19. Назначение и принцип действия дистанционной защиты.

Принцип действия дистанционной защиты основан на контроле изменения сопротивления. Например, если защищаемым объектом является линия, то в нормальном режиме параметры напряжения на шинах и тока в линии близки к номинальным: U_Л = U_HОРМ, I_Л = I_НОРМ, отношениесоответствует нормальному режиму.

При возникновении короткого замыкания напряжение на шинах уменьшается, ток в линии увеличивается, контролируемое сопротивление уменьшается

.

В свою очередь, Z_K = Z₀ L_K ,

где Z₀ — сопротивление 1 км линии;

L_K — длина линии (км).

Следовательно, контролируя изменение сопротивления, можно определить факт возникновения короткого замыкания и оценить удаленность точки короткого замыкания.

Обычно дистанционная защита выполняется в виде трех ступеней, характеристика ее времени срабатывания представлена на

рис. Первая ступень предназначена для работы при коротких замыканиях на защищаемой линии Z_СЗ < Z_Л, то есть сопротивление срабатывания защиты должно быть меньше сопротивления линии.

Для идеальных трансформаторов тока и трансформаторов напряжения и при отсутствии погрешностей измерительных органов в последнем выражении должен стоять знак равенства, однако наличие погрешностей может привести к ложной работе защиты при коротком замыкании на смежных присоединениях.

Как правило, первая ступень охватывает 85 % длины защищаемой линии. При коротких замыканиях в зоне действия первой ступени защита работает без выдержки времени,

t¹ = 0.Вторая ступень предназначена для надежной защиты всей линии. Ее зона действия попадает на смежную линию, поэтому для исключения неселективного срабатывания защиты при коротком замыкании на отходящей линии в точке К₂ , вводится замедление на срабатывание, t² = 0.4 – 0.5 сек.

Третья ступень выполняет функции ближнего и дальнего резервирования.

Дистанционная защита удовлетворяет требованиям селективности в сетях любой конфигурации с любым числом источников питания.

Защита отличается сравнительно высоким быстродействием. В типовом исполнении дистанционная защита линий содержит три ступени.

Дистанционная защита в качестве основной защиты линий от междуфазных коротких замыканий находит применение в сетях напряжением 110 — 220 кВ.

20. Характеристики срабатывания измерительных органов дистанционной защиты.

В качестве измерительных органов дистанционной защиты используются реле сопротивления, которые могут выполняться на индукционной или полупроводниковой основе. Основное отличие различных исполнений реле заключается в способе обработки поступающей информации о токе и напряжении.

Поведение реле сопротивления в различных режимах зависит от его характеристики Z_СР = f (_P), где _P — угол между током и напряжением, подводимых к реле. Полное сопротивление Z состоит из активного R и реактивного X сопротивлений: или, поэтому характеристику реле сопротивления представляют в плоскости

Z, откладывая R по горизонтальной , а Х — по вертик. оси. Характеристики измерительных органов дистанционных защит должны быть надежно отстроены от нагрузочных режимов, учитывать влияние сопротивления дуги.

1. Круговая характеристика с центром в начале координат.

Зона, ограниченная окружностью, является зоной действия реле. Сопротивление срабатывания таких реле не зависит от P , поэтому их называют реле полного сопротивления.

2. Круговая характеристика, проходящая через начало координат

_P

jX

Z_{CP МАКС}

Z_CP



0

Реле с такой характеристикой не работают при направлении тока из линии к шинам, поэтому оно является направленным. Точка

0 соответствует началу защищаемой линии. При коротком замыкании в начале линии, когда R и X равны нулю, реле не работает, что является его недостатком. Угол , при котором сопротивление срабатывания реле максимально, называется углом максимальной чувствительности.

R

jX

3. Реле с эллиптической характеристикой

Z_{CP МАКС}

Z_CP

Такие характеристики использовались для третьих ступеней защит с целью улучшения отстройки от рабочих режимов и получения большей чувствительности.



1. Реле с многоугольными хар-ми

R

Четырехугольная характеристика используется для выполнения второй и третьей ступеней защит. Ее верхняя сторона должна фиксировать концы защищаемых зон, правая боковая сторона обеспечивает отстройку от рабочих режимов.

Левая сторона отстраивает защиту от мощностей нагрузок, передаваемых к месту ее включения. Нижняя сторона обеспечивает работу защиты при близких повреждениях, сопровождающихся замыканием через переходное сопротивление.

Дистанционные защиты линий

1. Назначение и принцип действия дистанционной защиты

В сетях сложной конфигурации с несколькими источниками питания максимальные токовые направленные защиты и тем более простые максимальные токовые защиты не могут обеспечить селективности отключения к.з. В этом легко убедиться на примере кольцевой сети с двумя источниками питания, представленной на рис. 5-1.

Рис.5-1. Схема кольцевой сети с двумя источниками питания.

При к.з. в точке К1 защита 3 должна работать быстрее защиты 1, а при к.з. в точке К2 наоборот защита 1 должна работать быстрее защиты 3.

Кроме того, максимальные токовые защиты часто не удовлетворяют требованиям быстродействия и чувствительности. Поэтому, для защиты сетей со сложной схемой и с несколькими источниками питания применяются более сложные дистанционные защиты (ДЗ), которые обеспечивают необходимую селективность, быстродействие и чувствительность.

Дистанционной защитой называется защита, выдержка времени которой автоматически изменяется в зависимости от удалённости (от расстояния или дистанции) места к.з. от места установки защиты.

