11.2. Характеристики выдержки времени дистанционных защит

З ависимость времени действия ДЗ от расстояния или сопротивления до места КЗ t₃ = f(l_p.к) или t₃= f(Z_p.к) называется характеристикой выдержки времени ДЗ. По характеру этой зависимости ДЗ делятся на три группы: с плавнонарастающими (наклонными) характеристиками времени действия, ступенчатыми и комбинированными характеристиками (рис.11.4). Ступенчатые ДЗ действуют быстрее, чем ДЗ с наклонной и комбинированной характеристиками и, как правило, получаются проще в конструктивном исполнении. Наиболее распространенные ДЗ со ступенчатой характеристикой выполняются обычно с тремя ступенями времени: t_I, t_II, t_III, соответствующими трем зонам действия ДЗ (рис.11.4).

11.3. Принципы выполнения селективной защиты сети с помощью ступенчатой дистанционной защиты

Н а ЛЭП с двусторонним 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.11.5) согласуются между собой ДЗ1, ДЗ3, ДЗ5 и ДЗ6, ДЗ4, ДЗ2.

С учетом того, что первые ступени ДЗ не имеют выдержки времени (t_I = 0), по условию селективности они не должны действовать за пределами защищаемой ЛЭП. Исходя из этого протяженность первой ступени, не имеющей выдержки времени (t_I = 0), берется меньше протяженности 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. Протяженность и выдержка времени второй ступени согласуются (обычно) с протяженностью и выдержкой первой ступени ДЗ следующего участка. Например, у второй ступени ДЗ1 зона действия отстраивается от конца первой ступени ДЗ3 (т.е. Z_II(1) < Z_I(3)), а время действия выбирается на ступень Δt больше t_I(3):

Последняя третья ступень ДЗ является резервной, ее протяженность выбирается из условия охвата следующего участка, на случай отказа его РЗ или выключателя. Выдержка времени принимается на Δt 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.

11.4. Структурная схема дистанционной защиты со ступенчатой характеристикой

В отечественных энергосистемах ДЗ применяется для действия при междуфазных КЗ, а для действия при однофазных КЗ используется более простая ступенчатая МТЗ НП, рассмотренная в гл. 8. На рис.11.6 приведена упрощенная структурная схема трехступенчатой ДЗ от междуфазных КЗ с направленными измерительными ДО. Защита имеет четыре функциональные части, обведенные пунктиром на рис.11.6, а: измерительную 1, логическую 2, исполнительную 3, вспомогательную 4.

Измерительная часть 1 состоит из измерительных ДО, определяющих удаленность места КЗ или, точнее говоря, всю зону степени, в пределах которой возникло повреждение. Дистанционный ИО выполняется с помощью направленных минимальных PC, действующих при определенном направлении мощности КЗ (от шин в линию). Реле сопротивления включается через ТН и ТТ на первичные напряжения U_p.п и ток I_р.п в начале защищаемой ЛЭП. Вторичное напряжение на зажимах PC U_р = U_p.п/К_U, а вторичный ток I_р = I_р.п/К_I.

Сопротивление на входных зажимах реле определяется по выражению

(11.2)

где – первичное значение сопротивления, подведенного к зажимам реле.

П ервичное сопротивление называется сопротивлением срабатывания ДЗ. В трехступенчатой ДЗ, изображенной на рис.11.6, для каждой ступени установлен свой отдельный комплект ДО KZI, KZII, KZIII, действующий при КЗ в пределах I, II, III зон (ступеней) соответственно. В §11.5 показано, что для правильного определения зоны повреждения при различных видах двухфазных КЗ е каждой ступени ДЗ необходимо устанавливать три PC – одно для действия при КЗ между фазами АВ, второе – при КЗ между фазами ВС и третье – при КЗ между фазами СА.

Схема с тремя измерительными PC в каждой ступени получила название трехсистемной. На рис.11.6 для упрощения показан один комплект KZBC и указано место подсоединения двух других KZAB и KZCA. Срабатывая, измерительные реле KZ действуют на логическую часть ДЗ2.

Логическая часть 2 имеет два органа времени КТ2 (второй ступени t_II) и КТЗ (третьей ступени t_III). Первая ступень ДЗ замедления не имеет (t_I= 0).

Логические органы (ЛО), ИЛИ, И, НЕ, получив сигналы от KZ и элементов блокирующей части 4, формируют выходные сигналы, воздействующие на органы времени и ИО.

