Устойчивость защит в РЗА

2 месяца назад

4 мин.

Устойчивость защит в РЗА: отстройка от режимов, помех и ошибок измерения

Устойчивость — способность РЗА не действовать при внешних повреждениях и допустимых режимах, а также не выдавать ложные команды из-за помех, переходных процессов и ошибок измерения. Практически устойчивость — это набор отстроек, блокировок и проверок, который позволяет сохранять чувствительность и быстродействие без роста ложных отключений.

Устойчивость РЗА как отдельный критерий

У защиты есть две противоположные ошибки:

Отказ срабатывания (не сработала при нужном повреждении) — проблема чувствительности/координации.
Ложное действие (сработала, когда не должна) — проблема устойчивости.

Устойчивость оценивают по сценариям, где защита обязана не отключать:

внешние КЗ за пределами зоны;
допустимые режимные перегрузки и пуски;
переходные процессы (намагничивание, восстановление напряжения, переключения);
качания мощности;
ошибки измерения (насыщение ТТ, обрывы цепей, перекосы напряжения).

Источники «ложных признаков аварии»

Переходные процессы в токах и напряжениях

апериодическая (DC) составляющая в токах при КЗ;
высокочастотные составляющие при дуговых явлениях и переключениях;
провалы/скачки напряжения при коммутации.

Ошибки измерения

насыщение ТТ на внешних КЗ и при большой DC-составляющей;
неправильная полярность/коэффициенты трансформации;
обрыв вторичных цепей ТТ/ТН, плохие контакты, неверное заземление;
несинхронные измерения в распределённых схемах (если применимо).

Режимные явления, похожие на КЗ

пусковые токи двигателей и повторные пуски после АПВ;
броски намагничивания трансформаторов;
качания мощности (изменение видимого сопротивления для ДЗ);
феррорезонанс/искажения напряжений в некоторых схемах ТН (как фактор ложных U-логик).

Отстройка от пусков и перегрузок (нагрузочные режимы)

Пусковые токи двигателей

Пуск даёт:

токи кратно выше номинальных (часто с высоким I2 на первых моментах);
длительность от секунд до десятков секунд;
отсутствие типового «провала напряжения как при КЗ» (зависит от сети).

Отстройки:

повышение токовых уставок ступеней, которые не должны реагировать на пуск;
выдержки времени, превышающие типовую длительность пуска (для неаварийных ступеней);
использование тепловых моделей (I²t) вместо «жёсткого» тока, если защита должна быть режимной;
логические разрешения по сигналу «пуск» от системы управления, если это предусмотрено.

Перегрузка

Перегрузка — не КЗ, поэтому ложные отключения по перегрузке часто хуже, чем задержка: они создают «аварийность» там, где нужен режимный контроль.

Отстройки:

независимые от КЗ ступени (отдельная перегрузочная функция, отдельная выдержка);
тепловая модель с учётом охлаждения и допустимых длительностей;
запрет отключения по перегрузке при известных технологических режимах (если предусмотрено проектом), но с контролируемой сигнализацией.

Отстройка от бросков намагничивания трансформаторов

Бросок намагничивания возникает при включении трансформатора и характеризуется:

большой амплитудой тока, часто сравнимой с токами КЗ;
выраженной несинусоидальностью (существенная доля 2-й гармоники, а иногда и 5-й);
асимметрией по фазам и по полупериодам.
Дифференциальная защита трансформатора и токовые ступени могут принять бросок за внутреннее КЗ.

Отстройки (типовая логика):

гармоническое торможение/блокировка (по 2-й гармонике; иногда с комбинированными критериями);
ограничение по скорости изменения/форме тока (waveform criteria), если функция поддерживает;
временные задержки на включение (ограниченно, чтобы не ухудшить защиту при реальном внутреннем КЗ сразу после включения);
логическое разрешение «включение трансформатора» от схемы управления как дополнительное условие (в зависимости от принятой концепции).

Отстройка от намагничивания должна сохранять способность отключить реальное внутреннее повреждение при включении (редкий, но критичный сценарий).

Устойчивость к качаниям мощности

Качания приводят к тому, что для дистанционных защит «видимое сопротивление» может проходить через область срабатывания, хотя КЗ нет. Отличительные признаки качаний:

изменения параметров более плавные, чем при КЗ;
изменение угла и амплитуды без характерного скачка токов КЗ.

