Средства дистанционной защиты и управления Принцип действия и

Средства дистанционной защиты и управления

Принцип действия и область применения дистанционной защиты Дистанционные защиты применяются для защиты ВЛ напряжением 110 кВ и выше и трансформаторов большой мощности от междуфазных КЗ. Может применяться на ВЛ напряжением 35 кВ. Последнее время появились дистанционные защиты от замыканий на землю в сетях с глухозаземленной нейтралью. Основным недостатком токовых защит является зависимость зоны их действия от тока короткого замыкания, что не позволяет в ряде случаев иметь достаточную чувствительность токовой защиты, особенно быстродействующих ее ступеней. Кроме того, в сложнозамкнутых сетях (например, в кольцевой сети с двумя источниками питания) селективность токовых защит не может быть обеспечена. Дистанционная защита реагирует на отношение подведенных к измерительному органу защиты напряжения и тока, т.е. на сопротивление. Режим короткого замыкания отличается от нормального режима работы сети пониженным значением напряжения и повышенным значением тока. Следовательно, сопротивление на входе измерительного органа защиты при коротком замыкании меньше, чем в нормальном режиме. Это обстоятельство и используется для выявления КЗ. Основным измерительным органом дистанционной защиты является Реле сопротивления. Наиболее распространенная защита, компонентом которой является дистанционная защита - ЭПЗ- 1636

Виды и характеристики дистанционной защиты В сетях с двумя и более источниками питания максимальная направленная защита не обеспечивает селективности действия. Так, например, в сети, показанной на рис. 8-14, при к. з. в точке K1 на линии I (рис. 8-14, а) приходят в действие максимальные направленные защиты 1 и 2 поврежденной линии I и защита 3 неповрежденной линии II. Защита 4 в действие не приходит, так как ток к. з., проходящий по линии II, направлен к шинам подстанции Б.

В рассматриваемом случае для селективного отключения только поврежденной линии I необходимо, чтобы защита 2 имела выдержку времени меньше, чем защита 3, т. е. t2 < t3. В то же время при к. з. в точке К2 на линии II (рис. 8-14,б), когда приходят в действие защиты 3 и 4 поврежденной линии II и защита 2 неповрежденной линии /, возникает противоположное требование, чтобы защита 3 имела выдержку времени меньше, чем защита 2, т. е. t:3 < t2. Выполнение этих несовместимых требований в рассмотренном и других аналогичных случаях с помощью максимальной направленной защиты не представляется возможным.

Максимальные токовые и максимальные направленные защиты имеют также ряд других недостатков, которые ограничивают область их применения сетями с простой схемой. Для защиты сетей с более сложной схемой и несколькими источниками питания используется более сложная дистанционная защита, не имеющая указанных недостатков. Дистанционной называется защита, выдержка времени которой автоматически изменяется в зависимости от удаленности места к. з. от места установки защиты. Определение удаленности до места к. з. производится дистанционной защитой путем измерения сопротивления, которое определяется сравнением величины остаточного напряжения на шинах, где установлена защита, и величины тока к. з., проходящего по защищаемой линии. Так, если при к. з. в точке А (рис. 8-15,a) по защищаемой линии проходит к месту к. з. ток Iк.з., то напряжение на шинах подстанции будет равно падению напряжения в сопротивлении участка линии zк.з. от шин подстанции до точки А: Um= Iк.з. zк.з.

Нетрудно видеть, что отношение остаточного напряжения на шинах к току к. з., проходящему по защищаемой линии, равно сопротивлению участка линии до места к. з.: Сопротивление линии или ее участка может быть выражено через удельное сопротивление на один километр zуд и расстояние до места к. з. на линии LK.3.: Следовательно, отношение остаточного напряжения на ; шинах к току к. з., проходящему по защищаемой линии: пропорционально расстоянию (дистанции) LK.3. от места установки защиты до места к. з. Основным органом всякой дистанционной защиты является реле сопротивления, которое, измеряя сопротивление линии до места к. з., определяет, на каком участке произошло повреждение и совместно с другими органами защиты обеспечивает ее действие с необходимой выдержкой времени. Реле сопротивления могут выполняться реагирующими на полное сопротивление линии или на ее индуктивное (реактивное) сопротивление х. Соответственно этому реле называются реле полного сопротивления или реле реактивного сопротивления. В СССР используются только реле полного сопротивления.

