Земляная защита (ЗЗ)

Подразделы

Земляная защита (ЗЗ)

>> 1

>> 2

Обычно ЗЗ ВЛ 500 кВ выполняется четырехступенчатой и, соответственно, содержит 4 реле тока (рис. 2.2.2).

Первая ступень ЗЗ обычно выполняется без выдержки времени и работает только при КЗ в начале защищаемой ВЛ аналогично междуфазной токовой отсечке.

Вторая ступень ЗЗ обычно имеет выдержку времени около 1 сек. и защищает часть ВЛ.

Третья ступень имеет выдержку времени несколько секунд и практически всегда во всех режимах защищает всю ВЛ, шины противоположной ПС и начала смежных ВЛ.

Четвертая ступень с достаточно большой выдержкой времени (несколько секунд) обеспечивает дальнее резервирование защит.

Так как сети 500 кВ — сложные, многоконтурные с несколькими источниками питания, то для обеспечения селективности ЗЗ выполняется направленной, то есть, ЗЗ может срабатывать, если направление от места установки ЗЗ в сторону КЗ совпадает с направлением от шин в линию (рис. 2.2.3). Если направление в сторону КЗ — из линии к шинам, то ЗЗ не работает.

Для обеспечения направленности ЗЗ в ней используется реле направления мощности (РНМ) нулевой последовательности.

Если выполнить все ступени всех ЗЗ в сети направленными, то ЗЗ будут работать селективно. Но селективность работы ЗЗ может быть обеспечена и в том случае, если часть ступеней ЗЗ будет выполнена ненаправленной. Направленные ступени ЗЗ менее надежны, чем ненаправленные, из-за возможного отказа РНМ, поэтому при расчетах ЗЗ и выборе их уставок всегда стремятся выполнить хотя бы одну (а лучше — несколько) из 4 ступеней ЗЗ ненаправленными.

1. Простота. ЗЗ по сравнению с другими защитами ВЛ 500 кВ является очень простой. В самом простом случае ЗЗ состоит из 4 реле тока, 1 реле направления мощности и 3 реле времени.

2. Надежность. ЗЗ почти всегда работает правильно, за исключением случаев повреждения токовых цепей и реле, которые бывают редко.

3. Хорошая чувствительность. Так как ЗЗ реагирует на ток нулевой последовательности, который в нормальном режиме отсутствует, то уставки защиты могут быть выбраны намного меньше тока нагрузки.

4. Обеспечение дальнего резервирования 3 и 4 ступенями ЗЗ.

5. ЗЗ не реагирует на нагрузку, перегрузку, качания, асинхронный ход.

1. Защищаемая зона ЗЗ зависит от режима работы сети: в максимальных режимах защищаемая зона большая, в минимальных — сокращается.

2. Очень сложный расчет ЗЗ, самый сложный из всех защит ВЛ 500 кВ.

Источник

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

Токовая направленная защита нулевой последовательности (ТНЗНП) применяется при необходимости обеспечения защиты высоковольтных линий электропередач от однофазных коротких замыканий — замыканий на землю одного из фазных проводов в электросети. Данная защита используется в роли резервной защиты линий электропередач класса напряжения 110 кВ. Ниже приведем принцип работы данной защиты, рассмотрим каким образом и при помощи каких устройств реализуется ТНЗНП 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.

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.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

1 ступень земляной защиты

1. Краткая характеристика.

На ВЛ 330-500кВ в качестве резервной защиты при к.з. на землю (однофазных, двухфазных на землю) используется направленная токовая защита от замыканий на землю (земляная защита). Она предназначена для осуществления функций как ближнего (работа вместо основной защиты линии в случае ее отказа или вывода из работы), так и дальнего (при к.з. на смежных элементах и отказах их защит) резервирования.

Типовая панель резервных токовых защит содержит :

— направленную четырехступенчатую земляную защиту ;

— защиту сравнения (токовая поперечная направленная защита нулевой последов тельности);

— защиту от неполнофазного режима на линии (ЗНР) ;

— междуфазную токовую отсечку (МФО).

Все резервные токовые защиты подключаются к трансформаторам тока в цепях выключателей линии и шунтирующего реактора. Такое включение исключает необходимость отстройки защит линии от к.з. в реакторе.

Принцип действия земляной защиты (ЗЗ) основан на использовании пусковых органов, реагирующих на составляющие токов нулевой последовательности (НП). Последние выделяются фильтром тока НП, в качестве которого используется нулевой провод трансформаторов тока, соединенных по схеме полной звезды.

Земляная защита строится по ступенчатому принципу .

