Селективность и координация защит в РЗА
2 месяца назад
4 мин.
0
Селективность и координация защит в РЗА: временная, токовая, зонная и логическая селективность
Селективность — базовое требование к РЗА: при повреждении должна отключаться минимально необходимая часть схемы, а остальные элементы должны оставаться в работе. Координация защит — инженерная процедура, которая обеспечивает селективность во всех расчётных режимах и схемных положениях, включая резервирование и взаимодействие с автоматикой.
Термины: селективность и координация
Селективность
Селективность — способность системы защит отключать повреждённый элемент (или его минимально необходимую часть) при внутренних повреждениях и не отключать неповреждённые элементы при внешних повреждениях.
Селективность оценивается по сценариям:
- где произошло повреждение (внутри объекта/на границе/внешнее);
- какой режим сети (максимальный/минимальный, ремонтные положения);
- какой отказ рассматривается (отказ защиты, отказ выключателя).
Координация защит
Координация — согласование уставок, выдержек времени, зон и логических условий так, чтобы:
- основная защита отрабатывала первой в своей зоне;
- резервная — отрабатывала только при отказе основной/выключателя и с допустимой задержкой;
- при внешних повреждениях защиты соседних элементов оставались устойчивыми.
Типы селективности и где они применяются
В практике применяют четыре базовых механизма селективности. Обычно они комбинируются.
Временная селективность
Принцип: ближайшая к месту повреждения защита имеет минимальную выдержку времени, а вышестоящие/удалённые — большие выдержки (ступенчатость по времени).
Где применяется:
- МТЗ/токовые ступени в радиальных и слабосвязанных сетях;
- резервирование в сетях, где нет каналов связи;
- защита распределительных сетей и простых подстанционных схем.
Плюсы:
- простота и устойчивость к ошибкам связи;
- предсказуемость резервирования.
Минусы:
- увеличение времени отключения для дальних ступеней;
- трудности при кольцевых/сильно связных схемах и при распределённой генерации;
- зависимость от изменения токов КЗ при переключениях и изменениях режимов.
Токовая селективность
Принцип: различие по токовому уровню (уставкам) и/или направлению тока/мощности обеспечивает отстройку соседних защит. В чистом виде используется редко, чаще — совместно с временем.
Где применяется:
- ступени МТЗ и ТО по уровню тока;
- направленные защиты (в том числе земли) в сетях с двусторонним питанием;
- отстройка от нагрузочных токов и пусковых режимов.
Плюсы:
- возможность ускорения без чрезмерных выдержек;
- пригодно для сетей с обратными потоками при наличии направления.
Минусы:
- чувствительность зависит от режима сети (в минимальных режимах токи меньше);
- ошибки измерений/насыщение ТТ могут нарушить направление и селективность.
Зонная селективность
Принцип: каждый объект имеет свою зону защиты, определённую измерительной границей и алгоритмом; повреждения внутри зоны отключаются быстро, внешние — блокируются/не распознаются как внутренние.
Где применяется:
- дифференциальные защиты (линии, трансформаторы, шины);
- дистанционные защиты (зоны 1/2/3);
- шинная защита и зонная защита присоединений.
Плюсы:
- высокая скорость в основной зоне;
- слабая зависимость от уровня тока (особенно у дифференциальных).
Минусы:
- требования к измерительной части (ТТ/ТН, насыщение, синхронизация в распределённых схемах);
- необходимость закрытия «мёртвых зон» и отказов выключателя (УРОВ).
Логическая селективность
Принцип: селективность обеспечивается обменом разрешениями/блокировками и логическими условиями (между функциями в одном терминале и/или между устройствами). Сюда относятся схемы ускорения и селективного отключения по сигналам.
Где применяется:
- ускорение резервных ступеней при подтверждении направления/места повреждения;
- логические блокировки на подстанции (схемные положения, ремонтные режимы);
- телезащита, permissive/blocking схемы (там, где используются каналы связи).
Плюсы:
- существенное сокращение времени отключения при сохранении селективности;
- гибкая адаптация к схемным положениям.
Минусы:
- зависимость от корректности логики и каналов связи;
- требования к управлению конфигурацией и тестированию сценариев.
Координация по времени: что именно согласовывают
Ступени времени и «запас координации»
Временная координация строится как согласование:
- времени основной защиты в зоне;
- времени резервной защиты (с большей выдержкой);
- времени автоматики (АПВ/АВР/УРОВ), если они влияют на последовательность отключений.
Время координации задают не «одним числом», а как запас, покрывающий:
- погрешности измерения времени устройств;
- разброс времени отключения выключателей;
- задержки в промежуточных реле/цепях;
- влияние алгоритмов (окна измерения RMS, фильтрация).