Дистанционные защиты выполняются так, чтобы их выдержка времени зависела от сопротивления, которое измеряют входящие в схему реле сопротивления. Зависимость выдержки времени дистанционной защиты от сопротивления (или расстояния) до места к. з. называется характеристикой времени срабатывания защиты. Существуют три вида характеристики: наклонная, комбинированная ступенчатая [Л.5, 7]. Реле с наклонными и комбинированными характеристиками конструктивно весьма сложны и не имеют существенных преимуществ перед ступенчатой характеристикой. Поэтому в СССР изготавливаются и используются дистанционные защиты со ступенчатыми характеристиками.

Как видно из рис. 8-15, б, ступенчатая характеристика состоит из нескольких участков (обычно двух или трех), называемых зонами. На рис. 8-15, б участок а —б является первой зоной, участок б — в — второй зоной и участок в — г — третьей зоной. Каждой зоне соответствует ступень выдержки времени tI, tII, t III , неизменная в пределах своей зоны. Таким образом, при к. з. в любой точке участка а — б, т. е. в пределах первой зоны, когда реле сопротивления измеряет сопротивление от 0 до zIзащита действует с выдержкой времени tI. Обычно дистанционные защиты действуют в первой зоне без выдержки времени, т. е. tI = 0. При к. з. на участке б — в, т. е. в пределах второй зоны, когда реле сопротивления измеряет сопротивление от zI до zII, т. е. больше zI, выдержка времени защиты автоматически увеличивается и защита действует с выдержкой времени tII, большей tI. Аналогично при к. з. на участке в — г, т. е. в пределах третьей зоны, когда реле сопротивления измеряет сопротивление от zII до zIII, защита действует с еще большей выдержкой времени tIII . Таким образом, чем больше сопротивление до места к. з., тем с большей выдержкой времени действует дистанционная защита.

Первая зона защиты (см. рис. 8-15, б), как правило, настраивается на 80—85% длины защищаемой линии Л1. Больший охват линии недопустим, так как из-за погрешностей трансформаторов тока, трансформаторов напряжения и самого реле сопротивления защита может сработать при к. з. на смежной линии Л2. Конец линии Л1 шины подстанции Б и часть линии Л2 охватывает вторая зона. Третья зона охватывает линию Л2 для резервирования при отказе ее защиты или выключателя.

Применяются два способа получения ступенчатой характеристики. Первый способ состоит в том, что для каждой зоны устанавливается отдельное реле сопротивления, настроенное соответственно на zI, zII, zIII. Во втором способе для первой и второй зон устанавливается общее реле сопротивления, уставки которого автоматически переключаются с zI на zII в зависимости от места к. з. Для третьей зоны устанавливается либо отдельное реле сопротивления, либо другой пусковой орган. Реле сопротивления по принципу своего действия срабатывает, когда измеренное им сопротивление меньше настроенной на нем уставки. Поэтому реле сопротивления второй зоны с уставкой zII срабатывает при к. з. в первой и второй зоне, а реле сопротивления третьей зоны с уставкой zIII — при к. з. в первой, второй и третьей зонах. Однако поскольку выдержка времени второй ступени больше первой, а третьей больше первой и второй, то всегда срабатывает ступень, имеющая меньшую выдержку времени, чем и обеспечивается ступенчатость характеристики.

Принцип действия реле сопротивления Реле сопротивления могут выполняться на электромагнитной, индукционной и других системах. В СССР выпускаются промышленностью и широко применяются в схемах дистанционной защиты реле сопротивления, выполненные на индукционной системе, аналогичной по конструкции реле направления мощности. В последние годы были разработаны и уже выпускаются промышленностью новые реле сопротивления на выпрямленных токах, в которых в качестве реагирующего органа используется магнитоэлектрическое реле. Разработаны и находятся в опытно-промышленной эксплуатации реле сопротивления на полупроводниках.

Упрощенная схема индукционного реле сопротивления приведена на рис. 8-16, а. На четырехполюсном магнитопроводе расположены три обмотки: токовая обмотка обмотка напряжения поляризующая обмотка Обмотка подключается к трансформаторам тока, и, следовательно, по ней проходит вторичный ток Iр, пропорциональный первичному току, проходящему по защищаемой линии. Обмотки подключаются к трансформатору напряжения, и, следовательно, к ним приложено вторичное напряжение Uр, пропорциональное первичному напряжению на шинах подстанции в месте установки защиты. Обмотка подключается к трансформатору напряжения через промежуточный автотрансформатор с отпайками с помощью которого производится изменение уставки сопротивления срабатывания реле (на рис. 8-16, а автотрансформатор не показан). В цепь обмотки включен конденсатор С.

