Защита высоковольтных линий 110-220 кв, общие сведения

Принцип работы

Прежде чем рассматривать трансформаторы тока нулевой последовательности, нужно остановится на обычных трансформаторах. Все устройства этого типа разделяются на трансформаторы тока и напряжения. Они применяются для измерений токов и напряжений с большими величинами. На одну из обмоток подается ток или напряжение, которое требуется измерить, а на выходе второй обмотки снимаются уже преобразованные, как правило пониженные значения этих параметров.

Через трансформаторы тока наиболее часто подключаются магнитоэлектрические вольтметры и параллельные цепи, а трансформаторы напряжения соединяются с амперметрами и другими последовательными цепями.

Трансформаторы нулевой последовательности также относятся к токовым измерительным приборам. От других видов трансформаторных устройств они отличаются назначением и принципом работы. Основной функцией данных приборов является регистрация токовых утечек или отсутствия фазы при коротком замыкании в трехфазных кабелях. Когда в жилах таких кабелей возникает асимметрия токов, это приводит к появлению на выходе вторичной обмотки сигнала небаланса. Далее этот сигнал уходит к контрольному устройству, с помощью которого отключается питание поврежденного кабеля. Подключение трансформатора тока нулевой последовательности осуществляется не к каждой фазе. Он соединяется сразу со всеми жилами кабеля.

Таким образом, принцип работы этих устройств основан на выделении сигнала через трансформацию токов нулевой последовательности при однофазных замыканиях на землю. Они применяются в сетях с изолированной нейтралью и схемах релейной защиты. Благодаря нормированному коэффициенту трансформации, который может переключаться во вторичной обмотке, становится возможной эффективная и точная настройка релейной защиты.

Выпуск трансформаторов производителями осуществляется в различных модификациях. Основными техническими характеристиками являются номинальное напряжение и частота, коэффициент трансформации, испытательное одноминутное напряжение, односекундный ток термической стойкости вторичной обмотки. Они имеют различные габариты, обеспечивающие возможность подключения сразу к нескольким одножильным кабелям, сечением до 500 мм2.

Выбор уставок для ТЗНП

Для обеспечения ступенчатого принципа вывода линии, токовая защита, контролирующая появление нулевой последовательности в цепях, должна соответствовать селективности срабатывания. Здесь под селективностью понимается последовательное отключение определенных участков цепи, в зависимости от их значимости, с целью определения места повреждения или выделения поврежденного промежутка. Для этого выбираются соответствующие уставки срабатывания по времени для защиты. Рассмотрите пример выбора уставок на такой схеме.

Как видите, ТЗНП в данном случае отстраивается по тому же принципу, что и максимальная токовая защита, но с меньшей величиной выдержки времени. В этом примере каждая последующая ступень защиты выдерживает временную задержку на промежуток Δt больше, чем предыдущая. То есть время срабатывания первой токовой отсечки, в сравнении со второй будет рассчитываться по формуле: t1 = t2+ Δt. А время срабатывания второй по отношению к третей будет составлять t2 = t3+ Δt. Таким образом каждое последующее реле выполняет функцию резервной защиты.

Такая система ступенчатых защит позволяет минимизировать дальнейший переход повреждения на другие участки сети и силовое оборудование. А также помогает вывести из-под угрозы персонал, обслуживающий эти устройства. Главное требование к токовой защите – предотвращение ложных коммутаций по отношению к соответствующей зоне срабатывания.

3.2.109

При оценке обеспечения требований устойчивости,
исходя из значений остаточного напряжения по 3.2.108, необходимо
руководствоваться следующим:

1. Для одиночной связи между электростанциями или
энергосистемами указанное в 3.2.108 остаточное напряжение должно быть проверено
на шинах подстанций и электростанций, входящих в данную связь, при КЗ на
линиях, отходящих от этих шин, кроме линий, образующих связь; для одиночной
связи, содержащей часть участков с параллельными линиями, — также при КЗ на
каждой из этих параллельных линии.

2. При наличии нескольких связей между электростанциями или
энергосистемами указанное в 3.2.108 значение остаточного напряжения должно быть
проверено на шинах только тех подстанций или электростанций, где соединяются
эти связи, при КЗ на связях и на других линиях, питающихся от этих шин, а также
на линиях, питающихся от шин подстанций связей.

