Дистанционная защита ВЛ 110 кв

Работа схемы. При КЗ в сети срабатывают пусковой орган ПО и орган направления мощности ОМ. Если направление тока КЗ положительно, ПО и ОМ замыкают свои контакты подают плюс на дистанционные органы ДО1 и ДО2, а также на реле времени 3 зоны.

Если КЗ произошло в 1 зоне, ДО1 замыкает свой контакт, подает импульс на отключение без выдержки времени. Если КЗ произошло во второй зоне, ДО1 не работает, так как сопротивление Zр больше сопротивления уставки реле. В этом случае ДО2 замыкает свой контакт и подает импульс на реле времени 2 зоны.

Если же КЗ произошло за пределами 1 и 2 зоны, органы ДО1 и ДО2 не работают, а срабатывает ранее запущенное реле времени третьей зоны.

Характеристика срабатывания реле сопротивления. Современные ДЗ выполняются на реле и на базе МПУ реагирующих не только на значение абсолютного сопротивления zk, но и на угол φр=arctg (x/r).

Это сделано, для того, чтобы отличать режимы КЗ от режимов больших нагрузок, когда Zр приближается к значению Zср. При токах КЗ φр≈80º, а при токах нагрузки φр≈15º-30º.

Для удобства вектор сопротивления линии строят в комплексной плоскости. 1,2 и 4 квадранты характеризуют различное соотношение активных и реактивных сопротивлений защищаемого участка линии.

В 3 квадранте характеристики питающей линии, то есть расположенной «за спиной» защиты. Синяя заштрихованная комплексная область показывает зону срабатывания реле сопротивления.

На рис. 3 показана характеристика направленного реле сопротивления. Об этом можно судить по тому, что характеристика не пересекает третьего квадранта, в противном случае это была бы ненаправленная защита.

Угол φм.ч. характеризует угол максимально чувствительности реле, при котором Zс.р.=Zс.р. макс. В нормальном режиме работы сети, вектор полного сопротивления линии, выходит далеко за пределы зоны срабатывания защиты.

При КЗ напряжение на поврежденной фазе снижается, ток увеличивается. Полное сопротивление участка ВЛ также уменьшается и попадает в зону срабатывания реле.

Выбор уставок ДЗ.

— Время срабатывания 1 зоны ДЗ не регулируется и определяется собственным временем срабатывания реле. Находится в пределах 0,02–0,15 секунд. Сопротивление срабатывания первой зоны Z1A выбирается по условию:

где ZЛ1 – полное сопротивление линии Л1 (рис. 1); k1 – коэффициент учитывающий погрешности настройки реле и расчетов защит, для реле типа КРС составляет 0,85. Таким образом, первая зона охватывает 85% длины линии.

— Время срабатывания 2 зоны защиты А отстраивается от быстродействующих защит В:

где t2A – время срабатывания 2 зоны защиты А; t1B – время срабатывания быстродействующих защит участка В равно 0,1 сек; Δt – ступень селективности, 0,3–0,5 сек.

Сопротивление срабатывания 2 зоны отстраивается по двум условиям:

1) от самой короткой 1 зоны следующего участка:

Z2A=k2(ZЛ1+k1*ZЛ2);

где k2 – коэффициент, учитывающий погрешности реле 2 зоны, 0,85;

2) отстройка от КЗ за трансформатором:

Z2A=k2(ZЛ1+kт*Zт);

За окончательную уставку 2 зоны принимается меньшее из двух значений. Кроме того, выбранная уставка проверяется по чувствительности:

kч=Z2A/ZЛ1≥1,25;

Для линий с сопротивлением 5-20 Ом, kч должен быть 1,5-2, так как на линиях с малым сопротивлением, при КЗ через дугу, ДЗ может отказать.

— Уставка срабатывания отстраивается от токов нагрузки, а время срабатывания выбирается по условию селективности.

Дистанционная защита линий, принцип работы, ступени, формула

Для защиты тупиковых кабельных или воздушных линий с односторонним питанием достаточно максимально-токовой защиты или токовой отсечки. Но, если эти линии подключены последовательно друг за другом или соединяют между собой несколько источников питания, невозможно выполнить такие защиты селективными.

Представим, что от шин подстанции №1 отходит линия, питающая другую подстанцию — №2. А с шин этой следующей подстанции уходит еще одна линия.