Векторная диаграмма напряжения, токов и магнитных потоков в реле приведена на рис. 8-16, б. Ток Iр отстает от напряжения на шинах подстанции Uр на угол и, проходя по обмотке создает магнитный поток Фт. Ток IH в обмотке проходящий под влиянием напряжения Up, отстает от него на угол величина которого зависит от соотношения активного и индуктивного сопротивления обмотки и составляет обычно 60—80°. Ток IH, проходя по обмотке создает магнитный поток ФH. Ток Iп в обмотке проходит также под влиянием напряжения Up. При этом емкость конденсатора С подбирается так, чтобы ток Iп опережал ток IH на угол 90°. Ток Iп создает магнитный поток Фп. Таким образом, ротор реле пронизывают три магнитных потока: ФT, ФH, Фп. Как известно, вращающий момент на роторе реле индукционной системы определяется выражением: где Ф1 и Ф2 — магнитные потоки, пронизывающие ротор реле; — угол между этими магнитными потоками.

В рассматриваемом реле на ротор подвижной системы действуют два вращающих момента: первый от взаимодействия магнитных потоков токовой обмотки Фт и поляризующей обмотки Фп, равный: второй от взаимодействия магнитных потоков обмотки напряжения ФH и поляризующей обмотки Фп, равный:

Магнитные потоки Фт и Фн между собой не взаимодействуют и вращающего момента не создают, так как между ними нет пространственного сдвига (рис. 8-16, а). В выражении (8-12) магнитный поток Фт пропорционален току Iр, магнитный поток Фп — напряжению UP, а угол между этими магнитными потоками равен (рис. 8-16, б):

Синус дополнительного угла равен: Подставляя эти значения в выражение (8-12), получаем формулу для вращающего момента

Момент MТ, образованный взаимодействием токовой и поляризующей обмоток, часто называют моментом от тока, хотя момент Мт как видно из формулы (8-14), пропорционален и току и напряжению. В выражении (8-13) магнитные потоки Фн и ФП пропорциональны напряжению Up, а угол между ними благодаря наличию конденсатора:

Подставляя эти величины в выражение (8-13) и учитывая, что sin 90° = 1, получаем формулу для вращающего момента от напряжения:

Вращающий момент от тока Мт направлен в сторону замыкания, а вращающий момент от напряжения МH — в сторону размыкания контактов реле. Поэтому при отсутствии повреждений, когда напряжение на шинах подстанции имеет нормальную величину, а по защищаемой линии проходит ток нагрузки, вращающий момент от напряжения превышает вращающий момент от тока МH> Мт и реле держит контакт в разомкнутом положении. При возникновении к. з. на защищаемой линии ток в линии резко возрастает, так как теперь по линии будет вместо тока нагрузки проходить значительно больший ток к. з. Одновременно напряжение на шинах подстанции понизится и станет значительно ниже нормального. В результате момент от напряжения уменьшится, а момент от тока возрастет, и если он превысит момент от напряжения, то реле замкнет свой контакт, т. е. сработает. Реле находится на грани срабатывания, когда МH= Мт или Поделив обе части уравнения на одну и ту же величину получим:

Таким образом, из вышеизложенного следует: 1) Рассмотренное реле реагирует на величину полного сопротивления на своих зажимах. В условиях нормального режима, когда МH> Мт (см. выше), сопротивление на зажимах реле превышает сопротивление срабатывания zp>zc.p.. Реле срабатывает, когда что соответствует снижению сопротивления на зажимах реле до величины сопротивления срабатывания,т.е. Таким образом, рассмотренное реле является минимальным реле полного сопротивления. 2) Сопротивление срабатывания этого реле не является постоянной величиной и зависит от угла между током и напряжением При и, следовательно, При этом известно, что полное сопротивление линии z состоит из активного сопротивления r и реактивного сопротивления x и что

Поэтому характеристику реле полного сопротивления удобно изображать графически, откладывая r по горизонтальной и x по вертикальной осям как показано на рис. 8-17,а.

При таком способе графического построения характеристика сопротивления срабатывания реле полного сопротивления, определяемая формулой (8-16), изображается окружностью, проходящей через точку пересечения осей О, т. е. через начало координат. Здесь К = zср макс — наибольшее значение сопротивления срабатывания [см. формулу (8-17)], является диаметром окружности. Угол при котором zср = zср макс называется углом максимальной чувствительности реле сопротивления. Величина этого угла принимается при конструировании реле равной углу полного сопротивления защищаемых линий. Зона, ограниченная окружностью, является зоной действия реле. Точка О соответствует началу защищаемой линии, и так как характеристика реле располагается в первой четверти, то оно действует только в одном направлении. Реле с такой характеристикой называется направленное реле полного сопротивления. Из характеристики реле, видно, что при r = 0 и х = 0, т. е. при к. з. в начале линии, zср =0 и, следовательно, реле не работает. Таким образом, направленное реле полного сопротивления имеет «мертвую зону», что является его недостатком. На рис. 8-17, б приведены характеристики реле полного сопротивления трехступенчатой дистанционной защиты, характеристика времени срабатывания которой показана на рис. 8-15, б. Здесь шины подстанции А, где установлена рассматриваемая защита, расположены в начале координат. Там же расположена точка а, соответствующая началу первой зоны. Линии Л1 и Л2 расположены под углом, равным углу их полного сопротивления, который совпадает с углом максимальной чувствительности реле Шины других подстанций, а также зоны защиты имеют те же обозначения, что и на рис. 8-15, б.

