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

Жанр: Технические

Просмотров: 1222


6.3.  влияние торможения токами плеч на устойчивость функционирования дифференциальной защиты в переходных процессах

 

В разд. 6.1 показано, что торможение может успешно применяться для отстройки от токов небаланса в режимах ПП, если в дифференциальной цепи имеется активное добавочное сопротивление. Однако условием его применения является равенство вторичных номинальных токов плеч, чего зачастую весьма трудно достигнуть (например, в ДЗТ трансформаторов (АТ), ошиновок и др.). Поэтому в подавляющем большинстве ДЗТ добавочные сопротивления в дифференциальной цепи не используются. Реакция ДЗТ на насыщение ТТ в этих случаях существенно зависит от схемы торможения и от способа формирования тормозного тока из токов плеч, так как насыщение непосредственно влияет на ток плеча.

Из описания ПП в цепях ДЗ, представленного в разд. 5, следует, что условия функционирования ДЗТ в таких режимах существенно осложнены. Действительно, ТТ может насытиться в первом периоде ПП за 3…7 мс и информация о токе защищаемого объекта со стороны плеча насыщенного ТТ практически прекратится или будет полностью искажена за счет подпитки от ТТ соседних фаз. А в последующих периодах ПП по величине мгновенного значения тока плеча в течение времени, соизмеримого с постоянной времени апериодической составляющей, невозможно судить

о состоянии защищаемого объекта. Более того, такая возможность в общем случае отсутствует и при выделении основной гармоники тока плеча, так как он практически полностью состоит из токов соседних фаз. Следовательно, при использовании искаженных насыщением ТТ токов для идентификации режима внутреннего КЗ возможна  длительная задержка срабатывания ДЗТ, а внешних – ее излишнее срабатывание. Поэтому ДЗТ объектов, КЗ в которых создает угрозу для динамической устойчивости ЭЭС, должны быть способны идентифицировать режим до первого насыщения ТТ, хотя для обеспечения устойчивости ЭЭС столь малое время срабатывания (3…7 мс) и не требуется. Из этого следует, что время срабатывания РО ДЗТ может быть больше времени  идентификации режима (при условии запоминания результата идентификации) но, как правило, не более 20 мс. 

При несимметричной схеме торможения насыщение ТТ в режиме внешних КЗ в значительной степени снижает тормозной ток как раз в тех интервалах времени, когда возникает ток небаланса ПП. Следовательно, излишнее срабатывание ДЗТ при насыщении ТТ, вторичный ток которого является тормозным, неизбежно, если не предусмотреть дополнительных мер повышения устойчивости ее функционирования. В режиме внутренних КЗ, сопровождающихся насыщением ТТ, происходят задержки в срабатывании защиты.

Поведение ДЗТ с симметричной схемой торможения в ПП с насыщением ТТ в значительной степени зависит от способа формирования тормозного тока.

Если в ДЗТ с симметричной схемой торможения тормозной ток формируется из суммы выпрямленных токов плеч, то насыщение ТТ в режиме внешнего КЗ тоже вызывает снижение тормозного тока. Но это снижение происходит в значительно меньшей степени, чем в несимметричной схеме, так как при максимальном токе небаланса уменьшается ток только в одном плече. В алгоритме функционирования может быть предусмотрено запоминание тормозного тока первого периода ПП, поскольку ток плеча глубоко насытившегося ТТ в первом периоде значительно позднее, чем в периодах, следующих за периодом первоначального насыщения [3]. Таким способом можно обеспечить отстройку от подавляющего большинства внешних КЗ, сопровождающихся насыщением ТТ. В режиме внутреннего КЗ в соответствии со свойствами симметричной схемы торможения тормозной ток снижается приблизительно в два раза по сравнению с режимом внешнего КЗ (при равенстве первичных токов в обоих режимах). Поэтому  при насыщении ТТ тормозные токи в  режимах внутренних КЗ существенно уменьшаются. Следовательно, в большинстве случаев при двух- или многостороннем питании внутреннего КЗ задержки в срабатывании отсутствуют, что важно, так как именно в таких случаях может возникнуть проблема динамической устойчивости ЭЭС. Однако при использовании способа запоминания тормозного тока 1-го периода ПП в случае насыщения ТТ в режиме внутренних КЗ происходит задержка в срабатывании ДЗТ. Поэтому в рассматриваемой ДЗТ целесообразно применить качественные признаки идентификации режима и в зависимости от результата идентификации управлять тормозным сигналом.

