Особенности дистанционных защит и автоматического повторного включения

При возникновении короткого замыкания в первой зоне срабатывают ДО и БК, чем создается цепь на отключение без выдержки времени. Пусковой орган ПО при этом также срабатывает, но запускаемое им промежуточное реле ПВ и реле времени В2сработать не успевают.

При возникновении короткого замыкания во второй зоне срабатывают ПО и БК, а ДО не работает, так как реле замеряет сопротивление, большее уставки первой зоны. Поэтому цепи на отключение пока не создается. При срабатывании ПО запускаются реле времени второй ступени В2 и реле ПВ. Спустя время замедления реле ПВ оно срабатывает, нижним контактом переключает уставку реле ДО на вторую зону и одновременно верхним контактом разрывает цепь первой зоны. После переключения уставки реле ДО срабатывает и, когда истекает выдержка времени реле В2, создается цепь на отключение от второй зоны.

При коротком замыкании в третьей зоне срабатывает ПО и запускает В2, В3 и ПВ. При этом может также срабатывать БК, но на работу защиты это влияния не оказывает. Реле ДО как до, так и после переключения уставки не срабатывает, так как оно замеряет сопротивление, большее уставок первой и второй зон. Поэтому после истечения выдержки времени реле В2 цепи на отключение от второй зоны не создается. Цепь на отключение создается только от третьей зоны при срабатывании реле В3.

На рисунке 8-24 приведена в качестве примера принципиальная схема одноступенчатой трехрелейной (трехсистемной) дистанционной защиты в сочетании с токовой отсечкой.

Схема дистанционной защиты состоит из трех направленных реле полного сопротивления 1С, 2С, ЗС, входящих в комплект КРС-1, блокировки от нарушения цепей напряжения БН, реле времени В, промежуточных реле 1П и 2П, указательного реле 1У и накладки 1Н. Схема токовой отсечки включает в себя токовые реле 1T и 2Т, указательное реле 2У и накладку 2Н. Промежуточное реле 2П и накладка ЗН являются общими.

 

Реле сопротивления включены на разность токов двух фаз и междуфазные напряжения. Включение на разность токов достигается встречным подводом тока от трансформаторов тока к первичным обмоткам трансреакторов (рисунок 8-24, а). Промежуточное реле 1П предназначено для разгрузки слабых контактов магнитоэлектрических реле, которые используются в качестве реагирующих органов реле сопротивления КРС-1. 

Характеристика такой защиты приведена на рисунке 8-24, в. Здесь отсечка является первой, а дистанционная защита второй зоной. Кроме того, отсечка перекрывает «мертвую зону» дистанционной защиты, которую имеют направленные реле сопротивления.

 

 

На рисунке 8-25 показан принцип выполнения односистемной дистанционной защиты с токовым пусковым органом. Особенностью этой схемы является то, что для защиты от всех видов междуфазных к. з. используется только одно реле сопротивления. При этом для правильного действия при различных видах к. з. к реле в момент аварии подводятся токи и напряжения в сочетаниях, обеспечивающих одинаковый замер, равный сопротивлению до места к. з. zк з.

Переключение, как показано на рисунке 8-25, а, производится с помощью промежуточных реле 1П, 2П во вторичных цепях трансреакторов Т и на первичной стороне трансформатора ТН реле сопротивления. В качестве пускового органа в схеме используются два токовых реле 1T, 2Т, обмотки которых включены на токи фаз A и С. Токовые реле управляют работой промежуточных реле 1П и 2П и через них другими реле схемы защиты (рисунок 8-25, б).

При трехфазных и двухфазных коротких замыканиях между фазами А и С срабатывают оба токовых реле 1T и 2Т и соответственно оба промежуточных реле 1П и 2П. При этом, как видно из схемы, к реле сопротивления подводятся ток IA — IC и напряжение UАС, что обеспечивает правильный замер сопротивления до места к. з., равный zк з.

При двухфазном коротком замыкании между фазами А и В срабатывает только одно токовое реле 1T и соответственно одно промежуточное реле 1П. При этом к реле сопротивления подводится ток IA — IB и напряжение UАB, что также обеспечивает замер сопротивления, равного zк з. Наконец, при двухфазном к. з. между фазами В и С срабатывают реле 2Т и 2П, подводя к реле сопротивления ток IB — IC и напряжение UBC. При этом оно также измеряет сопротивление, равное zк з.

Промежуточное реле ЗП с замедлением на отпадание нормально находится в подтянутом положении и срабатывает при размыкании — одного любого или обоих контактов реле 1П и 2П, включенных в цепь его обмотки. При отпадании реле ЗП производит переключение уставки реле сопротивления на вторую зону и одновременно размыкает цепь отключения, первой зоны.