Например, при к.з. в точке К1 (рис. 5-2) защита 2, расположенная ближе к месту повреждения должна работать с меньшей выдержкой времени, чем более удалённая защита 1. Если же к.з. возникнет в точке К2, то выдержка времени защиты 2 автоматически должна увеличится т.к. расстояние (дистанция) от защиты 2 до места к.з. К2 больше чем при к.з. К1. В последнем случае к.з. будет селективно отключено защитой 3, расположенной ближе к месту повреждения и, следовательно, имеющей меньшую выдержку времени.

Рис.5-2. Зависимость выдержки времени дистанционной защиты от расстояния до места к.з.

Таким образом, при к.з. на линии по защищаемой линии проходит ток I_к.з.>I_норм, а напряжение на шинах подстанции, питающей линию, снижается U_ш<U_норми равно падению напряжения в сопротивлении участка линии Z_к.з. от шин подстанции до точки к.з.

(5-1)

Нетрудно видеть, что отношение остаточного напряжения на шинах к току к.з. равно сопротивлению участка линии до места к.з.:

(5-2)

Сопротивление линии или её участка можно выразить через удельное сопротивление Z_уд. и расстояние до места к.з. L_к.з.:

(5-3)

Следовательно, отношение остаточного напряжения на шинах к току к.з., проходящему по защищаемой линии пропорционально расстоянию (дистанции) L_к.з. от места установки защиты до места к.з.

Выводы:

Для защиты сетей напряжением 110 кВ и выше со сложной конфигурацией и с несколькими источниками питания применяются дистанционные защиты (ДЗ) выдержка времени которых автоматически изменяется в зависимости от расстояния (дистанции) места к.з. до места установки защиты.

2. Характеристика измерительных органов дистанционной защиты

Основным органом дистанционной защиты является дистанционный орган, определяющий удалённость (дистанционно) к.з. от места установки защиты.

В качестве дистанционного органа используются реле сопротивления, измеряющие сопротивление линии до места к.з. и определяющее на каком участке произошло повреждение и совместно с другими органами защиты, обеспечивающее её действие с необходимой выдержкой времени.

Реле сопротивления могут выполняться реагирующими на полное сопротивление линии или на её индуктивное (реактивное) сопротивлениеХ. Соответственно этому реле называются реле полного сопротивления или реле реактивного сопротивления.

В России используются только реле полного сопротивления.

Реле сопротивления могут выполняться на индукционной или полупроводниковой основе. Основное отличие различных типов реле сопротивления заключается в способе обработки информации о токе и напряжении.

Проведение реле сопротивления в различных режимах зависит от его характеристики , где— угол между током и напряжением подводимых к реле сопротивления.

Полное сопротивление Z состоит из активного R и реактивного Х сопротивлений: или, поэтому характеристику реле обычно представляют в плоскостиZ, откладывая R по горизонтальной, а X – по вертикальной оси.

Характеристики реле сопротивления дистанционных защит отстраивают от режимов нагрузки:

Характеристики реле сопротивления

1. Реле с круговой характеристикой с центром в начале координат.

Рис.5-3. Круговая характеристика с центром в начале координат.

Зона, ограниченная окружностью, является зоной действия реле.

Сопротивление срабатывания таких реле не зависит от _Р, поэтому их называют реле полного сопротивления.

2. Реле с круговой характеристикой, проходящей через начало координат.

Рис.5-4. Круговая характеристика, проходящая через начало координат.

Реле с такой характеристикой не работают при направлении тока из линии к шинам, поэтому оно является направленным. Точка 0 соответствует началу защищаемой линии. При коротком замыкании в начале линии, когда R и Х равны нулю, реле не работает, что является его недостатком. Угол , при котором сопротивление срабатывания реле максимально, называется углом максимальной чувствительности.

3. Реле с эллиптической характеристикой.

Рис.5-5. Реле с эллиптической характеристикой.

Такие характеристики использовались для третьих ступеней защит с целью улучшения отстройки от рабочих режимов и получения большей чувствительности.

4. Реле с многоугольными характеристиками.

Рис. 5-6. Реле с многоугольными характеристиками.

Четырехугольная характеристика (а) используется для выполнения второй и третьей ступней защит. Её верхняя сторона должна фиксировать концы защищаемых зон, правая боковая сторона обеспечивает отстройку от рабочих режимов. Левая сторона отстраивает защиту от мощностей нагрузок, передаваемых к месту ее включения. Нижняя сторона обеспечивает работу защиты при близких повреждениях, сопровождающихся замыканием через переходное сопротивление.

Треугольная характеристика (б) применяется для реле сопротивления третьей ступени, обеспечивает необходимую отстройку от нагрузочных режимов с соблюдением требуемой чувствительности.

Зависимость выдержки времени дистанционной защиты от сопротивления (расстояния) до места к.з. называется характеристикой времени срабатывания защиты.

Существует три вида характеристик времени срабатывания дистанционных защит :наклонная, комбинированная и ступенчатая (рис.5‑7).

Рис.5-7. Характеристики времени срабатывания дистанционных защит:

а) наклонная;

б) ступенчатая;

в) комбинированная.

Наибольшее применение нашли дистанционные защиты со ступенчатыми временными характеристиками.

Из рис.5-8 видно, что ступенчатая характеристика состоит из нескольких участков (обычно двух или трёх), называемых зонами. На рисунке участок а-б является первой зоной, участок б-в – второй зоной, а участок в-г – третьей зоной. Каждой зоне соответствует своя ступень выдержки времени t_I, t_II, t_III неизменные в пределах своей зоны. Обычно выдержка времени первой зоны t_I=0. Чем больше сопротивление до места к.з. тем с большей выдержкой времени действует дистанционная защита, т.е. Z_I<Z_II<Z_III и соответственно t_I<t_II<t_III.

