Назначение, принцип действия и основные органы защиты

Назначение и принцип действия. В 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 сложных сетях максимальная токовая направленная защита не всегда удовлетво­ряет требованиям селективности и быстродействия. В связи с этим желательно иметь защиту, характеристическая величина которой не зависит от режима работы системы электроснабжения, а время действия защиты определяется только расстоянием от места ее установки до места короткого замыкания. Такой защитой являет­ся дистанционная защита. Она реагирует на отношение напряже­ния к току в месте установки защиты. Это отношение называется сопротивлением Z p на зажимах реле защиты. При соответствую­щем включении реле это сопротивление пропорционально расстоя­нию от места установки защиты до места короткого замыкания и не зависит от режима работы системы электроснабжения. В изме­рительных органах защиты используют рассмотренные выше (см. § 2.6, 3.3) измерительные реле сопротивления.

Дистанционная защита, как и токовая, обычно выполняется трехступенчатой с относительной селективностью. Параметрами каждой ступени являются длина защищаемой зоны и время сраба­тывания. По характеристикам выдержек времени ее первая, вторая и третья ступени аналогичны соответствующим ступеням токовой за­щиты. Это иллюстрируется графиками (рис. 9.1, а). Защита А1 име­ет характеристику 1, защита А2 — характеристику 2, защита A3— характеристику 3. При повреждении в точке К ₁ приходят в действие защиты А1 и А2, но повреждение отключает ближайшая к нему защита А2, так как она имеет меньшую выдержку времени. Если по­вреждение возникает в точке К ₂ , то оно отключается ближайшей к нему защитой A3.

На линиях с двусторонним питанием дистанционная защита вы­полняется направленной, а выдержки времени соответствующих ступеней защиты выбираются, как и у токовой направленной за­щиты, по встречно-ступенчатому принципу (рис. 9.1, б). Селектив­ное действие могут обеспечивать также дистанционные защиты с непрерывно зависимыми (рис. 9.2, а) и комбинированными (рис. 9.2, б) характеристиками. Обычно применяют защиты со ступенчатыми характеристиками.

Основные органы защиты. Функциональная схема дистанцион­ной направленной трехступенчатой защиты показана на рис 9.3а Каждая ступень защиты содержит измерительный орган У первой и второй ступеней — это ненаправленные или направленные реле сопротивления — дистанционные органы KZ1I и KZ2II Измери­тельный орган третьей ступени — реле KAIII(KZIII) — является одновременно пусковым органом всей защиты. Он срабатывает при повреждении в любой зоне и осу­ществляет пуск защиты (например, замыкает цепь оперативного тока). Пусковым органом дистанционной защиты могут быть или максимальные реле тока (КАШ), или ми­нимальные реле сопротивления (KZIII). Они должны иметь высокую чувствительность, не действо­вать при максимальной нагрузке и по возможности не действовать при качаниях. Иногда пусковой орган должен обладать избирательностью действия, т. е. выбирать поврежден­ные фазы. 

Простота пускового органа тока обусловливает его применение в дистанционных защитах сетей напря­жением до 35 кВ. При включении на токи фаз пусковой орган реаги­рует на токи нагрузки и качаний так же, как и на токи повреждений. По­этому иногда пусковой орган включается на ток обратной последовательности. При этом чувстви­тельность защиты повышается. Действие такой защиты при трехфазных коротких замыканиях обеспечивается за счет кратковре­менной несимметрии в начальный момент возникновения короткого замыкания.

Использование пускового органа сопротивления позволяет по­высить чувствительность защиты, так как, реагируя на отношение U _p/ I _p = Z _p, он более четко отличает перегрузки (Z _p изменяется незначительно) от коротких замыканий (Z _p уменьшается заметнее). Пусковой орган полного сопротивления применяется в защитах ли­ний напряжением 35 кЦ и коротких мало загруженных линий на­пряжением 110 кВ. На.длинных загруженных линиях напряжением 110 кВ и выше сопротивление на зажимах реле в рабочем режи­ме Z _p.paб соизмеримо с сопротивлением линии Z _л поэтому пусковой орган полного сопротивления не обеспечивает достаточной чувстви­тельности защиты. Наличие существенной разницы в углах сопро­тивлений Z _p.paб и Z _л (j _р.раб<j_л) позволяет использовать в защитах указанных линий направленный пусковой орган сопротивле­ния, в котором применяются реле с углом максимальной чувстви­тельности j _{р.max ч} ≈ j _л (см. рис. 2.17, б, в).

Схемы включения пусковых реле сопротивления зависят от того, предъявляется к ним или не предъявляется требование из­бирательности: реле неизбирательных органов включаются на меж­дуфазные напряжения и соответствующие разности фазных токов, а избирательных — на междуфазные напряжения и фазные токи (для действия при многофазных коротких замыканиях) или на одно­именные фазные напряжения и токи (для действия при однофазных и двойных замыканиях на землю).

Орган направления мощности — реле KW — предотвращает сра­батывание защиты при направлении мощности к шинам подстан­ции и предусматривается в случаях, когда пусковой орган и ди­станционные органы не обладают направленностью действия. Ор­ган выдержек времени — реле КТ1—КТЗ — совместно с другими органами формирует трехступенчатую характеристику защиты.

Действие защиты. Действие защиты при повреждении в различных точках системы электроснабжения можно рассмотреть на примере защиты А1 (рис. 9.3, б). Орган направления мощности разрешает действовать защите только при направлении мощности от шин в линию, т.е. при коротких замыканиях в точках К ₁, K ₂, К ₃. Во всех случаях срабатывает пусковой орган. Если по­вреждение происходит в пределах первой зоны l ^I₁ (точка K ₁), то срабатывают также дистанционные органы KZ1.I и KZ2.II. При этом приходят в действие все реле времени. Однако раньше других срабатывает реле времени КТ1, как имеющее наименьшую уставку t ^I₁. Защита производит отключение выключате­ля с выдержкой времени первой ступени. Поведение защиты при коротком замыканни во второй зоне l ^II₁ (точка К ₂) отличается тем, что дистанционный ор­ган KZ1.I не срабатывает. Поэтому приходят в действие только реле КТ2 и КТ3. Раньше срабатывает реле времени КТ2, определяющее выдержку времени вто­рой ступени, и защита отключает выключатель с временем t ^II₁. При коротком замыкании в точке К ₃ оба дистанционных органа не срабатывают, а с выдержкой времени t ^III₁, создаваемой реле времени КТ3, действует третья ступень защиты.

При неисправностях в цепях напряжения TV и в режиме качаний в системе защита может сработать неправильно. Для исключения этого дистанционную защиту снабжают блокировками, выводящими ее из действия при возникновении указанных режимов.

Отдельное реле времени KT1 для первой ступени, как правило, не применяется, и время действия первой ступени, как и в трех­ступенчатой токовой защите, определяется только собственным временем срабатывания пускового и измерительного органов. Иногда функции нескольких органов выполняют сложные измери­тельные реле. Так, направленное реле сопротивления выполняет функции органа направления мощности и дистанционного, а иног­да и пускового. Схема дистанционной защиты при этом упроща­ется.