1. Классификация защит по быстродействию.

Время отключения повреждения t складывается из времени срабатывания защиты t₃

и выключателя t_в: .

В системах сверхвысоких напряжений иногда требуется иметь c. При с. на долю релейной защиты в этих случаях остается с. Такие малые времена срабатывания защиты при современной технике достижимы. В других, менее тяжелых случаях по технико-экономическим соображениям допустимо использовать защиты с большими временами t_з.

Быстродействующими считаются защиты, время срабатывания которых не превышает 0.1 с. Для микроэлектронных реле время срабатывания до 0.03 с, также как и для микропроцессорных защит.

2. Защиты I, II, III ступеней.

Первая ступень защиты действует без выдержки времени и защищает 0.80.85 от длины защищаемой линии. Ее время срабатывания складывается из времени отключения выключателя и времени срабатывания реле.

Для воздушных и элегазовых выключателей время отключения составляет с, а для масляных – до 0.2 с.

Вторая ступень действует до следующих шин: минимум – до шин следующей защиты, максимум – до шин подстанции. Время срабатывания второй ступени для всех защит берут равным 0.5 с, что приблизительно равно времени срабатывания двух выключателей и двух защит. Таким образом, на рисунке 2 для всех защит времена срабатывания второй ступени , , одинаковы.

Отстройка третьей ступени ограничивается чувствительностью защиты и максимальной нагрузочной характеристикой. Время срабатывания третьей ступени выбирают по встречному ступенчатому признаку (по времени срабатывания источника).

2. Чувствительность (Определение. Коэффициент чувствительности для различных видов защит).

Чувствительность характеризует устойчивость срабатывания защиты при к.з. в защищаемой зоне. Удовлетворение требований чувствительности в современных электрических системах часто встречает ряд серьезных затруднений. Так, например, при подаче по линиям больших мощностей на значительные расстояния токи к.з. в защите при учете возможных минимальных режимов работы станций и повреждений через значительные переходные сопротивления могут быть соизмеримы или даже меньше максимальных рабочих токов. Это приводит к невозможности применения в таких случаях наиболее простых защит, реагирующих на ток в месте включения защиты, и заставляет переходить на значительно более сложные и дорогие типы защитных устройств. С учетом опыта эксплуатации и уровня техники к защитам предъявляются определенные минимально необходимые требования в отношении чувствительности.

Чувствительность защит обычно оценивается их коэффициентом чувствительности . Для защит, реагирующих на величины, возрастающие в условиях повреждения (например, на ток), определяется отношением минимального значения воздействующей величины (тока) при металлическом к.з. в защищаемой зоне к установленному на защите параметру срабатывания (соответственно току срабатывания):

.

Для защит, реагирующих на величины, уменьшающихся в условиях повреждения (например, на полное напряжение), определяется, наоборот, отношением установленного на защите параметра срабатывания (соответственно напряжения срабатывания) к максимальному значению воздействующей величины (остаточного напряжения):

.

Для основных защит коэффициент чувствительности составляет примерно ( для дистанционных и токовых защит; для дифференциальных защит). Для резервных защит коэффициент чувствительности обычно составляет .

В ПУЭ для каждого типа защит определен коэффициент чувствительности.

Максимальная токовая защита (МТЗ):

I ступень (ТО). Условия для выбора уставки срабатывания: трехфазное КЗ в конце линии. Коэффициент чувствительности определяется при междуфазном КЗ К⁽²⁾ в начале линии

II ступень. Уставка срабатывания: трехфазное КЗ в конце зоны резервирования. Коэффициент чувствительности определяется при междуфазном КЗ К⁽²⁾ в конце своей линии/ на шинах следующей подстанции.

III ступень. Уставка срабатывания: трехфазное КЗ в конце зоны резервирования (по условию отстройки от максимального нагрузочного режима). Коэффициент чувствительности определяется при междуфазном КЗ К⁽²⁾ в конце следующей линии.

2. Конструктивные особенности.

2. Алгоритмическая база.