Рис.5-8. Принцип действия (а) и характеристика (б) дистанционной защиты.

Первая зона дистанционной защиты, как правило, настраивается на 80‑85% длины защищаемой линии. Больший охват линии недопустим, т.к. из-за имеющихся погрешностях ТТ, ТН и реле сопротивления дистанционная защита может сработать при к.з. на смежной (следующей) линии.

Конец линии Л₁, шины подстанции Б и часть линии Л₂ охватывает вторая зона дистанционной защиты. Третья зона охватывает линию Л₂ и резервирует её защиты.

Реле сопротивления по принципу своего действия срабатывает, когда измеренное им сопротивление меньше настроенной на нём уставки:

Z_с.з.<Z_к.з.

Поэтому реле сопротивления второй зоны дистанционной защиты с уставкой Z_II срабатывает при к.з. в первой и второй зоне, а реле сопротивления третьей зоны с уставкой Z_III срабатывает при к.з. в первой, второй и третьей зонах.

Однако, поскольку выдержки времени t_I<t_II<t_III, то всегда срабатывает ступень, имеющая меньшую выдержку времени, чем и обеспечивается ступенчатость характеристики.

Для обеспечения селективности дистанционной защиты в сетях сложной конфигурации выполняются направленными, действующими при направлении мощности к.з. от шин в линию, а выдержки времени защит, работающих при одинаковом направлении мощности, взаимно согласовываются аналогично токовым направленным защитам.

Направленность действия дистанционных защит может осуществляться при помощи реле направления мощности или направленных реле сопротивления.

Выводы:

1. Основным органом дистанционной защиты является дистанционный орган в качестве которого используются реле сопротивления измеряющие сопротивление до места к.з.

2. Реле сопротивления могут выполняться реагирующими на полное сопротивление или на индуктивное сопротивление линии Х.

3. В дистанционных защитах применяются реле сопротивления: с круговой, эллиптической и многоугольными характеристиками.

4. Для обеспечения селективности дистанционные защиты в сетях сложной конфигурации выполняются направленными.

Дистанционная защита — Энциклопедия релейной защиты и автоматики

Материал из Энциклопедия релейной защиты и автоматики

Принцип действия дистанционной защиты (ДЗ) основан на определении удаленности до места КЗ путем измерения сопротивления, которое определяется по замеру:

• величины остаточного напряжения в месте установки защиты;
• величины тока КЗ, проходящего по защищаемому присоединению.

В зависимости от удаленности до места КЗ защита действует с определенной выдержкой времени — выполняется многоступенчатой. Таким образом, ДЗ является защитой с относительной селективностью.

На линиях 110-220 кВ с односторонним питанием ДЗ используется в качестве основной защиты от многофазных КЗ.

На автотрансформаторах 220-750 кВ ДЗ используется в качестве резервной защиты от многофазных КЗ на сторонах высшего и среднего напряжений.

На линиях 110-750 кВ с двухсторонним питанием ДЗ используется в качестве резервной защиты от многофазных КЗ с реализацией:

• ближнего резервирования основной защиты линии;
• дальнего резервирования защит смежных элементов сети.

В современных терминалах защит линий 110-750 кВ предусматривается 4 ступени (зоны) ДЗ:

• 1-я зона охватывает 80-85% защищаемой линии и действует без замедления на отключение линейного выключателя с пуском УРОВ;
• 2-я зона выходит за пределы защищаемой линии, охватывая шины ПС противоположного конца линии, и действует с выдержкой времени на отключение линейного выключателя с пуском УРОВ;
• 3-я и 4-я зоны предназначены для дальнего резервирования защит сети и действуют с выдержками времени, отстроенными от выдержки 2-й зоны, на отключение линейного выключателя с пуском УРОВ.

На линиях с односторонним питанием все зоны ДЗ выполняются ненаправленными, на линиях с двухсторонним питанием — направленными Предусматривается сигнализация срабатывания каждой зоны ДЗ и возможность оперативного вывода ДЗ из работы.

ДЗ имеет блокировку от качаний при их возникновении и деблокирование при возникновении КЗ в цикле качаний.

ДЗ имеет устройство БНН для контроля исправности цепей напряжения и блокировки защиты в случае их неисправности во избежание ложного срабатывания.

В схемотехнике ДЗ применяются следующие виды ускорения зон защиты:

Ускоряется та зона ДЗ, которая защищает линию во всех режимах. Ускоряемая зона ДЗ уточняется расчетом.

АУ ДЗ используется на всех линиях, ОУ и ТУ — только на линиях с двухсторонним питанием.

Назначение АУ — быстрое отключение выключателя при включении его на КЗ. АУ предусматривается при включении линейного выключателя и выполняется с выдержкой времени 0-0,5 с. АУ вводится на время около 1 с после включения выключателя и после его истечения выдержка времени ускоряемой зоны ДЗ возвращается к нормальному значению, обеспечивающему селективность. В соответствии с п.3.3.4 ПУЭ АУ выводится из действия при включении линейного выключателя, если линия уже включена под напряжение другим своим выключателем (т.е. при наличии симметричного напряжения на линии).

ОУ ДЗ вводится с выдержкой времени 0,2-0,4 с в отсутствии основных защит для обеспечения устойчивости энергосистемы:

• при выводе основной защиты линии оперативно ускоряется зона ДЗ с каждой стороны линии;
• при выводе ДЗШ оперативно ускоряется зоны ДЗ линий со всех питающих концов.

