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!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Объявления

Если вы интересуетесь релейной защитой и реле, то подписывайтесь на мой канал

ТЗНП: вопросы

Чтобы отправить ответ, вы должны войти или зарегистрироваться

Сообщений 14

1 Тема от retriever 2013-09-27 17:52:49 (2013-09-27 17:54:05 отредактировано retriever)

• retriever
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2012-11-26
• Сообщений: 2,569
• Репутация : [ 12 | 0 ]

Тема: ТЗНП: вопросы

Здравствуйте, возникло еще несколько вопросов по ТЗНП.

1) Органы направления мощности бывают блокирующие и разрешающие. Я понимаю их принцип действия и для чего они нужны, но вот закономерность их применения ясна не очень.
К примеру, на картинке снизу видно (это логика ЭКРЫ), что 3я ступень ТЗНП может быть включена по такой системе, что будет срабатывать при срабатывании разрешающиего органа ИЛИ при несрабатывании блокирующего. А может быть и не включена (допустим, работа просто от разрешающего органа). Когда какой вариант выбирается, и с чем это связано?
http://rzia.ru/extensions/hcs_image_uploader/uploads/50000/5500/55793/thumb/p185frupiof7d108tnki84l2rh1.png

2) Вычисление тока и напряжения срабатывания органа направления мощности
Для напряжения есть вот такая формула: 3U0=(Котс/Кв)*(3U0нб+3U0нр), где 3U0нб — первичное напряжение небаланса в рассчитываемом режиме (как я понял, определяется погрешностями ТН), 3U0нр — напряжение, обусловленное несимметрией в системе. Как я понимаю, 3U0нр бывает, если в сети есть ОАПВ. Я правильно понимаю, что нужно какую-то линию из смежных вырубить и посмотреть?

И, главное, вот откуда берется 3U0нб? Если бы речь шла о погрешностях замера ТН в нормальном режиме, то множим номинальное напряжение на погрешность (3 или 6 %) , и все окей, а тут брать сколько? Какой тут будет «номинал» по нулевой последовательности, 100 вторичных вольт, что ли?

При расчете всего этого хозяйства в АРМС РЗА программа сама берет эти уставки, как бы от балды ( 4 В и 0,2*JВТ А), JВТ=1 или 5 А — номинальный вторичный ток. Можно ли их оставить их в проектных расчетах, или все же следует ломать голову с вычислением?

2 Ответ от senior 2013-09-27 18:24:15 (2013-09-27 18:25:27 отредактировано senior)

• senior
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2012-02-02
• Сообщений: 2,559

Re: ТЗНП: вопросы

К примеру, на картинке снизу видно (это логика ЭКРЫ), что 3я ступень ТЗНП может быть включена по такой системе, что будет срабатывать при срабатывании разрешающиего органа ИЛИ при несрабатывании блокирующего. А может быть и не включена (допустим, работа просто от разрешающего органа).

Логика ЭКРА почти в точности повторяет логику ЭПЗ-1636.
Вероятно (ИМХО) это связано с чувствительностью защиты при КЗ в зоне 3 ст. ТНЗНП с учетом нагрузочного режима. Уставки срабатывания у блокирующего реле немного меньше, соответственно оно чувствительнее.

программа сама берет эти уставки, как бы от балды ( 4 В и 0,2*JВТ А)

Ну не знаю, от балды или от фонаря, но это «плюс минус корень квадратный на глаз» средний небаланс в разомкнутом треугольнике. Программа не заморачивается))

3 Ответ от Сергей89 2013-09-27 20:25:29

• Сергей89
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2012-11-11
• Сообщений: 737
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: ТЗНП: вопросы

Органы направления мощности бывают блокирующие и разрешающие. Я понимаю их принцип действия и для чего они нужны, но вот закономерность их применения ясна не очень

Неплохо это описано в книге А.П. Удриса Панель релейной защиты типа ЭПЗ-1636 для ВЛ 110-220 кВ (устройство защиты, часть 1) — М.: НТФ «Энергопрогресс», 2000. — 100 с.; ил. из серии Библиотечка электротехника. В этой книге смотрите раздел 6 на стр. 43. То же можно найти в аналогичной книге из серии Библиотека электромонтёра.

4 Ответ от leon_lts 2013-09-27 20:26:39

• leon_lts
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2011-01-11
• Сообщений: 402
• Репутация : [ 0 | 0 ]

Re: ТЗНП: вопросы

При расчете всего этого хозяйства в АРМС РЗА программа сама берет эти уставки, как бы от балды ( 4 В и 0,2*JВТ А), JВТ=1 или 5 А — номинальный вторичный ток. Можно ли их оставить их в проектных расчетах, или все же следует ломать голову с вычислением?

есть формулы для их расчета, приведены в методике ЭКРа для расчета КСЗ. Тут на днях на форуме ее выкладывали.

5 Ответ от retriever 2013-09-27 21:43:40

• retriever
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2012-11-26
• Сообщений: 2,569
• Репутация : [ 12 | 0 ]

Re: ТЗНП: вопросы

Отлично, спасибо всем, книжку Удриса и методику ЭКРЫ нашел 🙂 .

6 Ответ от retriever 2013-09-30 10:46:03

• retriever
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2012-11-26
• Сообщений: 2,569
• Репутация : [ 12 | 0 ]

Re: ТЗНП: вопросы

Да, еще один вопрос возник. АРМ СРЗА при расчете коэффициента чувствительности ТЗНП по току делит собственно отношение токов на коэффициент возврата реле (Кв), указываемый в панели защиты. По умолчанию задано 0,85, и Кч при этом получается выше, чем обычно.
Вопрос: зачем эта функция (деление на коэффициент возврата при расчете чувствительности) вообще может быть нужна?

