Схемы направленной максимальной токовой

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 KW выдают 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 (РИМ) – на ток той же фазы и соответствующее междуфазное напряжение (рис.7.3). Поведение РНМ определяется знаком мощности, подведенной к его зажимам:

(7.1)

где α – угол сдвига между напряжением и током в цепи напряжения реле (угол внутреннего сдвига); φ _р – угол сдвига между U _pи I _р.

При КЗ на защищаемой ЛЭП S _p положительно (+ S _р), и РНМ разрешает НТЗ действовать на отключение.

При КЗ на защищаемой ЛЭП W1 (см. рис.7.1) или на следующем за ней участке W2 реле КА и KW, приходя в действие, подают сигналы на вход И (рис.7.2). На выходе элемента И появляется сигнал, который приводит в действие КТ (рис.7.2 и 7.4). Через заданное время на выходе КТ появляется сигнал, действующий на исполнительный элемент KL, подающий команду на отключение выключателя. При КЗ на других присоединениях данной подстанции (W2 на рис.7.1) КА срабатывает, если I _к > I _с.з, но так как KW не работает, элемент И, а следовательно, и НТЗ в целом не действуют.

Рассматриваемая схема может быть реализована с помощью как контактных, так и бесконтактных реле.

Оперативная схема действия контактных (электромеханических) реле показана на рис.7.4.

В нормальном режиме, если мощность нагрузки направлена от шин в ЛЭП, РНМ может сработать. Для исключения при этом срабатывании НТЗ ее пусковой орган КА необходимо отстраивать от тока нагрузки (I _с.з > I _{н max}).

При качаниях в энергосистеме НТЗ может работать ложно, если ток качания окажется больше I _с.з, мощность S _p на зажимах KW будет направлена от шин в ЛЭП, а период качаний будет больше выдержки времени НТЗ. Для исключения действия НТЗ при качаниях ее время действия должно быть больше 1 с.

Анализируя действия НТЗ, установленных в кольцевой сети (см. рис.7.1, б), следует иметь в виду возможную каскадность ее действия, т.е. последовательное срабатывание РЗ и отключение выключателей, установленных по концам защищаемой ЛЭП. Так, например, при КЗ в точке К1 измерительные органы РЗ 6,установленной на ПС III,удаленной от источников питания, могут не подействовать в первый момент возникновения повреждения из-за недостаточной чувствительности. После же отключения поврежденной ЛЭП со стороны ПС I ток, протекающий от ПС III,увеличится и РЗ 6 подействует каскадно, ликвидируя КЗ в точке К1.

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.

В тех случаях, когда токи в неповрежденных фазах имеют большие значения и отстройка от них пусковых токовых реле недопустима по условию чувствительности, схема дополняется блокировкой, выводящей НТЗ из действия при КЗ на землю (рис.7.8). Блокировка осуществляется посредством реле тока КА ₀,включенного в нулевой провод ТТ, соединенных по схеме полной звезды.

В схемах, выполненных на электромеханических реле (рис.7.8, в), при КЗ на землю реле КА ₀срабатывает и снимает плюс, подводимый к НТЗ от источника оперативного тока. Пофазный пуск в таких схемах сохраняется. В схемах на полупроводниковых элементах реле КА ₀подает сигнал, блокирующий действие защиты.

Схема с дополнительным пуском по напряжению применяется, как и у МТЗ, при больших токах нагрузки, требующих увеличения тока срабатывания пусковых токовых реле до значения, при котором не обеспечивается необходимая чувствительность НТЗ во время КЗ. Пусковой орган напряжения блокирует действие НТЗ в режиме максимальной нагрузки. Благодаря этому орган тока отстраивается от нормальной нагрузки, что повышает его чувствительность.

На рис.7.9 приведена структурная схема НТЗ с двумя пусковыми органами для одной фазы (для упрощения чертежа).

Она представляет собой схему НТЗ с токовым пуском (см. рис.7.2 и 7.4), дополненную пуском по напряжению (KV). При этом на логический элемент И приходят три сигнала от реле тока КА,направления мощности KW и пускового устройства напряжения KV. При КЗ в зоне РЗ должны сработать реле КА, KW, KV. Релейная защита срабатывает с установленной выдержкой времени t ₃на элементе времени КТ.

На рис.7.10 представлена схема НТЗ на переменном оперативном токе, выполненная с дешунтированием электромагнита отключения YAT. Схема работает так же, как аналогичная схема на рис.4.20, и отличается лишь наличием реле KW7 и KW8.

Во всех рассмотренных схемах РНМ могут неправильно определять направление мощности при неисправностях в цепях напряжения. В результате этого НТЗ может неправильно подействовать при КЗ. Для своевременного выявления неисправностей в цепях напряжения необходимо предусматривать устройство контроля их исправности (см. §6.4).