Выбор положения программных ключей

РЕКОМЕНДАЦИИ

По выбору уставок и конфигурированию защит

СОДЕРЖАНИЕ

Принятые сокращения и обозначения. 1

1 Определение необходимого набора защит. 2

1.1 Общий подход. 2

1.2 Согласование защит. 2

1.3 Определение набора защит. 6

1.4 Выбор положения программных ключей. 6

2 Условия для выбора и проверки уставок. 7

2.1 Токовая отсечка. 9

2.2 Ненаправленная дистанционная защита. 9

2.3 Направленная дистанционная защита 1-й ступени. 9

2.4 Направленная дистанционная защита 2-й ступени. 10

2.5 Направленная дистанционная защита 3-й ступени. 10

2.6 Защита минимального напряжения. 10

2.7 Защиты смежного фидера. 11

2.8 Общие параметры ступеней ДЗ2 и ДЗ3. 11

2.9 Направленная дистанционная защита 4-й ступени. 12

3 Выбор уставок. 13

3.1 Исходные данные. 13

3.2 Выбор уставок защит по РУК.. 14

3.3 Использование приближенных выражений для выбора уставок. 16

3.4 Проверка выбранных значений уставок. 18

3.5 Ввод уставок. 20

3.6 Экспериментальная проверка и коррекция уставок. 20

4 Пример приближенного расчета уставок. 23

4.1 Исходные данные. 23

4.2 Выбор уставок для нормального режима. 23

4.3 Выбор уставок для вынужденного режима. 24

4.4 Проверка уставок по результатам опытных КЗ. 25

Принятые сокращения и обозначения

АПВ	–	автоматическое повторное включение;
ДЗi	–	дистанционная защита i-й ступени;
ЗМН	–	защита минимального напряжения;
ЗРУ	–	закрытое распределительное устройство;
КЗ	–	короткое замыкание;
КС	–	контактная сеть;
МЗ	–	межподстанционная зона;
ННДЗ1	–	ненаправленная дистанционная защита первой ступени;
ОН	–	отстроенность от нагрузки;
ОРУ	–	открытое распределительное устройство;
ОТ	–	отстроенность от уравнительных токов;
ПС	–	пост секционирования;
ППС	–	пункт параллельного соединения;
РУ	–	распределительное устройство;
РУК	–	Руководящие указания по релейной защите систем тягового электро-снабжения. Департамент электрификации и электроснабжения ОАО «Российские железные дороги». – М., «ТРАНСИЗДАТ», 2005 г.
РПН	–	Регулирование под напряжением;
РТЗi	–	резервная токовая защита i-й ступени;
СБ	–	селективность в ближней зоне;
СД	–	селективность в дальней зоне;
ТН	–	трансформатор напряжения;
ТО	–	токовая отсечка;
ТО2	–	токовая отсечка по мгновенным значениям;
ТП	–	тяговая подстанция;
ФКС	–	фидер контактной сети;
ЦЗА	–	цифровая защита и автоматика;
ЧБ	–	чувствительность в ближней зоне;
ЧД	–	чувствительность в дальней зоне;
ЧМ	–	чувствительность в «мёртвой зоне».

Перед вводом устройства ЦЗА-27,5-ФКС в эксплуатацию в соответствии с п. 2.2.6 настоящего РЭ необходимо задать нужную конфигурацию защит программными ключами и ввести уставки защит. Ниже раскрывается содержание необходимых для этого действий.

Настоящие рекомендации предназначены для выбора уставок защит для ТП, ПС и ППС.

Определение необходимого набора защит

Общий подход

Задача выбора (расчета) уставок защит фидера контактной сети (ФКС) рассматривается как одна из подзадач защиты межподстанционной зоны (МЗ). То есть, устройства защиты всех выключателей МЗ должны работать согласованно (как по величине уставок контролируемых параметров, так и по времени выдержки), образуя единую систему защиты МЗ. При этом задача защиты МЗ ставится шире, чем просто «защита от КЗ», а именно: максимально повысить вероятность своевременного обнаружения любых аварийных ситуаций и прекращения их развития путем отключения, при условии минимизации ложных и излишних отключений тяговой сети.

Согласование защит

1.2.1 Принципы согласования

Под «согласованием защит» понимается обеспечение чувствительности, селективности, быстродействия и отстроенности от нормальных режимов в пределах всей МЗ. В эту комплексную процедуру включаются:

- для каждого места установки защиты - выбор необходимых типов защит и блокировок для решения общей задачи защиты МЗ (см. п. 1.1);

- учет графиков селективности и быстродействия токовых и дистанционных защит (в соответствии с рекомендациями РУК);

- учет параметров нормального режима (параметров нагрузки);

- выбор основных требований к определению уставок для каждого типа защит.