Исполнительный орган 3 (ИО). Получив сигнал от КТ2, КТЗ или непосредственно от KZI, АВ (ВС, СА) ИО передает команду на отключение выключателя. Исполнительный орган выполняется с помощью электромеханического промежуточного реле или в виде статического устройства на тиристорах.

Вспомогательное блокирующее устройство 4 служит для блокирования действия ДЗ путем автоматического вывода ее из работы в режимах, когда ДЗ может неправильно сработать при отсутствии повреждения на защищаемой ЛЭП. К таким режимам относятся качания в энергосистеме и повреждения в цепях ТН, питающих ДЗ. Устройство 4 состоит из блокировки при качаниях УБК и блокировки УБН, действующей при неисправностях в цепях ТН.

Блокировка при качаниях УБК. Во время качаний напряжение U_p в месте установки ДЗ периодически снижается, а ток I_p в защищаемой ЛЭП возрастает, при этом соответственно уменьшается Z_p = U_p/I_р. Реагирующие на U_p, I_р и Z_p измерительные органы PC могут прийти в действие, что вызовет неправильное срабатывание первой ступени ДЗ, работающей мгновенно. Вторая и третья ступени имеют выдержку времени, и они, как правило, не успевают сработать за время периода качаний. Поэтому блокировка УБК, как показано на рис.11.6, блокирует первую ступень, а в тех случаях, когда время действия второй ступени мало (t_II < 1 с), – и вторую. Принцип действия блокировки при качаниях рассмотрен в гл. 13.

Блокировка УБН. При неисправностях в цепях напряжения ТН напряжение U_p, подводимое к PC, исчезает или резко понижается. В результате этого реле сопротивления, включенные на это напряжение, приходят в действие, что приводит к неправильному срабатыванию ДЗ. При исправном состоянии цепей напряжения с выхода УБН, схемы которой рассмотрены в §6.4, на входы всех логических элементов И поступает логический сигнал 1, разрешающий появление сигнала на элементах И и, как следствие этого, возможность действия ДЗ, если срабатывают ИО (PC). При неисправностях в цепях ТН выходной сигнал УБН изменяется с логической 1 до логического 0, чем блокируется действие элемента И, т.е. исключается возможность появления сигнала на его выходе.

Работа ДЗ. В нормальном режиме Z_p = U_p.н/I_р.н = Z_p.н (здесь U_p.н, I_р.н, Z_p.н – напряжение, ток, сопротивление на зажимах PC в режиме максимальной нагрузки, когда Z_p.н имеет наименьшее значение). Сопротивления срабатывания PC всех ступеней выбираются меньше Z_p.н min. Поэтому PC всех ступеней, а следовательно, и ДЗ в целом не действуют.

В режиме короткого замыкания. Если КЗ возникло в пределах первой ступени, в точке К1 (рис. 11.6, б), то Z_p < Z_I, KZI приходит в действие, срабатывает и блокировка УБК, на входе И1 появляются три сигнала: УБК, KZ1 и УБН. На выходе И1 появляется сигнал о срабатывании KZ1, который поступает на ИО; ДЗ действует на отключение ЛЭП без выдержки времени (с t = 0).

При КЗ в I зоне кроме KZI работают ИО KZII и KZIII, но II и III ступени имеют выдержки времени, и поэтому раньше срабатывает I ступень. Если КЗ происходит во II зоне (точка К2), но за пределами I зоны, то KZI не действует, работают KZII и KZIII, которые через соответствующие логические элементы ИЛИ, И, НЕ посылают сигналы на КТ2 и КТ3. Реле КТ2 срабатывает с t_II раньше КТ3 и подает сигнал на ИО, последний замыкает цепь отключения выключателя ЛЭП. При КЗ в точке КЗ за пределами II зоны, но в пределах III зоны KZI и KZII не действуют, срабатывает KZIII с выдержкой времени t_III на реле КТ3, и затем выходной элемент ИО подает команду на отключение.

В сетях с изолированными нейтралями применяются ДЗ с ненаправленными PC. В схему ДЗ при этом дополнительно вводятся РНМ, не позволяющие ДЗ срабатывать при направлении мощности КЗ к шинам подстанции. Применяется также односистемная ДЗ с одним ДО и токовыми ПО. Особенностью этой схемы является использование в качестве ДО защиты от всех видов междуфазных КЗ только одного PC. При этом для правильного действия ДЗ при различных видах КЗ к реле в момент возникновения повреждения подводятся токи и напряжения соответствующих поврежденных фаз в сочетаниях, обеспечивающих одинаковый замер сопротивления (прямой последовательности Z₁) до места КЗ.