Релейная защита линий электропередачи

6.2.1Максимальная токовая защита с независимой выдержкой времени

Принципиальная и развернутая схемы такой защиты линии с односторонним питанием приведены соответственно на рис. 6.2, а и б.

При возникновении короткого замыкания на защищаемой линии защита приходит в действие – срабатывают одно или несколько (в зависимости от вида КЗ) реле тока КА, замыкая цепь катушки реле времени КТ. Реле времени КТ обеспечивает селективность действия релейной защиты. Это достигается тем, что наименьшую выдержку времени имеют защиты наиболее удаленных от источника питания линий, наибольшую – защиты линии, ближайших к источнику питания. Разницу в выдержках времени защит двух смежных линий называют ступенью выдержки времени – Dt.

Контакты реле времени имеют относительно небольшую коммутационную способность, поэтому в выходную цепь защиты включается промежуточное реле KL, работающее практически без замедления. При замыкании контактов реле KL через последовательную обмотку указательного реле КН и вспомогательные контакты выключателя SQ образуется замкнутая цепь на электромагнит отключения выключателя YAT, который, срабатывая, освобождает подвижную часть выключателя и выключатель отключается. Вспомогательные контакты выключателя разрывают выходную цепь защиты несколько ранее разрыва тока в силовой цепи, тем самым разгружая контакты промежуточного реле.

Защита характеризуется двумя параметрами – током срабатывания и выдержкой времени. Различают ток срабатывания защиты I_cз– ток в первичной цепи, при котором защита приходит в действие, и ток срабатывания реле (уставка реле) I_ср – ток в реле, при котором реле срабатывает. Ток срабатывания защиты должен быть больше максимального рабочего тока защищаемой линии

Iсз >Iраб max_.

С другой стороны, для правильной работы защиты необходимо, чтобы так называемый ток возврата защиты или максимальный ток, при котором защита возвращается в первоначальное состояние, был больше максимального тока послеаварийного режима I_{па max},возникающего после отключения тока КЗ на смежной линии. С учетом самозапуска двигателей максимальный (начальный) ток послеаварийного режима может быть больше максимального рабочего тока. Возможный характер изменения тока в линии (например, в линии W2, Рис. 6.1) при коротком замыкании в сети (в точке К1) и после отключения КЗ представлен на Рис. 6.3. Максимальное значение послеаварийного тока:

I_{па max} = k_з I_{раб max} ,

где k_з- коэффициент расчетного самозапуска электродвигателей нагрузки линии. Поэтому ток возврата защиты связан с максимальным рабочим током неравенством:

I_вз > k_з I_{раб max} .

Рис. 6.3. Изменение тока линии при КЗ в сети

В зависимости от характера нагрузки линии (осветительная, силовая и т. п.) коэффициент k_з изменяется в широких пределах (k_з = 1÷3).

Ток срабатывания защиты определяется по выражению

,

а ток срабатывания реле

,

где k_отс - коэффициент отстройки (k_отс = l,l ¸ l,2); k_сх- коэффициент схемы, учитывающий схему соединения трансформаторов тока и реле (при включении реле на фазные токи k_сх =l, при включении реле на разность токов двух фаз k_сх = 1,73; k_i - коэффициент трансформации, трансформаторов тока; k_в - коэффициент возврата токового реле:

.

Выдержку времени защиты подбирают по ступенчатому принципу, исходя из того, что каждая последующая защита по направлению к источнику питания должна иметь выдержку времени, превышающую выдержку времени предшествующей защиты на ступень Dt (Рис. 6.4).

	l

Выдержка времени каждой защиты не зависит от того, в каком месте линии возникло короткое замыкание, т. е. не зависит от значения тока в первичной цепи. Отсюда название защиты – максимальная токовая защита с независимой выдержкой времени. Минимальная ступень выдержки времени Dt определяется параметрами защит и выключателей. Так, применительно к схеме, показанной на Рис. 6.1.

Dt = t₂ – t_з = t_уск2 + t_{зам з} + t_вз + t_зап,

где t_уск2 - возможное ускорение по различным причинам (несоответствие фактических и расчетных уставок реле, их параметров и т.п.) защиты АК2 (выключателя Q2); t_{зам з} - возможное замедление по тем же причинам защиты АК3 (выключателя Q3); t_вз - полное время отключения выключателя Q3; t_зап- время запаса.