Выдержки времени АУ, ОУ и ТУ определяются расчётом.

Здесь хотелось бы видеть: Раздел выбор параметров с выбором параметров с ссылками на РУ и метод. указания

Раздел 8. Дистанционные защиты

Раздел 8. Дистанционные защиты

Дистанционные защиты – это сложные направленные или ненаправленные защиты с относительной селективностью, выполненные с использованием минимальных реле сопротивления, реагирующих на сопротивление линии до места КЗ, которое пропорционально расстоянию, т.е. дистанции. Отсюда и происходит название дистанционной защиты (ДЗ). Дистанционные защиты реагируют на междуфазные КЗ (кроме микропроцессорных ДЗ). Для правильной работы дистанционной защиты необходимо наличие цепей тока от ТТ присоединения и цепей напряжения от ТН. При отсутствии или неисправности цепей напряжения возможна излишняя работа ДЗ при КЗ на смежных участках.

В сетях сложной конфигурации с несколькими источниками питания простые и направленные МТЗ (направленные токовые защиты – НТЗ) не могут обеспечить селективного отключения КЗ. Так, например, при КЗ на ЛЭП №2 (см. рис. 8.1) НТЗ 3 должна подействовать быстрее РЗ I, а при КЗ на ЛЭП №1, наоборот, НТЗ 1 должна подействовать быстрее РЗ 3. Эти противоречивые требования не могут быть выполнены с помощью НТЗ. Кроме того, МТЗ и НТЗ часто не удовлетворяют требованиям быстродействия и чувствительности. Селективное отключение КЗ в сложных кольцевых сетях может быть обеспечено с помощью дистанционной релейной защитой (ДЗ).

Рис. 8.1. Кольцевая сеть с двумя источниками питания:

О – максимальная токовая направленная защита; ∆ – дистанционная защита

Выдержка времени ДЗ t3 зависит от расстояния (дистанции) t3 = f (LPK ) (см.

рис. 8.1) между местом установки РЗ (точка Р) и точкой КЗ (К), т. е. LPK , и

нарастает с увеличением этого расстояния. Ближайшая к месту повреждения ДЗ имеет меньшую выдержку времени, чем более удалённые ДЗ.

Например, при КЗ в точке К1 (см. рис. 8.2) Д32, расположенная ближе к месту повреждения, работает с меньшей выдержкой времени, чем более удалённая Д31. Если же КЗ возникает и в точке К2, то время действия Д32 увеличивается, и К3 селективно отключается ближайшей к месту повреждения ДЗ3.

Основным элементом ДЗ является дистанционный измерительный орган (ДО), определяющий удалённость КЗ от места установки РЗ. В качестве ДО используются реле сопротивления (PC), реагирующие на полное, реактивное или активное сопротивление повреждённого участка ЛЭП (Z, X, R).

Сопротивление фазы ЛЭП от места установки реле Р до места КЗ (точка К) пропорционально длине этого участка, так как величина сопротивления до места КЗ равна длине участка умноженному на удельное сопротивление линии:

Z =l Zуд..

Рис. 8.2.Выдержки времени дистанционной защиты от расстояния до места КЗ

Таким образом, поведение дистанционного органа, реагирующего на сопротивление линии, зависит от расстояния до места повреждения. В зависимости от вида сопротивления, на которое реагирует ДО (Z, X или R), ДЗ подразделяются на РЗ полного, реактивного и активного сопротивлений. Реле сопротивления, применяемые в ДЗ для определения сопротивления ZPK до точки К3, контролируют напряжение и ток в месте установки ДЗ (рис. 8.3).

3

Zр = ZPK , и

Рис. 8.3. Подключение цепей тока и напряжения реле сопротивления

К зажимам PC подводятся вторичные значения Uр и Iр от ТН и ТТ. Реле выполняется так, чтобы его поведение в общем случае зависело от отношения Uр

к Iр . Это отношение является некоторым сопротивлением Zр . При КЗ

при определённых значениях ZPK , РC срабатывает; оно реагирует на уменьшение

Zр , поскольку при КЗ Uр уменьшается, а Iр			возрастает. Наибольшее значение, при
котором PC срабатывает, называется сопротивлением срабатывания реле Zср :
Zр =	Uр	≤ Zср.	(8.1)
	Iр

Для обеспечения селективности в сетях сложной конфигурации на ЛЭП с двухсторонним питанием ДЗ необходимо выполнять направленными, действующими при направлении мощности КЗ от шин в ЛЭП. Направленность действия ДЗ обеспечивается при помощи дополнительных РНМ или применением направленных PC, способных реагировать и на направление мощности КЗ.

Характеристики выдержки времени дистанционных защит

Зависимость времени действия ДЗ от расстояния или сопротивления до места КЗ t3 = f (LPK ) или t3 = f (ZPK ) называется характеристикой выдержки времени ДЗ. По характеру этой зависимости ДЗ делятся на три группы: с нарастающими

4

(наклонными) характеристиками времени действия, ступенчатыми и комбинированными характеристиками (см. рис. 8.4).