Существование некоторых противоречий между требованиями чувствительности, селективности, быстродействия и отстроенности от нормальных режимов приводит к необходимости использовать две или больше защиты в ближней зоне:

1-я выбирается в соответствии с требованием селективности и выполняется без выдержки времени (при этом она не обеспечивает чувствительность во всей зоне), а

2-я (и последующие) - в соответствии с требованием чувствительности во всей ближней зоне и выполняется с выдержкой времени, достаточной для селективного отключения следующего выключателя по своей защите.

Исходя из этого, уставки ТО и ДЗ1 выбирается по условию селективности в ближней зоне, ДЗ2 - из условия чувствительности в ближней зоне, а РТЗ1 – из условия чувствительности вблизи шин ТП, т.к. основная задача РТЗ – только резервировать ДЗ в её «мертвой зоне». ДЗ3 выбирается из условия чувствительности в дальней зоне, причем продленной до нейтральной вставки смежной подстанции (ТП-В).

ДЗ4, предназначенная для выявления пробоя на разземленную опору, выбирается из условия чувствительности в ближней зоне (в дальней зоне проблематично обеспечить ее селективность из-за значительного возрастания измеренного защитой значения сопротивления вследствие перераспределения токов). Но при этом ДЗ4 должна удовлетворять условиям отстроенности от токов нагрузки и уравнительных токов, попадающих в зону ее действия.

Для микропроцессорных защит величина ступени выдержки времени ограничена снизу быстродействием применяемых выключателей и с учетом возможности их каскадного отключения принимается равной 0,3 с.

ПРИМЕЧАНИЕ 1.1 - Если в пределах всей МЗ установлены только вакуумные выключатели с максимальным временем отключения не более 80 мс, а в качестве защит - терминалы ЦЗА-27,5-ФКС, то величину ступени можно уменьшить до 0,25 с (и даже до 0,2 с, если опыт эксплуатации покажет, что каскадное отключение выключателей заканчивается раньше).

1.2.2 Защиты по току и сопротивлению

Для согласования во времени защит по току и сопротивлению на ТП, ПС и ППС в пределах МЗ производится распределение времени их срабатывания по ступеням выдержки. Например, для нормального режима это производится следующим образом.

С нулевой выдержкой времени должны работать защиты всех выключателей, удовлетворяющие условию селективности в ближней зоне. Таким образом работают ТО и ДЗ1 (или ННДЗ1). Поскольку возможны случаи, когда ТО не обеспечивает чувствительности даже в начале ближней зоны, а ДЗ1 имеет в этом месте «мертвую зону», резервирующая защита РТЗ1 должна рассчитываться исходя из условия чувствительности в этой «мертвой зоне». При этом учитывается, что неселективная работа РТЗ1 возможна только при очень сильном снижении напряжения на шинах ТП, что в любом случае соответствует серьезной аварии и не является «излишним срабатыванием».

Основные защиты, удовлетворяющие условию чувствительности во всей ближней зоне, но не обеспечивающие в ней селективность – должны иметь выдержку времени не менее одной ступени. Выдержку в 1 ступень устанавливают для ДЗ2 (РТЗ2) ПС, но для ДЗ2 (РТЗ2) и ДЗ4 ТП и ППС – устанавливают 2 ступени, т.к. их зона действия может выйти за пределы зоны ДЗ2 ПС и произвести неселективное отключение вместе с селективным отключения по ДЗ2 (РТЗ2) ПС.. Защита ДЗ4 должна иметь выдержку времени не менее, чем 2 ступени, т.к. она не обеспечивает селективности в ближней зоне ТП.

Выдержку времени в 3 ступени должны иметь резервные защиты дальней зоны, удовлетворяющие условию чувствительности. Такую выдержку задают для ДЗ3 (и РТЗ3) ТП.

Что касается выбора уставок по току ступеней резервной токовой защиты (РТЗ2 и РТЗ3), то их можно принять равными уставке РТЗ1 на том основании, что они должны защищать только «мертвую зону», которая у всех ступеней ДЗ одинакова.

Вытекающие из такого согласования основные требования к выбору набора защит и их уставок для различных вариантов установки защит приведены в таблице 1. Соответствующие ведущие условия (т.е., условия, по которым должны рассчитываться эти защиты) для различных вариантов применения устройств защит приведены в таблице 1 в фигурных скобках:

СБ – селективность в ближней зоне;

ЧБ – чувствительность в ближней зоне;

ЧМ – чувствительность в «мёртвой зоне» дистанционных направленных защит;

СД – селективность в дальней зоне;

ЧД – чувствительность в дальней зоне;

ОН – отстроенность от нагрузки;

ОТ – отстроенность от уравнительных токов.