При использовании МТЗ на подстанции №1 она должна срабатывать при КЗ на первой линии, но давать возможность подействовать защите подстанции №2 при КЗ на следующей.

Но при этом она должна еще и резервировать защиту второй подстанции, для чего должна подействовать и при КЗ на линии 2. Для этого время действия защит нужно установить так, чтобы на первой подстанции выдержка была больше. К тому же придется разделить логику работы МТЗ на две или более ступеней, выставив для первой из них ток срабатывания, равный расчетному току КЗ в конце первой линии.

А теперь предположим, что с противоположной стороны линию №2 питает еще один источник энергии, не зависимый от первого. Теперь задача усложняется: токи короткого замыкания изменяются. К тому же МТЗ линий потребуется выполнить направленными.

Есть еще один вид защит, который может помочь эффективно отключить именно линию с повреждением – дифференциальная защита. Но для ЛЭП большой протяженности ее выполнить очень непросто.

При использовании же МТЗ и токовых отсечек устройства защиты получаются сложными, к тому же – недостаточно эффективными. Выход из ситуации – применение дистанционных защит.

1. Принцип действия защиты
2. Уставка первой зоны ДЗ
3. Вторая зона ДЗ
4. Третья зона ДЗ
5. Устройство и работа комплекта дистанционной защиты.
6. Пусковые органы ДЗ
7. Дистанционные органы.
8. Реле направления мощности
9. Органы блокировок
10. Применение дистанционной защиты

Принцип действия защиты

Дистанционная защита (ДЗ) – название, говорящее о том, что она реагирует на расстояние до точки короткого замыкания. А если говорить точнее: логика ее работы зависит от места расположения точки замыкания, которое и определяет защита.

Делает она это с помощью устройств, называемых реле сопротивления.

Их задача: косвенным образом измерить сопротивление от места расположения защиты до точки короткого замыкания. А для этого, по закону Ома, ей требуются не только ток, но и напряжение, получаемое от установленного на шинах подстанции трансформатора напряжения.

Реле сопротивления срабатывает при условии:

Здесь Zуст – уставка сопротивления срабатывания реле. Измеряемая величина является фиктивной, так как в некоторых режимах работы (например, при качаниях) ее физический смысл, как сопротивления, теряется.

Уставок срабатывания, а, следовательно, и реле сопротивления у ДЗ, как правило, не менее трех.

Защищаемая область делится на участки, называемые зонами. Время срабатывания для каждой из зон свое. А уставка реле сопротивления равна сопротивлению до точки КЗ в конце соответствующей зоны. Для пояснения вспомним пример с подстанциями и линиями.

Уставка первой зоны ДЗ

Рассчитывается так, чтобы она защищала только свою отходящую линию. Но не до самого конца, а с учетом погрешности измерения сопротивления – 0,7-0,85 ее длины. При срабатывании первой зоны ДЗ линия отключается с минимально возможной выдержкой времени, так как КЗ находится гарантированно на ней.

Вторая зона ДЗ

Резервирует отказ защиты следующей подстанции. Для чего она реагирует на КЗ в конце линии №2. И первая зона ДЗ для выключателя второй линии от подстанции №2 выставлена на сопротивление до той же самой точки КЗ, но уже от шин этой подстанции. Но выдержка времени 2 зоны ДЗ подстанции №1 больше, чем 1 зоны ДЗ подстанции №2.

Этим обеспечивается требуемая селективность: выключатель второй линии от подстанции №2 отключится раньше, чем отработает реле времени защиты на подстанции №1.

Третья зона ДЗ

Необходима для резервирования защиты следующей линии, если она есть в наличии. Дополнительного количества зон не предусматривается.

Интересное видео о настройке дистанционной защиты смотрите ниже:

Устройство и работа комплекта дистанционной защиты.

Тем не менее, на одних реле сопротивления и реле времени такую защиту не выполнить. На практике она включает в себя несколько функциональных блоков.

Пусковые органы ДЗ

Это токовые реле или реле полного сопротивления. Их задача: определить наличие КЗ в защищаемой цепи и запустить работу остальных устройств защиты.

Дистанционные органы.

Набор реле сопротивления для определения зоны срабатывания и дистанции до места КЗ. Устройство, формирующее выдержки времени для зон защиты. Это – обычные реле времени.

