11 2. Характеристики выдержки времени дистанционных защит

Зависимость времени действия ДЗ от расстояния или со­противления до места КЗ t₃ = f(l_р.к) или t₃ = f(Z_р.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

На 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 Д31, ДЗЗ, Д35 и Д36, Д34, Д32.

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 Д31 зона дейст­вия отстраивается от конца первой ступени ДЗЗ (т.е. Z_II(1) < Z_I(3)) а время действия выбирается на ступень t больше t_{I (3)}: t_II(1) = t_{I (3)} + t.

Последняя третья ступень ДЗ является резервной, ее протяженность выбирается из условия охвата следующего участка случай отказа его РЗ или выключателя. Выдержка вре­мени принимается на t 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_р.п и ток I_р.п в начале защищаемой ЛЭП. Вторичное напряжение на за­жимах PC U_р = U_р.п/К_U, а вторичный ток I_р = I_р.п / К_I.

Сопротивление на входных зажимах реле определяется по выражению

Z_р = Z_р.п , (11.2)

где Z_р.п = - первичное значение сопротивления, подведенного к зажимам реле.

Первичное сопротивление Z_с.з = Z_с.р 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 ДЗ 2.

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, С А) 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 УВК и блокировки УВН, действующей при неисправностях в цепях ТН.

Блокировка при качаниях УБК. Во время кача­ний напряжение U_р в месте установки ДЗ периодически сни­жается, а ток I_р в защищаемой ЛЭП возрастает, при этом соот­ветственно уменьшается Z_р = U_р/I_р. Реагирующие на U_р, I_р и Z_р 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_р, 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 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_р = U_р.н/I_р.н = Z_р.н (здесь U_р.н, I_р.н, Z_р.н - напряжение, ток, сопротивление на зажимах PC в режиме максимальной нагрузки, когда Z_р.н имеет наи­меньшее значение). Сопротивления срабатывания PC всех ступеней выбираются меньше- Z_{р.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_р < 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 КТЗ. Реле КТ2 срабатывает с t_II раньше КТЗ 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 KZ1 и KZII не действуют, срабатывает KZIII с выдержкой времени t_III на реле КТЗ, и затем выходной элемент ИО подает команду на отключение.

В сетях с изолированными нейтралями применяются ДЗ 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.