Название: Основные особенности продольных дифференциальных защит электрооборудования (Багинский, Л.В.)

Жанр: Технические

Просмотров: 1229


4.3.  способы формирования тормозного тока

 

В простейших несимметричных системах торможения ток плеча непосредственно используется в качестве тормозного тока  для формирования линейной тормозной характеристики вида характеристики 1 на рис. 5. В более сложных несимметричных системах торможения используется нелинейная характеристика, например, вида характеристики 2а (см. рис. 5). Тогда ток плеча (или токи плеч) образуется в формирователе тормозного сигнала, который формирует тормозную характеристику заданной конфигурации и с необходимыми параметрами.

ДЗТ с симметричной схемой торможения в настоящее время, как правило, используют нелинейную тормозную характеристику. Однако первоначально симметричная схема торможения была выполнена с использованием простейших средств и с линейной тормозной характеристикой. Такая схема получила название схемы с торможением циркулирующим током и могла использоваться только для защиты двухконцевых объектов. Она представлена на рис. 6, причем устройство торможения  выполнено в виде двух обмоток Т, расположенных на одном стержне, но включенных в разные плечи. Циркулирующим током iц  принято называть среднее мгновенное значение токов плеч двухплечевой защиты при условно-положительном направлении первичного тока, соответствующем внешнему КЗ:

iц =  0,5(iПЛА + iПЛБ).

IK

 

Рис. 6

 

В режиме внешнего КЗ каждый из токов плеч протекает по своему тормозному входу, образуя  двойное тормозное воздействие на РО ДЗТ от тока КЗ в точке К (см. рис. 6), как и в любой симметричной схеме торможения. Точно так же в режиме внутренних КЗ с односторонним питанием в соответствии со свойством схемы симметричного торможения тормозной ток пропорционален току в месте КЗ. Однако в режиме внутренних КЗ

с двусторонним питанием один из токов плеч изменяет свое направление на обратное, а МДС тормозных обмоток в значительной мере взаимно

компенсируются и тормозной ток существенно (более чем в 2 раза) уменьшается по сравнению с током в месте внутреннего КЗ. Если в режиме внутренних КЗ с двусторонним питанием токи, притекающие от обоих источников, приблизительно одинаковые и совпадают по фазе, тормозной  эффект в этом режиме практически отсутствует. Это свойство схемы с торможением циркулирующими токами весьма ценно, поскольку именно при двустороннем питании внутреннего КЗ может возникать угроза динамической устойчивости ЭЭС. Однако большим недостатком схемы с торможением циркулирующим током является неприспособленность ее для использования в защите многоконцевых объектов.

В настоящее время повсеместное распространение для ДЗТ многоконцевых объектов с многосторонним питанием получили два способа формирования тормозных токов при симметричной системе торможения:

· из выпрямленных токов плеч;

· с использованием  основной гармонической составляющей токов плеч.

Существует много вариантов формирования тормозных токов из выпрямленных токов всех плеч и дифференциального тока. Однако эффективность всех этих вариантов эквивалентна так называемому базовому способу формирования, алгоритм которого описывается следующей формулой:

,                                                    (9)

где Ij – модуль тока j-го плеча ДЗТ, n – количество плеч ДЗТ.

В самом деле, в общем случае все способы формирования тормозного тока из выпрямленных токов плеч при нелинейной тормозной характеристике (на ее восходящей ветви)  можно описать следующим выражением:

Δ,

где Ij – модуль тока j-го плеча.

При этом торможение успешно выполняет возложенную на него функцию отстройки от расчетного тока небаланса, если он с определенным запасом, который обычно задается коэффициентом надежности (запаса) KН, превышает ток срабатывания, т.е.

KНIнбр £ IСН + KТ ΔIТ.

Отсюда с учетом формулы (6) получаем

KТ  ³   .                                  (9а)

Однако в конечном счете эффективность торможения должна оцениваться величинами коэффициентов чувствительности, свойственных различным способам формирования тормозного тока, при равной степени отстроенности от тока небаланса. При этом расчетный по чувствительности ток КЗ должен быть принят одинаковым для всех сравниваемых вариантов. Тогда формула, описывающая  коэффициент чувствительности KЧ при данном способе формирования тормозного тока в общем виде [(с использованием формулы (7а)] имеет вид

».

Таким образом, коэффициент чувствительности практически не зависит от способа формирования тормозного тока из выпрямленных токов плеч. Следовательно, целесообразно использовать простейший из этих способов, т. е. базовый способ в соответствии с формулой (9).

