Лекция 11. Дистанционные защиты

Назначение и принцип действия. В электрических сетях в зависимости от режима работы и вида короткого замыкания изме­няются токи повреждения, поэтому чувствительность токовых и токовых направленных защит, зоны действия отсечек не остаются постоянными. В минимальном режиме работы системы электро­снабжения они могут оказаться недостаточными. В сложных сетях максимальная токовая направленная защита не всегда удовлетво­ряет требованиям селективности и быстродействия. В связи с этим желательно иметь защиту, характеристическая величина которой не зависит от режима работы системы электроснабжения, а время действия защиты определяется только расстоянием от места ее ус­тановки до места к.з. Такой защитой является дистанционная защита. Она реагирует на отношение напряжения к току в месте установки защиты. Это отношение называется со­противлением на зажимах реле защиты. При соответствующем включении реле это сопротивление пропорционально расстоянию от места установки защиты до места к.з. и не за­висит от режима работы системы электроснабжения. В измерительных органах защиты используют измерительные реле сопротивления. Дистанционная защита, как и токовая, обычно выполняется трехступенчатой с относительной селективностью. Параметрами каждой ступени являются длина защищаемой зоны и время сраба­тывания. По характеристикам выдержек времени ее первая, вторая и третья ступени аналогичны соответствующим ступеням токовой защиты. Это иллюстрируется графиками (рисунок 11.1,а). Защита A1 имеет характеристику 1, защита А2 — характеристику 2, защита A3 — характеристику 3. При повреждении в точке К₁ приходятв действие защиты А1 и А2, но повреждение отключает ближайшая к нему защита А2, так как она имеет меньшую выдержку времени. Если повреждение возникает в точке К₂, то оно отключается ближайшей к нему защитой A3.

На линиях с двусторонним питанием дистанционная защита вы­полняется направленной, а выдержки времени соответствующих ступеней защиты выбираются, как и у токовой направленной защи­ты, по встречно-ступенчатому принципу (рисунок 11.1,б). Селективное действие могут обеспечивать также дистанционные защиты с непрерывно зависимыми (рисунок 11.2,а) и комбинированными (рисунок 11.2,б) характеристиками.

Рисунок 11.1- Ступенчатые характеристики выдержек времени дистанционной защиты

Рисунок 11.2- Характеристики выдержки времени дистанционной защиты: а-непрерывно зависимые; б-комбинированные

Основные органы защиты. Функциональная схема дистанцион­ной направленной трехступенчатой защиты показана на рисунке 11.3,а.Каждая ступень защиты содержит измерительный орган. У первой и второй ступеней — это ненаправленные или направленные реле сопротивления— дистанционные органы KZII и KZ2II. Измери­тельный орган третьей ступени — реле КАIII {KZIII) — является одновременно пусковым органом всей защиты. Он срабатывает при повреждении в любой зоне и осуществляет пуск защиты (на­пример, замыкает цепь оперативного тока).

Простота пускового орга­на тока обусловливает его при­менение в дистанционных защи­тах сетей напряжением до 35 кВ.

Использование пускового органа сопротивления позволяет повысить чувствительность защиты, так как, реагируя на отношение U_P/I_P=Z_P, он более четко отличает перегрузки (Z_р изменяется незначительно) от коротких замыканий (Z_p уменьшает­ся заметнее). Пусковой орган полного сопротивле­ния применяется в защитах линий напряжением 35 кВ и коротких малозагруженных линий напряжением 110 кВ. Орган направления мощности — реле KW — предот­вращает срабатывание защиты при направлении мощности к ши­нам подстанции и предусматривается в тех случаях, когда пуско­вой орган и дистанционные органы не обладают направленностью действия.

Рисунок 11.3 - Дистанционная направленная трехступенчатая защита

Действие защиты. Действие защиты при повреждении в различных точках системы электроснабжения рассмотрим на примере защиты А1 (рисунок 11.3,б). Орган направления мощности позволяет действовать защите только при на­правлении мощности от шин в линию, т. е. при коротких замыканиях в точках К1, K2, K3. Во всех случаях срабатывает пусковой орган. 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 (рисунок 11.4) согласуются между собой ДЗ1, ДЗ3, ДЗ5 и ДЗ6, ДЗ4, ДЗ2.

Рисунок 11.4 - Согласование выдержек времени дистанционных РЗ со ступенчатой характеристикой: Δz – погрешность дистанционного реле; Δt – ступень селективности

Структура защиты линии с использованием дистанционной защиты. В отечественных энергосистемах ДЗ применяется для действия при междуфазных КЗ, а для действия при однофазных КЗ используется более простая ступенчатая токовая направленная защита нулевой последовательности. Сопротивление на входных зажимах реле определяется по выражению:

Zp = ( K_I/K_U ) Zpn,

где: Zpn– первичное значение сопротивления, подведенного к зажимам реле. Первичное сопротивление Zсз = Z cр (K_U / K_I ) 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. 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. рисунок 11.5).

Рисунок 11.5 - 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 Zсист.1, линии и системы Zсист.2, напряжение равно 0. Устройства блокировки при неисправности цепей напряжения (УБН). При неисправностях в цепях напряжения ТН напряжение Up, подводимое к PC, исчезает или резко понижается. В результате этого, реле сопротивления, включенные на это напряжение, фиксируют снижение сопротивления и приходят в действие, что приводит к неправильному срабатыванию ДЗ. При неисправном состоянии цепей напряжения дистанционная защита должна немедленно выводиться из работы. При этом блокировка должна опередить срабатывание реле сопротивления. Ниже приведены два принципа блокировки при неисправности цепей напряжения, применяющихся на электромеханических и аналоговых дистанционных защитах. Блокирующие устройства, реагирующие на появление U₀ при повреждениях в цепях напряжения, приведены на рисунке 11.6.

Рисунок 11.6 - Схемы сигнализации обрыва в цепях ТН: а – с трансформаторным фильтром U₀; б – с фильтром на активных сопротивлениях; в – с фильтром на конденсаторах С.

В нормальных условиях напряжение на реле отсутствует. При обрыве одной или двух фаз цепи напряжения возникает U₀, под влиянием которого в реле KV появляется ток, и оно срабатывает, давая сигнал. Подобные устройства применяются в дистанционных РЗ, имеющих токовые пусковые органы, и которые не выводятся из работы автоматически. Улучшенная схема подобной блокировки типа КРБ-11 для дистанционных РЗ в сетях с заземленной нейтралью приведена на рисунке 11.7.

Рисунок 11.7 - Схема включения блокировки при перегорании предохранителей

Литература1осн [232-274], 2 осн [104-138]. Контрольные вопросы: 1. Назначение и принцип действия дистанционной защиты. 2. Основные органы дистанционной защиты. 3. Объясните работу всех ступеней дистанционной защиты.