Характеристики реле сопротивления в координатах r, х показывают область действия защиты. Так, из рис. 8-17, б видно, что все зоны дистанционной защиты являются направленными и, следовательно, не приходят в действие при к. з. на линии, смежной с линией Л1 но расположенной влево от подстанции А (рис. 8-15, б). На рис. 8-17, б эта линия расположена в третьей четверти, как показано пунктиром. На рис. 8-17, б показано, как будет действовать дистанционная защита, если на линии Л1 возникнет к. з. через переходное сопротивление, например сопротивление электрической дуги. Так, если это к. з. произошло в точке д, расположенной в пределах первой зоны через дугу с сопротивлением rд, то реле сопротивления измерит сопротивление zр, которое больше, чем z1, и попадает во вторую зону. Поэтому, несмотря на то что физически место к. з. находится в первой зоне, защита будет действовать с выдержкой времени второй ступени. Рассмотренное реле сопротивления основано на суммировании магнитных потоков, создаваемых в магнитопроводе реле током и напряжением, подводимыми к обмоткам реле.

Размещение на магнитопроводе реле трех обмоток конструктивно затруднительно, поэтому промышленностью выпускаются реле сопротивления с так называемым электрическим суммированием. Упрощенная принципиальная схема такого реле представлена на рис. 8-18. Как видно, на магнитопроводе этого реле расположены только две обмотки: поляризующая и рабочая К обмотке с последовательно включенным конденсатором С подводится напряжение UP, поэтому ток в этой обмотке IП и создаваемый им магнитный поток ФП пропорциональны напряжению, подводимому к реле. К обмотке также подводится напряжение UP, но последовательно c ней включена вторичная обмотка специального трансформатора Т, называемого трансреактором, к первичной обмотке которого подводится ток Iр. Поэтому в рабочей обмотке проходят ток IH пропорциональный напряжению Up, и ток IT пропорциональный току Iр. Соответственно рабочая обмотка создает два магнитных потока: ФH, пропорциональный напряжению Up, и Фт, пропорциональный току Iр.

Магнитные потоки Фн и Фт между собой не взаимодействуют и вращающего момента не создают, так как между ними нет пространственного сдвига (рис. 8-18). В то же время взаимодействие этих магнитных потоков с магнитным потоком поляризующей обмотки ФП создает на подвижной системе реле два вращающих момента, направленных в противоположные стороны. Момент от тока Мт действует на замыкание контактов, а момент от напряжения MH — на их размыкание. Выражения вращающих моментов и сопротивления срабатывания реле те же, что и для реле рис. 8-16 [см. формулы (8-12) — (8-17)].

Упрощенная принципиальная схема ненаправленного реле полного сопротивления приведена на рис. 8-19. На магнитопроводе реле расположены две обмотки: поляризующая состоящая из четырех последовательно соединенных катушек, и рабочая состоящая из двух последовательно соединенных катушек. Последовательно с каждой обмоткой включены вторичные обмотки трансреакторов Tр и Tп, к первичным обмоткам которых подводится ток Iр. При этом трансреакторы включены так, что в поляризующей обмотке ток трансреактора, пропорциональный току Iр, совпадает по направлению с током, пропорциональным напряжению Uр, а в рабочей обмотке имеет противоположное направление. Последовательно с обмоткой включены, кроме трансреактора, конденсатор С и сопротивление R, причем емкость конденсатора подобрана так, чтобы угол между магнитными потоками рабочей и поляризующей цепи был равен 90°. При подводе к зажимам реле напряжения и тока обмотки создают четыре магнитных потока, пронизывающих ротор реле: Фр.н. и Фп.н. — рабочий и поляризующий магнитные потоки, пропорциональные напряжению Up (рис. 8-19, б); Фр.т и Фп.т — рабочий и поляризующий магнитные потоки, пропорциональные току I р (рис. 8-19,в).

