Лекция 2. Принципы выполнения релейной защиты

Общие вопросы выполнения релейной защиты. Способы выполнения защиты от КЗ весьма разнообразны. Однако все защиты выполняются обычно автономными устройствами с использованием, как правило, токов и напряжений промышленной частоты защищаемых элементов сети. По способам обеспечения селективности при внешних КЗ они могут быть отнесены к двум основным группам. В одну из них входят защиты, обладающие относительной селективностью, в другую — абсолютной селективностью. Защиты с абсолютной селективностью работают только при КЗ на защищаемом участке и поэтому обычно выполняются без выдержки времени. Это является их большим достоинством. Защиты с относительной селективностью могут работать при КЗ как на защищаемом участке, так в качестве резервных, и на смежных. Для обеспечения их селективности при КЗ вне защищаемого участка они должны в таких случаях работать со временем, большим времени срабатывания защит смежных элементов.
В некоторых случаях для обеспечения более быстрого отключения КЗ оказывается целесообразным снижать требования к селективности защит с относительной селективностью, допуская их срабатывание при КЗ на части смежных участков даже при исправности защит и выключателей последних. Такие защиты называются неселективными. Они применяются обычно в сочетании с устройствами автоматического повторного включения (АПВ), исправляющими их недостаточно совершенную работу. Так, например, неселективные защиты иногда используются на радиальных линиях в распределительных сетях с односторонним питанием, часто имеющих большое число последовательно расположенных участков. Защиты с абсолютной селективностью не могут быть неселективными. По выполняемым функциям защиты делятся на основные и резервные. Наличие в сети резервных защит считается обязательным. Для выполнения функций дальнего резервирования защиты должны обладать относительной селективностью. Внекоторых случаях используются дополнительные защиты, выполняющие некоторые вспомогательные функции, например ускорение отключения КЗна отдельном участке, защиту «мертвых зон». Для повышения эффективности резервирования в сетях высоких, сверхвысоких и ультравысоких напряжений предусматриваются специальные устройства резервирования при отказе выключателей—УРОВ. Защиты с относительной селективностью.К этой группе относятся рассматриваемые ниже токовые, токовые направленные и дистанционные защиты. Их селективность при внешних КЗ обеспечивается выбором выдержек времени защиты и параметров срабатывания измерительных органов и контролем (если оказывается необходимым) направления мощности КЗ. Ниже возможность такого выбора определяется на примере защиты линий законами изменений токов, напряжений и знаков мощностей, характеризующими КЗ в различных точках защищаемой сети (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1- Зависимости электрических величин от места металлического КЗ (точка К)

Ток КЗI_к, проходящий через устройства защиты, включенные по концам защищаемых участков тем меньше, чем больше удалено место повреждения (точка К) от места включения защиты (точка З) (рисунок 2.1,а), так как его значение уменьшается с увеличением сопротивления петли КЗ. Это и дает возможность создавать токовые защиты с выдержками времени тем большими, чем меньше значения I_к. Чем более резко снижается I_квдоль защищаемого направления, тем более эффективным оказывается осуществление таких защит. Длина защищаемой зоны токовой защиты зависит от режима работы сети. Остаточное напряжение петли КЗ в месте включения защиты U_к,наоборот, тем больше, чем более удалена эта точка (рисунок 2.1,6). Поэтому рассматриваемые ниже дистанционные защиты, функционирование которых обычно определяется сопротивлением петли КЗ Z_к, пропорциональным отношению U_к / I_к, будут иметь тем большие Z_к, чем более удалена точка КЗ от места включения защиты (рисунок 2.1,в). При этомоказывается несущественной крутизна снижения I_к. Полная мощность КЗ всегда направлена к месту повреждения, поэтому ее знак дает возможность выявлять место КЗ по отношению к месту включения защиты. Выдержки времени рассматриваемых защит в функции расстояния от места их включения до точки КЗ могут иметь ступенчатый (рисунок 2.2, а), плавный или зависимый (рисунок 2.2, 6) и ступенчато-плавный или комбинированный (рисунок 2.2, в) вид.

