1. Принципы измерения сопротивления при межфазных КЗ и КЗ на землю, коэффициент компенсации током нулевой последовательности

2. Понятия о пусковой ступени, фазной селективности, способах пуска ДЗ

3. Характеристики срабатывания дистанционной защиты, блокировка от качаний

4. Определение направления ДЗ: самополяризация, кросс-поляризация и поляризация памятью

5. Влияние угла передачи на измеряемое защитой сопротивление при КЗ через переходное сопротивление.

6. Общие принципы выбора уставок дистанционной защиты

7. ТЗНП – описание, принцип действия, направленность

8. Общие принципы выбора уставок ТЗНП

9. Обеспечение дальнего резервирования с помощью ДЗ и ТЗНП: основные проблемы (вырез по нагрузке ДЗ, замер сопротивления при КЗ за трансформатором со схемой Yo/D-11).

1 Измерение сопротивления

Измерительные цепи реле сопротивления выполняются так, что для каждого вида КЗ определяется полное сопротивление поврежденного контура. Это соответствует сопротивлению прямой последовательности воздушной линии, если она симметрична и транспонирована. Благодаря этому для каждого вида КЗ измеряемое сопротивление пропорционально расстоянию до места замыкания.

Традиционная дистанционная защита

При межфазных КЗ сопротивление вычисляется в общем случае по формуле:

(1.1)

где числа 1 и 2 соответствуют поврежденным фазам, и – линейные значения тока и напряжения, и – фазные значения напряжений.

При металлическом КЗ , где – сопротивление прямой последовательности до точки КЗ. Тогда .

Защита измеряет три межфазных сопротивления для трех контуров (АВ, ВС, СА):

, ,

(1.2)

При однофазных КЗ на землю сопротивление петли КЗ («фаза-земля») определяется отношением напряжения поврежденной фазы к компенсированному фазному току.

(1.5)

Здесь – коэффициент компенсации током нулевой последовательности, и – удельные сопротивления прямой и нулевой последовательности, – ток поврежденной фазы, – ток нулевой последовательности.

Защита измеряет три сопротивления для фазных контуров (А-0, В-0, С-0)

, ,

(1.6)

Если в расчетную формулу подставляются напряжения и токи поврежденных фаз, и если сама формула соответствует виду КЗ (межфазному или однофазному), то измеренное сопротивление равно сопротивлению линии от места установки защиты до точки КЗ. Во всех остальных случаях измеряется несколько большее сопротивление (Z_изм > Z_кз).

2 Пусковая ступень и фазная селективность

В общем случае защита может быть сделана из отдельных независимых блоков, срабатывающих при межфазных и однофазных КЗ. Однако при этом независимо от вида повреждения защита будет срабатывать на отключение всех трех фаз выключателя. Это не всегда хорошо, так как ДЗ обычно ставится на линиях высокого и сверхвысокого напряжения, отключение которых может негативно сказаться на устойчивости системы и синхронной работе ее частей.

Как известно, порядка 70-80% всех КЗ на ВЛ являются однофазными, при этом большинство КЗ являются непостоянными, то есть они исчезают через некоторое время. В подобном случае целесообразно отключить только одну, поврежденную, фазу, а затем применить однофазное АПВ (ОАПВ).

Однако тогда защита должна вначале установить, является ли повреждение межфазным или однофазным, и в последнем случае определить, какая именно фаза повреждена, т.е. она должна обладать свойством фазной селективности. Блок, который выполняет вышеописанные действия и запускает защиту соответствующего контура повреждения, называется пусковым органом (ПО).

Однако такой орган присутствует в защите не всегда. В частности, если ДЗ применяется только от межфазных КЗ, или если отсутствуют требования к фазной селективности, то защита выполняется без ПО.

В нашей стране исторически сложилось так, что ДЗ применялась лишь для защиты от межфазных КЗ, а от однофазных линия защищалась с помощью ТЗНП – токовой защиты нулевой последовательности. Это упрощало как конструкцию ДЗ (не требовался ПО), так и расчет уставок. Эта тенденция сохраняется и в настоящее время, несмотря на широкое распространение микропроцессорных терминалов, дистанционная защита которых способна правильно работать при любых видах КЗ. Но даже если ДЗ и используется против однофазных КЗ, то очень часто делают только одну ступень (защищающую примерно 85% линии), так как последующие необходимо отстраивать от токовой защиты нулевой последовательности смежной линии, что усложняет выбор уставок.

Виды пуска

1. Пуск по току

Это самый простой и быстрый способ определения наличия замыкания. ПО в данном случае представляет собой МТЗ. Этот метод может быть использован в сетях с небольшими сопротивлениями линий и сильной подпиткой, то есть в там, где токи КЗ достигают больших значений. Для параллельных линий следует учесть, что если одна из линий отключена, то по другой линиии, по крайней мере, какое то время, может протекать двойной ток. В этом случае уставка ПО, реагирующего на ток фазы, должна быть удвоена.