Реле выполнено так, что вращающие моменты от взаимодействия магнитных потоков Фп.н. с Фр.т и Фп.т с Фр.н. имеют одинаковую величину, но противоположное направление. Поэтому их сумма равна нулю. В результате на ротор подвижной системы реле действуют вращающие моменты: от тока

Учитывая, что Фр.н. и Фп.н. пропорциональны напряжению Up, Фр.т и Фп.т пропорциональны току Iр и что sin 90° = 1, получаем: Реле находится на грани срабатывания, когда Мт = МH или Поделив обе части выражения на квадрат тока I2P, получим: получим окончательное выражение для сопротивлениясрабатывания ненаправленного реле полного сопротивления:

Сопротивление срабатывания этого реле является величиной постоянной, не зависящей от угла между током и напряжением.

Схемы включения реле сопротивления Для дистанционной защиты от междуфазных к. з. используются две схемы включения реле сопротивления. В одной схеме к реле подводятся фазные токи и междуфазные напряжения в следующем сочетании: 1-е реле — ток IA, напряжение UАB; 2-е реле — ток IB, напряжение UBC; 3-е реле — ток IC, напряжение UCA. Недостатком такой схемы является неодинаковый замер сопротивления от места установки защиты до точки, в которой произошло повреждение при возникновении в этой точке трехфазного и двухфазных к. з. Так, при трехфазном к. з. в точке К (рис. 8-21,а) по всем фазам и, следовательно, по обмоткам всех трех реле проходят равные токи: IК.З. = IК.З.A =IК.З.B=IК.З.C . Создаваемые этими токами падения напряжения в сопротивлении фаз линии до места к. з. равны друг другу

Междуфазные напряжения, подводимые к реле сопротивления, соответственно равны: В результате все три реле сопротивления замеряют одинаковые сопротивления, равные

При двухфазных к. з. в той же точке К, например между фазами ВС (рис. 8-21, б), ток Iк.з =IК.З.B=IК.З.C проходит по двум поврежденным фазам и соответственно по обмоткам двух реле. Напряжение между поврежденными фазами UBC подводимое к реле, обтекаемому током IК.З.B, равно падению напряжения от тока IК.З.B в сопротивлении фазы В плюс падение напряжения от тока IК.З.C в сопротивлении фазы С: В результате реле сопротивления замерит сопротивление Таким образом, реле сопротивления, включенные на фазные токи и междуфазные напряжения, замеряют при двухфазных к. з. сопротивление большее, чем при трехфазном к. з. в той же точке в раза, что является недостатком схемы.

Рассмотренная схема применяется в тех случаях, когда различный замер сопротивления при трехфазных и двухфазных к. з. является допустимым, например при использовании реле сопротивления в качестве пусковых органов. В другой схеме к реле сопротивления подводятся разность фазных токов и междуфазные напряжения в следующем сочетании: 1-е реле — ток IА— IB, напряжение UAB; 2-е реле — ток IB — IC, напряжение UBC; 3-е реле — ток IC — IА, напряжение UCA. При такой схеме включения при трехфазном к. з. напряжение также равно: Ток в первом реле равен разности фазных токов IА и IB: Два других реле также замеряют zК.З.

При двухфазных к. з., как было рассмотрено ранее, напряжение, подводимое к реле, равно: Таким образом, схема включения реле сопротивления на разность фазных токов и междуфазные напряжения обеспечивает правильный и одинаковый замер сопротивления до места повреждения при любых видах междуфазных к. з. Недостатком схемы является необходимость создания разности токов, что усложняет схему в части токовых цепей.

Реле полного сопротивления на выпрямленных токах Кроме рассмотренных выше реле полного сопротивления индукционного типа в СССР разработаны и выпускаются промышленностью реле сопротивления на выпрямленных токах, в которых в качестве реагирующего органа используются высокочувствительные магнитоэлектрические реле.

Ниже, на рис. 8-22, а приведена упрощенная принципиальная схема, которая называется схемой сравнения абсолютных значений двух электрических величин на равновесии напряжений. Схема состоит из магнитоэлектрического реле Р, обмотка которого включена на разность двух выпрямленных напряжений Uраб и Uтор образуемых на выходе выпрямителей ВT и ВH. На стороне переменного тока к выпрямителям подводятся напряжения оттрансреактора Ти трансформатора напряжения ТН.

К первичным обмоткам трансреактора Т подводятся токи от трансформаторов тока защищаемой линии, например которые проходят по первичным обмоткам в противоположных направлениях. Поэтому напряжения на вторичных обмотках трансреактора пропорциональны разности этих токов, которая обозначается Таким образом, где — отношение тока в первичной обмотке к напряжению на вторичных обмотках трансреактора.

