Что такое направленная мтз

Что такое направленная мтз

НЕОБХОДИМОСТЬ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ В СЕТЯХ С ДВУСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ

Направленной называется РЗ, действующая только при определенном направлении (знаке) мощности КЗ SK. Необходимость в применении направленных РЗ возникает в сетях с двусторонним питанием (рис.7.1, а) и в кольцевых сетях с одним источником питания (рис.7.1, б). При двустороннем питании места КЗ для ликвидации повреждения РЗ должна устанавливаться с обеих сторон защищаемой ЛЭП, как показано на рис.7.1.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТОКОВОЙ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ

Направленная токовая защита (НТЗ) при КЗ должна реагировать на значение тока и направление мощности в поврежденных фазах защищаемой ЛЭП. Структурная (функциональная) схема НТЗ, наиболее часто применяемая и показанная на рис.7.2, состоит из трех основных элементов (органов): два пусковых реле тока КА (органы тока), которые срабатывают при появлении тока КЗ и выдают сигнал, разрешающий РЗ действовать; два реле направления мощности KW(органы направления мощности – OHM), которые срабатывают при направлении мощности от шин в ЛЭП и подают сигнал, разрешающий РЗ действовать. Если же мощность направлена к шинам, то реле KWвыдают сигнал, блокирующий действие РЗ; логической схемы (органы логики), которая действует по заданной программе: получив сигнал о срабатывании органа тока, OHM формирует сигнал о срабатывании РЗ, который с заданной выдержкой времени поступает на ЭО выключателя и производит его отключение. Пусковое реле тока КА включают на ток фазы ЛЭП, а реле направления мощности (РНМ) – на ток той же фазы и соответствующее междуфазное напряжение (рис.7.3). Поведение РНМ определяется знаком мощности, подведенной к его зажимам:

СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ

Требования к схемам. Реле направления мощности включаются, как правило, на фазный ток и междуфазное напряжение. Сочетание фаз тока и напряжения реле, называемое его схемой включения, должно быть таким, чтобы реле правильно определяло знак мощности КЗ при всех возможных случаях и видах повреждений, и чтобы к РНМ подводилась возможно большая мощность.

Мощность Sр, как это следует из (7.1), может иметь недостаточное для действия РНМ значение при КЗ, близких к месту установки реле, за счет снижения напряжения Uр или при неблагоприятном значении угла φр, при котором sin(α – φр) равен или близок к нулю. Отсюда следует, что, во-первых, РНМ должно включаться на такое напряжение, которое при близких КЗ не снижается до нуля, и, во-вторых, напряжение и ток, подводимые к реле, должны подбираться так, чтобы угол сдвига между ними φр в условиях КЗ не достигал значений, при которых мощность на зажимах реле приближается к нулю.

ПОВЕДЕНИЕ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ, ВКЛЮЧЕННЫХ НА ТОКИ НЕПОВРЕЖДЕННЫХ ФАЗ

В поврежденных фазах поведение РНМ определяется током и мощностью КЗ, проходящим по этим фазам, направление которых однозначно зависит от места повреждения. В иных условиях находятся реле, включенные на токи неповрежденных фаз. Эти токи и соответствующие мощности могут вызвать ложную работу РНМ, разрешая отключить неповрежденную ЛЭП при внешних КЗ.

Действительно, при двухфазных КЗ (рис.7.7) по неповрежденной фазе проходит ток нагрузки Iн. В схеме на рис.7.7 Iн на W1 направлен от шин ПС2,и РНМ на неповрежденной фазе С разрешит НТЗ2отключить W1.

СХЕМЫ НАПРАВЛЕННОЙ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ

В сети с глухозаземленной нейтралью НТЗ, предназначенная для действия только при междуфазных КЗ, выполняется по двухфазной схеме (рис.7.8, а, б). При этом для отключения КЗ на землю предусматривается РЗ, реагирующая на токи НП

ВЫБОР УСТАВОК СРАБАТЫВАНИЯ

Ток срабатывания пусковых реле. Основным условием при выборе Iс.з НТЗ является отстройка от токов нагрузки с учетом самозапуска в послеаварийном режиме:

(7.3)

Максимальное значение IH maxследует определять, исходя из наиболее тяжелых, но возможных в эксплуатации режимов. В кольцевых сетях и радиальных с двусторонним питанием (рис.7.1, а, б)максимальные нагрузки на ЛЭП возникают при размыкании сети.

