Дистанционная защита

Основным недостатком токовых защит является зависимость зоны их действия от тока короткого замыкания, что не позволяет в ряде случаев иметь достаточную чувствительность токовой защиты, особенно быстродействующих ее ступеней. Кроме того, в сложнозамкнутых сетях (например, в кольцевой сети с двумя источниками питания) селективность токовых защит не может быть обеспечена.

Дистанционная защита реагирует на отношение подведенных к измерительному органу защиты напряжения и тока, т.е. на сопротивление. Режим короткого замыкания отличается от нормального режима работы сети пониженным значением напряжения и повышенным значением тока. Следовательно, сопротивление на входе измерительного органа защиты при коротком замыкании меньше, чем в нормальном режиме. Это обстоятельство и используется для выявления КЗ.

Таким образом, дистанционная защита представляет собой защиту минимального сопротивления. Если на вход измерительного органа минимального сопротивления подается разность напряжений замкнувшихся фаз и разность токов этих фаз, то сопротивление на входе измерительного органа оказывается равным сопротивлению линии от места установки защиты (начало линии) до места короткого замыкания

(13.13)

где Z_уд — удельное сопротивление линии; l_к — расстояние до места короткого замыкания.

Так как Z_уд — величина постоянная, защита реагирует на расстояние до места короткого замыкания, что и обусловило ее название.

Сопротивление на входе измерительного органа защиты представляет собой комплексную величину. Сопротивление на входе защиты (например, защиты 3 на рис. 13.4) в комплексной плоскости при коротком замыкании в точке К1 есть вектор БК1 (рис. 13.5), сопротивление линии БВ и суммарное сопротивление линий БВ и ВГ — векторы БВ и БГ, а сопротивление до точки К2 и линии АБ — векторы БК2 и БА.

Угол наклона φ_л этих векторов сопротивления определяется активным и реактивным сопротивлением защищаемых линий.

Сопротивление на входе защиты в рабочем режиме работы электрической сети отображается вектором сопротивления нагрузки, получающей питание по защищаемой линии (Z_нагр на рис. 13.5). Этот вектор отличается от вектора сопротивления короткого замыкания не только по величине, но и по фазе, так как коэффициент мощности нагрузки cosφ_нагр = 0,8—0,95.

С целью повышения чувствительности защиты, т.е. наилучшей отстройки защиты как от внешних коротких замыканий, так и от режима нагрузки, используются реле минимального сопротивления с различными характеристиками срабатывания (рис. 13.6).

Характеристики на рис. 13,6, а и б имеют соответственно ненаправленное и направленное реле полного сопротивления. Угол максимальной чувствительности у направленного реле, соответствующий максимальному значению сопротивления срабатывания реле Z_{с.р max}, равняется φ_л.

Характеристика на рис. 13.6, в позволяет обеспечить чувствительность защиты при коротком замыкании через переходное сопротивление, а характеристика на рис. 13.6, г — оптимальным образом отстроить защиту от сопротивления нагрузки.

Дистанционная защита выполняется, как правило, трехступенчатой. Первая ступень не имеет выдержки времени (рис. 13.7), а сопротивление срабатывания принимается несколько меньшим сопротивления защищаемой линии. Например, для защиты 1 линии АБ = k_отс Z_AБ.

Коэффициент отстройки k_отс = 0,8—0,9 учитывает погрешности трансформаторов тока и напряжения, к которым подключено реле сопротивления, и погрешность самого реле сопротивления. Аналогично определяются сопротивления срабатывания первых ступеней всех защит.

Сопротивления срабатывания вторых ступеней защит отстраиваются от суммарного сопротивления защищаемой линии и сопротивления срабатывания первой ступени защиты смежной линии, а также от короткого замыкания за трансформатором приемной подстанции, например:

(13.14)

где k_т = I_к/I_к1 — коэффициент токораспределения, равный отношению суммарного тока короткого замыкания за трансформатором приемной подстанции к току в защищаемой линии, проходящему в направлении действия защиты.

Время срабатывания второй ступени защиты принимается на ступень селективности больше времени срабатывания первой ступени защиты смежной линии, т.е. ( рис. 13.7).

Назначением третьей ступени защиты является резервирование отказов защит и выключателей смежных элементов электрической сети. Сопротивление срабатывания третьей ступени определяется по условию обеспечения чувствительности при КЗ в конце смежной линии и за трансформатором приемной подстанции, а также по условию возврата защиты в исходное состояние после отключения внешнего короткого замыкания, например:

(13.15)

где k_ч ≥ 1,2 — коэффициент чувствительности; ≈ 1,1—1,15 — коэффициент возврата, равный отношению сопротивления возврата к сопротивлению срабатывания реле сопротивления; k_отс = 1,1—1,2 — коэффициент отстройки.

При этом по первому условию вектор сопротивления имеет угол φ_л, а по второму условию φ_нагр (см. рис. 13.5).

Время срабатывания третьей ступени защиты отстраивается от времени срабатывания третьей ступени защиты смежной линии (см. рис. 13.7).

Дистанционная защита может сработать ложно при качаниях в энергосистеме, а также при неисправностях в цепях трансформатора напряжения, приводящих к снижению напряжения на входе измерительного органа защиты. Поэтому в комплект дистанционной защиты обычно входит устройство блокировки защиты при качаниях и неисправностях в цепях напряжения.

Дистанционная защита по сравнению с токовыми защитами обладает большей чувствительностью, имеет стабильную зону действия, однако она значительно более дорогая и технически сложная.