Напряжение подводится к выпрямителю Вт и его выпрямленное значение обозначается Uраб. Обмотка магнитоэлектрического реле Р включается по полярности так, чтобы ток, создаваемый в ней напряжением Uраб, действовал на замыкание контактов реле. Поэтому напряжение Uраб называется рабочим. К трансформатору напряжения ТН подводится междуфазное напряжение (при включении реле на разность токов подводится напряжение Последовательно с вторичной обмоткой ТН включена встречно вторая вторичная обмотка трансреактора Т. Поэтому результирующее напряжение где — коэффициент трансформации трансформатора ТН. Напряжение подводится к выпрямителю ВH, и его выпрямленное значение обозначается Uтор. При принятой полярности включения реле Р напряжение Uтор создает в его обмотке ток, действующий на размыкание контактов реле. Поэтому напряжение Uтор называется тормозным.

Ток в обмотке реле определяется соотношением В нормальном режиме, когда по линии проходит ток нагрузки и напряжение на шинах подстанции имеет нормальное значение поэтому Uтор > Uраб и в обмотке реле Р проходит ток, действующий на размыкание контактов реле.

При возникновении к. з. ток в защищаемой линии резко возрастает, а напряжение на шинах подстанции понижается, что приводит к увеличению и Uраб и уменьшению и Uтор. Если при этом станет и соответственно Uраб > Uтор, то ток в обмотке реле Р изменит направление на противоположное, и если его величина превысит ток срабатывания, то оно сработает и защита подействует на отключение поврежденной линии.

Реле находится на грани срабатывания, когда или Формула (8-28) является уравнением окружности с диаметром, равным . которая в осях r, х проходит через начало координат (см. рис. 8-17, а).

Таким образом, рассмотренное реле является направленным реле полного сопротивления. На этом принципе выполняются реле сопротивления, входящие в комплект дистанционной защиты КРС-1 и ДЗ-2. Промышленностью выпускается также ненаправленное реле полного сопротивления на выпрямленных токах. Это реле входит в комплект дистанционной защиты ДЗ-1 и имеет характеристику, приведенную на рис. 8-20. В отличие от рассмотренного направленного реле полного сопротивления ненаправленное реле полного сопротивления выполнено по схеме сравнения абсолютных значений двух электрических величин на циркуляции токов, как показано в упрощенном виде па рис. 8-22, б. Величина и полярность напряжения на обмотке реле Р определяется уравнением откуда сопротивление срабатывания реле равно:

Схемы дистанционных защит Существует большое количество разнообразных схем дистанционных защит, которые различаются количеством зон, типом пусковых органов (токовый, дистанционный, фильтровый и т. д.), количеством дистанционных органов (омметров) и способом их подключения к цепям тока и напряжения. Структурная схема дистанционной защиты приведена ниже, на рис. 8-23. Особенностью этой схемы является то, что для первой и второй зон используются одни и те же реле сопротивления дистанционного органа ДО, которые в исходном положении включены с уставкой первой зоны zI, а при возникновении к. з. за ее пределами автоматически переключаются на уставку второй зоны zII. Пусковой орган ПО одновременно осуществляет третью зону защиты.

Оперативный ток на пусковой и дистанционный органы подается через блокировку от нарушения цепей напряжения БН

Необходимость блокировки определяется следующим. При перегорании предохранителей в цепях трансформатора напряжения или нарушении этих цепей по другим причинам напряжение, подводимое к реле сопротивления, может оказаться значительно ниже нормального, а ток останется прежним. При этом отношение пониженного напряжения к току нагрузки может оказаться меньше сопротивления срабатывания и реле сработает ложно. Для предотвращения таких ложных действий применяется специальная блокировка БН, которая при указанных нарушениях цепей напряжения выводит дистанционную защиту из действия и подает предупредительный сигнал персоналу. Выходные цепи первой и второй зон проходят через специальное устройство БК, называемое блокировкой от качаний, необходимость которого определяется следующим. При нарушении устойчивости параллельной работы электрических станций нарушается их синхронная работа и возникает так называемый асинхронный ход, который сопровождается периодическим прохождением по линиям большого тока и одновременным глубоким понижением напряжения на шинах подстанций (т. е. качаниями тока и напряжения). В этих условиях реле сопротивления, реагирующее на отношение напряжения к току, может замерить сопротивление меньше уставки и сработать ложно. Поэтому первая и вторая зоны при выдержке времени до 2 с действуют через блокировку от качаний, которая разрешает действие этих зон на отключение только при коротких замыканиях и запрещает его при качаниях. При выдержке времени второй зоны 2 с и более ее действие может быть с помощью накладки Н заведено помимо блокировки от качаний, так как при таких выдержках времени действие защиты при качаниях становится маловероятным.