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.

ТОКОВЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ОТСЕЧКИ

Токовые направленные отсечки основаны на том же принципе, что и токовые ненаправленные отсечки (см. гл. 5). Реле направления мощности в схеме отсечки не позволяет ей действовать при мощности КЗ, направленной к шинам. Следовательно, отстройка тока срабатывания направленной отсечки ведется только от токов КЗ, направленных от шин подстанции.

Направленная отсечка применяется в сети с двусторонним питанием, когда ненаправленная токовая отсечка оказывается слишком грубой из-за необходимости отстройки ее от тока КЗ, протекающего с противоположного конца защищаемой ЛЭП к шинам ПС, где установлена отсечка. Вследствие наличия мертвой зоны у РНМ направленная отсечка должна применяться только в условиях, когда простая отсечка не удовлетворяет условию чувствительности.

ОЦЕНКА ТОКОВЫХ НАПРАВЛЕННЫХ ЗАЩИТ

Принцип действия НТЗ прост и надежен и позволяет обеспечить селективную РЗ сетей с двусторонним питанием. Сочетание направленных отсечек с НТЗ дает возможность получить ступенчатую РЗ, во многих случаях обеспечивающую достаточную быстроту отключения КЗ и чувствительность.

К недостаткам ее следует отнести: большие выдержки времени, особенно вблизи источников питания; недостаточную чувствительность в сетях с большими нагрузками и небольшими относительно их кратностями тока КЗ; мертвую зону при трехфазных КЗ; возможность неправильного выбора направления при нарушении цепи напряжения, питающей РHМ.

Источник

ТОКОВАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА

ЧАСТЬ 3

3.1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТОКОВЫХ НАПРАВЛЕННЫХ ЗАЩИТ

Токовые направленные защиты (ТНЗ) используются в основном в кольцевых сетях напряжением U_ном£35 кВ с одним источником питания, если обеспечивают необходимую чувствительность и приемлемые выдержки времени. В сетях 110 и 220 кВ направленная токовая защита применяется в основном как резервная, а иногда, в сочетании с отсечкой, как основная.

3.2. НЕОБХОДИМОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ В СЕТЯХ С ДВУХСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ

Направленной называется защита, реагирующая на ток, проходящий в защищаемом элементе, и фазу (направление) тока относительно напряжения в месте установки защиты. Условные положительные направления указанных токов приняты от шин, где установлена защита, вглубь защищаемой зоны. Необходимость в применении направленных защит возникает в сетях с двухсторонним питанием. Защита в этих сетях должна не только реагировать на появление тока КЗ, но для обеспечения селективности должна учитывать направление мощности КЗ в защищаемой линии.

В сетях с двухсторонним питанием (рис. 3.1) и кольцевых сетях направление тока и мощности КЗ зависит от места возникновения повреждения и может иметь два противоположных значения. Поэтому для ликвидации повреждений в таких сетях защита должна устанавливаться с обеих сторон защищаемой линии.

Рис. 3.1. Схема сети с двухсторонним питанием и размещение защит

Например, при КЗ на участке линии 2-3 (т. К₁) через защиту 3 проходит ток от источника питания Б к точке КЗ. При КЗ в т. К₂ на участке линии 4-5 через защиту 3 проходит ток от источника питания А.

Направление мощности КЗ, проходящей по линии, характеризует, где возникло повреждение: на защищаемой линии или на других присоединениях, отходящих от шин данной подстанции.

Это обстоятельство используется в направленной защите, которая по знаку мощности определяет, на каком присоединении возникло повреждение, и действует только при КЗ на защищаемом участке.

Простая токовая защита, не реагирующая на знак мощности, действует как при КЗ на защищаемой линии, так и при повреждениях на других присоединениях, отходящих от шин подстанции, питающей защищаемую линию. Поэтому получить селективное отключение КЗ в сетях с двухсторонним питанием с помощью простой токовой защиты, как правило, невозможно.

Предположим, что в сети на рис. 3.1 установлены максимальные токовые защиты (МТЗ), и рассмотрим действие какой-либо из них, например защиты 3. При КЗ в т. К₁ выдержка времени защиты 3 должна быть меньше времени действия защиты 4, 5, 6, 7, 8, т.е. t₃ t₄). Одновременное выполнение обоих требований приведет к неселективной работе защиты.