3. Остаточное напряжение должно быть проверено при КЗ в
конце зоны, охватываемой первой ступенью защиты в режиме каскадного отключения
повреждения, т. е. после отключения выключателя с противоположного конца линии
защитой без выдержки времени.

READ  Как выбрать защиту для электродвигателя?

Файл-архив ›› Токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю линий 110- 500 кВ. Расчеты. Руководящие указания. Выпуск 12

В настоящем выпуске даны новые методы расчетов защит линий 330—500 кВ, линий с ответвлениями, линий с односторонним питанием, а также дан выбор параметров срабатывания защит по условию отстройки от броска намагничивающего тока силовых трансформаторов и т. д.

Руководящие указания являются рекомендуемым материалом, которому должны следовать как проектные, так и эксплуатационные организации с целью максимального применения типовых решений, удешевления и ускорения строительства электроустановок, внедрения в эксплуатацию наиболее совершенных и проверенных опытом решений. Отступления от соответствующих решений, приведенных в Руководящих указаниях, допускаются в случаях, когда это обосновано конкретными местными условиями, а также для ранее запроектированных, монтируемых или действующих устройств, если эти отступления не ведут к серьезным недостаткам и не противоречат принципиальному направлению Руководящих указаний.

Принцип работы токовой направленной защиты нулевой последовательности в электрических сетях 110 кВ

В электротехнике есть понятие о симметричных и несимметричных системах фазных токов или напряжений. Симметричная система предусматривает равенство фазных токов (напряжений) трехфазной сети. При этом векторы фазных токов могут стоять относительно друг к другу в прямой, обратной, а также нулевой последовательности (НП).

При прямой последовательности векторы фазных токов идут в последовательности А, В, С, каждая из фаз отстает от другой на 120 гр. Обратная последовательность – чередование фаз А, С, В, угол сдвига фаз тот же – 120 гр. При нулевой последовательности векторы трех фаз совпадают по направлению. Несимметричная система представляется как значение тока – геометрическая сумма векторов всех составляющих прямой, обратной и нулевой последовательности.

В нормальном режиме работы участка электросети система токов и напряжений является симметричной, то же самое касается межфазных коротких замыканий. В данном случае, как напряжение, так и ток НП равны нулю. В случае возникновения однофазного замыкания на землю система становится несимметричной – возникает ток и напряжение НП.

В данном случае ток (напряжение) одной из фаз нулевой последовательности равен трети суммы векторов несимметричной системы, соответственно сумма векторов несимметричной системы – это тройной ток (напряжение) НП.

Результаты расчетов коротких замыканий в электрических сетях также показывают, что ток однофазного замыкания на землю в электрических сетях равен тройному значению тока НП – 3I0, а напряжение, возникающее между нейтралью трансформатора и точки короткого замыкания – тройному значению напряжения НП – 3U0.

Принцип работы токовой защиты нулевой последовательности заключается в контроле значения 3I0 на линии электропередач и в случае достижения его определенной величины – реализации автоматического отключения выключателя линии электропередач с определенной выдержкой времени.

На практике токи небаланса 3I0 получают на выходе так называемого фильтра токов нулевой последовательности. Данный фильтр получают путем электрического соединения между собой начал и концов обмоток трансформаторов тока каждой из фаз линии.

В нормальном режиме работы участка электрической сети на выходе фильтра токов НП отсутствует ток. В случае возникновения повреждения – падения одного из фазных проводов линии электропередач на землю, возникает небаланс – появляется некоторое значение тока 3I0, значение которого фиксируется на выходе фильтра токов НП.

ТНЗНП, как правило, многоступенчатая защита. Каждая из ступеней защиты имеют свою выдержку времени срабатывания. Для обеспечения селективности работы защит на смежных подстанциях участки электрической сети разделяют на участки (зоны действия). Таким образом, защита обеспечивает защиту линии электропередач, питающейся от подстанции, где установлен данный комплект защит, и выступает в роли резервирующей защиты смежных подстанций.