Таблица 1

Согласование защит

Вариант установки устройства защиты	Согласование защит по быстродействию
№	Тип участка и	Объект	Режим	Зона	Номер	ступени	(выдержка	времени)
вар.	схема питания	установки	питания	защиты	0 (0 с)	1 (0,3 с)	2 (0,6 с)	3 (0,9 с)
			нормальный	ближняя	ТО-{СБ} ДЗ1-{СБ} РТЗ1-{ЧМ}	-	ДЗ2-{ЧБ} РТЗ2-{ЧМ} ДЗ4-{ЧБ}⁽²⁾	ЗМН-{СБ}⁽¹⁾ РТЗ3-{ЧМ}
дальняя	-	-	-	ДЗ3-{ЧД}
		ТП	вынужденный (без ПС)	ближняя	ТО-{СБ} ДЗ1-{СБ} РТЗ1-{ЧМ}	ДЗ2-{ЧБ} РТЗ2-{ЧМ}	ЗМН-{СБ}⁽¹⁾ ДЗ4-{ЧБ}⁽²⁾	-
	однопутный		вынужденный (без ТП-В)	обе	ТО-{СБ} ДЗ1-{СБ} РТЗ1-{ЧМ}	-	ДЗ2-{ЧД} РТЗ2-{ЧМ} ДЗ4-{ЧБ}⁽²⁾	ЗМН-{СБ}⁽¹⁾
		ПС	нормальный	ближняя	ТО-{СБ} ННДЗ-{СБ}	ДЗ2-{ЧБ} РТЗ2-{ЧМ}	ЗМН-{ОН}⁽³⁾ ДЗ4-{ЧБ}⁽²⁾	-
			Без ТП-В	ближняя	ТО-{ОН} ННДЗ-{ЧБ}	-	ЗМН-{ОН}⁽³⁾ ДЗ4-{ЧБ}⁽²⁾	-
			нормальный	ближняя	ТО-{СБ} ДЗ1-{СБ} РТЗ1-{ЧМ}	-	ДЗ2-{ЧБ} РТЗ2-{ЧМ} ДЗ4-{ЧБ}	ЗМН-{СБ}⁽¹⁾ РТЗ3-{ЧМ}
дальняя	-	-	-	ДЗ3-{ЧД}
		ТП	вынужденный (без ПС)	ближняя	ТО-{СБ} ДЗ1-{СБ} РТЗ1-{ЧМ}	ДЗ2-{ЧБ} РТЗ2-{ЧМ}	ЗМН-{СБ}⁽¹⁾ ДЗ4-{ЧБ}	-
	двухпутный, узловая		вынужденный (без ТП-В)	обе	ТО-{СБ} ДЗ1-{СБ} РТЗ1-{ЧМ}	-	ДЗ2-{ЧД} РТЗ2-{ЧМ} ДЗ4-{ЧБ}	ЗМН-{СБ}⁽¹⁾
		ПС	нормальный	ближняя	ТО-{СБ} ДЗ1-{СБ} РТЗ1-{ЧМ}	ДЗ2-{ЧБ} РТЗ2-{ЧМ}	ЗМН-{ОН}⁽³⁾ ДЗ4-{ЧБ}	-
			вынужденный (без ТП-В)	ближняя	ТО-{ОН} ДЗ1-{ЧБ} РТЗ1-{ЧМ}	-	ЗМН-{ОН}⁽³⁾ ДЗ4-{ЧБ}	-
		ТП	нормальный	ближняя	ТО-{СБ} ДЗ1-{СБ} РТЗ1-{ЧМ}	-	ДЗ2-{ЧБ} РТЗ2-{ЧМ} ДЗ4-{ЧБ}	ЗМН-{СБ}⁽¹⁾ РТЗ3-{ЧМ}
дальняя	-	-	-	ДЗ3-{ЧД}
	двухпутный, петлевая		вынужденный (без ПС)	ближняя	ТО-{ОН} ДЗ1-{СБ} РТЗ1-{ЧМ}	ДЗ2-{ЧБ} РТЗ2-{ЧМ}	ЗМН-{ОН}⁽¹⁾ ДЗ4-{ЧБ}	-
		ПС		ближняя	ТО-{CБ} ДЗ1-{СБ} РТЗ1-{ЧМ}	ДЗ2-{ЧБ} РТЗ2-{ЧМ}	ЗМН-{ОН}⁽³⁾ ДЗ4-{ЧБ}	-
		ТП	нормальный	ближняя	ТО-{СБ} ДЗ1-{СБ} РТЗ1-{ЧМ}	-	ДЗ2-{ЧБ} РТЗ2-{ЧМ} ДЗ4-{ЧБ}	ЗМН-{СБ}⁽¹⁾ РТЗ3-{ЧМ}
дальняя	-	-	-	ДЗ3-{ЧД}
	двухпутный, параллельная		вынужденный (без ПС)	ближняя	ТО-{СБ} ДЗ1-{СБ} РТЗ1-{ЧМ}	ДЗ2-{ЧБ} РТЗ2-{ЧМ}	ЗМН-{СБ}⁽¹⁾ ДЗ4-{ЧБ}	-
			вынужденный (без ТП-В)		ТО-{СБ} ДЗ1-{СБ} РТЗ1-{ЧМ}	-	ДЗ2-{ЧД} РТЗ2-{ЧМ} ДЗ4-{ЧБ}	ЗМН-{СБ}⁽¹⁾
		ПС		ближняя	ТО-{СБ} ДЗ1-{СБ} РТЗ1-{ЧМ}	ДЗ2-{ЧБ} РТЗ2-{ЧМ}	ЗМН-{ОН}⁽³⁾ ДЗ4-{ЧБ}	-
		ППС		ближняя	ТО-{СБ} ННДЗ-{СБ} ЗМН-{ЧБ}	ДЗ2-{ЧБ} РТЗ2-{ЧМ}		-
	⁽¹⁾ - ⁽²⁾ - ⁽³⁾-	см. ПРИМЕЧАНИЕ 1.3; см. ПРИМЕЧАНИЕ 1.2; см. ПРИМЕЧАНИЕ 1.4