Рис. 8.4. Характеристики зависимости времени дистанционных защит t3 = f (LPK ) : а) – наклонная; б) – ступенчатая; в) – комбинированная

Ступенчатые ДЗ действуют быстрее, чем ДЗ с наклонной и комбинированной характеристиками и, как правило, получаются проще в конструктивном исполнении. ДЗ со ступенчатой характеристикой выполнялись обычно с тремя ступенями времени, соответствующими трём зонам действия ДЗ (рис. 8.4, б). Современные микропроцессорные защиты имеют 4, 5 или 6 ступеней защиты. Реле с наклонной характеристикой разрабатывались специально для распределительных сетей (например, ДЗ-10).

Принципы выполнения селективной защиты сети с помощью устройств дистанционной защиты

На ЛЭП с двухсторонним питанием ДЗ устанавливаются с обеих сторон каждой ЛЭП и должны действовать при направлении мощности от шин в ЛЭП. Дистанционные РЗ, действующие при одном направлении мощности, необходимо согласовать между собой по времени и по зоне действия так, чтобы обеспечивалось селективное отключение КЗ. В рассматриваемой схеме (рис. 8.5) согласуются между собой Д31, ДЗЗ, Д35 и Д36, Д34, Д32.

С учётом того, что первые ступени ДЗ не имеют выдержки времени ( t1 =0 ),

по условию селективности они не должны действовать за пределами защищаемой ЛЭП. Исходя из этого протяжённость первой ступени, не имеющей выдержки времени ( t1 =0 ), берётся меньше протяжённости защищаемой ЛЭП и обычно составляет 0,8–0,9 длины ЛЭП. Остальная часть защищаемой ЛЭП и шины противоположной подстанции охватываются второй ступенью ДЗ этой ЛЭП. Протяжённость и выдержка времени второй ступени согласуются (обычно) с протяжённостью и выдержкой первой ступени ДЗ следующего участка. Например, у второй ступени Д31 зона действия отстраивается от конца первой ступени ДЗ3 (т.е. ZII (1) < (ZЛ (1) +ZI (2) ) ), а время действия выбирается на ступень ∆t больше tI (3) :

tII (1) = tI (3) +∆t.

(8.2)

Рис. 8.5. Согласование выдержек времени дистанционных РЗ со ступенчатой характеристикой:

∆Z – погрешность дистанционного реле; ∆t – ступень селективности

Последняя третья ступень ДЗ является резервной, её протяжённость выбирается из условия охвата следующего участка, на случай отказа его РЗ или выключателя. Выдержка времени принимается на ∆t больше времени действия второй или третьей зоны ДЗ следующего участка. При этом зона действия третьей ступени должна быть отстроена от конца второй или третьей зоны следующего участка.

Большинство микропроцессорной аппаратуры имеет дистанционную защиту, действующую при всех видах повреждения, в том числе и при замыканиях на землю. Реле сопротивления (РС) включается через ТН и ТТ на первичные напряжения в начале защищаемой ЛЭП. Вторичное напряжение на зажимах PC: Uр =Uрп kII , а вторичный ток: Iр = Iрп kI .

Сопротивление на входных зажимах реле определяется по выражению:

Zр = (kI kII )Zрп,

где Zрп – первичное значение сопротивления, подведённого к зажимам реле.

7

Первичное сопротивление Zсз = Zср (kU kI ) называется сопротивлением срабатывания ДЗ.

Кроме измерительных органов в состав дистанционной защиты входят органы выдержки времени, а также ряд блокировок предотвращающих неправильную работу защиты, в режимах, при которых защита может сработать при отсутствии повреждения на защищаемой ЛЭП. К таким режимам относятся качания в энергосистеме и повреждения в цепях ТН, питающих ДЗ.

Устройство блокировки при качаниях (УБК) блокирует неправильную работу при качаниях.

При качаниях, дистанционная защита измеряет расстояние от места установки до электрического центра качаний и если этот центр качаний находится на защищаемой линии, измерительный орган защиты срабатывает (см. рис. 8.6).

Рис. 8.6. Расположение электрического центра качаний на защищаемой линии

На диаграмме показаны напряжения вдоль линии при качаниях. В момент, показанный на рисунке ЭДС по концам связи, находятся в противофазе, а в электрическом центре, который находится примерно посередине линии, на которой в масштабе построены сопротивления системы 1, линии и системы 2, напряжение равно 0. Дистанционный орган (ДО) защиты воспринимает центр качаний, как место короткого замыкания и срабатывает. Пунктиром показан момент, когда ЭДС Е2 находится в фазе с Е1. В этот момент напряжения во всех точках линии примерно одинаковы и ДО возвращается. Таким образом, при качаниях дистанционная защита то срабатывает, то возвращается. Если времени, когда ДО сработал, достаточно для срабатывания защиты, защита может отключить линию. Срабатывает 1 ступень защиты и может сработать вторая, если

время её срабатывания менее 1–1,5 сек. Поэтому блокировка УБК, как правило, блокирует первую ступень, а в тех случаях, когда время действия второй ступени мало (менее 1 сек) – и вторую.

Требования к схемам включения

Измерительные ДО, выполняемые с помощью PC, должны включаться на такие напряжения и токи сети, при которых сопротивление на зажимах реле Zp, во-первых, будет пропорционально расстоянию Zpк до места повреждения и, вовторых, будет иметь одинаковые значения (по модулю и углу) при всех видах КЗ в одной точке. Для соблюдения этих требований к ДО необходимо подводить напряжение в месте установки ДЗ, равное падению напряжения в сопротивлении Zpк до точки К: Uр = IКЗ Zрк .