Использование алгоритмической базы зависит от той информации, которое способно обработать устройство РЗ. Поэтому по алгоритмическому принципу различают (условно):

• классические алгоритмы;

• адаптивные алгоритмы;

• интеллектуальные алгоритмы.

1. Классический алгоритм.

Классические алгоритмы – это алгоритмы, которые для своей работы используют лишь параметры текущего режима (текущие токи и напряжения). По таким алгоритмам действуют сейчас все используемые защиты. Принцип действия реле тока, напряжения, сопротивления, мощности, частоты: F_ИЗМ > F_УСТ для максимальных защит; F_ИЗМ < F_УСТ для минимальных защит.

2. Адаптивные алгоритмы.

Адаптацией называется восполнение недостатка априорной (и частично текущей) информации текущей (и апостериорной) информацией. С точки зрения РЗ под адаптацией будем понимать изменение уставок и уставочных характеристик в зависимости от состояния нагрузочного режима. Адаптивные защиты условно подразделяют на защиты с адаптацией в узком смысле и с адаптацией в широком смысле.

Под адаптацией в узком смысле в РЗ будем понимать изменение характеристик (уставок) под влиянием текущего нагрузочного режима.

Под адаптацией в широком смысле будем понимать адаптацию алгоритма (в данном случае он первичен, в то время как в адаптивных защитах в узком смысле первична нагрузочная характеристика). Такой адаптационный алгоритм использует информацию о текущем и предшествующем режиме.

Все устройства РЗ по количеству подводимых величин делят на защиты с одной (токовые, напряжения, частоты) и с двумя (мощности, сопротивления) подведенными величинами.

Алгоритмы существующих адаптивных защит.

Р еле Бреслера реагирует на чередование компенсированных напряжений.

Минусы: реагирует только на междуфазные замыкания; трудно определить дистанцию.

Реле Суяра реагирует на чередование напряжений в конце линии.

Рассмотрим адаптивные защиты на примере дистанционной защиты, т.к.

- это защита с двумя подведенными величинами;

- требует определения вида КЗ и поврежденных фаз;

- реагирует на все виды повреждения, в т.ч. однофазные;

- наиболее сложная в реализации защита, однако ее уставки не зависят от оперативного вмешательства диспетчера;

Адаптивные защиты будем рассматривать на информационном признаке повреждения – его резистивной природе.

Эти признаки справедливы как для основной гармоники, так и для всех свободных компонент.

Тип задачи	Условное наименование	Характеристика
Обработка сигнала	Пуск	Реакция на изменение режима; определение момента возникновения нового режима.
	Фиксация	Запоминание величин предшествующего и текущего режима
	Анализ	Моделирование сигнала; фильтрация; экстраполяция доаварийного режима; формирование величин чисто аварийного режима; контроль гладкости (восстановление сигнала от ТТ при его насыщении); выявление и коррекция нелинейных искажений.
Идентифи-кация	Вид КЗ		Определение вида КЗ и поврежденных фаз
	Зона		Определение поврежденного участка системы
	Локация		ОМП
	Модель КЗ		Определение переходных сопротивлений
	Система		Определение параметров приемной системы (ненаблюдаемого конца линии)

Задача адаптивной защиты (ОМП) зависит от того известны или нет параметры приемной системы Z_1r, Z_0r. Если они известны, то необходимо определить xf и Er и параметры повреждения, которые выражаются через 3 неизвестных поперечных тока. Т.о. в этой задаче 7 неизвестных, из которых 6 комплексных и 1 вещественное xf (простая задача). Если неизвестны параметры ненаблюдаемого конца, то количество переменных увеличивается до 10 (сложная задача).

Система неопределенна, значит нужно использовать априорную информацию (например, о резистивной природе повреждения).

Привлекаем апостериорную информацию о виде КЗ.

Можно дополнительно привлечь информацию о спектральных компонентах переходного процесса:

Целевые функции типа параметра повреждения.

U, I – напряжение и ток поперечной ветви;

Рассмотрим линию на ХХ (рис.). ИМО для нее представлена на рис.:

1. Устройства РЗ с одной подведённой величиной (простые реле).