ПРИМЕЧАНИЕ 1.2 – Для однопутных участков при выборе уставок ДЗ4 необходимо учитывать условие ОТ, т.к. в этих случаях весьма вероятны ложные срабатывания ДЗ4 от уравнительных токов. Для двухпутных участков условие ОТ в терминале ЦЗА-27,5-ФКС обеспечивается программно по примерному равенству токов двух смежных фидеров (если токи смежных фидеров отличаются не более, чем на фиксированную величину 20 А, то действие ДЗ4 блокируется).

Для вынужденного режима с выведенным ПС участок из двухзонного становится однозонным (с одной ближней зоной, равной всей длине участка). Это приводит к изменению условий согласования защит. Для другого вынужденного режима – с выведенной соседней подстанцией ТПВ – для защит ПС соблюдение условия селективности в зоне за ПС не имеет смысла, т.к. защиты ПС не резервируют никаких других защит и не требуют согласования с ними. В результате этого, все зонные защиты ПС выполняются без выдержки времени, а резервирующие их защиты на ТП-А – могут иметь выдержку времени в одну ступень.

Для этих вынужденных режимов работы межподстанционной зоны распределение времени срабатывания токовых и дистанционных защит по ступеням выдержки времени также приведено в таблице 3.

1.2.3 Защита минимального напряжения

ЗМН на ТП используется как резервная защита шин РУ-27,5 кВ (основной защитой шин является: в случае ОРУ-27,5 – логическая защита шин, а в случае ЗРУ-27,5 – «земляная» защита). В этом случае условие чувствительности выполняется автоматически, т.к. при КЗ на шинах напряжение падает практически до нуля. Более существенным является обеспечения селективности ЗМН (чтобы она не срабатывала при КЗ на ПС или ТП-В), для чего она должна иметь время срабатывания на одну ступень больше, чем самая медленная из работающих в той же зоне защит по току и сопротивлению. Причем, в зависимости от того, в какой зоне ЗМН обеспечивает селективность, её время выдержки может быть различным.

Учитывая, что для ЗМН на ТП условие СБ всегда «жестче», чем условия СД или ОН, используется именно это условие (если только оно не выполняется автоматически, как в варианте №12 из таблицы 1).

ПРИМЕЧАНИЕ 1.3 – Иногда по условиям эксплуатации надо учитывать необходимость отстройки ЗМН от перерывов в питании ТП в результате КЗ на высокой стороне с последующим восстановлением питания по АПВ. В этом случае следует выбирать время выдержки ЗМН на ФКС на ступень больше, чем время АПВ по высокой стороне (чтобы не требовалось оперативного вмешательства диспетчера для включения ФКС).