Рисунок 2.2 - Виды характеристик выдержек времени t=f(1)защит с относительной селективностью

В отдельных случаях число ступеней защиты может быть как меньше, так и больше трех. Например, целесообразность выполнения защиты с четырьмя ступенями может возникнуть при недостаточной чувствительности II ступени п-й защиты (рисунок 2.3) к КЗ в конце защищаемого элемента. Тогда для предотвращения возможных отключений таких КЗ часто с большой выдержкой времени t^III_n при трехступенчатом выполнении защиты между II и последней ступенями включают дополнительную с временем t^III_n>t^II_n-1,
а III ступень превращают в IУ с выдержкой времени t^IV_n (рисунок 2.3, а). Та же задача может быть решена и без увеличения числа ступеней; для этого увеличивают зону действия II ступени п-й защиты и выбирают t^II_n > t^II_n-1 (рисунок 2.3,6). Однако при этом КЗ в конце участка будут ликвидироваться менее эффективно — с большей выдержкой времени. Сокращение числа ступеней защиты линий иногда осуществляется путем исключения одной из них или совокупности двух. При этом для основных защит одновременное исключение II и III ступеней недопустимо, так как оставлять защиту только с 1 ступенью нельзя — она не защищает конец участка. Такая защита иногда применяется только как дополнительная, обеспечивающая быстрое отключение КЗ в начале участка, имеющего другую основную защиту.

Рисунок 2.3 - Варианты характеристик выдержек времени ступенчатых защит

Защиты с абсолютной селективностью.Кэтой группе относятся защиты, основанные на непосредственном или косвенном сравнении электрических величин по концам защищаемой линии или на двух или нескольких присоединенных к общим шинам линиях электроустановки. В первом случае защиты называются продольными, во втором — поперечными.
На рисунке 2.4, а показана линия с двусторонним питанием, оборудованная защитой с абсолютной селективностью. Условные положительные направления токов I_Iи I_IIс двух ее сторон, показанные на схеме стрелками, приняты от шин А и Б в сторону линии. При КЗ на защищаемой линии (точка К₁) токи КЗ I_Iи I_IIсдвинуты по фазе на относительно небольшой угол б (рисунок 2.4. 6). В случаях внешних КЗ этот угол для участков не очень большой величины, если пренебречь их емкостной проводимостью, равен 180⁰(рисунок 2.4, в). Мощности КЗ при повреждении на линии и тех же условных направлениях, что и токи, имеют одинаковые знаки, а в случаях внешних КЗ— разные.

Рисунок 2.4-Принцип действия продольных защит с абсолютной селективностью

Сучетом указанного различия в фазных соотношениях токов или знаках мощности КЗпредставляется возможным обеспечивать селективность при внешних КЗ рассматриваемой группы защит без использования выдержек времени. Неселективные защиты.Рассматриваемые защиты являются разновидностью защит с относительной селективностью и часто отличаются от последних только выбором параметров срабатывания отдельных ступеней. На рисунке 2.5 в виде примера приведена трехступенчатая характеристика защиты З участка АБ линии с односторонним питанием, ее первая зона l^I₃охватывает весь участок АБ и шины подстанции Б.

При таком выполнении защиты КЗ в любой точке защищаемого участка будут отключаться без выдержки времени. При К3 в начале участка БВ одновременно с первой ступенью защиты 2 будет срабатывать первая ступень защиты З. Ее нежелательное, но намеренно допущенное срабатывание будет исправляться АВП.

Рисунок 2.5- Характеристики выдержек времени при неполностью селективной первой ступени защиты З

В отечественной практике находят применение неселективные токовые защиты преимущественно в распределительных сетях с U_ном ≤ 35 кВ. Они выполняются, например, так, чтобы без выдержки времени отключались все К3, обусловливающие на шинах головных подстанций остаточные напряжения, меньшие примерно 0,6U_ном.

Литература1 осн [35-44]. Контрольные вопросы:

1.Объясните принцип построения защиты с относительной селективностью в сети с односторонним питанием.

2.Объясните принцип построения защиты с относительной селективностью в сети с двусторонним питанием.

3.Объясните принцип построения защиты с абсолютной селективностью.

4.Понятия: дифференциальные токовые, токовые направленные защиты.

5.Принципы построения ступенчатых защит.