Эту неселективность можно устранить, заменив МТЗ защиты 3 направленной защитой, действующей только при направлении мощности КЗ от шин в линию. В этом случае защита 3 не будет действовать при КЗ в т. К₂ и второе требование отпадает. При аналогичном выполнении всех остальных защит сети селективное отключение повреждений становится возможным при выборе выдержек времени защит, действующих в одном направлении, по ступенчатому принципу.

В соответствии с изложенным можно сформулировать следующие принципы выполнения селективной защиты в сетях с двухсторонним питанием:

1. Защита должна устанавливаться с обеих сторон каждой линии и действовать при направлении мощности от шин в линию.

2. Выдержки времени на защитах, работающих при одном направлении мощности (от генератора А или Б), должны согласовываться между собой по ступенчатому принципу, нарастая по направлению к источнику питания, от тока которого действуют направленные защиты.

3.3. СХЕМА ТОКОВОЙ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАШИТЫ

Максимальная направленная защита должна реагировать на величину тока и направление мощности КЗ. Она представляет собой МТЗ, дополненную реле направления мощности. Схема защиты (рис. 3.2) состоит из трех основных элементов (органов защиты): два пусковых реле тока KA, которые срабатывают при появлении тока КЗ и выдают сигнал, разрешающий РЗ действовать; два реле направления мощности KW, которые срабатывают при направлении мощности от шин в линию и подают сигнал, разрешающий РЗ действовать. Если же мощность направлена к шинам, то реле KW выдают сигнал, блокирующий действие РЗ.

Рис. 3.2. Упрощенная схема максимальной направленной защиты

3.4. РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ

Реле направления мощности (РНМ) реагируют на значение и знак мощности, подведенной к их зажимам. Они используются в схемах как орган, определяющий по направлению (знаку) мощности (протекающей по защищенной ЛЭП);. где произошло повреждение – на защищаемой ЛЭП или на других присоединениях, отходящих от шин подстанции (рис. 3.3, а). В первом случае мощность КЗ S_К1 направлена от шин в ЛЭП и РНМ должно срабатывать и замыкать свои контакты, во втором – мощность КЗ S_К2 направлена к шинам, в этом случае реле не должно замыкать контакты.

Реле мощности имеет две обмотки: одна питается напряжением U_p, а другая – током сети I_р (рис. 3.3, б). Взаимодействие токов, проходящих по обмоткам, создает электромагнитный момент, значение и знак которого зависят от напряжения U_p, тока I_р и угла сдвига φ_р между ними.

РНМ должны обладать высокой чувствительностью, т.к. при КЗ вблизи места установки защиты напряжение U_p резко снижается, достигая в пределе нуля; при этом мощность, подводимая к реле, оказывается очень малой и при недостаточной чувствительности реле может не сработать, т.е. может иметь «мертвую» зону.

Рис. 3.3. Реле направления мощности: а) – принцип действия ; б) – схема включения

Чувствительность РНМ оценивается минимальной мощностью, при которой реле замыкает свои контакты. Эта мощность называется мощностью срабатывания и обозначается S_ср.

РНМ выполняются мгновенными. Время срабатывания РНМ должно быть минимальным.

Индукционные реле мощности выполняются с подвижной системой в виде цилиндрического ротора (рис. 3.4, а). Реле имеет замкнутый магнитопровод 1 с выступающими внутрь полюсами. Между полюсами установлен стальной цилиндр (сердечник) 2, повышающий магнитную проницаемость междуполюсного пространства. Алюминиевый цилиндр (ротор) 3 может поворачиваться в зазоре между стальным сердечником и полюсами. При повороте ротора 3 происходит замыкание контактов реле 6.

Для возврата ротора и контактов в исходное положение предусматривается противодействующая пружина 7 (рис. 3.4, б).

Обмотка 4 питается напряжением , а обмотка 5 – током , где U_c и I_c – напряжение и ток сети (защищаемого элемента). Ток в обмотке 4 создает магнитный поток Ф_н (поляризующий).

Ток I_р, проходящий по обмотке 5, создает магнитный поток Ф_т (рабочий).

