Направления совершенствования токовых защит линий распределительных сетей

Токовые защиты линий распределительных сетей 6–35 кВ используются для их защиты от междуфазных коротких замыканий. Главный недостаток состоит в относительно больших выдержках времени последних ступеней, особенно на головных участках сети, вследствие ступенчатых характеристик срабатывания, а также значительного количества ступеней. Полноценная защита линий 6–35 кВ от междуфазных коротких замыканий может быть обеспечена двухступенчатой токовой защитой, у которой, линейно зависящей от расстояния от места установки защиты до точки повреждения. В разделе представлены формулы расчета характеристик выдержек времени второй ступени и их примерный графический вид. Предложен вариант решения проблемы с расчетом выдержек времени второй ступени защиты в тех случаях, когда от шин подстанции, расположенной в конце защищаемой линии, отходят несколько присоединений. Совершенствование токовых защит линий 6–35 кВ с односторонним питанием от междуфазных коротких замыканий может быть основано на использовании в совокупности таких принципов, как: учет места и вида коротких замыканий, что обеспечивает расширение зоны мгновенного отключения быстродействующей ступени и ее независимость от вида повреждения и режима работы сети, а также позволяет увеличить чувствительность последней ступени к несимметричным коротким замыканиям; определение места коротких замыканий по результатам измерения только токов повреждения, что упрощает выполнение защиты; выполнение последней ступени защиты с линейно зависимой выдержкой времени, что обеспечивает возможность повышения ее быстродействия.

Токовые защиты линий распределительных сетей 6–35 кВ используются для их защиты от междуфазных коротких замыканий (КЗ). Главный недостаток состоит в относительно больших выдержках времени последних ступеней, особенно на головных участках сети, вследствие ступенчатых характеристик срабатывания, а также значительного количества ступеней [1–4]. Одним из направлений совершенствования токовых защит является использование информации о месте повреждения, которая может быть получена путем анализа величины относительного значения расстояния от места установки защиты до точки поврежденияl_k*. Для определения l_k* при известном токе повреждения I_k можно воспользоваться выражением [5] 

                                                                                                (19)

 где k – коэффициент, зависящий от вида повреждения; при трехфазных КЗ k = 1,0, а при двухфазных  – токи КЗ при трехфазных повреждениях соответственно в начале и конце линии; I_k – среднее значение из трех или двух токов фаз для соответствующего вида КЗ.

Алгоритм определения места повреждения реализуется на временном интервале существования КЗ. При этом фиксируются токи фаз линии, из которых выделяются наибольшее и наименьшее значения с последующим установлением по ним вида КЗ [6–10]. Затем в соответствии с видом КЗ выбираются необходимые значения коэффициента и определяется величина тока I_k. После этого с использованием (19) вычисляется l_k*. Если l_k*≤ 1, то КЗ находится на защищаемой линии и ее можно отключать без выдержки времени. Когда l_k*> 1, то местом КЗ является смежная линия и отключение ее защитой должно производиться с выдержкой времени. 

Учитывая, что оперативное определение места повреждения в реальном времени будет осуществляться по вторичному значению тока I_k, а также принимая во внимание другие обстоятельства, будем считать, что на достоверность определения l_k* наиболее существенное влияние оказывают следующие факторы:

• вид КЗ; 

• переходное сопротивление в месте повреждения;

• погрешности трансформаторов тока;

• нагрузка линии;

• мощность и сопротивление питающей системы;

• погрешности расчета токов КЗ в начале и конце линии.

В [5] приведены результаты исследований методом вычислительного эксперимента погрешностей определения величины тока l_k* для различных режимов работы линий 6–35 кВ и видов КЗ в соответствующих точках, а также при учете изменения отмеченных выше влияющих факторов в пределах реально возможных значений. Оценивая результаты выполненных исследований, можно сделать вывод, что контролируя в режиме КЗ только один параметр, а именно протекающий по линии ток КЗ, вполне возможно определить место повреждения с погрешностью, абсолютное значение которой не превышает 15 %. Области возможных расчетных значений относительных расстояний l_k* при КЗ в различных точках сети, определяемых l_k* , с учетом воздействия влияющих факторов для наихудших случаев показаны на рис. 8.

Рис. 8. Области возможных расчетных значений l_k*с учетом воздействия влияющих факторов

 

Для определения относительного значения расстояний от места установки защиты А1 до точки повреждения на линии Л1 l_kl* использовали выражение (19), в котором вместо  фигурировали токи трех- фазных КЗ соответственно в точках К1 и К2. Если полученное значение l_lk* ≤ 1, то принимали l_k*= l_1k*, в противном случае вычисляли относительное значение расстояния от места установки защиты А2 до места повреждения на линии Л2 l_2k* по току КЗ, протекающему через защиту А1.

Это осуществляли на основе выражения (19) при использовании вместо  значений токов трехфазных КЗ соответственно в точках К2 и К3. В этом случае l_lk*определяли как

Следует отметить, что защитой А1 линии Л1 могут быть зафиксированы точки повреждений как на Л1, так и на Л2, которые с учетом погрешностей образуют область 1 (рис. 8). Защитой А2 линии Л2 могут быть установлены места КЗ как на Л2, так и на смежной линии, которые с учетом влияющих факторов будут располагаться в области 2 (рис. 8).

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что расчетное относительное расстояние  вполне приемлемо отражает местоположение точки КЗ как на защищаемой, так и на смежной линии. Весьма важно, что влияющие факторы не порождают таких погрешностей определения , которые приводили бы к наложению областей 1 и 2. Благодаря этому представляется возможным выполнение селективной токовой защиты, у которой время срабатывания линейно зависит от . Полноценная защита линий 6–35 кВ от междуфазных КЗ может быть обеспечена двухступенчатой токовой защитой, у которой первая ступень – токовая отсечка без выдержки времени, а вторая – максимальная токовая защита с выдержкой времени, линейно зависящей от расстояния до точки повреждения. Характеристики выдержек времени такой защиты представлены на рис. 9.

Рис. 9. Характеристики выдержек времени ступеней защиты:

– время срабатывания первой ступени соответствующей защиты;

– время срабатывания второй ступени соответствующей защиты

Выдержка времени второй ступени защиты А1 при повреждениях на линии Л1 определяется как:

,        (20)

где ∆t – ступень выдержки времени.

При КЗ на линии Л2 IIСЗ1 t вычисляется по выражению

                                   (21)

Если от шин на подстанции в конце линии Л1 отходит несколько присоединений, то при определении выдержки времени второй ступени защиты А1 в (21) в качестве  используется наименьшее положительное значение аналогичной величины из рассчитанных для всех присоединений. Реализация этого подхода обеспечит сокращение числа ступеней токовой защиты линии до двух и повышение быстродействия последней ступени, включая головные участки сети, расположенные вблизи источников питания.

 Совершенствование токовых защит линий с односторонним питанием от междуфазных КЗ может быть основано на использовании в совокупности таких принципов, как:

 • учет места и вида КЗ, что обеспечивает расширение зоны мгновенного отключения быстродействующей ступени и ее независимость от вида повреждения и режима работы сети, а также позволяет увеличить чувствительность последней ступени к несимметричным КЗ;

• определение места КЗ по результатам измерения только токов повреждения, что упрощает выполнение защиты;

• выполнение последней ступени защиты с линейно зависимой выдержкой времени, что обеспечивает возможность повышения ее быстродействия.

 

Вывод:

Реализация предложенных направлений совершенствования токовой защиты линий от междуфазных коротких замыканий в совокупности позволит сократить число ступеней до двух, расширить зону мгновенного отключения быстродействующей ступени и обеспечить ее независимость от вида повреждения и режима работы сети, а также повысить быстродействие и чувствительность последней ступени защиты.