мертвая зона в релейной защите что это
Мертвая зона в релейной защите что это
info@digitrans.ru Трансформируем проблемы в решения!
УСТРОЙСТВО РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ «МЕРТВОЙ» ЗОНЫ (УРЗМЗ)
НАЗНАЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ «МЕРТВОЙ» ЗОНЫ
Устройство релейной защиты «мертвой» зоны (УРЗМЗ) — это одна из первых разработок, в которой принимали участие сотрудники ООО НПО «ЦИТ» в составе исследовательской группы ИГЭУ им. Ленина.
Под руководством ОАО «СО ЕЭС» совместно с ФГБОУ ВО «НИУ МЭИ», ООО «НПФ ЭЛНАП» была разработана быстродействующая релейная защита, позволяющая ликвидировать короткие замыкания в так называемых «мертвых зонах», то есть на участках между трансформаторами тока и выключателями, в распределительных устройствах объектов электроэнергетики.
Наличие «мертвых зон» связано с особенностями компоновки распределительных устройств. Ранее короткие замыкания в таких «мертвых зонах» ликвидировались только действием устройств резервирования отказа выключателей. При этом на ликвидацию замыканий затрачивалось время, в течение которого может нарушиться динамическая устойчивость генерирующего оборудования электростанций, даже с учетом возможности применения противоаварийной автоматики.
В ходе разработки УРЗМЗ авторам изобретения удалось успешно решить несколько практических и научно-исследовательских задач. Одна из них связана с использованием радиомодулей и размещением передающих электронных блоков УРЗМЗ в областях высокого электромагнитного излучения, что потребовало проведения исследований в области электромагнитной совместимости.
Внедрение УРЗМЗ является альтернативой дорогостоящим мероприятиям, таким как установка дополнительных трансформаторов тока и выключателей, изменение компоновки распределительных устройств, строительство дополнительных сетевых элементов, реализуемым при строительстве и модернизации энергообъектов и направленным на обеспечение сохранения динамической устойчивости генерирующего оборудования электростанций.
Входящие в состав УРЗМЗ элементы ЦТТН (датчиковая система тока, система питания и элеткронные блоки) успешно прошли опытную эксплуатацию в составе устройства релейной защиты «мертвой зоны» на ПС 500 кВ «Нижегородская». После которой было принято решение о серийном производстве устройств РЗМЗ на предприятиях ООО НПП «ЭКРА». В настоящее время данная релейная защита действует на нескольких АЭС.
Назначение устройств релейной защиты «мертвой» зоны:
Устройство релейной защиты «мертвой» зоны предназначены для применения в трехфазных сетях с номинальным напряжением 110-750 кВ и частотой 50 Гц в схемах релейной защиты электрических станций и подстанций.
УРЗМЗ реализуют функцию селективного действия релейной защиты, в местах неселективного срабатывания защит смежных элементов. УРЗМЗ состоит из шести передающих модулей, модуля переприема и модуля распределения команд. Передающие модули установлены непосредственно на шинах первичных цепей распределительного устройства всех трех фаз (по два модуля на фазу, установленных по обе стороны защищаемого объекта). Модуль переприема обеспечивает связь устройства с комплексом РЗА на подстанции.
По принципу действия УРЗМЗ является дифференциально-фазной защитой, с обменом информации о фазе тока между полукомплектами (передающими модулями) по оптическому волокну.
Описание принципа действия УРЗМЗ:
Основными элементами УРЗМЗ являются:
Поясняющая схема УРЗМЗ представлена на рисунке 1.
Q – выключатель; ТА – трансформатор тока;
А1, А2 – передающие модули (ПМ):
1 – измерительный блок (ИБ);
2 – блок питания (БП);
3 – блок сравнения (БС);
4 – модем ВОЛС;
5 – радиопередатчик;
Б – модуль переприема:
6 – радиоприемник;
7 – блок питания;
8 – блок электронно-оптического преобразователя;
9 – ВОЛС
В – модуль распределения команд:
10 – блок оптоэлектронного преобразователя;
11 – блок питания;
12 – реле-размножитель контактов.
МЕРТВАЯ ЗОНА
Выше указывалось на возможность отказа в действии РНМ при КЗ вблизи места установки РЗ вследствие недостаточного; значения напряжения (рис.7.12). Участок ЛЭП при КЗ, в пределах которого РНМ не работает из-за того, что мощность на его зажимах оказывается меньше мощности срабатывания, называется мертвой зоной.
