Схемы включения дистанционных органов

 

Анализ различных видов короткого замыкания (см. § 9.2) по­казывает, что для выполнения дистанционной защиты необходимо иметь шесть реле сопротивления на одну ступень. Для уменьшения количества реле сопротивления применяются двухсистемные и од­носистемные схемы, включения дистанционных органов, в которых осуществляется переключение цепей тока и напряжения в зависи­мости от вида замыкания (пусковыми органами) или применяются многофазные реле сопротивления. С той же целью для нескольких ступеней защиты используют один комплект реле дистанцион­ного органа, имеющей переключение уставок (при замыкании за пределами первой зоны уставка автоматически меняется с первой зоны на вторую). Уставку меняют автоматически, переключая от­ветвления от обмоток автотрансформатора, подводящего напря­жение к реле.

На рис. 9.4 показана упрощенная схема включения односистем­ного дистанционного органа защиты типа ДЗ-1 для линий 35 кВ [49]. В зависимости от того, в каких фазах происходит поврежде­ние, к схеме сравнения дистанционного органа контактами проме­жуточных реле KL1—KL3 подводятся необходимые электрические величины. Работой промежуточных реле КL1, KL2 управляют ре­ле пускового органа КА1—КА3, включенные на токи фаз, а рабо­той промежуточного реле KL3 — реле KAZ, действующее при по­явлении тока нулевой последовательности (при двойных замыка­ниях на землю). Работу схемы в случае коротких замыканий меж­ду тремя и двумя фазами поясняет табл. 9.1.

 

Таблица 9.1

Поврежденные фазы	Срабатывают реле		Ток и напряжение, подводимые к реле сопротивления
	тока	промежуточные	İ р	Ů р
A – B – C	KA1, KA2, KA3	KL1, KL2	İ a — İ c	Ů ac
A – B	KA1, KA2	KL1	İ a — İ b	Ů ab
B – C	KA2, KA3	KL2	İ b— İ c	Ů bc
C – A	KA1, KA3	KL1, KL2	İ a — İ c	Ů ac

 

При любом из указанных в таблице повреждений к реле со­противления подводятся именно те электрические величины, отношение которых пропорционально сопротивлению петли короткого замыкания. В случаях двойных замыканий на землю (не указан­ных в табл. 9.1) срабатывает реле KAZ. При этом к дистанцион­ному органу подводятся соответствующее фазное напряжение и ток İ _р= İ _ф+ k İ ₀. В дистанционном органе защиты типа ДЗ-10-У2 переключение величин, подводимых к схеме сравнения, в отличие от рассмотренной схемы производится бесконтактно с помощью миниселектора и максиселектора (см. § 3.3).

§ 9.4. Выбор параметров срабатывания дистанционной защиты

Параметрами дистанционной защиты являются сопротивление срабатывания и выдержка времени. У защит со ступенчатой харак­теристикой каждая ступень имеет соответствующие параметры. При выборе сопротивления срабатывания необходимо учитывать влияние следующих факторов: переходного сопротивления дуги R _д в месте повреждения; токов подпитки от промежуточных подстан­ций; разветвления токов при сопряжении одиночной линии с дву­мя параллельными; погрешностей трансформаторов тока и напря­жения и др. Некоторые из этих факторов (например, наличие R _д ) могут увеличивать Z _p, а другие (разветвление токов) — уменьшать его. Возможные погрешности в ра­боте реле сопротивления учитыва­ются соответствующим выбором ко­эффициентов запаса в расчетных формулах.

 Выбор параметров срабатывания защиты со ступенчатой характери­стикой. На примере сети, показан­ной на рис. 9.5, рассматривается выбор параметров трехступенчатой дистанционной защиты, установлен­ной на подстанции А.