Для ПС ЗМН является дополнительной защитой ФКС и резервирует защиты по току и сопротивлению. Учитывая, что на ПС ЗМН одинаково чувствительна к КЗ на любом из фидеров (т.е. к КЗ «за спиной»), невозможно обеспечить ее селективное действие для конкретного фидера. Поэтому основным условием выбора уставки ЗМН по напряжению является условие ОН, по которому, в соответствии с РУК, для ПС рекомендуется уставка не более 14500 В. ЗМН должна иметь время срабатывания, по крайней мере, на одну ступень большее, чем ДЗ2.

ПРИМЕЧАНИЕ 1.4 - Следует учитывать, что после отключения выключателей ПС по ЗМН для их включения требуется вмешательство диспетчера, т.к. АПВ после ЗМН не производится. Поэтому при консольном питании участка, чтобы не затягивать процесс восстановления нормальной схемы питания тяговой сети после отключений на ТП с последующим АПВ, следует выбирать время выдержки ЗМН на ПС на ступень больше, чем время АПВ на ФКС ТП или время АПВ по высокой стороне ТП.

Для ППС по условиям СБ выбираются ТО и ННДЗ, а ЗМН должна удовлетворять условию ЧБ и работать с минимальной выдержки времени (0,1 с).

Таким образом, в таблице 1 показаны варианты согласование условий селективности, чувствительности, быстродействия и отстроенности от нормальных режимов для всех защит МЗ, выполняемых терминалом в большинстве возможных его применений. При этом для ЗМН в таблице 1 указанна минимально возможная выдержка времени; в общем случае необходимо учитывать ПРИМЕЧАНИЯ 1.3 и 1.4.

Определение набора защит

В терминал ЦЗА-27,5-ФКС вводятся две группы уставок (переключаемые оперативно одной командой):

- 1-я группа уставок используется для защит, действующих в нормальном режиме;

- 2-я – для защит, вводимых в вынужденном режиме.

Вариант установки защиты определяется следующими условиями (см. таблицу 1):

1) защищаемый участок: (однопутный, двухпутный);

2) схема питания тяговой сети: (узловая, параллельная, петлевая);

3) место установки защиты: (ТП, ПС, ППС);

4) режим питания тяговой сети: (нормальный, вынужденный без ПС или без ТП-В, нетиповой).

По этим условиям для нормального и вынужденного режимов определяются номера вариантов установки устройства защиты по таблице 1. Из таблицы 1 также выбирается необходимый перечень защит по току, напряжению и сопротивлению, а также ведущие условия для выбора уставок каждой из этих защит.

ПРИМЕЧАНИЕ 1.5 – В таблице 1 приведены 17 типичных вариантов установки устройств защиты; в случае нетипичного варианта использования требуется специальный анализ требований и соответствующее им согласование защит.

Выбор положения программных ключей

Положение программных ключей защит задает:

- введена защита (блокировка) для данной группы уставок или нет;

- защита для данной группы уставок действует на отключение или на сигнал и т.п.

Исходя из требований по необходимому набору защит и их согласованию, приведенных в таблице 1, рекомендуется вводить положения ключей для каждого из вариантов применения устройства, приведенные в таблице 2 (по особенностям местных условий эксплуатации положение любого из ключей может быть изменено в процессе эксплуатации ЦЗА-27,5-ФКС).

ПРИМЕЧАНИЕ 1.6 – Большинство ключей вводится раздельно для 1-й и 2-й группы уставок. Если отсутствует необходимость введения вынужденного режима, то рекомендуется 2-ю группу уставок использовать как резервную, дублирующую 1-ю группу (чтобы в случае несанкционированного переключения групп уставок фидер не остался без защит).

Комментарии каждому из ключей (по строкам таблицы 2).

1. ТО2 используется для максимально быстрого отключения очень больших токов КЗ, поэтому она используется только на ТП, где такие токи возможны.

2. ННДЗ1 – вводится только для однопутных ПС с одним выключателем и ППС (где необходимо срабатывание защиты по любому направлению тока). Во всех остальных случаях применять ее не рекомендуется, т.к. она не обеспечивает селективность (может срабатывать при КЗ «за спиной»).

3. Блокировка ННДЗ1 по I – вводится однопутных ПС с одним выключателем и ППС.

4. Блокировка ННДЗ1 по U – не рекомендуется ввиду ее неэффективности для выбранных применений.

5. ДЗ(РТЗ)1 - вводится во всех случаях, кроме ППС и однопутных ПС (на которых используется ННДЗ1).

6. ДЗ(РТЗ)2 - вводится во всех случаях, кроме тех, когда чувствительность в ближней зоне обеспечивается ДЗ(РТЗ)1 или ННДЗ1.

7. ДЗ(РТЗ)3 - вводится в случаях, когда возможно выполнить резервирование защит дальней зоны, т.е. для ТП в нормальном режиме.

Таблица 2