7 Ответ от retriever 2013-10-04 13:18:29 (2013-10-04 13:53:22 отредактировано retriever)

• retriever
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2012-11-26
• Сообщений: 2,569
• Репутация : [ 12 | 0 ]

Re: ТЗНП: вопросы

Здравствуйте еще раз. Апаю тему)
Дано: автрансформатор 220/110/10. По «современным нормам» на каждый его ввод вешается по 4 ступени ТЗНП.
Ступени 1 и 2 направлены в АТ, ступени 3 и 4 направлены в шины. Пусть защиты стоят на вводе 220 кВ, тогда ступень 1 должна отстроиться от КЗ на стороне 110 кВ, ступень 2 — обеспечить чувствительность при КЗ на стороне 110 кВ. При этом ступень 2 должна быть согласована с защитами ввода 110 кВ (по времени). На вводе 110 кВ все аналогично, 4 ступени, две смотря в АТ (1,2), две в шины (3,4).

Так вот, если тупо задаться идеей обеспечить чувствительность и согласовывать Ступ.2-220 со Ступ.4-110 по времени, то получается очень такая немаленькая выдержка времени (что-то в районе 10 с.) Хочется бы согласовать со Ступ.3-110, но по чувствительности на шинах 110 не проходит.
Для воздушных линий, как написано в РУ, если не удается обеспечить чувствительность в «нормальном» режиме, смотрят (если есть защиты шин, а они у меня есть везде) чувствительность в каскаде — отключают ВЛ с другого конца, типа там тоже сработали защиты . Так вот, вопрос: можно ли такой же фокус проделать и с автотрансформатором? Т.е. взять и посчитать чувствительность при условии, что выключатель на стороне 110 кВ отрубился?

8 Ответ от retriever 2014-07-11 19:50:21

• retriever
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2012-11-26
• Сообщений: 2,569
• Репутация : [ 12 | 0 ]

Re: ТЗНП: вопросы

Здравствуйте, коллеги.
Пришло время снова поднять эту тему, скорее для самопроверки 🙂
Насколько я слышал, иногда желательно делать одну из ступеней ТЗНП ненаправленной, причем ту, которая кроет всю линию.
Но вот смотрю я на уставки реально существующих ПС — так там, дай бог, только 1я ненаправленная. Чтобы была ненаправленная ступень с охватом всей линии -ни разу не видел (может, не обращал внимания).
Обычно сам делал ненаправленной только 1ю, а теперь вот сомнения замучали. Смотрю готовые расчеты (не мои) — там, походу, вообще никто этим не заморачивался.

Как часто такое вы применяете, есть ли какие-то требования на этот счет (обязаловка)?

9 Ответ от doro 2014-07-14 16:18:37 (2014-07-14 16:22:14 отредактировано doro)

• doro
• свободный художник
• Неактивен

• Откуда: г. Краснодар
• Зарегистрирован: 2011-01-08
• Сообщений: 9,585

Re: ТЗНП: вопросы

В свое время, работая в РДУ, с расчетчиками входил в конфликты. Я, как начальник отдела эксплуатации РЗА, визировал их письма с уставками. И когда мне приносили на просмотр письмо, где все ступени ТНЗНП задавались направленными (ну уж никак нельзя иначе по условиям селективности), шел к главному подписанту (то бишь, начальнику СРЗА) и уведомлял: ты берешь на себя ответственность за последствия, связанные с полным отказом органа направления мощности?
Впрочем, не все так страшно. даже если исключить аппаратный отказ электромеханического РНМНП, отвечающего за грубые ступени (разрешающее реле направления мощности), должны в плане ближнего резервирования подхватить чувствительные ступени, которые обязательно должны быть подведены под блокировку от альтернативного РНМНП (блокирующего). И даже в том случае, когда создадутся условия для отказа двух РНМ (допустим, потеряны цепи напряжения нулевой последовательности), при отказе блокирующего РНМ последние ступени отработают без направленности. Ну и хрен с ними! Последний рубуж обороны, с потерями считаться не приходится.
Впрочем, нет ничего невозможного. В теме Контроль правильности сбора цепей 3Uо НТЗНП обсуждаются проблемы отказа органа направления мощности при ошибках в сборе цепей напряжения. Думайте сами, решайте сами.

10 Ответ от retriever 2014-07-14 18:06:28 (2014-07-14 18:12:40 отредактировано retriever)

• retriever
• Пользователь
• Неактивен

• Зарегистрирован: 2012-11-26
• Сообщений: 2,569
• Репутация : [ 12 | 0 ]

Re: ТЗНП: вопросы

Спасибо за ответ.
А какую именно ступень лучше всего выполнить ненаправленной? Допустим, 4 ступени, 2-3 с грехом пополам кроют свою линию, 4я — резервирующая. 3 или 4ю?
Если, скажем, 3-я, то ее еще можно как-то согласовать во все стороны, 4-я при таком раскладе будет неселективной, скорее всего.

должны в плане ближнего резервирования подхватить чувствительные ступени, которые обязательно должны быть подведены под блокировку от альтернативного РНМНП (блокирующего)

А что насчет микропроцессорных защит (та же ЭКРА). У нее да, последние ступени могут работать по схеме ИЛИ от двух органов направления мощности. Но не получается ли тут так, что «резервируется» только математика?

Источник