Краткие теоретические сведения по дистанционным

     защитам.

Дистанционные защиты применяются в сетях сложной конфигурации,

где по соображениям быстродействия и чувствительности не могут использоваться более простые максимальные токовые и токовые направленные защиты.

   Дистанционной называется защита с относительной селективностью, выполняемая с использованием измерительных органов сопротивления (реле сопротивления, обозначаемые в схемах KZ). Выдержка времени такой защиты автоматически изменяется в зависимости от удаленности (расстояния) точки короткого замыкания от места установки защиты и нарастает плавно или ступенчато с увеличением этого расстояния.

   Определение удаленности до места короткого замыкания производится дистанционной защитой путем измерения сопротивления, которое определяется сравнением значения остаточного напряжения на шинах U_ш, где установлен комплект защиты AKZ, и величины тока короткого замыкания I_к, проходящего по защищаемой линии.

TV

TA

AKZ

K

U ш

Z к =Z уд ∙ L к

I к

 

 

Рис. 2.3.2. Подключение цепей тока и напряжения реле

сопротивления.

 

   Если при КЗ в точке «К» на рисунке 2.3.2 по защищаемой линии проходит ток к месту КЗ I_к, то напряжение на шинах подстанции будет равно падению напряжения на сопротивлении участка линии Z_к от шин подстанции до точки «К»:

.                                           (2.3.1)    

   Отношение остаточного напряжения на шинах к току, проходящему по защищаемой линии, равно сопротивлению участка линии до места КЗ:

                         .                                         (2.3.2)

   Сопротивление линии или ее участка  можно выразить через удельное сопротивление на 1 км Z_уд и расстояние до места КЗ L_к:

                                 .

Следовательно, отношение остаточного напряжения на шинах к току КЗ, проходящему по защищаемой линии:

                                                                           (2.3.3)

пропорционально   расстоянию (дистанции) L_к. Поэтому данная защита и получила название – дистанционная.

   При возникновении КЗ в зоне действия защиты, токи в фазных проводах резко возрастают, а напряжение на шинах подстанции значительно уменьшаются. Отношение U_ш к I_к резко падает, а реле сопротивления реагирует на отношение этих величин. Отсюда следует, что реле сопротивления является измерительным органом минимального действия.

   Зависимость выдержки времени дистанционной защиты от сопротивления (или расстояния) t= f(Z) или t= f(L_к) называется характеристикой выдержки времени. Наибольшее распространение получила ступенчатая характеристика выдержки времени.  

Z, Ом

AKZ

А

Б

В

t^I

t^II

t^III

Z1

Z2

а

б

в

г

t, с

W1

W2

(0,8÷0,85)ZW1

Z3

первая зона

вторая зона

третья зона

 

   Рис.2.3.3. Ступенчатая характеристика дистанционной защиты.

 

   Как видно из рисунка 2.3.3 ступенчатая характеристика состоит из нескольких участков (обычно трех), называемых зонами действия дистанционной защиты: участок а-б является первой зоной, б-в – второй и в-г – третьей. Каждой зоне соответствует ступень выдержки времени t^I, t^II, t^III, неизменная в пределах своей зоны.

   Обычно дистанционные защиты действуют в первой зоне без выдержки времени, т.е. t^I <0,1 с (собственное время срабатывания). Для второй зоны, выходящей за пределы защищаемой линии W1, выдержка времени больше на ступень селективности Δ t. При КЗ в третьей зоне (в-г) срабатывает третья ступень защиты со своей выдержкой времени t^III> t^II.

   Если КЗ произошло на участке б-в, т.е. в пределах второй зоны, когда реле сопротивления контролирует сопротивление от Z₁ до Z₂, то есть болшее Z₁, выдержка времени защиты автоматически увеличивается и защита действует с выдержкой времени t^II> t^I. Аналогично защита действует и при КЗ на участке в-г, то есть в пределах третьей зоны, когда реле сопротивления контролирует сопротивление от Z₂ до Z₃, выдержка времени возрастает до t^III.  При этом первая и вторая ступени защиты AKZ не срабатывают, так как их уставки по сопротивлению срабатывания меньше уставки третьей ступени защиты, т.е.   и .