- При возникновении к. з. в первой зоне срабатывают ДО и БК, чем создается цепь на отключение без выдержки времени. Пусковой орган ПО при этом также срабатывает, но запускаемое им промежуточное реле ПВ и реле времени В2 сработать не успевают. - При возникновении к. з. во второй зоне срабатывают ПО и БК, а ДО не работает, так как реле замеряет сопротивление, большее уставки первой зоны. Поэтому цепи на отключение пока не создается. При срабатывании ПО запускаются реле времени второй ступени В2 и реле ПВ. Спустя время замедления реле ПВ оно срабатывает, нижним контактом переключает уставку реле ДО на вторую зону и одновременно верхним контактом разрывает цепь первой зоны. После переключения уставки реле ДО срабатывает и, когда истекает выдержка времени реле В2, создается цепь на отключение от второй зоны. - При к. з. в третьей зоне срабатывает ПО и запускает В2, В3 и ПВ. При этом может также срабатывать БК, но на работу защиты это влияния не оказывает. Реле ДО как до, так и после переключения уставки не срабатывает, так как оно замеряет сопротивление, большее уставок первой и второй зон. Поэтому после истечения выдержки времени реле В2 цепи на отключение от второй зоны не создается. Цепь на отключение создается только от третьей зоны при срабатывании реле В3.

Ниже, на рис. 8-24 приведена в качестве примера принципиальная схема одноступенчатой трехрелейной (трехсистемной) дистанционной защиты в сочетании с токовой отсечкой. Схема дистанционной защиты состоит из трех направленных реле полного сопротивления 1С, 2С, ЗС, входящих в комплект КРС-1, блокировки от нарушения цепей напряжения БН, реле времени В, промежуточных реле 1П и 2П, указательного реле 1У и накладки 1Н. Схема токовой отсечки включает в себя токовые реле 1T и 2Т, указательное реле 2У и накладку 2Н. Промежуточное реле 2П и накладка ЗН являются общими.

Реле сопротивления включены на разность токов двух фаз и междуфазные напряжения. Включение на разность токов достигается встречным подводом тока от трансформаторов тока к первичным обмоткам трансреакторов (рис. 8-24, а). Промежуточное реле 1П предназначено для разгрузки слабых контактов магнитоэлектрических реле, которые используются в качестве реагирующих органов реле сопротивления КРС-1. Характеристика такой защиты приведена на рис. 8-24, в. Здесь отсечка является первой, а дистанционная защита второй зоной. Кроме того, отсечка перекрывает «мертвую зону» дистанционной защиты, которую имеют направленные реле сопротивления.

На рис. 8-25 показан принцип выполнения односистемной дистанционной защиты с токовым пусковым органом. Особенностью этой схемы является то, что для защиты от всех видов междуфазных к. з. используется только одно реле сопротивления. При этом для правильного действия при различных видах к. з. к реле в момент аварии подводятся токи и напряжения в сочетаниях, обеспечивающих одинаковый замер, равный сопротивлению до места к. з. zк з. Переключение, как показано на рис. 8-25, а, производится с помощью промежуточных реле 1П, 2П во вторичных цепях трансреакторов Т и на первичной стороне трансформатора ТН реле сопротивления. В качестве пускового органа в схеме используются два токовых реле 1T, 2Т, обмотки которых включены на токи фаз A и С. Токовые реле управляют работой промежуточных реле 1П и 2П и через них другими реле схемы защиты (рис. 8-25, б). При трехфазных и двухфазных к. з. между фазами А и С срабатывают оба токовых реле 1T и 2Т и соответственно оба промежуточных реле 1П и 2П. При этом, как видно из схемы, к реле сопротивления подводятся ток IA — IC и напряжение UАС, что обеспечивает правильный замер сопротивления до места к. з., равный zк з. При двухфазном к. з. между фазами А и В срабатывает только одно токовое реле 1T и соответственно одно промежуточное реле 1П. При этом к реле сопротивления подводится ток IA — IB и напряжение UАB, что также обеспечивает замер сопротивления, равного zк з. Наконец, при двухфазном к. з. между фазами В и С срабатывают реле 2Т и 2П, подводя к реле сопротивления ток IB — IC и напряжение UBC. При этом оно также измеряет сопротивление, равное zк з.

