Название: Быстродействующие защиты линий высокого и сверхвысокого напряжений (Л.В. Багинский )

Жанр: Информатика

Просмотров: 1634


1.2.1. принцип действия и основные свойства

Рассматриваемая защита используется на двухцепных линиях. Как правило, совершенно одинаковые повреждения одновременно на обеих цепях не происходят, а в большинстве случаев повреждается только одна цепь. Поэтому, сравнивая токи в этих цепях, можно выявить наличие КЗ в защищаемой линии. При внешнем КЗ (например в точке K на рис. 1.3) токи в обеих цепях практически равны I1 @ I2 @ 0,5IK и поэтому вторичные токи TA1 Iв1 и TA2 Iв2 почти полностью компенсируют друг друга в дифференциальной цепи, в которую включен пусковой орган (ПО) защиты KAА. Сохраняется лишь незначительный ток небаланса, возникающий за счет несовпадения характеристик ТТ и параметров цепей Л1 и Л2. Однако при КЗ на одной из цепей, например, в точке K1 на цепи Л1 токи в цепях не могут быть одинаковыми: I1 > I2. Поэтому в дифференциальной цепи появляется значительный ток Id = I1 – I2. Признаком повреждения защищаемой линии является значительное превышение тока в дифференциальной цепи над максимальным током небаланса Id > Iнб max. Поврежденная цепь выбирается по признаку превышения тока этой цепи над током неповрежденной цепи. В зависимости от того, какая из цепей повреждена, формируется направление тока Id, на которое и реагирует избирательный орган KW – реле направления мощности (ОНМ) двухстороннего действия (или два реле одностороннего действия, включенные взаимно-встречно). При КЗ на Л1 (см. рис. 1.3) направление тока Id совпадет с направлением I1 и реле KWА срабатывает на отключение Q1. Но если КЗ возникло на Л2, то таким же образом реле KW формирует сигнал на отключение Q2.

 

Рис. 1.3

В защите Б (на подстанции Б) в обоих ТТ протекает один и тот же ток I2, но во взаимно противоположных направлениях. (При наличии источника питания на п/ст Б эти токи могут отличаться по величине, так как ток поврежденной линии возрастает за счет тока, посылаемого в точку КЗ этим источником.) Таким образом, вторичные токи обоих ТТ суммируются в дифференциальной цепи и реле KАБ и KWБ срабатывают, причем последнее – на отключение Q3 (см. пунктирные стрелки на рис. 1.3).

Поскольку избирание поврежденной цепи производится с помощью ОНМ KW, рассматриваемую защиту принято называть поперечной дифференциальной направленной защитой (ПДНЗ), хотя в данном случае термин «направленная» использован некорректно. В самом деле, в ПДНЗ ОНМ не может отличить КЗ, в линии от КЗ «за спиной», что является главной функцией ОНМ в направленной защите.

Таким образом, основными органами ПДНЗ являются ПО (KAА и KAБ на рис. 1.3) и избирательный, в качестве которого используются ОНМ. Эта защита действует без выдержки времени. Однако для устойчивого функционирования ПДНЗ дополнительно необходимо предусмотреть ее блокирование при отключении выключателя хотя бы одной из цепей на «своей» подстанции (блокирование комплекта А при отключении Q1 или Q2 комплекта Б – Q3 или Q4). В самом деле, при КЗ на одной из цепей защищаемой линии (например, в точке K1 на рис. 1.3) ПДНЗ отключает поврежденную цепь. При этом отключение выключателей поврежденной цепи (Q1 и Q3 на рис. 1.3), как правило, несколько не одновременное. Более того, как показано ниже, при расположении точки КЗ в начале линии (вблизи п/ст А на рис. 1.3) защита на противоположном ее конце сработает только после отключения выключателя в начале линии (Q1 на рис. 1.3). Таким образом, некоторое время существует режим, который на схеме, приведенной на рис. 1.3, характеризуется отключенным положением только одного выключателя Q1, т. е. I1 = 0. Но это означает, что I2 = IК и Id = I1 – I2 = –IК. Поэтому могут излишне сработать ПО и ОНМ и отключить Q2, т. е. неповрежденную цепь. Однако если ПДНЗ на подстанции А будет заблокирована в момент отключения Q1, излишнее срабатывание не произойдет.

Основным и очевидным отрицательным свойством ПДНЗ является необходимость использования еще одной защиты (от тех же видов КЗ, от которых защищает данная ПДНЗ), так как ПДНЗ неработоспособна в одноцепном режиме защищаемой линии.

