8. Исследование поведения защиты в различных режимах КЗ
Исследование технического совершенства МКТЗ методом вычислительного эксперимента выполнено с использованием комплексной математической модели, включающей модели распределительной сети и защиты.
Распределительная сеть в расчетной схеме представлена питающей системой, имеющей эквивалентированную связь с шинами высшего напряжения подстанции, понижающим трансформатором с отходящей от шин низшего, напряжения защищаемой линией, а также нагрузками на шинах высшего и низшего напряжений подстанции.
Питающая система характеризуется ее полной мощностью и внутренними сопротивлениями прямой и нулевой последовательностей. Эквивалентированная связь с шинами ВН подстанции содержит сопротивления прямой и нулевой последовательностей.
Нагрузочная ветвь на стороне ВН задана индивидуальными значениями сопротивлений в фазах и цепи заземления нейтрали, что позволяет воспроизводить здесь все виды междуфазных КЗ и КЗ на землю.
Понижающий трансформатор представлен как трехстержневой трёхобмоточный со схемой соединения обмоток Y0/Δ-11 и заземлением нейтрали через активно-индуктивное сопротивление. Это позволяет учесть реальное сопротивление заземления, а также исследовать режимы с незаземленной нейтралью.
Защищаемая линия задана удельными активным и индуктивным сопротивлениями, длиной, активно-индуктивной нагрузкой на ее приёмном конце. Для проверки работы МКТЗ при повреждениях в зоне дальнего резервирования в расчетной схеме содержится вторая линия, представленная аналогичными параметрами, что и защищаемая.
В модели предусмотрена возможность учета подпитки места КЗ от источника неизменной ЭДС в нагрузочной ветви на стороне НН подстанции. При нулевой мощности источника указанная ветвь задаётся пассивной, а ее сопротивления определяются мощностями нагрузок и напряжениями на шинах НН.
Математическая модель МКТЗ содержит модели четырех ВПТ и ФНЧ, AM, АЦП и МКС.
Исходной информацией для исследования МКТЗ являются вторичные токи фаз защищаемой линии ia, ib, icи их сумма i0, которые получаются в результате реализации математической модели распределительной сети.
В процессе функциональной отладки МКТЗ решались следующие основные задачи:
оптимизация параметров элементов АЧ;
выбор параметров АЦП;
определение количества разрядов МКС, необходимых для выполнения арифметических операций, исходя из требуемой точности обработки информации с фиксированной запятой;
оценка погрешностей определения параметров контролируемых величин;
определение быстродействия ИО ступеней защиты;
оценка влияния на работу защиты отклонения частоты от номинального значения;
исследование поведения защиты при внутренних и внешних КЗ.
Основные результаты функциональной отладки МКТЗ характеризуются следующими данными. Выполнение элементов АЧ на ОУ с напряжением питания ±15 В обеспечивает достаточный динамический диапазон входных каналов без дополнительных средств для его расширения. При этом двенадцатиразрядный АЦП с максимальным уровнем разнополярного входного сигнала ±10 В при шаге дискретизации Δt = 0.004 с позволяет контролировать токи с кратностью изменения, достигающей значения 65. АЦП с быстродействием микросекундного диапазона обеспечивает эффективный функциональный контроль исправности входных каналов при поочередном измерении токов фаз без использования УВХ.
Выполнение арифметических операций с фиксированной запятой в шестнадцатиразрядной сетке МКС при указанных выше параметрах АЦП позволяет измерять действующие значения основных гармоник входных токов на уровне ЗА с погрешностью, не превышающeй 5 %.
Быстродействие ИО ступеней защиты определяется в основном инерционностью ИОТ и при входном токе, превышающем в 1,2 раза ток уставки, составляет около 0,05 с.
Отклонение частоты контролируемых токов от номинального значения практически не сказывается на поведении защиты. Это явление сопровождается незначительным возрастанием погрешности определения действующих величин токов. Так, при снижении частоты до 48 Гц дополнительная погрешность измерения указанных значений составляет не более 1,8 %.
Технические решения и выбранные параметры элементов МКТЗ обеспечивают ее эффективное функционирование в нормальных и авариийных режимах работы защищаемой линии.
На плакате 5 приведены временные диаграммы вторичных токов ТТ ia, ib, ic относительных значений их синусных ОС i*as, i*bs, i*cs, выделенных ИОТ, при двухфазном КЗ между фазами А и С в начале защищаемой линии. В первой стадии переходного процесса ТТ повреждённых фаз насыщаются, что является причиной искажения формы токов ia, ic и уменьшения их величин. На плакате 5 эти искажения выражены неявно потому, что ia, ic показаны в том виде, в котором они воспринимаются защитой с учетом дискретности измерения мгновенных значений.
Поскольку погрешности ТТ фаз А и С примерно одинаковы, их токи равны и сдвинуты на угол π. По мере затухания переходного процеcca погрешности ТТ уменьшаются, а токи поврежденных фаз возрастают. В результате аналоговой и цифровой фильтраций формы токов i*as, i*cs, на выходе ИОТ приближаются к синусоидальной и увеличиваются медленнее, чем токи ia, ic. Следует отметить, что на подобный характер изменения i*as, i*cs основное влияние оказывает инерционность ИОТ. По этой причине после отключения КЗ i*as, i*cs существуют еще в течение некоторого времени, плавно уменьшаясь. На плакате 5 показан характер изменения относительных действующих значений токов поврежденных фаз I*a, I*c тока на выходе максиселектора I*м, а также моменты срабатывания и возврата ТО, ТОВ, МТЗ с независимой выдержкой времени в виде признаков соответственно PSRI, PSRII, PSRIII.
Кривые на плакате 5 построены при условии, что последовательно друг за другом проверяется работа только одной ступени, а две другие при этом заблокированы. Кроме того, отношение тока КЗ к току уставки для ТО, ТОВ и МТЗ соответственно составляет 5, 7, 23 при выдержках времени, равных 0,1; 0,25; 0,6 с.
Характерным для этого режима является совпадение токов I*a, I*c и I*м. Ввиду больших кратностей тока КЗ по отношению к токам уставок время срабатывания ИО первой, второй и третьей ступеней составляет соответственно 0,03; 0,0225; 0,01 с.
На плакате 6 показаны зависимости, аналогичные вышеупомянутым, для режима трехфазного КЗ в начале защищаемой линии.
В этом случае момент возникновения КЗ задан таким образом, что максимальная апериодическая составляющая наблюдается в токе ia. Под действием апериодических составляющих разной величины ТТ фаз имеют различные погрешности.
По этой причине в начальной стадии переходного процесса I*a, I*b, I*c различны по величине, вследствие чего появляется ток I*0. Снижение погрешностей ТТ по мере затухания переходного процесса обусловливает уменьшение I*0. В момент ликвидации КЗ из-за разновременности отключения токов повреждения в разных фазах наблюдается повторный всплеск I*0. Однако следует отметить, что ток I*0 не оказывает какого-либо влияния на поведение защиты.
В режиме трехфазного КЗ обеспечивается более быстрое срабатывание ИО третьей ступени защиты.
Результаты вычислительного эксперимента подтверждают несрабатывание соответствующих ступеней МКТЗ под действием токов самозапуска электродвигательной нагрузки.
С достаточной степенью точности воспроизводятся времятоковые характеристики МТЗ с зависимой характеристикой выдержки времени.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