Ток срабатывания первой ступени ЗЗ выбирается по условиям отстройки от утроенного тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты при замыкании на землю на шинах противоположной подстанции, а также от тока неполнофазного режима, возникающего в цикле ОАПВ на защищаемой линии или кратковременно — при неодновременном включении фаз выключателя. Зона чувствительности 1-я ступени земляной защиты — меньше длины защищаемой линии.

2-я ступень в общем случае обеспечивает защиту своей линии не во всех режимах.

Надежную защиту линии обеспечивает 3-я ступень . Поэтому предусмотрена возможность ее автоматического, оперативного и телеускорения (с использованием команд № 2, 3 и 14 телеускорения резервных защит линии).

4-я ступень резервирует защиты данной линии, а также защиты смежных линий.

В схеме защиты предусмотрена возможность выполнения каждой из четырех ступеней направленной включением последовательно с замыкающим контактом соответствующего токового реле замыкающего контакта реле — повторителя реле мощности нулевой последовательности. Токовые цепи реле мощности включаются в токовые цепи нулевого провода ТТ аналогично земляной защите, а цепи напряжения подключаются к вторичной обмотке трансформатора напряжения, соединенной в “разомкнутый треугольник”. Вопрос о выполнении отдельных ступеней земляной защиты направленными или ненаправленными решается с учетом обеспечения требований чувствительности, надежности срабатывания и селективности защиты.

При однофазном к.з. и введенном в работу ОАПВ после срабатывания избирателя поврежденной фазы линии автоматически выводятся из работы те ступени земляной защиты, которые могут сработать от тока 3Iо в неполнофазном режиме. После возврата

схемы ОАПВ в исходное состояние или фиксации действия ОАПВ на отключение 3-х фаз указанные ступени автоматически вводятся в работу.

Для уменьшения времени отключения к.з., связанных с землей, на ВЛ-330-14 и ВЛ-330-15 используется ускорение 3-ей ступени земляной защиты с контролем направления мощности нулевой последовательности в параллельной линии (именуемая защитой сравнения). Принцип ее действия основан на том, что при внешних к.з. мощность нулевой последовательности в обеих линиях направлена одинаково (от шин в линию), а при к.з. в защищаемой зоне направление указанной мощности на неповрежденной ВЛ меняется на противоположное (из линии к шинам), в то время как на поврежденной ВЛ она остается направленной от шин в линию.

В схеме управления и автоматики выключателя 110,220,330 ¸ 500кВ имеется защита от непереключения его фаз (ЗНПФ), которая с небольшой выдержкой времени (в цикле ОАПВ автоматически увеличивающейся на время фиксации действия схемы ОАПВ на отключение 1-й фазы) однократно действует на отключение этого выключателя 3-мя фазами в случае его неполнофазного включения или отключения (без пуска УРОВ). Если несоответствие не устранено, с целью уменьшения времени ликвидации неполнофазного режима на ВЛ 330 ¸ 500кВ и пуска УРОВ предусматривается защита от неполнофазного режима на линии . Практически это — ускорение до 0.3 ¸ 0.6с. последней, самой чувствительной 4-й ступени (с исключением ее направленности) земляной защиты по факту срабатывания защиты от непереключения фаз выключателя (ЗНПФ) в отраженных выше условиях. ЗНР действует на отключение линии с запретом ТАПВ.

Для резервирования при междуфазных к.з. дистанционной защиты линии предназначена междуфазная токовая отсечка в двухфазном двухрелейном (как правило используется на ВЛ-500кВ) исполнении. Токовые реле включаются на полные токи соответственно фаз “А” и “С”. Реле тока МФО отстраиваются от 3-х фазного к.з. на шинах противоположной подстанции в максимальном режиме, качаний и асинхронного режима. Поэтому в общем случае зона чувствительности МФО невелика.

С целью быстрого отключения междуфазных замыканий через большие переходные сопротивления выполнена БМТО — быстродействующая междуфазная отсечка, вводимая в работу на 0.8с. с момента включения линии под напряжение как вручную (ключом управления), так и от ТАПВ ОНл.

При наличии на линии ВЧ каналов ПА в обоих направлениях используется телеускорение 3-й и 4-й ступеней земляной защиты линии до 0с.

Источник

Принцип действия ТЗНП, защита нулевой последовательности

Одним из устройств, применяемых для защиты ЛЭП с напряжением 110 кВ, является токовая направленная защита нулевой последовательности (сокращенно – ТНЗНП).