Для характеристики чувствительности РЗ важно знать протяженность мертвой зоны. Имеются различия в определении мертвой зоны для индукционных и полупроводниковых РНМ. Для индукционного РНМ по известному значению мощности срабатывания реле
(7.7)
определяют напряжение срабатывания реле при КЗ на границе мертвой зоны в точке М (рис.7.12):
(7.8)
В выражение (7.8) подставляются значения:Sс.р– по заводским данным или лабораторным испытаниям; Iр – определенное расчетом при трехфазном КЗ в самом начале ЛЭП (точка N на рис.7.12): Ip = I(3)kN /KI,где KI – коэффициент трансформации TT; sin(α – φр) – угол внутреннего сдвига φ принимается из каталога, φр для 90-градусной схемы равен φк – 90° (φк принимается для сетей разного напряжения равным: 35кВ — 45°, 110 кВ — 60-70°, 220 кВ — 75-82°).
Поскольку РHМ включается на междуфазное напряжение,
(7.9)
где Uф1 – первичное фазное напряжение, необходимое для срабатывания РНМ; KU– коэффициент трансформации ТН.
Длина мертвой зоны, км, определяется по выражению
где Zy – удельное сопротивление 1км ЛЭП.
Для полупроводникового РHМ расчет мертвой зоны упрощается, так как значение Uс.р задано и предварительные вычисления по его определению не нужны.
Мертвая зона является недостатком НТЗ. Однако опыт эксплуатации показывает, что в случае применения чувствительных реле отказ последних из-за мертвой зоны крайне редок вследствие малого значения lm.Для обеспечения отключения КЗ в пределах мертвой зоны там, где это возможно, устанавливается токовая (ненаправленная) отсечка.
Ликвидация коротких замыканий в «мертвой зоне» распределительных устройств энергообъектов. Liquidation of short circuits in the «deadzone» of power distribution devices
Авторы: А.В. Жуков, к.т.н., ОАО «СО ЕЭС», В.С. Воробьёв, инж., ОАО «СО ЕЭС», А.И. Расщепляев, инж., ОАО «СО ЕЭС», Б.К. Максимов, д.т.н., ФГБОУ ВПО «НИУ МЭИ», Я.Л. Арцишевский, к.т.н., ФГБОУ ВПО «НИУ МЭИ», Р.К. Борисов, к.т.н., ФГБОУ ВПО «НИУ МЭИ», А.С. Кузин, инж., ФГБОУ ВПО «НИУ МЭИ»
Authors: A.V. Zhukov, V.S. Vorobev, A.I. Rasshcheplyaev, B.K. Maksimov, Y.L. Artsishevskiy, R. Borisov, A.S. Kuzin, «System Operator Of The United Po System», Joint-Stock Company, National Research University «Moscow Power Engineering Institute» So Ups, Jsc (System Operator Of The United Power System, Jsc, Moscow Power Engineering Institute (Technical University)
Ключевые слова: динамическая устойчивость; «мертвая зона»; релейная защита «мертвой зоны».
Keywords: dynamic stability; «dead zone»; relay protection of a «dead zone».
Аннотация: Компоновочные решения распределительных устройств (РУ) ряда электростанций таковы, что короткие замыкания (КЗ) в некоторых местах ликвидируются только за счет действия устройства резервирования отказа выключателя («мертвая» зона). При определенной длительности КЗ нарушается динамическая устойчивость генераторов электростанций даже с учётом применения противоаварийной автоматики (ПА). Для решения указанной задачи разработана релейная защита «мертвой» зоны (РЗМЗ), позволяющая ликвидировать КЗ со временем действия основных защит электросетевых элементов РУ.
Abstract: Layout solutions of a switchgears of a number of power plants is such that a short circuits in some places will be liquidated only by the action of a switch failure redundancy device («dead zone»). With such du-ration of a short circuit the dynamic stability of power generators is broken even with the use of emergency automation.
To solve this problem there is a developed solution relay protection of a «dead zone», which allows to eliminate the short circuit with the duration of the basic protections of the grid elements of a switchgears.
МЕРТВАЯ ЗОНА
Выше указывалось на возможность отказа в действии РНМ при КЗ вблизи места установки РЗ вследствие недостаточного; значения напряжения (рис.7.12). Участок ЛЭП при КЗ, в пределах которого РНМ не работает из-за того, что мощность на его зажимах оказывается меньше мощности срабатывания, называется мертвой зоной.