Отстройки:

распознавание качаний по скорости изменения видимого сопротивления/импеданса;
блокировка дистанционных зон на время качаний;
разрешение срабатывания при «выходе из качаний» или при признаках реального КЗ на фоне качаний (например, резкий скачок тока/провал напряжения).
Ошибочная отстройка: блокировать дистанционную защиту «слишком широко» и получить отказ при реальном КЗ во время качаний.

Устойчивость к внешним КЗ и насыщению ТТ

Это ключевой блок для дифференциальных и высокочувствительных защит.

Почему внешнее КЗ опасно для устойчивости

При внешнем КЗ токи большие, DC-составляющая значительна, ТТ могут насыщаться. Насыщение вызывает:

искажение вторичного тока;
появление ложного дифференциального тока (для дифзащит);
ошибки направления (для направленных функций).

Типовые отстройки:

тормозные характеристики (bias/restraint) в дифференциальных защитах: чем больше сквозной ток, тем выше требуемый дифференциальный ток для срабатывания;
специальные режимы стабилизации/фильтрации на время внешнего КЗ;
контроль обрыва цепей ТТ и диагностика вторичных цепей;
проверка уставок по «внешним КЗ с максимальными токами» как обязательный сценарий.

Практический принцип: устойчивость к внешним КЗ проверяют так же строго, как чувствительность к внутренним.

Устойчивость к помехам, наводкам и дискретным ошибкам

Ложные действия часто возникают не в аналоговых измерениях, а в дискретной логике.

Источники дискретных ложных воздействий:

дребезг контактов, паразитные импульсы на входах;
ошибки экранирования/заземления, наводки на длинных кабелях;
общие провалы питания DC, вызывающие ложные изменения DI/DO;
неправильная логика приоритетов (взаимоисключающие разрешения/блокировки).

Типовые меры:

фильтрация/антидребезг дискретных входов;
проверяемые межблокировки и приоритеты (чёткая матрица «что кого запрещает»);
контроль питания и разделение цепей по критичности;
обязательная регистрация ключевых DI/DO в событиях (чтобы доказуемо видеть, что произошло).

Как проверяют устойчивость: расчёт + сценарные испытания

Расчётом подтверждают:

внешние КЗ с максимальными токами и оценка устойчивости по принципу защиты (особенно дифференциальные/направленные);
режимы с пусковыми токами, перегрузками, асимметрией (границы допустимого);
сценарии качаний для дистанционных (условия блокировки и выхода из неё).

Испытаниями подтверждают:

устойчивость к намагничиванию: испытательные режимы/воспроизведение характерных признаков (в пределах доступных средств);
устойчивость логики: сценарии с изменением DI (положение аппаратов, блокировки), проверка запретов и приоритетов;
устойчивость к ошибкам измерения: проверка реакций на обрыв ТТ/ТН (если предусмотрено), проверка поведения при «провалах» напряжения для направленных функций;
устойчивость к внешним КЗ: проверка дифзащиты на сквозных токах и корректности торможения (где применимо).

Типовые ошибки при обеспечении устойчивости

Отстройки добавлены «на всякий случай» без проверки отказов при реальном КЗ.
Устойчивость обеспечена повышением уставок, но потеряна чувствительность в минимальных режимах.
Блокировка качаний включена, но нет критерия снятия при реальном КЗ → отказ дистанционной защиты.
Не учтено насыщение ТТ на внешнем КЗ → ложные дифференциальные отключения.
Дискретная логика не проверена сценариями: конфликт блокировок и приоритетов вызывает случайное поведение.
Нет регистрации ключевых входов/выходов → невозможно доказать, почему защита сработала.

Минимальные требования к документации по устойчивости

Чтобы устойчивость была проверяемой, в проекте и протоколах должны быть явно описаны:
какие режимы считаются «допустимыми» и какие защиты обязаны быть к ним устойчивы;
какие отстройки применены (намагничивание, качания, внешние КЗ, пуски);
какие блокировки/разрешения используются и их приоритеты;
перечень сценариев проверок устойчивости и ожидаемый результат «не должно действовать».