Существует такое явление, как качания в системе. Если защита от междуфазных КЗ, например, дистанционная защита, может ложно срабатывать при возникновении данного явления, то ложное срабатывание ТНЗНП исключено, так как данная защита реагирует исключительно на возникновение токов нулевой последовательности, возникновение которых нехарактерно для явления качаний в энергосистеме.

READ  Частотный регулятор для регулировки скорости вращения асинхронного двигателя

Рассматриваемая в статье защита, по сути, является защитой от замыканий на землю, поэтому данная защита имеет альтернативное название – земляная защита (ЗЗ) .

Какие устройства выполняют функцию направленной токовой защиты нулевой последовательности в электрических сетях

Для обеспечения защиты линий электропередач от всех видов повреждений (как однофазных, так и междуфазных коротких замыканий) токовая защита нулевой последовательности реализуется совместно с дистанционной защитой. Устройства, выполняющие функции данных защит, могут быть выполнены, как на реле электромеханического принципа работы, так и на современных устройствах – микропроцессорных терминалах защит.

Среди электромеханических защит приобрели наибольшую популярность комплекты типа ЭПЗ-1636, которые имеют несколько различных модификаций. В современных условиях, при строительстве новых распределительных подстанций или техническом переоснащении старых объектов, преимущество отдается микропроцессорным защитным устройствам. Для реализации резервных защит линий 110 кВ, в том числе и ТНЗНП, часто используются микропроцессорные терминалы производства компании ABB, например, многофункциональное устройство REL650.

Файл-архив ›› СПРАВОЧНИК ПО РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ. Под редакцией Берковича

Справочник определяет основные положения релейной защиты и предназначен для решения основных задач по релейной защите. Справочник включает в себя методические указания по расчетам токов коротких замыканий, электрическим расчетам, расчетам уставок и характеристик релейной защиты, основные сведения по электромеханической релейной аппаратуре и комплектным устройствам защиты и автоматики (большинство реле устаревшие), по автоматам, приводам выключателей, электроизмерительным приборам и электротехническим материалам, типовые схемы релейной защиты, АПВ и АВР и рекомендации по их применению.

Справочник отражает основные принципиальные решения в области релейной защиты, АПВ и АВР.

Справочник рассчитан в основном на инженеров, техников и мастеров, а также квалифицированных рабочих, работающих в области эксплуатации релейной защиты и автоматизации энергосистем и промышленных предприятий, а также на работников проектных и наладочных организаций и студентов средних и высших учебных заведений.

Статьи ›› Расчёт уставок. Методические указания. Дифференциально — фазная защита. Линии электропередач 110 — 220 кв

В настоящем стандарте дан комплексный подход к расчету уставок дифференциально-фазной защиты линий, выбору диапазона измерений аналоговых каналов терминалов БМРЗ, даны рекомендации по выбору выдержек времени. В стандарте приведены подробные примеры расчета уставок дифференциально-фазной защиты линий. Расчёты в стандарте выполнены в первичных значениях величин. Для ввода расчетных значений уставок в терминал необходимо первичные значения величин перевести во вторичные. Использование стандарта позволит проектным организациям и эксплуатирующим предприятиям наиболее полно реализовать все преимущества, которыми обладают терминалы БМРЗ, выпускаемые ООО «НТЦ «Механотроника».

Токи нулевой последовательности

Систему трехфазных токов и напряжений можно представить в виде векторной диаграммы, где векторы этих токов (напряжений) в нормальном режиме сдвинуты друг относительно друга в пространстве на одинаковый угол, равный 120 градусов. При этом полученная диаграмма является еще и вращающейся относительно условного наблюдателя: сначала мимо него проходит вектора фазы «А», затем «В», потом «С». И так – по кругу. Эту диаграмму принято называть системой токов (напряжений) прямой последовательности.

Ток или напряжение нулевой последовательности получается, если все эти векторы сложить между собой. Для этого, если вспомнить геометрию, нужно начало второго вектора совместить с концом первого, затем так же добавить к нему третий. Поскольку угол между ними остается равным 120 градусов, то получим равносторонний треугольник, система замкнется. Результирующий вектор, определяющий сумму всех слагаемых, будет равен нулю. Он должен быть проведен от начала первого суммируемого вектора к концу последнего.