На рис. 3.5 изображена векторная диаграмма магнитных потоков Ф_н и Ф_т. За исходный для ее построения принимается вектор напряжения U_p. Ток I_н сдвинут по фазе относительно напряжения U_p на угол a, а ток I_р – на угол φ_р.

Рис. 3.4. Реле мощности: а) – с цилиндрическим ротором;

б) – ротор реле и направление положительного момента М_э

Рис. 3.5. Векторная диаграмма реле мощности

Угол a определяется индуктивным и активным сопротивлением обмотки 4, питаемой напряжением, и называется углом внутреннего сдвига реле. Угол φ_р зависит от параметров сети и схемы присоединения реле.

Магнитные потоки Ф_н и Ф_т изображены на диаграмме совпадающими с создающими их токами I_н и I_р.

Из векторной диаграммы следует, что потоки Ф_н и Ф_т, а также токи I_н и I_р сдвинуты по фазе на угол y = a – φ_р.

Магнитные потоки Ф_н и Ф_т пронизывают подвижную систему реле и наводят в ней вихревые токи I_дн и I_дт (рис. 3.4, а).

Взаимодействие вихревых токов с магнитными потоками создает электромагнитный момент М_э, который равен

.

Имея ввиду, что , , а y = a – φ_р, получаем

.

Анализируя последнее выражение, можно сделать следующие выводы:

— электромагнитный момент реле пропорционален мощности S_р на его зажимах;

— знак электромагнитного момента реле определяется знаком Sin(a – φ_р) и зависит от значения φ_р и угла внутреннего сдвига a.

Это иллюстрируется рис. 3.5, где зона отрицательных моментов заштрихована. Незаштрихованная часть диаграммы соответствует области положительных моментов, где Ф_т опережает Ф_н, а y и его синус имеют положительный знак. Линия АВ, проходящая через углы a – φ_р = 0 и 180°, называется линией изменения знака момента. Она всегда расположена под углом a к вектору U_p, т.е. совпадает с направлением векторов I_н и Ф_н.

Линия СD (перпендикулярная АВ) называется линией максимальных моментов. Момент М_э достигает максимума при a – φ_р = 90°, т. е. когда I_р опережает I_н на 90°. Угол φ_р, при котором М_э достигает максимального значения, называется углом максимальной чувствительности, значение которого зависит от угла a.

Реле не действует, если отсутствует напряжение или ток в реле или если Sin(a–φ_р) = 0. Последнее условие имеет место при a = φ_р иφ_р = a+ 180°.

Источник

Что такое направленная мтз

НЕОБХОДИМОСТЬ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ В СЕТЯХ С ДВУСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ

Направленной называется РЗ, действующая только при определенном направлении (знаке) мощности КЗ SK. Необходимость в применении направленных РЗ возникает в сетях с двусторонним питанием (рис.7.1, а) и в кольцевых сетях с одним источником питания (рис.7.1, б). При двустороннем питании места КЗ для ликвидации повреждения РЗ должна устанавливаться с обеих сторон защищаемой ЛЭП, как показано на рис.7.1.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТОКОВОЙ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ

Направленная токовая защита (НТЗ) при КЗ должна реагировать на значение тока и направление мощности в поврежденных фазах защищаемой ЛЭП. Структурная (функциональная) схема НТЗ, наиболее часто применяемая и показанная на рис.7.2, состоит из трех основных элементов (органов): два пусковых реле тока КА (органы тока), которые срабатывают при появлении тока КЗ и выдают сигнал, разрешающий РЗ действовать; два реле направления мощности KW(органы направления мощности – OHM), которые срабатывают при направлении мощности от шин в ЛЭП и подают сигнал, разрешающий РЗ действовать. Если же мощность направлена к шинам, то реле KWвыдают сигнал, блокирующий действие РЗ; логической схемы (органы логики), которая действует по заданной программе: получив сигнал о срабатывании органа тока, OHM формирует сигнал о срабатывании РЗ, который с заданной выдержкой времени поступает на ЭО выключателя и производит его отключение. Пусковое реле тока КА включают на ток фазы ЛЭП, а реле направления мощности (РНМ) – на ток той же фазы и соответствующее междуфазное напряжение (рис.7.3). Поведение РНМ определяется знаком мощности, подведенной к его зажимам:

СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ

Требования к схемам. Реле направления мощности включаются, как правило, на фазный ток и междуфазное напряжение. Сочетание фаз тока и напряжения реле, называемое его схемой включения, должно быть таким, чтобы реле правильно определяло знак мощности КЗ при всех возможных случаях и видах повреждений, и чтобы к РНМ подводилась возможно большая мощность.