Реле направления мощности

На самом деле он применяется редко, так как реле сопротивления конструктивно обладают собственной диаграммой направленности, не позволяющей срабатывать защите при КЗ «за спиной». В итоге исключается срабатывание защиты при замыканиях в направлении, противоположном защищаемой линии.

Органы блокировок

Одно из которых — защита от исчезновения напряжения. При неисправностях цепей ТН ДЗ выводится из действия. Следующая блокировка работает при качаниях в системе. При их возникновении обычно происходит снижение напряжения на шинах и увеличение тока в защищаемых линиях. Эти изменения воспринимаются дистанционными органами защиты как уменьшение сопротивления, из-за чего также не исключена ложная работа защиты.

Применение дистанционной защиты

Дистанционная защита используется в сетях с питанием от двух и более источников.

Это линии связи напряжением 35, 110 кВ и выше, по которым осуществляется транзит электроэнергии.

Особенно эффективна и незаменима ДЗ в кольцевых схемах энергоснабжения, применение которых очень часто для единой энергетической системы страны.

Для всех сетей, где установлена ДЗ, она является основной защитой.

Конструкция ДЗ на электромеханической базе предполагает наличие большого количества элементов: обычных реле, трансформаторов. Для ее размещения выделяется целая панель. Современные же варианты микропроцессорных защит умещаются в одном терминале, соседствуя с другими их видами, а также – возможностью фиксирования срабатываний защит, работы блокировок, запись осциллограмм аварийных процессов. Совмещением нескольких устройств в одном терминале обеспечивается не только компактность, но и удобство в эксплуатации релейной защиты линии.

Ещё одно интересное короткое видео об анализе работы дистанционной защиты:

Защита тупиковых ВЛ напряжением 110—220 кВ

Для линий напряжением 110 кВ и выше должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных замыканий и от замыканий на землю. Тип основной защиты линии определяют, исходя из требований сохранения устойчивости работы энергосистемы. Считается, что требования по устойчивой работе энергосистемы, как правило, удовлетворяются, если трехфазные КЗ на линиях, сопровождающиеся снижением напряжения на питающих шинах, ниже (0,6. . 0,7) Uном, отключаются без выдержки времени (при условии, что расчеты устойчивости не предъявляют других, более жестких требований). Кроме того, применение быстродействующей защиты может оказаться необходимым, когда повреждения, отключаемые с выдержкой времени, могут привести к нарушению работы ответственных потребителей или к недопустимому нагреву проводников, а также при необходимости осуществления быстродействующего АПВ.

На тупиковых линиях напряжением 110—220 кВ следует устанавливать ступенчатые токовые защиты или ступенчатые защиты тока и напряжения. Если такие защиты не удовлетворяют требованиям чувствительности или быстроты отключения повреждения, предусматривается ступенчатая дистанционная защита. В этом случае в качестве дополнительной защиты рекомендуется использовать мгновенную токовую отсечку.
Для защиты от замыканий на землю предусматривается ступенчатая токовая защита нулевой последовательности (направленная или ненаправленная).

Токовая защита нулевой последовательности

Для защиты линий напряжением 110—220 кВ от КЗ на землю предусматриваются, как правило, ступенчатые токовые защиты нулевой последовательности. Реле тока всех ступеней защиты включаются на сумму трех фаз, что обеспечивает протекание по ним тока нулевой последовательности при однофазных КЗ на землю. Расчет ступенчатой токовой защиты нулевой последовательности сводится к определению тока срабатывания и выдержек времени отдельных ступеней защиты; необходимости использования в защите реле направления мощности; чувствительности защиты.

Рис. 1. Расчетные схемы для определения тока срабатывания защиты
нулевой последовательности тупиковой ВЛ 110—220 кВ по условиям 1 и 2: а — исходная; б — замещения — для определения эквивалентного сопротивления трансформаторов и линий при однофазном включении (одна из целей отключена); я1л1 —индуктивное сопротивление участка линии л1; хт1 и хт2 — индуктивные сопротивления трансформаторов тl и т2 при включении под напряжение одной фазы
На примере типичной для электроснабжения промышленных предприятий схемы (рис, 1, а) (тупиковая линия с односторонним питанием) рассмотрена методика выбора параметров срабатывания защиты линий, для которых длительный режим работы двумя фазами не предусматривается. Защита может быть выполнена одно- или двухступенчатой.