Реле времени В запускается при срабатывании одного или обоих реле 1П и 2П и создает выдержку времени второй и третьей ступеней защиты. Так как выдержка времени второй ступени создается проскальзывающим контактом реле времени, то выходное промежуточное реле 4П имеет кроме рабочей обмотки 4Пр удерживающую обмотку 4ПУ, которая обеспечивает необходимую длительность импульса на отключение выключателя.

Поскольку защита имеет токовый пусковой орган, она не требует специальной блокировки от нарушения цепей напряжения.

Таким образом, рассмотренная дистанционная защита имеет три зоны, из которых две дистанционные и одна (третья) токовая, осуществляемые с помощью только одного дистанционного реле.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Особенности автоматического повторного включения

 

Значительная часть коротких замыканий (КЗ) на воздушный линиях электропередачи (ВЛ), вызванных перекрытием изоляции, схлестыванием проводов и другими причинами, при достаточно быстром отключении повреждений релейной защитой самоустраняется. При этом электрическая дуга, возникшая в месте КЗ, гаснет, не успевая вызвать существенных разрушений, препятствующих обратному включению линии под напряжение. Такие самоустраняющиеся повреждения принято называть неустойчивыми. Статистические данные о повреждаемости ВЛ за многолетний период эксплуатации показывают, что доля неустойчивых повреждений весьма высока и составляет 50—90%.

Поскольку отыскание места повреждения на линии электропередачи путем ее обхода требует длительного времени, а многие повреждения имеют неустойчивый характер, обычно при ликвидации аварийного нарушения режима оперативный персонал производит опробование ВЛ обратным включением под напряжение. Эту операцию называют повторным включением. Линия, на которой произошло неустойчивое повреждение, при повторном включении остается в работе. Поэтому повторные включения при неустойчивых повреждениях принято называть успешными.

Реже на ВЛ возникают такие повреждения, как обрывы проводов, тросов или гирлянд изоляторов, падение или поломка опор и т. д. Такие повреждения не могут самоустраниться, поэтому их называют устойчивыми. При повторном включении ВЛ, на которой произошло устойчивое повреждение, вновь возникает КЗ, и она вновь отключается защитой. Поэтому повторные включения линий при устойчивых повреждениях называются неуспешными.

Для ускорения повторного включения линий и уменьшения времени перерыва электроснабжения потребителей широко используются специальные устройства автоматического повторного включения (АПВ). Время действия АПВ обычно составляет от 0,5 до нескольких секунд.

Согласно Правилам устройств электроустановок (ПУЭ) обязательно применение АПВ на всех воздушных и смешанных (кабельно-воздушных) линиях напряжением выше 1 кВ. Автоматическое повторное включение восстанавливает нормальную схему сети также и в тех случаях, когда отключение выключателя происходит вследствие ошибок персонала или ложного действия релейной защиты.

 

2.1 Назначение устройств автоматического повторного включения (АПВ)

 

Опыт показывает, что значительная часть отключений оборудования релейной защитой вызывается нарушениями изоляции высокого напряжении, которые самоустраняются при снятии напряжения. Повреждения такого рода называют неустойчивыми. На воздушных линиях, например, они возникают при перекрытии изоляции во время грозы, схлестывании проводов при сильном ветре, набросах и по другим причинам. После кратковременного отключения линии изоляция ее обычно восстанавливается и при повторном включении линии действием АПВ она остается в работе. Статистическими данными подтверждается успешность АПВ воздушных линий в 70% случаев при первом включении и до 15% при втором. Третье повторное включение, как правило, не имеет смысла, так как его успешность 1-2%.

При устойчивом повреждении на линии ее повторное включение не может быть успешным, и при подаче напряжения линия вновь отключается защитой.

 

2.2 Автоматическое повторное включение линий

 

Пуск в действие АПВ линий осуществляется различными способами. Один из них пуск релейной защитой при отключении выключателя поврежденной цепи. Недостаток этого способа заключается в том, что повторное включение происходит только в случае действия релейной защиты, в связи, с чем он применяется не часто. От указанного недостатка свободен другой способ пуска, при котором АПВ приходит в действие каждый раз, когда возникает несоответствие положений выключателя и его ключа управления. В этом случае АПВ обеспечивается при любом отключении выключателя, в том числе и ручном отключении с места установки, кроме дистанционного отключения с помощью ключа управления. Запрещение повторного автоматического включения после отключения выключателя ключом управления, а также в случае отключения выключателя релейной защитой сразу же после включения его на устойчивое КЗ является важнейшей оперативной особенностью всех схем АПВ. 
Получили распространение два вида АПВ линии: трехфазное (ТАПВ), подающее импульс на включение трех фаз выключателя, однофазное (ОАПВ), осуществляющее включение лишь одной фазы выключателя, отключенной релейной защитой при однофазном КЗ. Кроме того, на линиях с двухсторонним питанием схемы АПВ дополняются специальными органами контроля напряжения и синхронизма, а также применяются сочетания различных видов АПВ.