Таким образом, чем больше величина сопротивления до места КЗ, тем с большей выдержкой времени действует защита.

AKZ1

А

Б

В

W1

W2

AKZ2

AKZ3

Q1

Q2

Q3

lк

К

1

2

3

l

G1

   Первая зона защиты, как правило, настраивается на 80-85 % длины защищаемой линии W1. Больший охват линии недопустим, т.к. из-за погрешностей трансформаторов тока, трансформаторов напряжения и самого реле сопротивления защита может сработать неселективно при КЗ в начале смежной линии W2. Конец линии W1, шины подстанции Б и часть линии W2 охватывает вторая зона. Третья зона охватывает линию W2 для резервирования на случай отказа ее защиты или выключателя.

 

 

   Рис. 2.3.4. Согласование выдержек времени дистанционных РЗ со ступенчатой характеристикой.

 

   При ступенчатой зависимости для линии, разделенной выключателями на несколько участков, которая изображена на рисунке 2.3.4, защита AKZ1 имеет характеристику 1, характеристика 2 принадлежит защите AKZ2, характеристика 3 – защите AKZ3. При коротком замыкании в точке «К» придут в действие защиты AKZ1 и AKZ2, но отключится выключатель защитой AKZ2, поскольку последняя имеет меньшую выдержку времени для повреждения в данном месте. Как видно из рисунка 2.3.4, чем ближе место повреждения к источнику питания, тем меньше выдержка времени защиты.               

   На рисунке 2.3.5 приведена упрощенная структурная схема  трехступенчатой дистанционной защиты от междуфазных КЗ с направленными измерительными дистанционными органами.

 

I ДО-BC

KZ-I

I

II ДО-BC

III ДО-BC

УБК

УБН

III

KZ-I AB

KZ-I CA

KZ-II AB

KZ-II CA

KZ-III AB

KZ-III CA

ИЛИ

ИЛИ

ИЛИ

НЕ

KZ-II

KZ-III

И

И

И

КТ2

КТ3

ИЛИ

Исполнительная     часть

C

B

IV

II

QC

QB

I Р

U Р

 

 

Рис. 2.3.5. Структурная схема трехступенчатой дистанционной

защиты.

 

Защита имеет четыре функциональные части:

1) измерительную;

2) логическую;

3) вспомогательную;

4) исполнительную.

   Измерительная часть (I) состоит из измерительных дистанционных органов, определяющих удаленность места КЗ (или точнее говоря, зону ступени, в пределах которой возникло повреждение – зона I, зона II, либо зона III).

   Для правильного определения зоны повреждения при различных видах двухфазных КЗ в каждой ступени дистанционной защиты установлено по три реле сопротивления – одно для действия при КЗ между фазами A и B, второе – при КЗ между фазами B и C и третье реле сопротивления – при КЗ между фазами C и A. (Итого в трех ступенях дистанционной защиты используются девять реле сопротивления KZ – трехсистемная схема).

   Логическая часть (II) имеет два органа выдержки времени: КТ2 (орган времени второй ступени с выдержкой времени t^II) и КТ3 (орган времени третьей ступени с выдержкой времени t^III). Первая ступень дистанционной защиты реле времени не имеет.

   Логические элементы «ИЛИ», «И», «НЕ», получив сигналы от KZ и элементов блокирующей части (III), формируют выходные сигналы, воздействующие на органы времени и исполнительную часть (IV).

   Исполнительная часть дистанционной защиты (IV), получив сигнал от КТ2, КТ3 или непосредственно от KZ1 (первой ступени), передает команду на отключение выключателя Q.

   Блокирующая часть (III) включает в себя устройство блокировки от повреждения в цепях измерительных трансформаторов напряжения и устройство блокировки при качаниях.