При этом для обеспечения одинакового Zp при всех видах КЗ ток Iр, подводимый к PC, должен равняться току КЗ ( IКЗ ), вызывающему падение напряжения в сопротивлении Zpк:

Z		=	Uр	= I		Zр	= Z		.
	р		Iр		КЗ IКЗ			рк

С учётом сказанного ДО включаются на напряжение и ток петли КЗ. Схемы включения ДО, реагирующих на междуфазные КЗ и ДО, реагирующих на однофазные КЗ, должны быть разными.

Характеристики срабатывания дистанционной защиты и их изображение на комплексной плоскости

Сопротивление является комплексной величиной, поэтому характеристики срабатывания PC Zср (zр, ϕр ) и сопротивления на их зажимах Zp удобно изображать на комплексной плоскости в осях R, jX (рис. 8.7). В этом случае по оси вещественных величин откладываются активные сопротивления R, а по оси мнимых величин – реактивные сопротивления X. Полное сопротивление на зажимах реле Zр =Uр Iр может быть выражено через активные и реактивные

составляющие в виде комплексного числа	Z	р	= R + jX	р	= Z	e− jϕр	и изображено в
			р		р
осях R, jX вектором с координатами Rр и jXр	(см. рис. 9.7, а).

Величина этого вектора характеризуется модулем Zр = Rр2 + jXр2 , а его

направление – углом ϕр , который определяется соотношением Хр и Rp, поскольку

tgϕр = X р Rр .

На рис. 9.7, б видно, что угол ϕр равен углу сдвига фаз между векторами тока I и напряжения U, следовательно, можно считать, что на комплексной плоскости вектор Ip совпадает с осью положительных сопротивлений R, а напряжение Up – с вектором Zp.

Рис. 9.7. Построение характеристик реле сопротивления на комплексной плоскости R, jX: а) изображение вектора Zp; б) треугольник сопротивлений; в) и г) участок сети и его изображение в осях R, jX; д) область сопротивлений Zp при КЗ через сопротивление электрической дуги Rд

6. Дистанционная защита. Назначение, принцип выполнения, достоинства, недостатки.

В сложных сетях МТНЗ не всегда удовлетворяет требованиям селективности и быстродействия. В связи с этим желательно иметь защиту величина которой не зависит от режима работы СЭС, а время действия определяется только расстоянием от места ее установки до места КЗ (дистанционная защита). Она реагирует на отношение напряжения к току в месте установки защиты (сопротивление на зажимах реле). Защита реагирует на сопр-е, которое пропорц. расстоянию до места повреждения. Имеет несколько ступеней, параметрами каждой ступени являются длинна защищаемой зоны и время срабатывания. По характеристикам выдержек времени ее 1, 2, 3, аналогичны ступеням токовой защиты. 1. Работает без выдержки времени (от начала до 0,85L). 2. Начинает работать с конца зоны действия 1 ступени, заканчивает на расстоянии <0,85L. 3. Работает до конца 2 ступени и является резервной. Пусковым органом может являться реле тока или реле сопротивления, что является более качественным. KZ1, KZ2 – дистанционные органы, предназначенные для формирования I и II ступени защиты.

На линиях с двухсторонним питание дистанционная защита выполняется направленной, а выдержки времени ступеней выбираются как у ТНЗ по встречно-ступенчатому принципу.

Орган направления мощности (реле KW) предотвращает срабатывание защиты при направлении мощности к шинам подстанции. Орган выдержек времени совместно с другими органами формирует трехступенчатую характеристику защиты.

7. Токовая ступенчатая защита, ее составляющие. Пример.

Сочетая максимальную защиту 1 с мгновенной отсечкой 3 и отсечкой с выдержкой времени 2, можно получить трехступен­чатую защиту, обеспечивающую быстрое отключение повреждений на защищаемой линии Л1 и резервирующую защиту 4 и 5 следующего участка. Протяженность зон меняется в зависимости от режима работы системы.

—

8. Особенности реле дифференциальной защиты трансформаторов: РНТ – 565, ДЗТ – 11, РСТ — 15.Для защиты трансформаторов используется продольная дифференциальная токовая защита

Основными элементами реле РНТ являются промежуточный трансформатор (НТТ) и исполнительный орган — реле РТ-40 или ЭТ-521

Промежуточный НТТ имеет два назначения:

1) обеспечивает отстройку реле от токов небаланса при переходных процессах;

2) служит одновременно для выравнивания магнитодвижущих сил (МДС), возникающих под действием различных по величине вторичных токов в плечах дифференциальной защиты.

Быстронасыщающийся трансформатор реле РНТ-565 является одновременно и промежуточным трансформатором для компенсации неравенства вторичных токов в плечах дифференциальной защиты и имеет для этой цели специальные уравнительные обмотки. Ток во вторичной обмотке БНТ, к которой подключено реле, определяется суммарным магнитным потоком в сердечнике, который создается как рабочей, так и уравнительными обмотками. Для того чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока нагрузки или КЗ ток во вторичной обмотке был равен нулю, необходимо правильно включить рабочую и уравнительные обмотки в дифференциальную схему и так подобрать числа витков обмоток, чтобы компенсировать неравенство вторичных токов ТТ и установить необходимый ток срабатывания.

Рис.. Принципиальная схема токовых цепей дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора с реле типа РНТ-565 (РНТ-562).

При выполнении дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора (рис) цепи от ТТ с обеих его сторон присоединяются к уравнительным обмоткам Y1 и Y2 так, чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока токи в уравнительных обмотках были направлены встречно. В принципе для компенсации неравенства вторичных токов ТТ можно было бы использовать только одну уравнительную обмотку БНТ. Однако при использовании обеих обмоток обеспечивается более точная компенсация неравенства вторичных токов.