Свойства тормозного тока при рассматриваемом способе торможения наиболее полно соответствуют описанным выше свойствам симметричной схемы торможения. Некоторое отличие заключается в том, что при возникновении КЗ в процессе эксплуатации токи от разных источников, как правило, не совпадают по фазе и сумма их модулей больше суммарного тока КЗ. Поэтому при внутренних КЗ тормозной ток больше тока в месте КЗ, как и при внешних (при защите многоконцевых объектов с многосторонним питанием), – больше, чем удвоенный ток КЗ. Но следует отметить, что рассмотренный выше способ формирования тормозного тока не может обеспечить снижение торможения в режимах внутренних КЗ с двух- или многосторонним питанием по сравнению с модулем тока в месте КЗ. Формирование тормозного тока из первых гармоник токов плеч дает такую возможность. Кроме того, важно иметь повышенную чувствительность ДЗТ к токам внутренних КЗ, вызывающим слабые входные сигналы РО (витковые замыкания, КЗ через переходное сопротивление), а также в режиме опробования защищаемого объекта. Этой цели соответствует наличие начального горизонтального участка в нелинейной тормозной характеристике, так как при IТН ³ IТном (IТном – ток торможения при номинальной нагрузке защищаемого объекта) ток нагрузки не будет вызывать увеличения тока срабатывания. Однако при внутреннем КЗ в режиме максимальной нагрузки защищаемого объекта может снизиться напряжение, что может вызвать увеличение тока нагрузки и, следовательно, ток срабатывания может возрасти. Кроме того, в режиме опробования вполне возможен ток КЗ, превышающий ток максимальной перегрузки защищаемого объекта, и тогда IT > ITH, т.е. ток срабатывания возрастет.

Более чувствительной в таких режимах является ДЗТ со следующим законом формирования тормозного тока из первой гармоники токов плеч, который известен как способ «направленного торможения»:

,                                              (10)

где I1 = max(Ij)j,  a = arg I1– arg(–I2), при cos a < 0 производится обнуление тормозного тока: IT  = 0.

Свойства направленного торможения проявляются в следующих режимах. При работе защищаемого объекта в ЭЭС внутреннее КЗ сопровождается двух- или многосторонним питанием, и α ≥ 90º, а IT = 0. В тех редких случаях, когда α < 90º, один из источников питания электрически весьма удален от защищаемого объекта и ток от него очень мал – cos a < 1,

а значит, мал и тормозной ток. В режиме неуспешного опробования I2 = 0 и, следовательно, IT = 0, а при несимметричном внутреннем КЗ с односторонним питанием с малым током повреждения, но с сохранением тока нагрузки I1, I2, как правило, существенно не совпадают по фазе токи и cos a < 1, т. е. тормозной ток мал. Но при двустороннем питании в таком режиме, как правило, величина α зависит в основном от одного из компонентов тока КЗ, а значит, cos a < 0. Таким образом, свойства направленного торможения близки к свойствам торможения циркулирующим током, но значительно отличаются от свойств «классической» схемы симметричного торможения. Лишь в случае пренебрежения направленностью торможения при двустороннем питании внутреннего КЗ с равными токами сторон этот способ формирования тормозного тока обеспечивает точно такую же чувствительность, как способ формирования из выпрямленных токов плеч (при условиях, если уровень отстроенности от тока небаланса  при обоих способах одинаковый). В самом деле, в режиме внешних КЗ при отсутствии насыщения ТТ практически  I1 = I2 = IK, т. е. в соответствии с формулой (10) IT = IK. Следовательно, в режиме внутренних КЗ при величинах I1 = I2 = 0,5IK   IT = 0,5IK, т. е. тормозной ток в режиме внешнего КЗ вдвое больше, чем в режиме внутреннего КЗ плеч. Для облегчения отстройки  от максимальных токов небаланса, вызванных глубокими насыщениями ТТ в ПП, в рассматриваемой ДЗТ предусмотрено  блокирование ее в таких режимах (см. разд. 6.3).

Таким образом, в установившихся режимах КЗ ДЗТ, в которой используется способ формирования направленного торможения [в соответствии с формулой (10)], имеет преимущество по чувствительности перед ДЗТ с формированием тормозного тока по закономерности, описанной формулой (9). Однако, поскольку входными токами ДЗТ с направленным торможением являются токи от фильтра основной гармоники режима, время срабатывания такой защиты превышает 20 мс.