Проблема оценки чувствительности релейной защиты

Одним из основных требований к релейной защите является требование чувствительности. Чувствительность защиты должна быть достаточной для её надёжного действия при КЗ в конце установленной для неё зоны в минимальном режиме энергосистемы и при замыканиях через переходное сопротивление (через дугу). В отечественной практике в качестве меры чувствительности используется коэффициент чувствительности, это регламентировано в ПУЭ.

Цитата из п. 3.2.20 ПУЭ:

«Оценка чувствительности основных типов релейных защит должна производиться при помощи коэффициента чувствительности, определяемого:

  • для защит, реагирующих на величины, возрастающие в условиях повреждений, — как отношение расчётных значений этих величин (например, тока, или напряжения) при металлическом КЗ в пределах защищаемой зоны к параметрам срабатывания защит;
  • для защит, реагирующих на величины, уменьшающиеся в условиях повреждений, — как отношение параметров срабатывания к расчётным значениям этих величин (например, напряжения или сопротивления) при металлическом КЗ в пределах защищаемой зоны.»

Итак, по нормативным требованиям чувствительность защит различного типа следует оценивать с помощью коэффициента чувствительности, определяемого при металлическом КЗ. Но насколько объективен этот показатель? Правильно ли сравнивать чувствительность, к примеру, реле тока (РТ) и реле сопротивления (РС) по их коэффициентам чувствительности? Ответ нет, неправильно. Обоснуем это утверждение на простом примере трёхфазного КЗ на стороне ВН трансформатора блока генератор-трансформатор. Параметры защищаемого объекта следующие.

  • Генератор:
    тип ТВФ-120-2У3
    номинальная полная мощность Sном = 125 МВА
    номинальная активная мощность Pном = 100 МВА
    сверхпереходное индуктивное сопротивление X d* =0,192 о.е.
  • Трансформатор:
    тип ТДЦ-125000/220
    номинальная мощность Sном = 125 МВА
    номинальное напряжение 242/10,5 кВ
    напряжение короткого замыкания uk = 11 %
  • Система:
    значение тока трёхфазного КЗ на выводах 220 кВ трансформатора – 21128 А
    расчётное напряжение – 235,5 кВ

Схема замещения защищаемого объекта при металлическом трёхфазном КЗ на стороне ВН трансформатора (по прямой последовательности) приведена на рис. 1. Место установки защиты обозначено флажком. Координата места повреждения обозначена как xf.

Схема замещения трёхфазного КЗ на стороне ВН блока
Рис. 1. Схема замещения трёхфазного КЗ на стороне ВН блока

Рассчитанные параметры схемы замещения:

  • ЭДС генератора Eг = 230/sqrt(3) = 133 кВ
  • эквивалентная ЭДС системы EсEг = 133 кВ
  • сопротивление генератора X”d =81,25 Ом
  • сопротивление трансформатора Xт = 46,55 Ом
  • эквивалентное сопротивление системы Xс = 6,43 Ом

Рассчитанный по схеме замещения ток металлического трёхфазного КЗ на стороне ВН блока равен Iкз = 1039 А. Рассчитаем уставки РТ и РС исходя из условия равенства их коэффициентов чувствительности Kч при КЗ в указанной точке (примем для обоих реле Kч = 1,5). Ток срабатывания РТ при Kч = 1,5:

Iсраб =  Iкз/Kч = 1039/1,5 = 693 А.

Сопротивление срабатывания РС при Kч = 1,5:

ZсрабXт · Kч = 46,55·1,5 = 69,83 Ом.

Пусть РС будет ненаправленным с круговой характеристикой срабатывания (рис. 2).