ДЗТ — 11.

Для защиты трансформаторов используется продольная дифференциальная токовая защита

Для повышения чувствительности дифференциальной защиты в таких случаях используются реле КА W с тормозным действием типа ДЗТ. У таких реле на БНТ кроме обмоток, аналогичных тем, что имеются у реле типа РНТ, расположены дополнительно одна или несколько тормозных обмоток. Включение реле с одной тормозной обмоткой типа ДЗТ-11 показано на рис.

Принципиальная схема токовых цепей дифференциальной защиты с реле ДЗТ-11 для двухобмоточного трансформатора: а — схема включения реле: б — тормозная характеристика зависимости тока срабатывания Iс.р от тока в тормозной обмотке Iт.о

Тормозная обмотка Т, включенная в плечо дифференциальной защиты, по которой проходит ток сквозного КД, подмагничивает сердечник БНТ, что приводит к увеличению тока срабатывания реле. Зависимость тока срабатывания реле ДЗТ от тока, проходящего в тормозной обмотке, показана на рис. б. Эта зависимость, называемая тормозной характеристикой, показывает, что при увеличении тока сквозного КЗ ток срабатывания также возрастает, что обеспечивает отстройку от увеличивающихся токов небаланса.

Промышленностью выпускается реле с одной тормозной обмоткой типа ДЗТ-11, с тремя тормозными обмотками типа ДЗТ-13 и с четырьмя тормозными обмотками типа ДЗТ-14.

РСТ — 15.

Принципиальная схема реле РСТ-15

Реле предназначены для дифференциальной защиты одной фазы высоковольтных электродвигателей и понижающих трансформаторов в комплектных устройствах, от которых требуется повышенная устойчивость к механическим (сейсмическим) воздействиям.

Дистанционная защита

Глава одиннадцатая

11.1. Назначение и принцип действия

В сетях сложной конфигурации с несколькими источниками питания простые и направленные МТЗ (НТЗ) не могут обеспе­чить селективного отключения КЗ. Так, например, при КЗ на W2 (рис. 11.1) НТЗ 3 должна подействовать быстрее РЗ 1, а при КЗ на W1, наоборот, НТЗ 1 должна подействовать быстрее РЗ 3. Эти противоречивые требования не могут быть выполнены с помощью НТЗ. Кроме того, МТЗ и НТЗ часто не удовлетворяют требованиям быстродействия и чувствительности. Селектив­ное отключение КЗ в сложных кольцевых сетях может быть обеспечено с помощью дистанционной РЗ (ДЗ).

Выдержка времени ДЗ t₃ зависит от расстояния (дистанции) t₃ = f(l_р.к) (рис. 11.2) между местом установки РЗ (точка Р) и точкой КЗ (К), т. е. l_р.к, и нарастает с увеличением этого рас­стояния. Ближайшая к месту повреждения ДЗ имеет меньшую выдержку времени, чем более удаленные ДЗ.

Например, при КЗ в точке К1 (рис. 11.2) Д32, расположен­ная ближе к месту повреждения, работает с меньшей выдерж­кой времени, чем более удаленная Д31. Если же КЗ возникает в точке К2, то время действия Д32 увеличивается, и КЗ селек­тивно отключается ближайшей к месту повреждения ДЗЗ .

Основным элементом ДЗ является дистанционный измерительный орган (ДО), определяющий удаленность КЗ от места установки РЗ. В качестве ДО используются реле со­противления (PC), реагирующие на полное, реактивное или активное сопротивление поврежденного участка ЛЭП (Z, X, R) Сопротивление фазы ЛЭП от места установки реле Р до места КЗ (точки К) пропорционально длине этого участка l_р.к, таккак Z_p.к = Z_y l_р.к; X_р.к = Х_у l_р.к; R_р.к = R_у l_р.к , где Z_p.к, X_р.к, R_р.к — полное, реактивное и активное сопротивления участка ЛЭП длиной l_р.к; Z_y, X_y, R_у — удельные сопротивления на 1 км ЛЭП.

Таким образом, поведение дистанционного органа, реаги­рующего на сопротивление линии, зависит от расстояния до места повреждения.

В зависимости от вида сопротивления, на которое реагирует ДО (Z, X или R), ДЗ подразделяются на РЗ полного, реактив­ного и активного сопротивлений. Дистанционные РЗ реактив­ного и активного сопротивлений применяются редко, поэто­му в дальнейшем рассматриваются только ДЗ, построенные на измерении полного сопротивления. Реле сопротивления, применяемые в ДЗ для определения сопротивления Z_p.к до точки КЗ, контролируют напряжение и ток в месте установки ДЗ (рис. 11.3). К зажимам PC подводятся вторичные значения U_p и I_р от ТН и ТТ. Реле выполняется так, чтобы его поведение в общем случае зависело от отношения U_p к I_р. Это отношение является некоторым сопротивлением Z_p. При КЗ Z_p = Z_p.к, и при определенных значениях Z_p.к PC срабатывает; оно реаги­рует на уменьшение Z_p, поскольку при КЗ U_p уменьшается, а I_р возрастает. Наибольшее значение Z_p, при котором PC сра­батывает, называется сопротивлением срабатывания реле

Z_p= U_p / I_р Z_c.p. (11.1)

Для обеспечения селективности в сетях сложной конфигу­рации на ЛЭП с двусторонним питанием ДЗ необходимо вы­полнять направленными, действующими при направлении мощности КЗ от шин в ЛЭП. Направленность действия ДЗ обеспечивается при помощи дополнительных РНМ или приме­нением направленных PC, способных реагировать и на направ­ление мощности КЗ.

Лекция 6. ДИСТАНЦИОННЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

План

6.1Принцип действия дистанционной защиты линий

6.2Основные требования к дистанционной защите

6.1Назначение и принцип действия дистанционной защиты линий

Рисунок 6.1 – Кольцевая сеть с двумя источниками питания

В сетях сложной конфигурации с несколькими источниками питания простые и направленные МТЗ (НТЗ) не могут обеспечить селективного отключения КЗ. Так, например, при КЗ на W2 (рис. 6.1) НТЗ 3 должна подействовать быстрее РЗ 1, а при КЗ на W1, наоборот, НТЗ 1 должна подействовать быстрее РЗ 3. Эти противоречивые требования не могут быть выполнены с помощью НТЗ. Кроме того, МТЗ и НТЗ часто не удовлетворяют требованиям быстродействия и чувствительности. Селективное отключение КЗ в сложных кольцевых сетях может быть обеспечено с помощью дистанционной РЗ (ДЗ).

Выдержка времени ДЗ t3 зависит от расстояния (дистанции) t3 = f(lр.к) (рис. 6.2) между местом установки РЗ (точка Р) и точкой КЗ (К), т.е. lр.к, и нарастает с увеличением этого расстояния. Ближайшая к месту повреждения ДЗ имеет меньшую выдержку времени, чем более удаленные ДЗ.

Рисунок 6.2 – Зависимость выдержки времени дистанционной защиты от расстояния до места КЗ

Например, при КЗ в точке К1 ДЗ2, расположенная ближе к месту повреждения, работает с меньшей выдержкой времени, чем более удаленная ДЗ1. Если же КЗ возникает в точке К2, то время действия ДЗ2 увеличивается, и КЗ селективно отключается ближайшей к месту повреждения ДЗ3.

Основным элементом ДЗ является дистанционный измерительный орган (ДО), определяющий удаленность КЗ от места установки РЗ. В качестве ДО используются реле сопротивления (PC), реагирующие на полное, реактивное или активное сопротивление поврежденного участка ЛЭП (Z, X, R). Сопротивление фазы ЛЭП от места установки реле Р до места КЗ (точки К) пропорционально длине этого участка lр.к, так как

Zр.к = Zylр.к; Xр.к = Xylр.к; Rр.к = Rylр.к, где Zр.к, Xр.к, Rр.к – полное,

реактивное и активное сопротивления участка ЛЭП длиной lр.к; Zy, Xy, Ry – удельные сопротивления на 1 км ЛЭП.

Таким образом, поведение дистанционного органа, реагирующего на сопротивление линии, зависит от расстояния до места повреждения.

В зависимости от вида сопротивления, на которое реагирует ДО (Z, X или R), ДЗ подразделяются на РЗ полного, реактивного и активного сопротивлений. Дистанционные РЗ реактивного и активного сопротивлений применяются редко. Реле сопротивления, применяемые в ДЗ для определения сопротивления Zр.к до точки КЗ, контролируют напряжение и ток в месте установки ДЗ (рис. 6.3). К зажимам PC подводятся вторичные значения U, и Iр от ТН и ТТ. Реле выполняется так,

41

чтобы его поведение в общем случае зависело от отношения Up к Ip. Это отношение является некоторым сопротивлением Zp. При КЗ Zp = Zр.к, и при определенных значениях Zр.к PC срабатывает; оно реагирует на уменьшение Zp, поскольку при КЗ Up, уменьшается, а Ip возрастает. Наибольшее значение Zp, при котором РС срабатывает, называется сопротивлением срабатывания реле Zc.p:

Zp =Up / Ip ≤ Zc.p .

(6.1)

Рисунок 6.3 – Подключение цепей тока и напряжения реле сопротивления

Для обеспечения селективности в сетях сложной конфигурации на ЛЭП с двусторонним питанием ДЗ необходимо выполнять направленными, действующими при направлении мощности КЗ от шин в ЛЭП. Направленность действия ДЗ обеспечивается при помощи дополнительных РHМ или применением направленных PC, способных реагировать и на направление мощности КЗ.

6.2 Основные требования к дистанционному органу

1.Реле сопротивления I ступени должны быть

быстродействующими: tcp = 0,01 ÷ 0,02 с в сетях 500 кВ, tcp = 0,02 ÷ 0,04 с в сетях 110-220 кВ.

2.Реле сопротивления, выполняющие функции ИО I, II и III ступеней ДЗ, должны иметь высокую точность при срабатывании в конце зоны их действия: ΔZ = Zy – Zc.p.

3.Измерительные органы II ступени должны иметь kвоз =

ZB / Zc.p ≥ 1,05 ÷ 1,1,	что	позволит	повысить	их
чувствительность.

4.Реле сопротивления не должны работать в переходных режимах при наличии в токе и напряжении апериодических составляющих и составляющих с частотой, отличающейся от 50 Гц.

5.PC должны обладать высокой помехоустойчивостью, исключающей их ложное срабатывание от воздействия внешних и внутренних помех.

6.PC должны быть надежными и простыми в эксплуатации, иметь возможно меньшее потребление мощности в цепях тока.

Контрольные вопросы

1.Элементы дистанционной защиты и их взаимодействие.

2.Принцип действия и назначение блокировки от неисправности цепей напряжения дистанционной защиты.

3.Характеристики срабатывания дистанционного реле сопротивления.

4.Принцип действия и назначение блокировки от качаний дистанционной защиты.