Эти линии электропередач выполняются с эффективно заземленной нейтралью. В отличие от сетей 6-35кВ, у которых нейтраль изолирована, токи замыкания на землю достаточно большие, что вызывает необходимость фиксировать их и отключать с минимально возможной выдержкой времени. Но для этого нужно не просто определить факт наличия в системе замыкания на землю, но и найти линию, на которой оно произошло. Для этого такие защиты и делаются направленными.

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.

Если поменять порядок прохождения векторов с А-В-С на С-В-А, получается обратная последовательность. В обоих случаях неизменным остается одно: между векторами разных фаз сохраняется угол в 120 градусов.

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.

Но так будет только при отсутствии в системе замыканий на землю. При междуфазных КЗ увеличиваются векторы токов одновременно в двух фазах, а то и во всех трех. Сложение их между собой даст все тот же ноль. Поэтому такие КЗ еще называют симметричными.

Интересное видео о работе ТЗНП смотрите ниже:

Защита на токах нулевой последовательности

Но при наличии замыкания на землю нулевая последовательность токов выходит из равновесия. Появляется результирующий ток, на который и реагирует релейная защита.

В системах с изолированной нейтралью для выделения этих токов используется специальный трансформатор, надеваемый на кабель.

На ЛЭП — 110 кВ это выполнить невозможно и токи замыкания на землю определяются по другому принципу. Для этого на обычных трансформаторах тока, использующихся для релейной защиты, выделяется отдельная обмотка на каждой фазе. Обмотки фаз соединяются между собой последовательно особым способом: начало следующей соединяется с концом предыдущей. В эту же цепь включаются и токовые обмотки реле.

Обычно защищаемый участок разделяется на участки (зоны), примерно, как у дистанционной защиты. Сама защита выполняется многоступенчатой. Ток срабатывания первой ступени максимальный, выдержка времени – минимальна или равна нулю. Следующая ступень срабатывает при меньшем токе, но с большей выдержкой по времени. И так далее.

На другом конце линии установлена такая же защита. А линий может быть много. Наличие ступеней позволяет обеспечить отключение именно участка с повреждением, а также – резервировать другие защиты в случае их отказа.

Напряжение нулевой последовательности

Имея в наличии только информацию о токах нулевой последовательности, невозможно определить, где произошло КЗ: в самой линии, или «за спиной». В противоположном от линии конце находится либо распределительное устройство с другими подключенными к нему ЛЭП, либо трансформаторы. У них есть своя собственная защита, которая лучше разберется в ситуации.

Для того, чтобы определить направление на замыкание на землю, потребуется информация о напряжении нулевой последовательности. Оно берется с особых обмоток трансформаторов напряжения, соединенных в разомкнутый треугольник.

Это тоже векторная сумма, но не токов, а фазных напряжений. Она равна нулю в нормальном режиме и при симметричных КЗ, но при однофазных КЗ имеет определенную величину.

Далее в дело вступает реле направления мощности. На одну его обмотку подается напряжение нулевой последовательности, а на другую – ток, использующийся для работы земляной защиты. Срабатывание происходит при таком угле между этими величинами, когда мощность КЗ направлена в линию. В других случаях, при КЗ «за спиной», отсутствие срабатывания этого реле блокирует работу защиты.

Токи небаланса

Правильное сложение токов возможно только в случае полной идентичности характеристик трансформаторов тока. На этапе проектирования для защиты обязательно выбираются одинаковые обмотки трансформаторов с одинаковым классом точности, кратностью насыщения.

Кроме того, в цепи этих обмоток не должны быть включены другие устройства или приборы, нарушающие симметрию их нагрузки.

Но и этого может оказаться недостаточно. Если при всем при этом характеристики намагничивания оказываются разными, ток небаланса все-таки появляется. Если в нормальном режиме он не приводит к ложному срабатыванию защиты, то при симметричных КЗ, когда токи становятся в несколько раз большими, ток небаланса существенно возрастет.

Поэтому при замене трансформаторов тока, если не удается подобрать аналог для одного из них с полным соответствием вольт-амперных характеристик, то лучше сменить не один или два, а все три.

Реализация защит ТЗНП

Широко применялись еще с советских времен панели защит ЛЭП-110 кВ на базе электромеханических реле, например ЭПЗ-1636. В ее состав, кроме ТЗНП входит еще дистанционная защита и токовая отсечка.

Однако электромеханические реле эксплуатирующихся панелей давно выработали свой ресурс, а точечная их замена не всегда приводит к надежным результатам.

Поскольку со времен разработки данной релейной техники прогресс уже ушел далеко вперед, старое оборудование целиком меняется на панели или шкафы, включающие в себя микропроцессорные терминалы релейных защит.

Источник