Учитывая наличие типовых панелей, на линиях, питающих подстанции с заземленной нейтралью, рекомендуется выполнение двухступенчатой защиты с направленной второй ступенью, что дает возможность повысить ее чувствительность и уменьшить время отключения КЗ. Ток срабатывания первой ступени защиты при выполнении ее без выдержки времени выбирают по следующим условиям.
1. Отстройка от броска тока намагничивания трансформаторов, имеющих глухозаземленные нейтрали и включаемых под напряжение при включении линии. Для выключателей с трехфазным приводом это условие при выборе параметров срабатывания защиты не учитывается. Нe учитывается оно также, если первая ступень защиты отстроена по времени от неодновременного включения фаз выключателя. При этом для выключателей с пофазными приводами время срабатывания первой ступени должно быть не менее 0,1—0,2 с (нижний предел — для воздушных выключателей, верхний — для масляных).
Подстанции промышленных предприятии выполняют, как правило, по упрощенным схемам с короткозамыкателями в цепи трансформаторов. При определении чувствительности защиты нулевой последовательности линий, к которой присоединены такие подстанции, следует учитывать уменьшение тока 3/0мин и мощности (3/03 £/„) мин из-за возможного одновременного трехфазного КЗ за трансформатором и однофазного КЗ на землю на высокой стороне трансформатора при включении короткозамыкателя.
Отношение токов нулевой последовательности в защите линии при замыкании на землю одной фазы на выводах высшего напряжения трансформатора с КЗ между тремя фазами на стороне низшего напряжения (режим 1,3) и при замыкании на землю одной фазы (режим 1) может быть определено по табл.

Токовая защита от междуфазных КЗ

Токовые ступенчатые защиты от междуфазных КЗ широко используют на тупиковых линиях 110—220 кВ. В качестве первой ступени, выполняемой, как правило, без выдержки времени, применяют токовую отсечку. Первичный ток срабатывания токовой отсечки, установленной на линии (рис., а) и выполняемой без выдержки времени, определяется следующими условиями:
Отстройка от тока, проходящего в месте установки защиты, при трехфазных КЗ за трансформаторами, питаемыми рассматриваемой линией. Отстройка по этому условию производится по выражению (11), где /£3)макс—наибольший ток в защите при трехфазном КЗ за трансформаторами в максимальном режиме системы и при минимальном сопротивлении трансформаторов с учетом РПН; kH

1,3. 1,4. При наличии ответвительных подстанций с выключателями на стороне ВН токовая отсечка, защищающая линию, для обеспечения селективности должна быть отстроена от максимального тока КЗ на стороне ВН ближайшей подстанции с выключателями.
Отстройка от тока двигателей нагрузки при трехфазном КЗ на шинах подстанции, на которой установлена данная защита (точка К на рис. 37, а). Расчетным при этом является выражение (7.5), где /я,,™ — максимальный ток, посылаемый двигателями нагрузки, питаемой от рассматриваемой линии, при трехфазном КЗ на шинах подстанций, к которым присоединена линия; kH — 1,3. 1,4,
Отстройка от тока самозапуска двигателей нагрузки, питаемой от рассматриваемой линии. Расчетным по этому условию является выражение (7.2).
Отстройка от бросков тока намагничивания трансформаторов, присоединенных к линии, при ее включении. Расчет производят для трех видов включения: одно- и двухфазного (одновременного включения двух фаз, затем с некоторым запаздыванием включения третьей фазы), а также трехфазного (одновременного включения всех трех фаз). Расчетное выражение имеет вид

где хг экв — эквивалентное сопротивление трансформаторов и линии до места установки защиты для расчетного вида включения. Определение лт экв выполняется аналогично выражению (15). При расчете по однофазному включению учитывают только трансформаторы с заземленной нейтралью, которые вводятся в схему замещения сопротивлениями ху, вычисляемыми по расчетным выражениям на с. 143. При расчете по двухфазному включению в схему замещения вводят сопротивлениями хф все трансформаторы, питаемые от рассматриваемой линии, независимо от режима заземления нейтрали. При расчете по трехфазному включению учитывают также все трансформаторы. При этом трансформаторы вводят в схему замещения сопротивлениями, значения которых равны 1,35* для трансформаторов и 1,3 для автотрансформаторов. Значение коэффициента Сб определяется по табл. 3.
3. Значение коэффициента Сб