Практический принцип: резерв должен успевать «подхватить» отказ, но не должен опережать основную защиту при нормальной работе.
Учет времени отключения выключателя
Координация должна опираться на полную цепочку:
- время работы защиты до TRIP (t_trip);
- время отключения выключателя (t_breaker);
- итоговое время ликвидации (t_clearing).
Ошибка координации: согласовывать только выдержки защит без учёта фактического времени выключателя и без контроля цепей TRIP.
Координация по току и направлению: устойчивость и чувствительность
Согласование токовых уставок
Согласование уставок по току выполняют с учётом:
- максимального рабочего тока (нагрузка, пуск, перегрузка);
- минимального тока КЗ в контрольных точках (чувствительность);
- отстройки от внешних КЗ и переходных процессов.
Ключевой конфликт: повышение уставки улучшает устойчивость к нагрузке/помехам, но ухудшает чувствительность в минимальных режимах.
Направление как условие селективности
В сетях с двусторонним питанием «только время» часто недостаточно. Направленная селективность требует:
- корректного определения направления по U/I (или по мощности);
- устойчивости к провалам напряжения и к насыщению ТТ;
- проверки направления в контрольных режимах (особенно для замыканий на землю).
Координация зон: границы, перекрытия и резервирование
Координация зон дистанционной защиты
Для дистанционных защит согласование включает:
- зона 1 — без выдержки, внутри основной части линии;
- зона 2 — резерв ближней части следующего элемента;
- зона 3 — дальний резерв с большей выдержкой.
Цель координации: исключить «провалы» по покрытию и исключить преждевременное резервное отключение при нормальной работе основной защиты.
Координация дифференциальных и токовых резервов
Частая структура:
- основная дифференциальная — быстро и селективно внутри объекта;
- резервная токовая/дистанционная — с выдержкой, на случай отказа основной защиты или отказа выключателя.
Важно согласовать логику так, чтобы резерв не отключал избыточно при нормальной работе основной дифзащиты, но гарантированно отключал при её отказе.
«Мёртвые зоны» и УРОВ в координации
Координация зон обязана учитывать участки, где основная зона неполная (например, между измерительной границей и выключателем). Эти сценарии закрываются УРОВ и резервами по смежным выключателям. В координации это проявляется как отдельные условия пуска и отдельные времена.
Логическая координация: блокировки, разрешения и ускорения
Логическая координация отвечает на вопрос: при каких условиях защита имеет право действовать быстро и когда она обязана задержаться/заблокироваться.
Типовые элементы:
- блокировка по схемному положению (разъединитель, обход, секционирование);
- блокировка от качаний для дистанционной защиты;
- ускорение (tele-ускорение/разрешение) при подтверждении направления и факта КЗ;
- взаимные блокировки между ступенями и функциями (чтобы не было «двойного решения»).
Техническое правило: любое логическое условие должно быть проверяемо по событиям (SOE) и воспроизводимо в сценариях испытаний.
Минимальный алгоритм координации (практическая последовательность)
- Задать зоны и объём отключения для каждого типа повреждения (что отключаем и чем подтверждаем).
- Назначить основные и резервные защиты для каждого объекта и каждого сценария отказа.
- Согласовать зоны (где применимо): ДЗ зоны 1/2/3, дифференциальные зоны, границы шин/секций.
- Согласовать время: выдержки ступеней + время выключателя + запас координации.
- Согласовать ток/направление: отстройка от нагрузки/пусков + чувствительность в минимальных режимах.
- Построить логические условия: блокировки, разрешения, ускорения, участие УРОВ/АПВ/АВР.
- Проверить матрицей сценариев: внутренние/внешние КЗ, граничные точки, ремонтные схемы, минимальные режимы.
Типовые ошибки координации
- Координация «только по времени» в сетях с двусторонним питанием.
- Согласование уставок по максимальным токам без проверки минимальных режимов (потеря чувствительности).
- Игнорирование времени выключателя и цепей TRIP (ложная уверенность в t_clearing).
- Отсутствие проверки граничных и ремонтных схем (провалы селективности).
- Логические ускорения без контроля качества каналов и без сценарных испытаний.
- Резервирование без явного описания объёма отключения и допустимых последствий.
Что должно быть зафиксировано в документации по результатам координации
Минимально:
- таблица уставок и выдержек по ступеням с привязкой к режимам;
- описание зон (для дистанционных/дифференциальных) и принципов перекрытия;
- матрица логики: срабатывание → команды → блокировки/разрешения;
- перечень сценариев, по которым выполнена проверка селективности и координации;
- целевые времена t_trip / t_breaker / t_clearing для ключевых функций.