У электромагнитных реле времени разброс выдержек времени (погрешность) ействииет ±(0,1 ¸ 0,15) с. Полное время отключения различных выключателей находится в пределах
0,04 – 0,2 с.

Принимая tзап = 0,1 с, получаем Dt = (0,1 ¸ 0,15) + (0,1 ¸ 0,15)4 + (0,04 ¸ 0,2) + 0,1 = 0,34 ¸ 0,6 с. В энергосистемах принимают Dt = 0,5 ¸ 0,7 с.

Чувствительность защиты характеризуют коэффициентом чувствительности

,

где I_{к min} - ток КЗ в конце защищаемой зоны в минимальном режиме работы энергосистемы, т. е. при возможном в условиях эксплуатации отключении некоторых источников, электрических линий и т. п. Согласно ПУЭ максимальная токовая защита должна быть чувствительной к коротким замыканиям в защищаемой зоне и в конце смежной линии (резервирование действия защит). При этом с учетом сопротивления дуги в месте КЗ необходимо, чтобы выполнялось условие: при КЗ в защищаемой зоне Kч >1,5, а при КЗ в конце смежной линии Kч > 1,2. Достоинством максимальной токовой зашиты с независимой выдержкой времени ейстется простота схемы и настройки. Недостатком являются значительные выдержки времени при отключении наиболее тяжелых и опасных КЗ вблизи источников.

6.2.2 Максимальная токовая защита с зависимой выдержкой времени ( рис. 6.5 )

Защита выполняется с помощью индукционных реле тока типа РТ-80, имеющих два органа: индукционный и электромагнитный. Индукционный орган работает с выдержкой времени, зависящей от значения проходящего через реле тока Iр, а электромагнитный орган (токовая отсечка) - без выдержки времени при достижении током определенного значения. Схема защиты представлена на Рис. 6.5.

Индукционные реле выполняют функции как пусковых органов, так и органов, обеспечивающих селективность действия защиты. Поэтому в схеме отсутствует отдельное реле времени, имеющееся в схеме максимальной токовой защиты с независимой выдержкой времени. В остальном действие защиты и назначение отдельных элементов такие же, как и у максимальной токовой защиты с независимой выдержкой времени.

Ток срабатывания защиты определяется аналогично МТЗ с независимой выдержкой времени; уставка реле меняется ступенями путем изменения числа витков его обмотки. Выдержка времени защиты подбирается по ступенчатому принципу, причем согласование выдержек времени защит смежных линий производят, исходя из тока КЗ в ближайшей к источнику точке, при КЗ в которой защиты работают одновременно. Согласование выдержек времени защит применительно к схеме па рис.7.1 показано на Рис. 6.6.

На защите АКЗ устанавливается выдержка времени tз3 при токе, соответствующем току КЗ в конце защищаемой линии W2. При приближении точки КЗ к источнику ток КЗ увеличивается, соответственно выдержка времени защиты АКЗ уменьшается в пределе до tэ3. Выдержка времени защиты АК2 устанавливается по току КЗ в начале линии W2 или, что то же самое, по току КЗ в конце линии W1, т. е.

t_з2=t_з3+Dt,

аналогично

t_з1=t_з3+Dt.

Рис. 6.6. Согласование выдержек времени максимальных токовых защит
с зависимой выдержкой времени

Ступень выдержки времени максимальных токовых защит с зависимой выдержкой времени принципиально должна быть больше ступени выдержки времени максимальных токовых защит с независимой выдержкой времени, что связано с большей погрешностью органа выдержки времени и наличием инерционной погрешности индукционных реле; таким образом,

Dt = t₂ - t_з = t_ycк + t_замз + t_вз + t_зап + t_инерц ,

где t_инерц – инерционная погрешность реле.

Обычно Dt = (0,34 ¸ 0,6) + 0,1 = 0,44 ¸ 0,7 с.

По сравнению с максимальной токовой защитой с независимой выдержкой времени данная защита имеет меньшее количество реле и принципиально меньшие выдержки времени вблизи источников, однако защита более сложна в настройке.