В ДЗТ некоторых объектов (генераторов, трансформаторов, АТ) в настоящее время применяется направленное торможение, т. е. способ формирования тормозного тока в соответствии с формулой (10). Направленное торможение дает возможность сохранить преимущества ДЗТ с торможением циркулирующими токами (см. п. 4.3) посредством учета взаимного угла между векторами токов плеч α. Однако в ПП с насыщением ТТ такая ДЗ может функционировать неустойчиво. Например, в режиме внешних КЗ

с двусторонним питанием и глубоким насыщением ТТ поврежденной ветви, когда ток в ее плече практически исчезает, процедура определения тока I1 может ошибочно назначить один из токов питающих ветвей, и тогда

α = 0, т. е. IT  = 0. Аналогично при одностороннем питании – один (из двух) токов плеч I2  ≈ 0 и IT  ≈ 0.

Поэтому приняты меры повышения устойчивости функционирования её в ПП с насыщением ТТ. С этой целью предусмотрено блокирование ДЗТ при таких сверхтоках внешних КЗ, которые в большинстве случаев приводят к насыщению ТТ (см. ниже). При насыщении ТТ одного из плеч в режиме внешнего КЗ тормозной ток у такой ДЗТ снижается в большей степени (чем в защите с формированием этого тока из выпрямленных токов плеч), так как тормозной ток формируется из произведения модулей векторов токов плеч. Если ТТ насыщен незначительно, то различие в величинах тормозных токов невелико (при равных условиях), чему способствует наличие операции извлечения квадратного корня в алгоритме формирования тормозного тока. Например, при снижении тока одного из плеч из-за насыщения ТТ на 50 \% величина тормозного тока рассматриваемого варианта ДЗТ составляет 0,707 от его значения при ненасыщенных ТТ, а в варианте с тормозным током, сформированным из выпрямленных токов плеч, – 0,75. Но при глубоких ТТ насыщениях в рассматриваемом варианте тормозной ток может уменьшаться во много раз (практически до нуля),

в то время как в сопоставляемом варианте – не более чем вдвое. Кроме того, наличие сомножителя cos α в формуле (10), по меньшей мере, в двух режимах может быть причиной излишних срабатываний рассматриваемой ДЗТ. При глубоком насыщении ТТ фаза первой гармоники вторичного тока (тока плеча) может быть существенно искажена, что непосредственно следует из характера формы его осциллограммы (см. рис. 8, 2-й и 3-й периоды ПП, где момент появления амплитудного значения первой гармоники будет достаточно близок к моменту амплитуды вторичного тока).

Поэтому при значительных величинах постоянной времени апериодической составляющей в течение времени, превышающего время срабатывания защиты, торможение может практически отсутствовать. Более того, в режиме внешних двухфазных (или двухфазных на землю) КЗ ДЗТ трансформатора (АТ) со схемой соединения обмоток «треугольник – звезда» может вызвать полное прекращение тормозного тока в случае насыщения одного из ТТ. На рис. 13 сплошными линиями показано распределение токов в цепях ДЗТ  в режиме внешнего двухфазного КЗ после глубокого насыщения одного из ТТ1 (фазы А) на стороне высшего напряжения, а пунктирными – до насыщения (со стороны низшего напряжения ТТ2 не насыщаются, а распределение токов после насыщения ТТ1 не изменяется, и оно обозначено сплошными линиями; так же обозначено распределение первичных токов). Как видно  из рис. 13, в одном из плеч (фазы С) ток приобретает  противоположное направление по отношению к току в этом плече до насыщения ТТА1. При этом в противоположном плече той же фазы ток плеча сохраняет прежнее направление. Следовательно, ток небаланса образуется как арифметическая сумма мгновенных значений токов плеч, а