Первая ступень. Сопротивление срабатывания первой ступени Z ^I_{сз А} выбирается таким, чтобы дистанционный орган не срабаты­вал при коротких замыканиях:

на шинах противоположной подстанции Б (точка K ₁), для это­го необходимо принять

 

Z ^I_{сз А} = k _зап Z _л;                                                           (9.1)       

                      

в месте подключения трансформатора Т1 (точка K ₂ ), если он присоединяется через выключатель и при повреждении отключает­ся собственной быстродействующей защитой, что выполняется при

 

Z ^I_{сз А} = k _зап Z _уч;                                                          (9.2)         

                

за трансформатором Т1, если он присоединяется без выключателя (точка K ₃), чему соответствует (без учета некоторого разли­чия углов комплексных величин Z _л и Z _т)

 

Z ^I_{сз А} = k _зап (Z _уч + Z _т).                                                  (9.3)         

 

В выражениях (9.1)—(9.3): Z _л — сопротивление защищаемой линии АБ; Z _уч — сопротивление участка линии от места установки защиты до точки присоединения трансформатора Т1; Z _т — сопро­тивление трансформатора T1; k _зап = 0,8÷0,85.

Для линий с ответвлениями без выключателей на стороне выс­шего напряжения принимается меньшее из значений Z ^I_{сз А} полу­ченных по (9.1) и (9.3), а для линий, имеющих ответвления с вы­ключателями, определяющим обычно является выражение (9.2).

Первая ступень, как правило, выполняется без выдержки вре­мени, т. е. t ¹_к = 0.

Вторая ступень. Дистанционный орган второй ступени не дол­жен срабатывать при коротких замыканиях в конце первой зоны защиты смежной линии (точка K ₄) и при коротких замыканиях за трансформатором Т2 приемной подстанции (точка K ₅). В соответ­ствии с этим сопротивление срабатывания Z ^II_сзА второй ступени принимается равным меньшему из найденных по выражениям

 

Z ^II_{сз А} = k _зап (Z _л + k' _зап k _p.л Z ^I_{сз Б} );                                 (9.4)         

Z ^II_{сз А} = k _зап [ Z _л +(1 – Δn _{*т max} )² k _p.т Z _т],                     (9.5)         

 

где Z ^I_{сз Б} - сопротивление срабатывания первой ступени защиты смежной линии БВ; Z _т — сопротивление наиболее мощного транс­форматора Т2 подстанции Б; Δn _{*т max} — максимальное относитель­ное отклонение коэффициента трансформации, обусловленное его регулированием (см. § 13.10); k' _зап — коэффициент запаса, учиты­вающий погрешность сопротивления срабатывания Z ^I_{сз Б} ; k' _зап<1,0; k _p.л, k _p.т – коэффициенты токораспределения, учитывающие неравенство токов в месте повреждения (I _к2 или I _к.т) и в месте установки защиты (I _к1), k _p.л= I _к2/ I _к1, k _p.т= I _к.т/ I _к1.

Выдержка времени второй ступени t ^II _A выбирается на ступень селективности Dt больше времени срабатывания t ^I _Б первой ступени дистанционной защиты линии БВ и t _т быстродействующих защит трансформаторов подстанции Б. Вторая ступень защиты должна удовлетворять требованиям чувствительности. Считается достаточ­ным k ^II_ч= Z ^II_{сз А} / Z _л   > 1,25. При недостаточной чувствительности Z ^II_{сз А} увеличивается. Для предотвращения возможного излишнего срабатывания при коротком замыкании в пределах зоны второй ступени дистанционной защиты линии БВ увеличивается и выдерж­ка времени до t ^II _A = t ^II _Б + Dt.

Третья ступень. Измерительным органом третьей ступени явля­ется пусковой орган защиты. Ток срабатывания реле тока пуско­вого органа определяется, как и для реле максимальной токовой направленной защиты. При выполнении пускового органа с исполь­зованием направленных реле сопротивления осуществляется от­стройка от минимально возможного сопротивления в рабочем режиме с учетом самозапуска электродвигателей:

 

Z ^III_{с.з А} = U _{раб min} / Ö3 I _{раб min} k _зап k _в k _сз cos(j _раб - j _{р max ч} ),      (9.6)

 

где k _в > 1 — коэффициент возврата минимального реле сопротив­ления; k _сз — коэффициент самозапуска, учитывающий снижение Z _p за счет увеличения тока и уменьшения напряжения при само­запуске электродвигателей; (j _раб — угол сдвига фаз между Ů _{раб min} и İ _{раб max}; j _{р max ч} — угол максимальной чувствительности, принимаемый равным углу сопротивления линии φ _л.