Еще одним отрицательным свойством ПДНЗ является свойство каскадного действия. Неизбежность режимов каскадного действия следует из сближения величин токов в цепях поврежденной линии при удалении точек КЗ от места установки защиты. Например, при перемещении точки K1 на схеме, приведенной на рис. 1.3, по направлению к подстанции Б I2 ® I1 и в результате уменьшается величина Id. Поэтому при каком-то положении K1

I1 – I2 = Iсз (Iсз – ток срабатывания ПДНЗ) и, следовательно, при дальнейшем ее перемещении ПДНЗ подстанции А не почувствует КЗ (т. е. не сработает KAА). Однако при таком перемещении точки K1 величина тока I2 постоянно растет, а значит, ПДНЗ на подстанции Б лучше чувствует это КЗ и Id > Iсз. Следовательно, эта ПДНЗ срабатывает и отключает Q3, а тогда I2 = 0, I1 = IК, т. е. в ПДНЗ подстанции А Id = IК > Iсз и эта ПДНЗ отключает Q1. Если срабатывание защиты при КЗ в зоне ее действия происходит только при условии отключения выключателя, не управляемого этой защитой, такое срабатывание принято называть каскадным. Зона защищаемой линии, КЗ в которой вызывает каскадное действие, есть зона каскадного действия. Длина зоны каскадного действия ПДНЗ может быть рассчитана по следующей формуле:

                                     (1.2)

где LЛ – длина защищаемой линии, IК – суммарный ток в месте КЗ.

Очевидным следствием свойства каскадного действия ПДНЗ является удвоение полного времени отключения КЗ. Но и при каскадном отключении время существования КЗ много меньше минимально возможной величины ступени времени селективной настройки небыстродействующей защиты и поэтому ПДНЗ относится к классу быстродействующих защит. К менее очевидным следствиям надо отнести возможность возникновения мертвой зоны, т. е. такого участка на защищаемой линии, КЗ на котором не чувствует ни одна из двух ПДНЗ. Это возможно при слишком большой величине Iсз или весьма малом значении тока КЗ в минимальном режиме (см. формулу 1.2). Тогда зоны каскадного действия обеих ПДНЗ могут оказаться настолько протяженными, что они будут накладываться друг на друга в средней части линии. Естественно, что при этом КЗ в зоне такого наложения ни одна из ПДНЗ не может почувствовать. Поэтому наложение зон каскадного действия является мертвой зоной, появление которой на защищаемой линии недопустимо.

Кроме того, в процессе каскадного действия при расположении КЗ вблизи подстанции А (см. рис. 1.3) может резко уменьшиться величина тока IК = I2, если велика длина защищаемой линии (так как в контур тока КЗ войдет ее удвоенное сопротивление). Это создает угрозу завершению каскадного действия: если после отключения Q1 в ПДНЗ на подстанции Б образуется ток Id < Iсз, то поврежденная цепь не будет отключена на подстанции Б.

Если ПДНЗ выполнена в варианте защиты от всех видов КЗ, то при КЗ на землю вблизи одного из концов защищаемой линии возможно излишнее срабатывание ОНМ одной (или двух) фаз в сторону отключения неповрежденной линии. Это объясняется появлением токов в неповрежденных фазах, которые после отключения ближайшего к КЗ выключателя могут иметь направление от линии к шинам, как это было показано в разделе «Токовые направленные защиты» [7].

Схема оперативных цепей одной фазы ПДНЗ приведена на рис. 1.4.

 

Рис. 1.4

В этой схеме обозначены KQC1 и KQC2 – контакты реле-повторителя положения «включено» выключателей Q1 и Q2 соответственно, KL1 и KL2 – катушки выходных промежуточных реле тех же выключателей, KA – контакты ПО, KW1 и KW2 – контакты ОНМ, замыкающие цепи отключения выключателей Q1 и Q2 соответственно.

Рассмотренные выше особенности ПДНЗ должны быть учтены при расчете параметров ее настройки.

Следует отметить, что в электрических сетях 3–10 кВ параллельные цепи линии обычно снабжаются одним (общим для обеих линий) выключателем. На таких линиях также может применяться поперечная дифференциальная защита, которая устанавливается только со стороны питания. Такая защита не имеет избирательного органа (так как нет возможности отключить действием защиты только одну поврежденную цепь) и не нуждается в блокировании от положения выключателя. Защита обладает мертвой зоной в конце защищаемых линий, которая имеет, как правило, значительно меньшую длину, чем мертвая зона токовой отсечки.