Заземление нейтрали в высоковольтных системах - Причины неправильных действий земляных реле, обусловленных системой

Мы перечислим ниже типичные условия, при которых направленные земляные реле могут не сработать или сработать неправильно, хотя ошибка трансформаторов тока и напряжения пренебрежимо мала.
а)  Не следует думать, что большая длина защищенной линии увеличивает вероятность правильного срабатывания. На рис. 280 показана система, включающая в себя две линии существенно разных длин. Предположим, что дугогасящая катушка находится на удаленном конце более длинной линии. Если замыкание на землю происходит на более короткой линии, остаточный ток, который определяется длиной более длинной линии и потерями в дугогасящей катушке, создает достаточный момент для срабатывания реле. Если, однако, замыкание происходит на более длинной линии, то может не сработать ни одно реле.
Следует иметь в виду, что если система состоит из двух станций, соединенных одиночной линией, то бесполезно устанавливать земляное реле на станции, на которой не установлена дугогасящая катушка.
б) Не следует предполагать, что при любых условиях реле на обоих концах поврежденной линии показывают направление потока мощности от места замыкания к шинам.
На рис. 281 представлен случай, когда в месте установки одного из реле поток мощности имеет обратное направление. Две линии разных длин, соединяющие станции А и В, образуют систему. Дугогасящая катушка установлена на станции А. Если замыкание на землю происходит на более длинной линии в непосредственной близости от шин станции А, то распределение активной составляющей остаточного тока будет таким, как показано на рис. 281, и реле на поврежденной линии у подстанции В удерживается током.
в)  Если две линии на рис. 281 имеют равную длину, образуя двухцепную связь между станциями А и В, то есть все-таки обстоятельства, при которых некоторые реле могут сработать неправильно. Если, например, индуктивности трех фаз не равны или не сбалансированы соответствующей транспозицией, то общий симметричный ток нагрузки, текущий от А к В, делится между двумя цепями на неравные части и, что гораздо ближе касается рассматриваемой проблемы, распределения така нагрузки между двумя цепями различны для разных фаз, если расположение в пространстве одноименных фаз обеих цепей неодинаково. В результате сумма трех токов нагрузки, равная нулю для всей передачи, отличается от нуля для каждой цепи. Это эквивалентно протеканию тока небаланса в петле, образованной двумя параллельными цепями. Если на это не обращено особое внимание, земляные реле, установленные в двухцепной линии, не будут действовать надежно и будут реагировать скорее на фиктивный циркуляционный ток, чем на остаточный ток замыкания на землю. По этой причине часто желательно рассматривать две цепи как одно целое.
Может показаться, что все, справедливое для петли, образованной параллельными линиями, справедливо и для кольца. Однако естественные транспозиции, имеющие место на различных станциях, и большое число транспозиций на линиях уменьшают результирующий небаланс, а больший импеданс кольца еще больше ограничивает циркулирующий ток.
Крайний случай небаланса в распределении тока нагрузки имеет место, когда в части цепи имеет место замыкание на землю одного из концов оборвавшегося провода. Ток нагрузки оборванной фазы отсасывается в здоровые фазы или какие-либо другие каналы передачи мощности, и создается ток небаланса, который складывается с остаточным током замыкания на землю. Фаза тока небаланса зависит от направления, в котором передавалась мощность по поврежденному участку. При этих условиях трудно расшифровать показания реле, которые не дадут картины, аналогичной показанной на рис. 266.
г)  Даже если ток нагрузки делится поровну между обеими цепями двухцепной линии и балансируется в каждой цепи, правильная работа направленных земляных реле может быть нарушена из-за эффекта расщепления фазы остаточного тока. Лучше всего рассмотреть этот эффект для крайнего случая параллельной работы воздушной линии и кабеля. Ясно, что два сопротивления нулевой последовательности значительно различаются по фазному углу. Поэтому оба тока в ветвях отличаются по фазе от суммарного для обеих цепей остаточного тока. При таком расщеплении фазы реактивная компонента тока легко может вызвать фиктивный рост активной составляющей, достаточный для неправильного срабатывания реле.
д)  В § 1.3 этой главы было показано, что емкостный ток небаланса неповрежденной системы при замыкании на землю складывается с остаточным током. Кроме того, части системы, которые сами по себе не сбалансированы, но при соединении образуют сбалансированную систему, очевидно, обмениваются током небаланса. Эти емкостные токи небаланса создают фиктивную прямую или обратную активную составляющую тока в зависимости от того, в какой фазе произошло замыкание, и могут вызвать срабатывание направленных земляных реле. Этот эффект не имеет большого значения в крупных системах, где активная составляющая остаточного тока превышает емкостный ток небаланса.
е)  Фазная ошибка тока небаланса, трансформированного в релейную цепь, возрастает, если из одной части системы в другую течет большая реактивная мощность. Это имеет место, если в системе значительных размеров дугогасящие катушки сосредоточены в немногих местах, удаленных от геометрического центра системы. С этой точки зрения предпочтительно распределить дугогасительные катушки более или менее равномерно по системе с таким расчетом, чтобы обеспечить реактивную компоненту нулевой последовательности в тех точках, в которых это требуется. Эта же мера предлагалась в § 14.3.2 для облегчения определения места повреждения.
ж)  Направленные земляные реле не способны правильно указывать место замыкания в случае двойного замыкания на землю. Очевидно, что ток замыкания является источником небаланса токов и что в местах замыкания токи небаланса противоположны по фазе. Поэтому реле, расположенные поблизости от одного и другого мест замыкания на землю, ведут себя противоположным образом. По меньшей мере одна группа реле дает неправильные показания. Иногда применяются схемы (см. § 13.2 этой главы), в которых одно из замыканий на землю автоматически отключается и система продолжает работать с одной замкнувшейся фазой. В таком случае некоторые из земляных реле, расположенных в окрестности остающегося замыкания, могут сработать сразу, в то время как другие, удерживаемые во время двойного замыкания на землю, будут срабатывать только после отключения одного из них. Для предотвращения ошибок можно рекомендовать блокирование всех земляных реле на время двойного замыкания на землю. Однако ни амплитуда напряжения смещения нейтрали, ни амплитуда тока небаланса не может использоваться для блокирования. Смещение нейтрали при двойном замыкании на землю недостаточно мало по сравнению со случаем однофазного замыкания через сопротивление, в особенности если места замыканий на землю значительно удалены друг от друга. Ток небаланса при двойном замыкании может иметь порядок тока нагрузки вследствие большого сопротивления петли тока короткого замыкания, и его не всегда легко отличить от тока нулевой последовательности, протекающего между различными частями большой системы с неравномерным распределением дугогасящих катушек. Двойное замыкание на землю в системах с резонансным заземлением нейтрали более просто обнаружить по наличию токов или напряжения обратной последовательности, которые и могут быть использованы для блокирования.