Чувствительность защиты в РЗА

2 месяца назад
4 мин.

0

Чувствительность защиты в РЗА: критерии достаточности и проверка расчётом и испытаниями

Чувствительность — это способность защиты гарантированно распознавать повреждение или опасный режим в заданной зоне при наихудших входных условиях. «Достаточная чувствительность» означает не максимальную чувствительность, а наличие измеримого запаса к порогу срабатывания с учётом погрешностей измерений, переходных сопротивлений и изменений схемы сети.

Определение чувствительности и область применимости

Чувствительность защиты — способность сработать при повреждении (или при режимном нарушении), если воздействие на вход терминала находится на нижней границе ожидаемых значений.
Чувствительность всегда задаётся в координатах:
  • что обнаруживаем (вид КЗ / режим),
  • где обнаруживаем (точка в зоне/на границе),
  • в каком режиме сети (минимальный/максимальный, ремонтные положения),
  • какими измерениями (фазные/нулевые/последовательности, U/I, P/Q).
Ошибочная постановка задачи: «сделать максимально чувствительно». Правильная: «обеспечить гарантированное срабатывание в расчетных худших условиях при сохранении устойчивости к внешним воздействиям».

Общий критерий запаса

Принцип запаса к порогу
Для любой функции защиты существует порог принятия решения: ток, напряжение, сопротивление, отношение дифференциального и тормозного токов, частота, скорость изменения частоты и т.д.
Достаточность означает, что в контрольных точках выполняется:
  • воздействие при повреждении стабильно превышает порог (для «срабатывающих по превышению»);
  • измеряемая величина стабильно попадает в область срабатывания (для зонных характеристик, например R–X);
  • дифференциальный критерий превышает тормозную характеристику с запасом.
Запас должен покрывать:
  • погрешности ТТ/ТН и вторичных цепей;
  • искажения при переходных процессах (DC-составляющая, насыщение ТТ);
  • переходное сопротивление/дугу;
  • отклонения параметров сети и схемы (минимальные режимы).

Коэффициент чувствительности для токовых функций
Для токовых функций (МТЗ, ТО, земляные токовые и др.) удобно использовать: Кч=Iповр,мин/Iсраб
Где Iповр,мин — минимальный ожидаемый ток в контрольной точке, Iсраб — уставка.
Как трактовать: 
  • Кч близкий к 1 означает работу «на грани»: малейшая ошибка измерения/переходное сопротивление приведёт к отказу;
  • чем выше Кч ем устойчивее распознавание; но чрезмерное снижение уставки ради роста Кч может ухудшить устойчивость (ложные действия на нагрузку/пуски/внешние КЗ).может ухудшить устойчивость (ложные действия на нагрузку/пуски/внешние КЗ).
Для функций, где значима нулевая последовательность, аналогично используют 3I0 или I0 но важно, чтобы модель сети по нулевой последовательности была корректной.

Чувствительность по видам повреждений

Фазные КЗ (2Ф, 3Ф)
Проверяют минимальные токи:
  • на конце зоны (для токовых функций);
  • в минимальной схеме питания (минимальная генерация, максимальные сопротивления);
  • при ремонтных переключениях (если меняется эквивалент источников или схема сети).
Для дистанционных функций проверяют попадание в зоны по характеристике R–X, особенно на границе зоны 1 (быстрое отключение) и в зоне 2/3 (резервирование).

Замыкания на землю (1Ф–З, 2Ф–З)
Это типично «самые сложные» по чувствительности случаи, потому что:
  • ток зависит от режима нейтрали и параметров сети;
  • часто велико переходное сопротивление;
  • возможны малые токи при высоком сопротивлении места повреждения.
Минимальные проверки:
  • 1Ф–З на конце зоны в минимальном режиме;
  • сценарий с повышенным переходным сопротивлением;
  • проверка направленности (если применимо) при провале напряжения и при искажениях токов.

Повреждения вблизи границ и “пограничные” случаи
Чувствительность критична в местах, где защита должна отличить «внутри» от «снаружи»:
  • границы зоны дифференциальной защиты;
  • границы зон дистанционной защиты;
  • стыки объектов (линия–шины, трансформатор–шины).
Здесь проверяют не только «сработает/не сработает», но и устойчивость к внешнему КЗ при максимальных токах (чтобы рост чувствительности не превратился в ложные отключения).

Чувствительность к режимным нарушениям (не КЗ)

Для режимных защит критерий «достаточно» задаётся иначе: важна не «минимальная величина КЗ», а способность уверенно выявлять нарушение без реагирования на допустимые кратковременные отклонения.
Перегрузка
Критерий достаточности: защита должна реагировать на токи, превышающие допустимые по нагреву, с корректной выдержкой (I²t или ступенчатая по току).
Проверка: моделирование перегрузки в расчёте и испытаниях по вторичной инъекции (временные характеристики).

Асимметрия (I2)
Критерий достаточности: уверенное выявление неполнофазных и асимметричных режимов при допустимых порогах и выдержках, без ложных действий на кратковременные несинусоидальности.

Отклонения U/f
Критерий достаточности: достижение порога и выдержки в соответствии с принятым режимным алгоритмом.
Проверка: вторичная инъекция U/f, измерение выдержек времени и порогов.

Что подтверждается расчётом, а что — испытаниями

Расчётом подтверждают
  • минимальные токи КЗ и напряжения в контрольных точках (по видам повреждений);
  • влияние переходного сопротивления и минимальных режимов;
  • покрытие зон (для дистанционных) и чувствительность резервных ступеней;
  • условия направленности (включая напряжение поляризации, нулевую последовательность);
  • согласование с селективностью и резервированием (чтобы “чувствительность” не нарушила селективность).
Итог расчёта — перечень контрольных точек и минимальных воздействий, на которых защита обязана сработать.

Испытаниями подтверждают
Испытания не заменяют расчёт токов КЗ, но подтверждают правильность реализации и параметров:
  • фактические пороги срабатывания по вторичной инъекции (I/U/f/логика);
  • выдержки времени и зависимые характеристики (IDMT, I²t и т.п.);
  • корректность направленности и логики блокировок/разрешений;
  • правильность выдачи команд (матрица выходов);
  • работоспособность цепей TRIP и подтверждение отключения (для комплексных проверок).
Ключевой момент: испытания подтверждают, что терминал выполняет заданную функцию на заданных входных воздействиях. А «будут ли эти воздействия в реальной сети» — это область расчёта.

Контрольные точки и «минимальные режимы»: как выбирать

Минимальный набор точек для чувствительности в практических проектах:
  • конец зоны (самая слабая точка для токовых функций);
  • граница зоны (критично для селективности и зонных алгоритмов);
  • минимальная схема сети (минимальная генерация/максимальные сопротивления);
  • ремонтные положения, если они меняют источники питания или топологию (кольцо/радиал/секционирование);
  • сценарии с переходным сопротивлением (особенно для замыканий на землю и ВЛ).

Типовые причины недостаточной чувствительности

  1. Уставки выбраны по максимальному режиму без проверки минимального.
  2. Переходное сопротивление не учтено (дуга/контакт через грунт).
  3. Ошибки параметров нулевой последовательности/нейтрали → земляные функции «слепые».
  4. Насыщение ТТ или неверная полярность → искажение измерения и направленности.
  5. Избыточные блокировки или неверная матрица выходов: функция распознаёт, но не действует.
  6. Неверные коэффициенты трансформации/масштабирования (CT/VT ratio).

Что фиксировать в документации по результату проверки чувствительности

Минимально:
  • список контрольных точек и видов повреждений;
  • значения Iповр,мин Uмин допущения по переходному сопротивлению;
  • уставки и рассчитанные запасы (например, Кч для токовых функций);
  • перечень испытаний, которые подтверждают пороги и выдержки;
  • вывод «достаточно/недостаточно» с указанием причины и корректирующего действия.