Характеристика срабатывания реле сопротивления
Рис. 2. Характеристика срабатывания РС

Теперь выясним насколько реально чувствительны РТ и РС с одинаковым Kч = 1,5 к трёхфазным КЗ на стороне ВН защищаемого блока генератор-трансформатор. Очевидно, что и то, и другое реле в случае металлического трёхфазного КЗ в данной точке сработают надёжно. Какое же должно произойти КЗ, чтобы выбранные РТ и РС оказались к нему нечувствительными и отказали в срабатывании? Единственный параметр режима КЗ, который влияет на чувствительность реле в нашем примере – это переходное сопротивление в месте повреждения Rf. По мере увеличения Rf при каком-то его значении защиты перестают срабатывать. Для каждой конкретной точки КЗ это значение Rf  будет своё. Если для каждой точки КЗ xf в пределах защищаемой зоны получить значения Rf, при которых защита перестаёт срабатывать, то полученная зависимость будет представлять собой вполне конкретную меру чувствительности этой защиты, причём с явным физическим смыслом. Назовём такую зависимость характеристикой чувствительности защиты (реле) к переходному сопротивлению. Для рассматриваемых РТ и РС характеристики чувствительности к переходному сопротивлению приведены на рис. 3. Координата xf = 0 о.е. соответствует стороне НН трансформатора блока, а xf = 1,0 о.е. – стороне ВН. Какую информацию можно получить из характеристик на рис. 3? Во-первых, оказывается, что РТ и РС с одинаковым коэффициентом чувствительности при металлическом КЗ на стороне ВН трансформатора блока имеют разную чувствительность к переходному сопротивлению, причём не только при КЗ на стороне ВН, но и в пределах всего трансформатора блока. Во вторых, чувствительность РТ к переходному сопротивлению оказывается более чем в 2 раза выше, чем у РС.

Таким образом, выясняется, что показатель коэффициента чувствительности является не вполне объективной мерой чувствительности измерительных органов релейной защиты. Выходит, что если мы хотим получить реальную картину, то сравнивать по чувствительности различные реле (различного типа, с различными формами характеристики срабатывания) с помощью коэффициента чувствительности нельзя.

Характеристики чувствительности реле тока и реле сопротивления к переходному сопротивлению
Рис. 3. Характеристики чувствительности РТ и РС к переходному сопротивлению

3
Оставить комментарий

1 Цепочка комментария
2 Ответы по цепочке
2 Последователи
 
Популярнейший комментарий
Цепочка актуального комментария
2 Авторы комментариев

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

  Подписаться  
новее старее большинство голосов
Уведомление о
Александр П.

Здравствуйте! Не могу не высказать ряд замечаний относительно сделанных выводов: «показатель коэффициента чувствительности является не вполне объективной мерой чувствительности измерительных органов релейной защиты. Выходит, что если мы хотим получить реальную картину, то сравнивать по чувствительности различные реле … с помощью коэффициента чувствительности нельзя.». Однако данная статья заставила немного задуматься. Как говорил мой знакомый: надо отделять мух от котлет. Сперва выясняется граничная величина переходного сопротивления (названный параметром влияющим на чувствительность), при которой будет срабатывать измерительный орган, а потом делается вывод, что коэффициент чувствительности является не вполне объективной мерой. Очень похоже на доказательство равенства 2+2 = 5 при неумышленном (хотя как знать)… Подробнее »

Здравствуйте, Александр! Коэффициент чувствительности (Кч = 1.5) в статье для обоих реле рассчитывается в режиме металлического КЗ. В реальности КЗ бывают через дугу. Именно от значения сопротивления дуги в месте повреждения зависит реальная чувствительность защиты, т.е. сможет она отреагировать на КЗ или нет. По этой причине справедливо сравнивать реальную чувствительность различных реле между собой по значению переходного сопротивления в месте КЗ, которое они гарантированно могут почувствовать.

Александр П.

Тем не менее ПУЭ говорит, что коэффициент чувствительности нужно определять при металлическом КЗ и устанавливает требования не менее 2, 1,5 и т.д. Откуда взялись эти значения 2, 1,5?! Не учитывают ли они, что КЗ сопровождаются дугой?! Мне кажется, что в какой то степени учитывают.
Кстати если говорить о дуге — то как известно ВАХ дуги является существенно нелинейной и в зависимости от различных условий может иметь различное сопротивление. Да есть какие то эмпирические формулы, учитывающие сопротивление дуги, но насколько в практических приложениях ими нужно пользоваться, с учетом вышесказанного, большой вопрос. Не надо усложнять людям жизнь. Вы же сами за простоту.