон.

На рисунке 2.3.9 представлены зоны действия ступенчатых дистанционных защит AK1, AK2 и время срабатывания каждой ступени.

 

2

1

2

1

А

Б

В

90

20

40

50

30

80

70

60

10

100

110

120

130

L, км

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

t, с

- cдвиг границы зоны II влево из-за погрешностей ТН, ДО защиты AK1

- cдвиг границы зоны II влево из-за погрешностей ТТ защиты AK2

                             

  

                                     

 

 

   Рис. 2.3.9. Согласование характеристик дистанционных защит А и Б двух смежных ЛЭП.

 

 

Контрольные вопросы к задачам 2.1, 2.2, 2.3.

 

1. В чем заключается отличие между максимальной токовой защитой и то-

ковой отсечкой?

2. Какие условия необходимо обеспечивать при выборе тока срабатывания 

МТЗ?

3. Как выбирается ток срабатывания МТЗ по условию несрабатывания ре-

лейной защиты в послеаварийном режиме при КЗ на резервируемом

участке?

4. Как выбирается ток срабатывания МТЗ по условию несрабатывания ре-

лейной защиты в послеаварийном режиме при КЗ на защищаемом

участке?

5. Для чего требуется согласование по току защит последующих и преды-

дущих элементов?

6. Как оценивается чувствительность МТЗ для основной и резервной за

щит?

7. Укажите достоинства, недостатки и область применения МТЗ.

8. От чего отстраивается ток срабатывания мгновенной токовой отсечки?

9. От чего отстраивается ток срабатывания токовой отсечки с выдержкой

времени?

10. Как определяется зона действия мгновенной токовой отсечки?

11. Как определяется коэффициент чувствительности мгновенной токовой

отсечки?

12. Укажите преимущества, недостатки и область применения токовых от-

сечек.

13. Как достигается селективность действия максимальных токовых защит

и токовых отсечек?

14. Особенности выполнения дифференциальной защиты силового транс-  

форматора.

15. Как рассчитывается величина тока небаланса дифференциальной защи-

ты трансформатора? Какие составляющие тока небаланса учитываются

при выполнении дифференциальной защиты трансформатора и какими

факторами они определяются?

16. Причины, вызывающие появление броска намагничивающего тока в

защищаемом силовом трансформаторе. Характерные особенности БНТ.

17. Общее устройство и принцип действия дифференциального реле с на-

  сыщающимися трансформаторами тока. Воздействие апериодической

  составляющей дифференциального тока на трансформацию периоди-

  ческого тока из рабочей обмотки во вторичную.

18. Устройство и принцип действия реле дифференциальной защиты серии

РНТ-560. Назначение рабочей и уравнительной обмоток. Первичная и

вторичная трансформация.

19. Назначение токового дифференциального реле серии РНТ-565, схема

внутренних соединений, схема включения реле в дифференциальную

защиту силового трансформатора.

20. Устройство и принцип действия реле с магнитным торможением серии

ДЗТ-10.

21. В чем преимущества и недостатки реле с магнитным торможением ти-

па ДЗТ-11 по сравнению с дифференциальным реле типа РНТ-565?

22. Какие защиты называются дистанционными?

23. На какой параметр реагирует измерительный орган дистанционной за-

щиты?

24. Укажите, на какие токи и напряжения включаются измерительные ор-

ганы дистанционной защиты.

25. Объясните принцип действия трехступенчатой дистанционной защиты

по упрощенной структурной схеме.

26. Что такое характеристика срабатывания дистанционного органа? Какие

факторы влияют на конфигурацию характеристики срабатывания?

27. Виды и особенности типовых характеристик срабатывания дистанци-

онных органов, области их использования.

28. Как выбираются уставки первой зоны дистанционной защиты?

29. Как выбираются уставки второй зоны дистанционной защиты?

30. Как выбираются уставки третьей зоны дистанционной защиты?

31. Выбор сопротивления срабатывания пускового направленного реле со-

противления.

32. Укажите достоинства, недостатки и область применения дистанцион-

ных защит.

 

 

 

                                         ЛИТЕРАТУРА

   1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. – М.: Высшая школа, 1991.

   2. Басс Э.И., Дорогунцев В.Г. Релейная защита электроэнергетических систем. – М.: Изд. МЭИ, 2002.

   3. Беркович М.А., Молчанов В.В., Семенов В.А. Основы техники релейной защиты. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

   4. Кривенков В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. – М.: Энергоатомиздат, 1981.

   5. Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 13. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

   6. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. – М.: Энергоатомиздат, 1998.

   7. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. – Л.: Энергоатомиздат, 1985.

 

                                         СОДЕРЖАНИЕ

Контрольная работа №1                                                                    3

   Задача 1.1                                                                                   3

   Задача 1.2                                                                                    20

   Задача 1.3                                                                                    31

Контрольная работа №2                                                                    44

   Задача 2.1                                                                                    44

   Задача 2.2                                                                                    58

   Задача 2.3                                                                                    73

Литература                                                                                          93