Лекции по РЗА / 7. Дистанционная защита

Дистанционная защита.

B схемах электроснабжения, 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 зависимости от режима работы сети (минимальный или максимальный) изменяется ток короткого замыкания (меньше или больше), а следовательно и чувствительность защиты.

В сложных сетях МТЗ не всегда удовлетворяет требованиям селективности и быстродействия.

Рис.1.

Так в сети, показанной на рисунке, при КЗ в точке К1 приходят в действие направленные защиты А1 и А2 поврежденной линии W1 и защита АЗ неповрежденной линии W2. Защита А4 в действие не приходит, т.к. ток КЗ, проходящий по линии W2 направлен к шинам подстанции Б. В рассматриваемом случае для селективного отключения только поврежденной линии W1 необходимо, чтобы защита А2 имела выдержку времени меньше, чем защита A3, т.е. Т2 < ТЗ.

При КЗ в точке К2 линии W2

Рис.2.

приходят в действие защиты A3 и А4 поврежденной линии W2. Возникает противоположное требование, чтобы защита A3 имела выдержку времени меньше, чем защита А2,т.е. ТЗ < Т2.

Рис.3.

Селективность действия между защитами А1 и АЗ (А2 и А4) удается достигнуть применением органов направления мощности. Для защит же А2 и A3 (А1и А4) выполнить, приведенные в рубрике 4, несовместимые требования с помощью максимальной направленной защиты не представляется возможным. Для защиты сетей со сложной схемой и несколькими источниками питания используются: более сложная дистанционная защита не имеющая указанных недостатков. Дистанционной называется защита, выдержка времени которой автоматически изменяется в зависимости от удаленности места КЗ, от места установки защиты. Определение удаления до места КЗ производится дистанционной защитой путем измерения сопротивления, которое определяется сравнением значения остаточного напряжения на шинах, где установлена защита, и значения тока КЗ, проходящего по защищаемой линии.

C увеличением расстояния до места КЗ выдержка времени дистанционных защит увеличивается. При КЗ в некоторой точке по защищаемой линии проходит к месту КЗ ток Iк., напряжение на шинах будет равно падению напряжения в сопротивлении участка линии zк от шин до точки K3: Uш =Iк x zк.

Отношение вторичного напряжения на шинах к току, проходящему по защищаемой линии, равно сопротивлению участка линии до места КЗ:

Uш/Iк = (Iк x zk)/Iк = Zк

Сопротивление линии или ее участка можно выразить через удельное сопротивление на 1км Zуд. И расстояние до места КЗ zk == Zуд.* lk, следовательно, отношение остаточного напряжения на шинах к току КЗ, проходящему по защищаемой линии

Uш/Iк = Zуд. * lk

пропорционально расстоянию (дистанции) lk от места установки защиты до места КЗ.

Выдержка времени дистанционной защиты не зависит от режима работы сети, а определяется только удельным сопротивлением линии и расстоянием от точки КЗ до места установки защиты.

В состав дистанционных защит входит пусковой орган, представляющий собой реле сопротивления, орган направления мощности и орган выдержки времени.

Как и у токовых защит, характеристики дистанционных защит формируются по ступенчатому принципу. Срабатывание пускового органа дистанционной защиты определяется отношением

Uш/Iк Ј Zc.з.

где Zc.з. - сопротивление срабатывания защиты.

Сопротивление срабатывания и зону действия первых ступеней защит обычно выбирают равными

z¹с.з. = 0,85 х Zл; L¹ = 0,85 х Lл,

где Zл -сопротивление фазы защищаемой линии; Lл- длина защищаемой линии.

Время действия первых ступеней защит выбирается минимально возможным,

т.е. отстраивается только от времени действия разрядников, установленных на линии,

Т¹с.з. = 0,08 -0,1 с.

Охват первой ступенью защиты всей линии невозможен из-за неточности задания сопротивлений линий, неточности работы измерительных органов и других погрешностей.

Выбор сопротивления срабатывания позволяет не согласовывать по времени первые ступени защиты линий и принимать минимальные времена срабатывания. Однако это возможно благодаря тому, что обеспечена селективность действия защит указанным выбором сопротивления срабатывания.

Выбором сопротивления срабатывания первой ступени дистанционной защиты таким образом, что она защищает 85% длинны линии, мы обеспечиваем селективную ее работу при любых выдержках времени.

Если на линии имеется ответвление для питания трансформатора без выключателя на стороне высшего напряжения,

Рис.4.

то, например, для защиты Аl к условию

z¹ с.з. < 0,85 * Zл

добавится еще одно условие

Z с.з. < 0,85 *(Zотп.+ zt ),

где Zотп.- сопротивление участка линии от места установки защиты до точки отпайки, ZT-сопротивление трансформатора.

Из двух этих условий выбирается наименьшее.

Если имеется выключатель на стороне высшего напряжения ответвления, то дистанционные органы первых ступеней защит А1 и А2 не должны срабатывать при КЗ в месте подключения отпайки. Например, для защиты Al

Z¹с.з. < 0,85 * Zoтп.

Сопротивление срабатывания вторых ступеней защит определяется из условия их несрабатывания при КЗ в конце первой зоны защиты смежной линии, а так же при повреждениях за трансформаторами. Например, для защиты А1

Z²с.з. Ј 0,85 х (Zл +Zс.з.п.);

Z²с.з. Ј 0,85 х (Zл+Zт),

где Zс.з.п. - сопротивление срабатывания первой ступени защиты A3 предыдущей (смежной) линии, zт -сопротивление трансформатора приемной подстанции Т.

Рис.5.

Зоны действия вторых ступеней защит, как правило, охватывает всю защищаемую и часть смежной линии. Таким образом, вторая ступень дистанционной защиты линии выполняет функции основной защиты при КЗ в конце линии и на шинах противоположной подстанции. Чувствительность защиты считается приемлемой, если Zс.з. > l,25Zл. При КЗ в зоне первой ступени предыдущего участка вторая ступень выполняет функции резервной защиты. Выдержка времени второй ступени отстраивается от времени срабатывания первой ступени защиты предыдущего участка сети

Т²с.з.А1= T¹с.з.А3+D Т.

Большее сопротивление срабатывания соответствует большей длине зоны защиты, а следовательно, и большей чувствительности. В случае наличия дополнительных источников подпитки места КЗ, например генераторов (или синхронных двигателей), на подстанции Б (см.рисунок) при определении Z с.з.А1 необходимо учитывать неравенство токов в месте КЗ при КЗ на линии (Iк.з.) и в месте установки защиты А1 (Iк1).

Подпитка точки КЗ учитывается дополнительным условием

Z с.з.А1 < 0,85 (Zл + Кзап. Х Кт х Z c.з.A3),

где Кт=I к.з/Iк1-коэффициент токораспределения, Кзап- коэффициент запаса (меньше единицы)

Рис.6.

Увеличение сопротивления срабатывания второй ступени дистанционной защиты за счет дополнительного источника подпитки приводит к увеличению чувствительности второй ступени защиты. Сопротивление срабатывания третьей ступени защиты выбирают меньшим минимально возможных сопротивлений на зажима реле сопротивления при нагрузках в нормальном pежим работы сети.

Для зашиты с ненаправленными реле сопротивления

Z³ с. з.< Zраб.мин = Upaб.мин / Iраб.mах ,

где Iраб.mах -максимальный рабочий ток;

Uраб.мин- минимально возможное напряжение при максимальном рабочем токе.

Время срабатывания защиты выбирается по ступенчатому принципу, аналогично токовым защитам.

Третья ступень дистанционной защиты предназначена для дальнего резервирования защит предыдущего участка.

Карта селективности для трехступенчатых дистанционных защит радиальной сети с двухсторонним питанием приведена на рисунке

Рис.7.