Дистанционные защиты линий

Дистанционные защиты линий. Характеристики срабатывания

Дистанционная защита – защита, характеристическая величина которой не зависит от режима работы системы электроснабжения, а время действия защиты определяется только расстоянием от места ее установки до места короткого замыкания. Она реагирует на отношение напряжения к току в месте установки защиты. Это отношение называется сопротивлением Zp на зажимах реле защиты. При соответствующем включении реле это сопротивление пропорционально расстоянию от места установки защиты до места короткого замыкания и не зависит от режима работы системы электроснабжения.

Дистанционная защита, как и токовая, обычно выполняется трехступенчатой с относительной селективностью. Параметрами каждой ступени являются длина защищаемой зоны и время срабатывания. На линиях с двусторонним питанием дистанционная защита выполняется направленной.

Основные органы защиты.

Функциональная схема дистанционной направленной трехступенчатой защиты показана на рис 4 ниже. Каждая ступень защиты содержит измерительный орган У первой и второй ступеней — это ненаправленные или направленные реле сопротивления — дистанционные органы KZ1I и KZ2II Измерительный орган третьей ступени — реле KAIII(KZIII) — является одновременно пусковым органом всей защиты. Он срабатывает при повреждении в любой зоне и осуществляет пуск защиты (например, замыкает цепь оперативного тока). Пусковым органом дистанционной защиты могут быть или максимальные реле тока (КАШ), или минимальные реле сопротивления (KZIII). Они должны иметь высокую чувствительность, не действовать при максимальной нагрузке и по возможности не действовать при качаниях.

Использование пускового органа сопротивления позволяет повысить чувствительность защиты, так как, реагируя на отношение U_p/I_p = Z_p, он более четко отличает перегрузки (Z_p изменяется незначительно) от коротких замыканий (Z_p уменьшается заметнее).

Орган направления мощности — реле KW — предотвращает срабатывание защиты при направлении мощности к шинам подстанции и предусматривается в случаях, когда пусковой орган и дистанционные органы не обладают направленностью действия. Орган выдержек времени — реле КТ1—КТЗ — совместно с другими органами формирует трехступенчатую характеристику защиты.

Действие защиты. Действие защиты при повреждении в различных точках системы электроснабжения можно рассмотреть на примере защиты А1 (рис. 4. б). Орган направления мощности разрешает действовать защите только при направлении мощности от шин в линию, т.е. при коротких замыканиях в точках К₁, K₂, К₃. Во всех случаях срабатывает пусковой орган. Если повреждение происходит в пределах первой зоны l I ₁ (точка K₁), то срабатывают также дистанционные органы KZ1.I и KZ2.II. При этом приходят в действие все реле времени. Однако раньше других срабатывает реле времени КТ1, как имеющее наименьшую уставку t I ₁. Защита производит отключение выключателя с выдержкой времени первой ступени. Поведение защиты при коротком замыкании во второй зоне l I I ₁ (точка К₂) отличается тем, что дистанционный ор­ган KZ1.I не срабатывает. Поэтому приходят в действие только реле КТ2 и КТ3. Раньше срабатывает реле времени КТ2, определяющее выдержку времени второй ступени, и защита отключает выключатель с временем t II ₁. При коротком замыкании в точке К₃ оба дистанционных органа не срабатывают, а с выдержкой времени t III ₁, создаваемой реле времени КТ3, действует третья ступень защиты.

При неисправностях в цепях напряжения TV и в режиме качаний в системе защита может сработать неправильно. Для исключения этого дистанционную защиту снабжают блокировками, выводящими ее из действия при возникновении указанных режимов.

Отдельное реле времени KT1 для первой ступени, как правило, не применяется, и время действия первой ступени, как и в трехступенчатой токовой защите, определяется только собственным временем срабатывания пускового и измерительного органов. Иногда функции нескольких органов выполняют сложные измерительные реле. Так, направленное реле сопротивления выполняет функции органа направления мощности и дистанционного, а иногда и пускового. Схема дистанционной защиты при этом упрощается.

Далее в РЗА: Выбор дистанционных параметров защиты линий.