Интересное видео о работе ТЗНП смотрите ниже:

Практическая реализация ТЗНП

Сегодня токовая защита, реагирующая на возникновение нулевой последовательности, может реализовываться микропроцессорными установками и посредством реле. В большинстве случаев устаревшие реле повсеместно заменяются на более новые версии токовой защиты. Но, помимо ТЗНП настраиваются в работу дистанционные, дифференциальные защиты и прочие устройства. Чья работа основывается как на симметричных составляющих, так и на других параметрах сети.

READ  Автоматизация технологических процессов

Помимо этого, в своем классическом исполнении ТЗНП не имеет возможности определять место повреждения. То есть для нее не имеет значение, в каком месте произошел обрыв. Поэтому для определения направления, в котором ток протекает по направлению к земле, применяют направленную защиту. Такая система отстраивается не только на токах, а и на напряжении, возникающем от нулевой последовательности. Данные величины подаются с трансформаторов напряжения, включенных по системе разомкнутого треугольника.

При замыкании в зоне резервирования токовой защиты к одной из обмоток реле мощности поступает напряжение, а на вторую обмотку поступает ток нулевой последовательности, используемый для токовой защиты. При условии, что вектор мощности направлен в линию, реле мощности разблокирует срабатывание токовой защиты. В противном случае, когда направление мощности указывает, что неисправность произошла на другом участке, реле мощности продолжит блокировать срабатывание токовой защиты.

Сегодня практическая реализация такой защиты выполняется посредством микропроцессорных блоков REL650 или на реле ЭПЗ-1636. Каждый, из которых уже включает в себя и токовую отсечку, и дистанционную защиту, и пусковое реле для возобновления питания.

3.2.108

Для линий 330 кВ и выше в качестве основной должна
быть предусмотрена защита, действующая без замедления при КЗ в любой точке
защищаемого участка.

Для линий напряжением 110-220 кВ вопрос о типе основной
защиты, в том числе о необходимости применения защиты, действующей без
замедления при КЗ в любой точке защищаемого участка, должен решаться в первую
очередь с учетом требования сохранения устойчивости работы энергосистемы. При
этом, если по расчетам устойчивости работы энергосистемы не предъявляются
другие, более жесткие требования, может быть принято, что указанное требование,
как правило, удовлетворяется, когда трехфазные КЗ, при которых остаточное
напряжение на шинах электростанций и подстанций ниже 0,6-0,7 , отключаются без
выдержки времени. Меньшее значение остаточного напряжения (0,6 ) может быть допущено для
линий 110 кВ, менее ответственных линий 220 кВ (в сильно разветвленных сетях,
где питание потребителей надежно обеспечивается с нескольких сторон), а также
для более ответственных линий 220 кВ в случаях, когда рассматриваемое КЗ не
приводит к значительному сбросу нагрузки.

При выборе типа защит, устанавливаемых на линиях 110-220
кВ, кроме требования сохранения устойчивости работы энергосистемы должно быть
учтено следующее:

1. На линиях 110 кВ и выше, отходящих от АЭС, а также на
всех элементах прилегающей сети, на которых при многофазных КЗ остаточное
напряжение прямой последовательности на стороне высшего напряжения блоков АЭС
может снижаться более чем до 0,45 номинального, следует обеспечивать
резервирование быстродействующих защит с выдержкой времени, не превышающей 1,5
с с учетом действия УРОВ.

2. Повреждения, отключение которых с выдержкой времени
может привести к нарушению работы ответственных потребителей, должны
отключаться без выдержки времени (например, повреждения, при которых остаточное
напряжение на шинах электростанций и подстанций будет ниже 0,6 , если отключение их с
выдержкой времени может привести к саморазгрузке вследствие лавины напряжения,
или повреждения с остаточным напряжением 0,6  и более, если отключение их с выдержкой
времени может привести к нарушению технологии).

3. При необходимости осуществления быстродействующего АПВ
на линии должна быть установлена быстродействующая защита, обеспечивающая
отключение поврежденной линии без выдержки времени с обеих сторон.

4. При отключении с выдержкой времени повреждений с токами,
в несколько раз превосходящими номинальный, возможен недопустимый перегрев
проводников.

Допускается применение быстродействующих защит в сложных
сетях и при отсутствии изложенных выше условий, если это необходимо для
обеспечения селективности.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: