4.6 Третья ступень дистанционной защиты

Сопротивление срабатывания. Аналогично токовым защитам третья ступень дистанционной защиты отстраивается от наиболее тяжелого рабочего режима (сопротивление при этом наименьшее):

. (4.8)

Однако более тяжелым является условие возврата реле сопротивления при отключении К1 (рис. 4.6) и возникшем самозапуске нагрузки:

. (4.9)

По аналогии с МТЗ (3.13), из формулы (4.9) нетрудно получить:

, (4.10)

где ― коэффициент отстройки, обычно  ; ― коэффициент возврата реле сопротивления, >1; ― минимальное напряжение, которое присутствует при самозапуске нагрузки после отключения КЗ в точке К1. Выражение (4.10) относится к третьей ступени дистанционной защиты с круговой характеристикой срабатывания (рис. 4.2,а) с центром в начале координат. Сопротивление срабатывания защиты с учетом направленности дистанционной защиты, т.е. со специальными характеристиками записывается:

― для круговой 2 ХС (рис. 4.2,б), проходящей [13] через начало координат:

, (4.11)

где k_ОТС,Э ― эквивалентный коэффициент, равный ; ―минимальное сопротивление максимального рабочего режима, ;  ― разница  =_Р ‑_МЧ , между углами _Р ― рабочего режима при самозапуске нагрузки и _МЧ ― максимальной чувствительности уставки защиты;

― для круговой 3 ХС (рис. 4.2,б), смещенной в III (I) квадрант на величину Z_СМ (‑Z_СМ) [14]:

; (4.12)

― для эллиптической 1 ХС (рис .4.2,в), проходящей через начало координат:

, (4.13)

где  ― эллипсность (эксцентриситет), отношение малого радиуса эллипса к большому;

― для эллиптической ХС 2 (рис. 4.2,в), смещенной в третий квадрант на величину Z_СМ:

; (4.14)

― для треугольной ХС (рис. 4.2. д):

; (4.15)

― для трапецеидальной ХС (рис. 4.2,г):

. (4.16)

Время срабатывания третьей ступени дистанционной защиты (аналогично МТЗ) должно быть больше времени срабатывания третьей ступени дистанционной защиты предыдущей линии:

, (4.17)

где ― время срабатывания третьей ступени дистанционной защиты (рис. 4.6) подстанции А, ― время срабатывания третьей ступени дистанционной защиты подстанции Б; t ― ступень селективности, обычно t = 0,5 с.

Чувствительность третьей ступени дистанционной защиты проверяется для основной зоны действия по выражению

(4.18)

и для резервной зоны:

или . (4.19)

4.7 Особенности работы дистанционной защиты

Мертвая зона дистанционной защиты

При КЗ близких к защите (рис. 4.7) напряжение на шинах очень мало и принимается равным нулю. Электромагнитные, индукционные и полупроводниковые (с магнитоэлектрическим исполнительным органом) реле сопротивления в этом случае не срабатывают из-за того, что результирующий момент от напряжения меньше противодействующего момента пружины.

Рисунок 4.7. Участок сети с близким к защите КЗ

Такое обстоятельство для защиты называется «мертвой зоной». Применяют два способа для устранения мертвой зоны:

― вводится дополнительная обмотка напряжения, к которой подключается резонансный контур, называемый контуром «памяти». К этому контуру подводится U_ВХ пропорциональное U_РАБ;

― дополнительный контур «памяти» питается от токовых цепей с током I_Р.

В микропроцессорных защитах мертвая зона устраняется программно.

Качания и асинхронный режим работы.

П

Рисунок 4.8. Траектории сопротивлений на зажимах генераторов

ри качаниях и асинхронном режиме сопротивление, подводимое к реле, изменяется по величине и по фазе. Возможный годограф движения входного сопротивления при асинхронном ходе возбужденного генератора показан на рис. 4.8, окружность 1 [12]. Это входное сопротивление периодически попадает в область (заштрихованную характеристику, рис. 4.2) срабатывания защиты. Причем время, в течение которого сопротивление попадает в зону срабатывания защиты при качаниях, достаточно, чтобы успели отработать I и II ступени защиты и отключился выключатель. Дуга 2 (рис. 4.8) соответствует траектории сопротивления при глубоких синхронных качаниях в электроэнергетической системе. Возможны также ложные срабатывания защит при наложении качания на КЗ.

Для исключения неправильного срабатывания дистанционной защиты при качаниях и асинхронном режиме, в случае нарушения устойчивости параллельной работы генераторов, предусматривается специальная блокировка при качаниях. Применяют два способа:

― производится пуск защиты на время, достаточное для срабатывания ее ступеней при КЗ в защищаемой зоне, в случае даже кратковременного появления аварийной составляющей (например, токи и напряжения обратной, нулевой последовательностей);

― производится пуск защиты на срабатывание, если приращение сопротивления имеет большое значение, которое при КЗ во много раз превышает приращение сопротивления при качаниях.

Нарушение цепей напряжения защиты

Дистанционные защиты могут неправильно срабатывать при перегорании предохранителей (срабатывании автоматических выключателей) в цепях трансформатора напряжения, поэтому предусматривается специальная блокировка при исчезновении питания. Блокировки имеют разные принципы работы:

― дистанционные защиты дополняются пусковыми токовыми органами максимального действия (могут использоваться токи обратной и нулевой последовательностей), которые запрещают срабатывать при отсутствии аварийного тока;

― сравниваются напряжение нулевой последовательности (рис. 4.9) полученного из «звезды» вторичной обмотки трансформатора напряжения и напряжение нулевой последовательности в «разомкнутом треугольнике» [1].

Рисунок 4.9. Блокировка при исчезновении сигнала в цепях напряжения: а)устройство блокировки дистанционной защиты при исчезновении напряжения в цепях трансформатора напряжения; б) векторная диаграмма

Обмотки w1 и w3 трансформатора TL1 – первичные, подключаемые через добавочные резисторы к трансформатору напряжения. Обмотка w2 является компенсационной. Измерительное реле подключается через выпрямительный мост ко вторичной обмотке. Сопротивления находятся в соотношении R_A = 2 R_B = 2 R_C, поэтому в симметричном режиме токи равны 2|I_A |= |I_B |= |I_C |. В нормальном режиме работы I_A = ― I_N, поэтому в обмотке w3 напряжение отсутствует. При появлении в сети напряжения нулевой последовательности в трансформаторе оно вычитается компенсационной обмоткой w2.

В случае исчезновения напряжения в одной или в двух фазах защиты возникает напряжение нулевой последовательности, изменяются величина и фаза тока в обмотке трансформатора TL1, которая включена в нулевой провод. В обмотке w3 появляется напряжение, реле KV1 срабатывает и блокирует дистанционную защиту.

Вопросы для самопроверки

1. Принцип действия дистанционной защиты ЛЭП.

2. Структурная схема реле сопротивления. Какие характеристики срабатывания используются в дистанционной защиты?

3. Первая ступень дистанционной защиты ЛЭП. Расчет тока и времени срабатывания, проверка чувствительности.

4. Вторая ступень дистанционной защиты ЛЭП. Расчет тока и времени срабатывания, проверка чувствительности.

5. Третья ступень дистанционной защиты ЛЭП. Расчет тока и времени срабатывания, проверка чувствительности.

6. Что такое мертвая зона дистанционной защиты?

7. Каковы особенности работы дистанционной защиты при качаниях и асинхронном режиме системы?

8. Каковы особенности работы дистанционной защиты при нарушении цепей напряжения дистанционной защиты?