Мощность Sр, как это следует из (7.1), может иметь недостаточное для действия РНМ значение при КЗ, близких к месту установки реле, за счет снижения напряжения Uр или при неблагоприятном значении угла φр, при котором sin(α – φр) равен или близок к нулю. Отсюда следует, что, во-первых, РНМ должно включаться на такое напряжение, которое при близких КЗ не снижается до нуля, и, во-вторых, напряжение и ток, подводимые к реле, должны подбираться так, чтобы угол сдвига между ними φр в условиях КЗ не достигал значений, при которых мощность на зажимах реле приближается к нулю.

ПОВЕДЕНИЕ РЕЛЕ НАПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТИ, ВКЛЮЧЕННЫХ НА ТОКИ НЕПОВРЕЖДЕННЫХ ФАЗ

В поврежденных фазах поведение РНМ определяется током и мощностью КЗ, проходящим по этим фазам, направление которых однозначно зависит от места повреждения. В иных условиях находятся реле, включенные на токи неповрежденных фаз. Эти токи и соответствующие мощности могут вызвать ложную работу РНМ, разрешая отключить неповрежденную ЛЭП при внешних КЗ.

Действительно, при двухфазных КЗ (рис.7.7) по неповрежденной фазе проходит ток нагрузки Iн. В схеме на рис.7.7 Iн на W1 направлен от шин ПС2,и РНМ на неповрежденной фазе С разрешит НТЗ2отключить W1.

СХЕМЫ НАПРАВЛЕННОЙ МАКСИМАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ

В сети с глухозаземленной нейтралью НТЗ, предназначенная для действия только при междуфазных КЗ, выполняется по двухфазной схеме (рис.7.8, а, б). При этом для отключения КЗ на землю предусматривается РЗ, реагирующая на токи НП

ВЫБОР УСТАВОК СРАБАТЫВАНИЯ

Ток срабатывания пусковых реле. Основным условием при выборе Iс.з НТЗ является отстройка от токов нагрузки с учетом самозапуска в послеаварийном режиме:

(7.3)

Максимальное значение IH maxследует определять, исходя из наиболее тяжелых, но возможных в эксплуатации режимов. В кольцевых сетях и радиальных с двусторонним питанием (рис.7.1, а, б)максимальные нагрузки на ЛЭП возникают при размыкании сети.

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.

ТОКОВЫЕ НАПРАВЛЕННЫЕ ОТСЕЧКИ

Токовые направленные отсечки основаны на том же принципе, что и токовые ненаправленные отсечки (см. гл. 5). Реле направления мощности в схеме отсечки не позволяет ей действовать при мощности КЗ, направленной к шинам. Следовательно, отстройка тока срабатывания направленной отсечки ведется только от токов КЗ, направленных от шин подстанции.

Направленная отсечка применяется в сети с двусторонним питанием, когда ненаправленная токовая отсечка оказывается слишком грубой из-за необходимости отстройки ее от тока КЗ, протекающего с противоположного конца защищаемой ЛЭП к шинам ПС, где установлена отсечка. Вследствие наличия мертвой зоны у РНМ направленная отсечка должна применяться только в условиях, когда простая отсечка не удовлетворяет условию чувствительности.

ОЦЕНКА ТОКОВЫХ НАПРАВЛЕННЫХ ЗАЩИТ

Принцип действия НТЗ прост и надежен и позволяет обеспечить селективную РЗ сетей с двусторонним питанием. Сочетание направленных отсечек с НТЗ дает возможность получить ступенчатую РЗ, во многих случаях обеспечивающую достаточную быстроту отключения КЗ и чувствительность.

К недостаткам ее следует отнести: большие выдержки времени, особенно вблизи источников питания; недостаточную чувствительность в сетях с большими нагрузками и небольшими относительно их кратностями тока КЗ; мертвую зону при трехфазных КЗ; возможность неправильного выбора направления при нарушении цепи напряжения, питающей РHМ.

Источник