Промежуточное реле ЗП с замедлением на отпадание нормально находится в подтянутом положении и срабатывает при размыкании — одного любого или обоих контактов реле 1П и 2П, включенных в цепь его обмотки. При отпадании реле ЗП производит переключение уставки реле сопротивления на вторую зону и одновременно размыкает цепь отключения, первой зоны. Реле времени В запускается при срабатывании одного или обоих реле 1П и 2П и создает выдержку времени второй и третьей ступеней защиты. Так как выдержка времени второй ступени создается проскальзывающим контактом реле времени, то выходное промежуточное реле 4П имеет кроме рабочей обмотки 4Пр удерживающую обмотку 4ПУ, которая обеспечивает необходимую длительность импульса на отключение выключателя. Поскольку защита имеет токовый пусковой орган, она не требует специальной блокировки от нарушения цепей напряжения. Таким образом, рассмотренная дистанционная защита имеет три зоны, из которых две дистанционные и одна (третья) токовая, осуществляемые с помощью только одного дистанционного реле.

Расчет уставок дистанционной защиты Для дистанционной защиты со ступенчатой характеристикой сопротивления срабатывания зон и выдержки времени ступеней определяются на основании следующих соображений. Сопротивление срабатывания реле сопротивления первой зоны определяется из условия отстройки от к. з. на шинах противоположной подстанции по формуле: где zI с. з — первичное сопротивление срабатывания первой зоны дистанционной защиты; zл — сопротивление защищаемой линии; — коэффициент надежности отстройки, учитывающий погрешности реле сопротивления, трансформаторов тока и напряжения, а также погрешности расчета. Принимается равным 0,8—0,85.

При наличии на линии отпайки с выключателем на стороне высшего напряжения отстройка сопротивления срабатывания первой зоны должна производиться от точки подключения отпайки. В этом случае в формулу (8-30) подставляется не zл, а zу.л, равное сопротивлению участка линии от места установки защиты до точки подключения отпайки. При наличии на линии отпайки без выключателя на стороне высшего напряжения трансформатора сопротивление срабатывания первой зоны должно также определяться по условию отстройки от к. з. за трансформатором отпайки по формуле где zу.л — сопротивление участка линии до отпайки; zT — сопротивление трансформатора отпайки.

Таким образом, для линий с отпайками без выключателей на стороне высшего напряжения трансформаторов должно приниматься меньшее сопротивление срабатывания из определенных по формулам (8-30) и (8-31). Первая зона двух- и трехступенчатой дистанционной защиты выполняется, как правило, без выдержки времени, т. е. t1 = 0.

Сопротивление срабатывания реле сопротивления второй зоны определяется из следующих условий: 1. Отстройка от конца первой зоны дистанционной защиты смежных линий по формуле где zII с. з— первичное сопротивление срабатывания второй зоны дистанционной защиты линии Л1 (рис. 8-26); zл I — сопротивление защищаемой линии Л1; — коэффициент надежности отстройки, учитывающий погрешность реле сопротивления, трансформаторов тока и напряжения, а также погрешность расчетов уставок защиты линии Л2;

В случае, если смежными являются параллельные линии, оснащенные направленной поперечной дифференциальной защитой, при их параллельной работе определяющим условием является отстройка от конца этих линий по формуле где zл2 — сопротивление одной параллельной линии.

2. Отстройка от к. з. за трансформаторами приемной подстанции или трансформаторами отпайки по формуле: где zт — сопротивление трансформаторов. Для отстройки от к. з. за трансформаторами отпайки в формулу (8-35) вместо zл1 нужно подставлять сопротивление участка линии до отпайки, и принимается

Сопротивление срабатывания пусковых органов определяется из условия отстройки от максимального тока нагрузки и минимального эксплуатационного напряжения на шинах подстанции по формулам: для ненаправленного реле сопротивления где Iн.макс — максимальный ток нагрузки, который может проходить по защищаемой линии; Uмин — минимальное эксплуатационное напряжение на шинах подстанции, когда по линии проходит максимальный ток нагрузки; — угол максимальной чувствительности реле сопротивления; — угол между Iн.макс и Uмин ; — коэффициент надежности отстройки, принимаемый равным 1,2—1,25; —коэффициент возврата реле сопротивления.

Если пусковые органы одновременно осуществляют третью зону защиты, то сопротивление срабатывания должно быть дополнительно согласовано с второй зоной дистанционной защиты смежных линий по формуле (8-32), в которой вместо подставляется Выдержка времени третьей ступени определяется аналогично второй ступени. Для дистанционной защиты с токовым пуском ток сра-батывания пусковых токовых реле определяется по формулам (7-13) и (7-14) так же, как для максимальной токовой защиты. Пересчет первичного сопротивления срабатывания на вторичное производится по формуле где zс.р — вторичное сопротивление срабатывания; zс.з — первичное сопротивление срабатывания; nT и nH — коэффициент трансформации трансформаторов тока и напряжения.