Трехфазные АПВ устанавливают на линиях с односторонним и двусторонним питанием. Они могут выполняться с однократным и двукратным действием. Наибольшее распространение получили ТАПВ однократного действия с автоматическим возвратом в положение готовности к новому действию после включения выключателя. Применение двукратного ТАПВ предусматривается на линиях, неуспешное однократное ТАПВ которых приводит к потере напряжения у ответственных потребителей. Кроме того, ТАПВ двукратного действия применяются на линиях с ответвлениями к подстанциям с упрощенными схемами (с отделителями вместо выключателей на стороне ВН). Двукратное действие ТАПВ питающей линии в сочетании с автоматикой ответвительной подстанции позволяет во время паузы ТАПВ второго цикла (когда оборудование не находится под напряжением) отключить отделителями поврежденное оборудование и автоматически подготовить схему ответвительной подстанции для приема напряжения от резервного источника (см. §7.13).  
Однофазные АПВ применяются в сетях напряжением 220 кВ и выше. В таких сетях велика вероятность однофазных КЗ, из которых 80-90% относятся к категории неустойчивых. Для их ликвидации бывает достаточным отключить и затем автоматически включить только одну фазу линии. Повторное включение осуществляется ОАПВ. Преимущество ОАПВ перед ТАПВ состоит в том, что на время цикла ОАПВ сохраняется связь между двумя подстанциями системы по двум неповрежденным фазам, а в случае отключения фазы тупиковой линии обеспечивается непрерывное питание потребителей по двум неповрежденным фазам. При неуспешном ОАПВ (устойчивое КЗ) релейная защита подействует на отключение выключателей трех фаз линии и выведет устройство ОАПВ из работы.  
Однако осуществление ОАПВ связано с необходимостью раздельного управления фазами выключателей, требуется усложнение релейной защиты и самих схем ОАПВ за счет введения органов, избирающих поврежденную фазу для се отключения и повторного включения.  
Однофазное АПВ не действует при междуфазных КЗ. поэтому на линиях 330-750 кВ применяют комбинированные устройства, которые действуют как ОАПВ при однофазных КЗ и как ТАПВ при междуфазных. 

Трехфазные АПВ на линиях с двухсторонним питанием в ряде случаев дополняются специальными органами, обеспечивающими необходимое взаимодействие ТАПВ обоих концов линии, чтобы не допускать несинхронных включений, если они опасны для оборудования. 

В тех случаях, когда несинхронные включения недопустимы или нет уверенности в том, что асинхронный режим успешно завершится ресинхронизацией (восстановлением синхронной работы) соединяемых частей системы, в схему ТАПВ вводят реле, контролирующие синхронность напряжений на включаемой линии и шинах станции или подстанции. Повторное автоматическое включение линии происходит при этом следующим образом. Отключенная защитой линия включается действием ТАПВ с одной стороны при условии отсутствия на линии напряжения. Если включение линии под напряжение с одной стороны окажется успешным, включение ее с другой стороны произойдет лишь после проверки синхронности напряжений на линии и сборных шинах. При подаче напряжения на устойчивое повреждение выключатель линии отключится релейной защитой, ТАПВ на противоположном конце линии работать не будет. 

Устройства АПВ, дополненные органами контроля напряжения и синхронизма, получили названия: АПВОН - с контролем отсутствия напряжения, АПВНН - с контролем наличия напряжения, АПВОС с ожиданием синхронизма, АПВУС - с улавливанием синхронизма.  
Различие двух последних состоит в том, что АПВОС проверяет синхронность напряжений либо ожидает наступления такого момента, когда скольжение или разность частот разделившихся частей системы уменьшится до приемлемых значений, и обеспечивает включение линии сразу после истечения установленной выдержки времени, а АПВУС действует лишь в определенном диапазоне разности частот и разрешает подачу команды на включение с опережением момента совпадения фаз напряжений, т.е. оно действует на принципе синхронизатора с постоянным углом опережения.  
В обоих случаях осуществления АПВ с ожиданием или улавливанием синхронизма повторное включение производится с одной стороны линии при отсутствии на ней напряжения, а включение линии под нагрузку разрешается соответствующими органами контроля синхронизма. При этом схемы автоматических устройств повторного включения с каждой стороны линии, как правило, выполняются одинаковыми, но предусматривается возможность изменения режимов их работы по усмотрению персонала. 

Время срабатывания устройств АПВ определяется необходимостью деионизации среды в месте повреждения, восстановления отключающей способности выключателя и готовности его привода к работе на включение, обеспечения возврата реле защит в исходное положение.  
Наименьшая выдержка времени, с которой производится АПВ линий с односторонним питанием, не менее 0,3-0,5 с. Однако успешность АПВ возрастает при увеличении выдержки времени до нескольких секунд.  
Время автоматического возврата автоматов повторного включения в положение готовности к следующему действию составляет для устройств однократного ТАПВ 20-25 с, двукратного ТАПВ 60-100 с и ОАПВ 6-9 с.