2. Комбинированный пуск по току и напряжению

По следующим причинам токи КЗ могут оказаться слишком малы для обеспечения токового пуска

– Маломощный источник (т.е. его высокое сопротивление)

– Наличие параллельных линий

– Ограничение тока при замыкании на землю активным или реактивным сопротивлением в нейтральной точке трансформатора

В этом случае важным дополнительным критерием срабатывания является существующее напряжение. Напряжение, возникающее в месте установки защиты, зависит от соотношения между сопротивлением источника и сопротивлением контура замыкания. Для того, чтобы предотвратить ложное срабатывание ПО на отключенном фидере (нет напряжения), пуск по напряжению объединен с контролем тока на уровне (0,2-0,5)I_ном, т.е. срабатывание по напряжению разрешено только тогда, когда в цепи наличествуют минимальные токи нагрузочного режима.

При комбинированном пуске порог напряжения связан с током так, что чувствительность срабатывания по напряжению повышается при увеличении тока. На рисунке 7 приведена результирующая характеристика срабатывания.

Рисунок 7 – Характеристика комбинированного пуска

3. Комбинированный направленный пуск (U/I/φ) в зависимости от угла

На воздушных линиях углы токов КЗ значительно больше, чем углы токов нагрузки. Поэтому угол между током и напряжением может быть использован как дополнительный параметр срабатывания при комбинированном пуске. Угол используют для повышения чувствительности комбинированного пуска (I_φ>, U_(Iφ>)), если измеренный угол КЗ выше угла нагрузки и находится в допустимом диапазоне (рисунок 8).

Рисунок 8 – Пуск по U/I/φ (направленный)

4. Пуск по сопротивлению

Характеристики срабатывания пусковых органов традиционных реле уже оптимизированы применением сочетания различных окружностей и прямых линий (рис. 3.18) с целью достижения:

— большой зоны действия в направлении X для определения удалённых коротких замыканий;

— достаточной компенсации сопротивления дуги за счёт расширения характеристики в направлении R с сохранением отстройки от режима нагрузки (сопротивления).

Однако, расширение области действия ПО может привести к тому, что сопротивления так называемых «здоровых» фаз («кажущиеся сопротивления»), измеряемые в процессе КЗ, могут попасть в область срабатывания и привести к неверному определению повреждения. В этом случае защита отключит все три фазы при одно­фазном замыкании и заблокирует АПВ (рисунок 9).

Рисунок 9 – Традиционная защита: ограничение области срабатывания для обеспечения селективности

Поэтому в традиционных реле значе­ния уставок должны быть ограничены. В этом плане цифровые реле обладают определённым важным преимуществом, заключающимся в возможности получе­ния характеристики практически любой необходимой формы (рисунок 10).

Рисунок 10 – Оптимизированные характеристики срабатывания

Кроме того, нет необходимости огра­ничивать область срабатывания с целью исключения сопротивлений «здоровых» фаз, т.к. фазная селективность обеспечи­вается другими способами, в том числе,

• цифровым сравнением сопротивле­ний контуров КЗ;

• сравнением векторов симметрич­ных составляющих (токов);

• использованием аварийных состав­ляющих токов (компенсация влияния на­грузки);

• сопоставлением с типовыми моде­лями повреждений.

Обычно наименьшее сопротивление петли определяет вид КЗ. Например, од­нофазное КЗ на землю фиксируется в том случае, когда сопротивление одной петли фаза-земля будет меньше, чем сопротив­ления двух других (например, в 1,5 раза).

Чем ближе значения сопротивлений петель друг к другу, тем более сложные алгоритмы выбора поврежденных фаз ис­пользуются (рисунок 11).

Рисунок 11 – Структурная схема алгоритма выбора поврежденной фазы в современных цифровых дистанционных реле

Сравнение углов симметричных составляющих тока — это классический ме­тод, который был использован в традици­онных реле. В случае однофазного замы­кания на землю фазы токов обратной и нулевой последовательностей повреж­денной фазы практически равны (< 30°), тогда как для неповрежденной фазы сдвиг между ними составляет 120°.

При двухфазных КЗ на землю расхож­дение фаз токов обратной и нулевой по­следовательности наблюдается в обеих поврежденных фазах. Поэтому здесь должен быть использован дополнительный критерий, например, учитывающий сни­жение линейного напряжения или сопро­тивления.

При использовании для определения поврежденной фазы метода аварийных составляющих (компенсации тока нагруз­ки) токи режима, предшествующего КЗ, запоминаются и затем вычитаются из полного тока КЗ. Тем самым выделяется аварийная составляющая тока в месте ус­тановки защиты, позволяющая полностью определить вид КЗ по типичным моделям.

При однофазном замыкании токи не­поврежденных фаз значительно ниже и сдвинуты на 180° по сравнению с током поврежденной фазы. При двухфазном за­мыкании на землю токи в поврежденных фазах больше и практически противопо­ложны друг другу (от 120° до 180°, в зави­симости от условий заземления).

Таким образом, могут быть определены поврежденные фазы на сильно нагружен­ных и длинных линиях, где значения со­противлений петель в нагрузочном режи­ме и в режиме короткого замыкания близ­ки между собой.

В действительности процедура выбора поврежденной фазы является более сложной и включает в себя также адапти­рованные критерии выбора для замыка­ний в течение времени бестоковой паузы ОАПВ.