Найденное по (9.6) значение Z ^III_{с.з А} представляет собой диаметр окружности, являющейся характеристикой срабатывания защиты (см. рис. 2.17, б). Для защиты с пусковыми реле полного сопротив­ления уставку сопротивления срабатывания выбирают по (9.6), принимая (j _раб - j _{р max ч}) = 0. При этом Z ^III_{с.з А} является радиусом окружности с центром в начале координат (см. рис. 2.17, а).

Выдержку времени третьей ступени t ^III_с.зА определяют, как и для токовых направленных защит, по встречно-ступенчатому принци­пу. Третья ступень должна обладать достаточной чувствительно­стью. При коротком замыкании в конце защищаемой линии необ­ходимо иметь k ^III_ч > 1,5; при повреждении в конце смежных эле­ментов желательно, чтобы k ^III_ч > 1,2.

Выбор параметров срабатывания защиты с линейно зависимой характеристикой. Для линий напряжением 6—20 кВ выпускается односистемная ненаправленная дистанционная защита полного со­противления типа ДЗ-10-У2. Защита применяется прежде всего в сельских сетях на многократно секционированных радиальных линиях с сетевым резервированием. Пусковым органом защиты являет­ся трехфазное реле полного сопро­тивления. Дистанционный орган то­же выполнен в трехфазном исполне­нии. Он срабатывает с выдержкой времени, линейно зависимой от уда­ленности места повреждения, т. е. от сопротивления на зажимах за­щиты (рис. 9.6). Это обусловливает некоторые дополнительные требова­ния к выбору параметров защиты. Схема и принцип действия дистан­ционного органа защиты рассмот­рены выше (см. § 3.3).

Рис. 9.6. Согласование дистанци­онных защит с комбинирован­ными характеристиками

 

В защите ДЗ-10-У2 нет явно выраженных ступеней. Она, по существу, является одноступенчатой защитой. Поэтому выбор ее параметров сводится к определению сопротивления срабатывания Z _c.з и расчетной уставки времени срабатывания t _{с.з.расч}.

Выбор сопротивления срабатывания. Сопротивление срабатыва­ния защиты Z cзA определяется следующим образом: для обеспе­чения коэффициента чувствительности k _ч = 1,5 при коротком за­мыкании в конце линии принимается Z _c.зA = l,5 Z _л; для отстройки от нагрузочного режима Z _c.зA определяется по (9.6) при (j _раб - j _{р max ч}) = 0; для отстройки от коротких замыканий за транс­форматорами ответвлений используется условие (9.3); для согласо­вания с дистанционной защитой смежного участка выполняется условие Z _c.зA = k _зап(Z _л + Z _c.зБ) при k _зап = 0,85.

Сопротивление уставки реле Z _y определяется как расчетное вторичное сопротивление срабатывания: Z _c.p= (K_I /K_U) Z _c.з .

Выбор уставки времени срабатывания. Время срабатывания за­щиты t _с.з связано с сопротивлением Z _з на ее зажимах соотношени­ем t _с.з = α Z _з , где α — коэффициент наклона характеристики (рис. 9.6). Расчетная уставка защиты определяется как t_с.з = 0,9α Z _з [50]. Поэтому при выбранном Z _c.з расчет t_c.з сводится к определению коэффициента α. При согласовании между собой дистанционных защит коэффициент α > (t ₀ + Δt)/ Z _л.

Таким образом, t _с.з = 0,9(Z_cз /Z _л ) (t₀ + Δt). Если принять Zcз/Zл = 1,5, то t_cз = 1,35 (t₀ + Δt).

При определении коэффициента а в случае необходимости про­изводится согласование характеристик защиты с защитными ха­рактеристиками предохранителей наиболее мощных трансформа­торов ответвительных подстанций. Кроме того, на смежных участ­ках, расположенных как до, так и после рассматриваемой линии, могут быть токовые защиты с характеристиками, отличными от характеристики дистанционной защиты. Способ согласования ха­рактеристики дистанционной защиты с характеристиками предо­хранителей и максимальных токовых защит рассмотрен в [50].

 

 

Г л а в а 10