Рассмотрим реле тока, структурная схема которого представлена на рисунке 3.

На вход реле подается текущая величина тока:

,

где - ток предшествующего режима,

- аварийная составляющая тока.

В общем случае реле тока – просто сравнение с уставкой I_уст. Здесь адаптивной является уставка, которая должна зависеть от тока нагрузки I_уст=f(I_нагр).

Далее мы можем говорить о двух направлениях:

1. У ставка есть какая-то нагрузочная функция. Пусть график зависимости уставки от тока нагрузки имеет вид, представленный на рисунке 4.

Как видно из графика, чем больше I_нагр , тем больше I_уст . Такая защита может быть предназначена для линий 35 кВ.

2. Уставка определяется аварийным током:

I_уст = i_ав =f (i_пр).

2. Устройства РЗ с двумя подведёнными величинами (сложные реле).

Чтобы реализовать адаптивную работу необходимо выполнить ряд задач:

• определить место повреждения;

• определить зону повреждения (частная задача ОМП);

• решить задачу пуска защит;

• определить вид повреждения поврежденных фаз.

Вспомогательные задачи:

• определить параметры дальнего ненаблюдаемого конца;

• - определить величины переходного сопротивления.

Для решения задач адаптационной дистанционной защиты мы должны рассмотреть следующие условия:

1). Эта защита с двумя подведенными величинами;

2). Необходимо определение вида КЗ и поврежденных фаз;

3). Защита должна реагировать на все виды повреждения, в т.ч. однофазные;

4). Уставки защиты практически не должны зависеть от вмешательства оперативного персонала.

Пусковые органы (пуск защит)

Пусковые органы блокировки при качаниях, отстройка от броска тока намагничивания силового трансформатора – 2 измерительных органа.

БК не должен реагировать на ток до 10∙I_НОМ.

;

К ачание: Асинхронный ход:

Определение поврежденных фаз и вида повреждения (фазовый селектор).

Информационные параметры:

- симметричные составляющие,

- аварийные составляющие,

- свободные величины.

По типу информационной базы алгоритмы делятся на:

- алгоритмы, построенные на фазных (линейных) величинах и их симметричных составляющих;

- алгоритмы на основании аварийных составляющих и их производных с привлечением тока I₀;

- алгоритмы на основе свободных компонент (сети с изолированной нейтралью);

- алгоритмы на основе относительных величин;

- алгоритмы, построенные по принципу многомерных плоскостей.

На базе дистанционного принципа – избиратели ОАПВ с привлечением тока и напряжения – на тупиковых линиях (I_КЗ>>I_H).

Избиратель поврежденных фаз на базе аварийных составляющих

Анализируя устройство выбора поврежденных фаз и вида повреждений можно сделать следующие выводы:

1). Устройства, реализованные на принципе сравнения абсолютных величин (для цифровых защит – функция сравнения абсолютных величин) могут работать неселективно из-за влияния токов нагрузочного режима и имеют ограниченное применение.

2). Устройства, в основе которых положены фазовые соотношения между симметричными составляющими отстроены от нагрузочного режима, принципиальная возможность большей чувствительности к переходным сопротивлениям.

Основной минус рассматриваемых алгоритмов и устройств – они настроены на определение поврежденной фазы при К⁽¹⁾. При возникновении качаний (асинхронного хода) селективность резко снижается.

Более универсальные устройства на базе аварийных составляющих. Для отстройки от качаний (асинхронного хода) в микропроцессорных защитах перспективным могут оказаться комбинированные способы: сравнение аварийных составляющих/их производных по величине и тока нулевой последовательности. В любом случае предпочтительнее выявление земляных КЗ выполнять по току нулевой последовательности.

Алгоритм выбора поврежденной фазы и вида повреждения на базе аварийных составляющих

Возможны 2 случая:

1). С использованием абсолютных значений токов аварийных составляющих.

2). С добавлением угловых соотношений между безнулевыми составляющими (прямая и обратная последовательность) и током нулевой последовательности.

Алгоритм выбора поврежденной фазы и вида повреждения на базе симметричных составляющих: