Характеристики измерительных органов
Выполнение измерительных органов
Структурная схема дистанционной защиты
Принципы выполнения блокировки от качаний
Выбор параметров срабатывания
Принцип действия
Принцип действия дистанционной защиты основан на контроле измене- ния сопротивления. Например, если защищаемым объектом является линия (Рис.57),
Рис.57 Принцип действия дистанционной защиты
то в нормальном режиме параметры напряжения на шинах и тока в ли-
нии близки к номинальным:
U л =U норм ,
I л =I норм,
отношение
U норм
zн =
I норм
соответствует нормальному режиму.
При возникновении короткого замыкания напряжение на шинах умень- шается, ток в линии увеличивается, контролируемое сопротивление уменьшается
В свою очередь,
zk = z0lk ,
z =Uk
k I k
< zн.
где
z0 - сопротивление 1км линии;
lk - длина линии, км.
Следовательно, контролируя изменение сопротивления, можно опреде- лить факт возникновения короткого замыкания и оценить удаленность точки короткого замыкания.
Обычно дистанционная защита выполняется в виде трех ступеней, ха- рактеристика ее времени срабатывания представлена на Рис.56. Первая ступень предназначена для работы при коротких замыканиях на защи-
щаемой линии
zсз < z л ,то есть сопротивление срабатывания защиты
должно быть меньше сопротивления линии.
Для идеальных трансформаторов тока и трансформаторов напряжения и при отсутствии погрешностей измерительных органов в последнем вы- ражении должен стоять знак равенства, однако наличие погрешностей может привести к ложной работе защиты при коротком замыкании на смежных присоединениях.
Как правило, первая ступень охватывает 85 % длины защищаемой ли- нии. При коротких замыканиях в зоне действия первой ступени защита работает без выдержки времени, t1 = 0 .
Вторая ступень предназначена для надежной защиты всей линии. Ее зона действия попадает на смежную линию, поэтому для исключения неселективного срабатывания защиты при коротком замыкании на от-
ходящей линии в точке
K 2 , вводится замедление на срабатывание,
t 2 = (0, 4 - 0,5)
сек.
Третья ступень выполняет функции ближнего и дальнего резервирова- ния
Характеристики измерительных органов дистанционной за- щиты
В качестве измерительных органов дистанционной защиты используют- ся реле сопротивления, которые могут выполняться на индукционной или полупроводниковой основе. Основное отличие различных исполне- ний реле заключается в способе обработки поступающей информации о токе и напряжении.
Поведение реле сопротивления в различных режимах зависит от его ха-
рактеристики
zср =
f (j р ) , где j р
- угол между током и напряжением,
подводимых к реле.
Полное сопротивление z состоит из активного r и реактивного x со-
противлений: z = r + jx
или , z =
, , поэтому характеристику
реле сопротивления представляют в плоскости z , откладывая r по го- ризонтальной, а x -по вертикальной оси.
Характеристики измерительных органов дистанционных защит должны быть надежно отстроены от нагрузочных режимов, учитывать влияние сопротивления дуги.
Виды характеристик реле сопротивления
1.
 |
Круговая характеристика с центром в начале координат (Рис.58).
Рис. 58 Круговая характеристика с центром в начале координат
Зона, ограниченная окружностью, является зоной действия реле. Сопро-
тивление срабатывания таких реле не зависит от вают реле полного сопротивления.
j р , поэтому их назы-
2. Круговая характеристика, проходящая через начало координат (Рис.59).
Рис. 59 Характеристика направленного реле сопротивления
Реле с такой характеристикой не работают при направлении тока из ли- нии к шинам, поэтому оно является направленным. Точка 0 соответст- вует началу защищаемой линии. При коротком замыкании в начале ли- нии, когда r и x равны нулю, реле не работает, что является его недос- татком. Угол j , при котором сопротивление срабатывания реле макси- мально, называется углом максимальной чувствительности.
3.
 |
Реле с эллиптической характеристикой (Рис.60).
Рис. 60 Реле сопротивления с эллиптической характеристикой
Такие характеристики использовались для третьих ступеней защит с це- лью улучшения отстройки от рабочих режимов и получения большей чувствительности.
4. Реле с многоугольными характеристиками (Рис.61).
Рис. 61 Реле с многоугольными характеристиками
Четырехугольная характеристика (Рис.61,а) используется для выполне- ния второй и третьей ступеней защит. Ее верхняя сторона должна фик- сировать концы защищаемых зон, правая боковая сторона обеспечивает отстройку от рабочих режимов. Левая сторона отстраивает защиту от мощностей нагрузок, передаваемых к месту ее включения. Нижняя сто- рона обеспечивает работу защиты при близких повреждениях, сопрово- ждающихся замыканием через переходное сопротивление.
Треугольная характеристика (Рис.61,б) применяется для реле сопротив- ления третьей ступени, обеспечивает необходимую отстройку от нагру- зочных режимов с соблюдением требуемой чувствительности.
Выполнение измерительных органов дистанционной защиты
В настоящее время измерительные органы дистанционных защит в большинстве случаев выполняются на аналоговых интегральных мик- росхемах или на цифровой электронике. В качестве примера рассмот- рим принцип действия дистанционных органов блок реле сопротивле- ния БРЭ 2801, выполненный на интегральной микроэлектронике.
Блок БРЭ 2801 содержит три реле сопротивления и выходной блок. В зависимости от требований к защите реле сопротивления позволяют по-
лучить следующие характеристики срабатывания с углом максимальной чувствительности равным 65о или 85о.
В схеме реле предусмотрена возможность изменять круговую характе- ристику на эллиптическую с отношением малых и больших осей
e = a = 0,7 5 и e = a = 0,5 , (Рис. 61,б).
 |
b b
Рис.62 Характеристики срабатывания реле сопротивления блока БРЭ
2801
1 – направленная окружность, смещенная в первый квадрант, с плавной уставкой смещения от 5 до 50% уставки;
2 – направленная окружность с нерегулируемым смещением в первый квадрант на
5% уставки;
3 – направленная окружность, проходящая через начало координат;
4, 5, 6 – направленная окружность с заданным смещением в третий квадрант, со- ответственно на 5%, 12% или 20% уставки;
7 – ненаправленная окружность с центром в начале координат.
Следует отметить, что регулировка характеристики смещения реле не влияет на значение выбранной уставки срабатывания и угла максималь- ной чувствительности.
Рассмотрим принцип работы реле на примере характеристики, имею- щей вид смещенной в третий квадрант (Рис.62). На окружности отметим точки 1 и 2, а вспомогательные вектора, соединяющие начало коорди-
нат с этими точками, обозначим как
Z 1 и
Z 2 .
При внешнем коротком замыкании вектор
ur ur II
Z = Z
ur
расположен вне
ur
окружности и
aII
II
между разностными векторами Z -
Z 1 и
II
Z - Z 2
будет меньше p
ur ur I
2 . При коротком замыкании в зоне работы реле вектор
Z = Z
ur I
расположен внутри окружности, а угол aI между векторами
ur I
Z - Z 1 и
Z - Z 2
становится больше p/2. Учитывая это обстоятельст-
во, можно различить нахождение вектора Z в зоне или вне зоны срабатывания.
Рис.63 Принцип работы реле сопротивления
Граничным условием срабатывания реле является выполнение равенства aСР =p/2.
Эллиптическая характеристика реле имитируется двумя соприкасаю-
щимися дугами окружностей. В этом случае угол срабатывания реле будет больше чем p/2.
В схеме реле, структурная схема которого приведена на Рис.64, реали- зация рассмотренного алгоритма организована следующим образом.
Сигналы, пропорциональные линейному напряжению U и соответст- вующей разности фазных токов I, поступают на измерительную часть
Рис.64 Структурная схема реле сопротивления
реле. С датчиков тока ДТ и напряжения ДН сигналы подаются в узел формирования, содержащий фильтры-сумматоры Ф1 и Ф2. Узел фор-
мирования обеспечивает формирование двух величин
E1 и
E2 , каждая
из которых является линейной функцией тока и напряжения контроли-
руемой цепи и пропорциональна векторам
Z - Z 1 и
Z - Z 2 :
или
E1= k 11U + k 12I ; и
E 2 = k 11U + k 22 I ;
E1= k 11I (U 
I + k 12
E 2 = k 11I (U 
I + k 22
В этих выражениях U I = Z
k 11) = k 11I (Z - Z 1);
k 11) = k 11I (Z - Z 2 ) .
является приведенным значением
сопротивления до места короткого замыкания, а отношения
комплексных коэффициентов
k 12
k 11= Z 1 и
k 22
k 11= Z 2 -
значениями вспомогательных векторов, проведенных из начала координат к особым точкам 1 и 2 на характеристике реле.
Сформированные напряжения
E1 и
E 2 поступают в узел сравнения СС.
В нормальном режиме и при внешнем коротком замыкании угол между напряжениями не достигает угла срабатывания, и реле не работает. При коротком замыкании в зоне срабатывания фазовый сдвиг между сигна- лами возрастает и становится больше p/2 , что приводит к срабатыва- нию реле.
Исполнительный блок ИБ выполнен на электромагнитном реле с двумя контактами.
Блок БРЭ 2801 позволяет осуществлять дистанционную защиту линий и трансформаторов напряжением (110-500) кВ. Погрешность реле по со- противлению составляет не более 10%. Время срабатывания в основной части характеристики не превышает 70 мс. Коэффициент возврата мо-
жет меняться от 1.07 до 1.15 и зависит от значения угла максимальной чувствительности.
Структурная схема дистанционной защиты
 |
Один из типичных вариантов выполнения трехступенчатой дистанци- онной защиты представлен на Рис.65.
Рис.65 Структурная схема дистанционной защиты
При возникновении короткого замыкания в зоне действия первой сту- пени срабатывают дистанционные органы первой KZ1, второй KZ2 и третьей KZ3 ступеней. Сигналы от реле сопротивлений каждой ступени поступают на схемы логического умножения. Одновременно на другие входы схем подаются сигналы блокировки от качаний AKB и блокиров- ки от нарушения цепей напряжения KBV.
Блокировка от нарушения цепей напряжения KBV запрещает работу защиты при неисправности цепей напряжения. В случае срабатывания автоматических выключателей или предохранителей цепей трансфор- матора напряжения напряжение, подводимое к реле сопротивления, может оказаться недопустимо мало, что приведет к ложному действию защиты.
Блокировка от качаний AKB запрещает работу защиты при нарушении устойчивости в энергосистеме.
Сигналы с выходов схем логического умножения подаются на выходное реле KL и реле времени KT2 и KT3. Первым срабатывает реле KL, пода- вая команду на отключение выключателя без выдержки времени.
При коротком замыкании в зоне действия второй ступени срабатывают дистанционные органы второй KZ2 и третьей ступени KZ3 Реле време- ни KT2 , отработав выдержку порядка (0.4 - 0.5) сек., формирует коман- ду на отключение выключателя.
Третья ступень работает при отказе первой или второй ступеней защит или несрабатывании защит смежных присоединений.
Принципы выполнения блокировки от качаний
При нарушении параллельной работы энергосистемы нарушается син- хронная работа электростанций и возникает асинхронный ход, сопро- вождающийся периодическими изменениями (качаниями) тока и на- пряжения (Рис.66).В этих условиях реле сопротивления может замерить сопротивление меньше уставки и ложно сработать.
По принципу действия устройства блокировки от качаний могут быть разделены на две группы:
1. Короткие замыкания и качания различают по хотя бы кратковремен- ному наличию аварийных составляющих, например, токов обратной по- следовательности.
2. Короткие замыкания и качания различают по скорости изменения то- ков и напряжений.
Выбор параметров срабатывания дистанционной защитыПервичное сопротивление срабатывания первой ступени выбирается из условия отстройки от коротких замыканий на шинах противоположной
подстанции:
z1 £ k z , ,
где
сз н л
kн = (0,8 - 0,8 5) - коэффициент надежности, учитывающий по-
грешности трансформаторов тока и трансформаторов напряжения, реле сопротивления и погрешности расчета;
z л - сопротивление защищаемой линии.
Рис.66 Схема работы электростанции на приемную энергосистему:
I г - ток в линии;
xг - сопротивление генераторов электростанции;
xл - сопро-
тивление линии связи; xC
- сопротивление системы. : U г
- напряжение в месте
установки защиты;
I ар
- ток асинхронного режима;d - угол между э.д.с. гене-
ратора и системы.
Первичное сопротивление срабатывания второй ступени определяется по следующим условиям:
1. Отстройка от конца зоны действия первой ступени дистанционной защиты смежной линии
z 2 = k (z
+ kн z
) , ,
сз н л1
kток л2
|
|
- первичное сопротивление срабатывания второй ступени дис-
танционной защиты линии
Л1 (Рис.65);
z л1
z л2
- сопротивление защищаемой линии;
- сопротивление смежной линии;
kток - коэффициент токораспределения, учитывающий отношение тока короткого замыкания в месте установки защиты к току в линии, с защитой которой проводится согласование. Например, для дистан-
ционной защиты, представленной на Рис.67,
kток =I k1
I k 2..
Рис.67 К расчету параметров срабатывания дистанционной защиты
2 Отстройка от короткого замыкания за трансформатором приемной подстанции
z 2 = k (z
+ zТ
) , ,
сз н Л1
kток
где zТ
- сопротивление трансформатора.
Из рассчитанных значений сопротивлений срабатывания выбирается меньшее.
Коэффициент чувствительности второй ступени определяется по выра- жению:
z 2
kч = сз
z Л1
³ 1 . 25 .
Выдержка времени для второй ступени принимается равной (0.4 - 0.5)
сек.
Сопротивление срабатывания третьей ступени выбирается из условия отстройки от нагрузочного режима:
|
|
cз , ,
где U min - минимальное рабочее напряжение на шинах подстанции;
I н.max
- максимальный ток нагрузки;
kн =(1,2-1,25) - коэффициент надежности;
kв - коэффициент возврата;
jнагр. расч
- расчетный угол нагрузки;
jмч
- угол максимальной чувствительности реле.
Требуемый коэффициент чувствительности оценивается по короткому замыканию в конце зоны резервирования. Его значение должно быть не менее 1.2.
Пересчет первичного сопротивления срабатывания защиты на сопро- тивление срабатывание реле производится по выражению
z = z n
где
zср
тт ,
ср сз nтн
- сопротивление срабатывания реле;
zсз
- первичное сопротивление срабатывания защиты;
nтт nтн
- коэффициент трансформации трансформатора тока;
- коэффициент трансформации трансформатора напряжения.
В Ы В О Д Ы
1. Принцип действия дистанционной защиты основан на контроле со- противления.
2. Дистанционная защита удовлетворяет требованиям селективности в сетях любой конфигурации с любым числом источников питания.
3. Защита отличается сравнительно высоким быстродействием.
4. В типовом исполнении дистанционная защита линий содержит три ступени.
5. Дистанционная защита в качестве основной защиты линий от меж- дуфазных коротких замыканий находит применение в сетях напряже- нием (110 - 220) кВ.
 |
4. Основные алгоритмы функционирования за- щит с абсолютной селективностью
 |
Продольная дифференциальная защита