Для характеристики чувствительности РЗ важно знать протяженность мертвой зоны. Имеются различия в определении мертвой зоны для индукционных и полупроводниковых РНМ. Для индукционного РНМ по известному значению мощности срабатывания реле
(7.7)
определяют напряжение срабатывания реле при КЗ на границе мертвой зоны в точке М (рис.7.12):
(7.8)
В выражение (7.8) подставляются значения:Sс.р– по заводским данным или лабораторным испытаниям; Iр – определенное расчетом при трехфазном КЗ в самом начале ЛЭП (точка N на рис.7.12): Ip = I(3)kN /KI,где KI – коэффициент трансформации TT; sin(α – φр) – угол внутреннего сдвига φ принимается из каталога, φр для 90-градусной схемы равен φк – 90° (φк принимается для сетей разного напряжения равным: 35кВ — 45°, 110 кВ — 60-70°, 220 кВ — 75-82°).
Поскольку РHМ включается на междуфазное напряжение,
(7.9)
где Uф1 – первичное фазное напряжение, необходимое для срабатывания РНМ; KU– коэффициент трансформации ТН.
Длина мертвой зоны, км, определяется по выражению
где Zy – удельное сопротивление 1км ЛЭП.
Для полупроводникового РHМ расчет мертвой зоны упрощается, так как значение Uс.р задано и предварительные вычисления по его определению не нужны.
Мертвая зона является недостатком НТЗ. Однако опыт эксплуатации показывает, что в случае применения чувствительных реле отказ последних из-за мертвой зоны крайне редок вследствие малого значения lm.Для обеспечения отключения КЗ в пределах мертвой зоны там, где это возможно, устанавливается токовая (ненаправленная) отсечка.
Принцип действия продольной и поперечной токовой дифзащиты
Принцип действия продольной дифференциальной токовой защиты
Эта защита основана на сравнении токов в начале и конце защищаемого элемента. Для выполнения защиты линии на ее концах устанавливаются измерительные трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации.
Вторичные обмотки трансформаторов тока одноименных фаз и обмотка реле соединяются так, чтобы при коротком замыкании вне зоны, ограниченной измерительными трансформаторами, ток в реле отсутствовал, а при повреждении внутри зоны был равен току короткого замыкания.
Применяются две возможные схемы выполнения дифференциальной защиты: с циркулирующими токами и с уравновешенными напряжения. С циркулирующими токами: схема получается путем параллельного соединения вторичных обмоток трансформаторов тока ТАI, ТAII и обмотки реле тока КА. При этом ток в реле İр определяется с учетом принятых условных положительных направлений токов İ1I и İ1II по концам защищаемой линии Л.
С учетом положительных направлений в нормальном режиме, а также при внешних коротких замыканиях ток в реле равен геометрической разности вторичных токов:
Следовательно, продольная дифференциальная защита действует при повреждениях в зоне и не реагирует на внешние короткие замыкания и токи нормальной работы, т.е. она обладает абсолютной селективностью. Эта принципиальная особенность дает возможность выполнять защиту без выдержки времени, а при выборке тока срабатывании — не учитывать токов нагрузки.
В действительности трансформаторы тока имеют погрешности. Поэтому, несмотря на равенство первичных токов, вторичные токи İ2I и İ2II при нормальной работе и внешних коротких замыканиях не одинаковы по абсолютному значению и не совпадают по фазе и в реле появляется ток, называемый током небаланса Iнб . Для исключения неправильной работы дифференциальной защиты ток срабатывания реле должен выбираться с учетом токов небаланса.
Поперечная дифференциальная токовая защита
Принцип действия защиты и выбор тока срабатывания.
Ток срабатывания реле тока выбирается по условию Iс.р = kзап Iнб.рсч.max при kзап = 1,3. Максимальный расчетный ток небаланса для защиты линий с одинаковыми параметрами определяется по выражению :
Учитывая изложенное о возможных погрешностях трансформаторов тока и о апериодической составляющей, можно принять kодн kап =1,0.
При коротком замыкании на одной из линий равенство токов İ2I и İ2II нарушается, в реле появляется ток. Если İр = | İ2I – İ2II | > İc.p, то реле срабатывает и отключает выключатель Q линии.
Мертвая зона защиты.
Согласно требованиям, длина мертвой зоны не должна превышать lм.з
Оценка защиты.
Защита по принципу действия не защищает сборки сдвоенной линии и шины подстанции, а в случае отключения одной из цепей должна выводиться из действия, так как ее ток срабатывания в общем случае оказывается не отстроенным от тока оставшейся в работе цепи и защита не имеет выдержки времени. Это, а также наличие мертвой зоны являются недостатком защиты, исключающим возможность ее применения в качестве единственной защиты сдвоенных линий.