в соответствии с  алгоритмом  формирования  тормозного  тока  тормозной

 

 

Рис. 13

ток равен нулю, поскольку cos α < 0, и рассматриваемая ДЗТ может сработать излишне. Следует отметить, что для улучшения отстройки от токов небаланса ПП некоторые зарубежные фирмы используют в ДЗ с направленным торможением так называемое «динамическое торможение», при котором по признаку значительного отрицательного приращения модуля тормозного тока в несколько раз увеличивается коэффициент торможения. Это позволяет обеспечить достаточное торможение для отстройки от тока небаланса при ослабленном за счет насыщения ТТ тормозном сигнале. Однако очевидно, что при глубоких насыщениях ТТ динамическое торможение не дает ожидаемого эффекта, так как тормозной ток практически отсутствует. Кроме того, фактически динамическое торможение является блокированием (а не торможением) ДЗ на время ПП, так как в настоящее время не существует способа дозирования величины коэффициента торможения, адекватного интенсивности процессов в ценах ДЗТ при насыщении ТТ.

В режиме внутренних КЗ ДЗТ с направленным торможением при насыщении ТТ в ПП имеет преимущество перед ДЗ с тормозным током, сформированным из выпрямленных токов плеч, особенно при глубоком насыщении. Тогда величина тока одного из плеч близка к нулю и поэтому тормозной ток практически отсутствует.

Для облегчения отстройки от токов небаланса при глубоком насыщении токами КЗ ТТ в ДЗТ с направленным торможением используется ее блокирование (т. е. вывод ДЗТ из работы) при таких сверхтоках. При этом ДЗТ дополняется дифференциальной отсечкой (ДО), которая предназначается для защиты объекта  при сверхтоках, когда ДЗТ заблокирована, так как не исключено, что блокирование произойдет в режиме внутреннего КЗ. Кроме того, описанный выше ПП, в котором при насыщении ТТ в одном из плеч фаза тока изменяется на противоположную, свойствен только группе ТТ со схемой соединения «треугольник». Поэтому в ДЗТ с направленным торможением фирмы-производители рекомендуют использовать на стороне высшего напряжения группу ТТ «звезда», а токи плеч формировать программно. 

Следует отметить, что ток срабатывания ДО приходится отстраивать от тока небаланса в ПП, так как в отличие от ДЗТ она не имеет других средств отстройки от такого тока. Поэтому ток срабатывания ДО весьма велик. При токе внешнего КЗ, равном току срабатывания ДО, ТТ могут достаточно глубоко насыщаться в ПП, что создает опасность излишнего срабатывания ДЗТ. Для уменьшения возможности излишнего срабатывания условия блокирования ДЗТ существенно усложнены следующим образом. В качестве носителя информации о величине тока КЗ используется тормозной ток, а порогом блокирования служит параметр B. На рис. 5 такой вариант тормозной характеристики обозначен буквой б, причем блокирование образует второй излом характеристики: IТИ = В.  Необходимым условием блокирования является превышение величины тормозного тока над значением этого параметра. Кроме того для блокирования необходимо одновременное выполнение дополнительного условия – превышение значения этого же параметра над величинами токов I1 и I2. В режиме внешних КЗ при ненасыщенных ТТ это дополнительное условие выполняется всегда, если выполнено основное условие и при значительных величинах токов ДЗТ блокируется. При насыщении одного из ТТ ток со стороны глубоко насыщенного ТТ I1 (I2)  может быть меньше порога блокирования и торможение сохранится. Таким образом, условие блокирования ДЗТ описывается следующим неравенством:

 

.                                             (10а)

Однако из отмеченных  выше особенностей условий работы ДЗТ  в ПП после глубокого насыщения ТТ в первом периоде следует, что по соотношению токов тормозного и дифференциальной цепи режим внешнего практически невозможно отличить от режима внутреннего КЗ. Поэтому существует тенденция снижать порог блокирования ДЗТ в расчете на ограничение величины тока внешнего КЗ таким уровнем, при котором ТТ могут насыщаться в ПП лишь незначительно, что обеспечит достаточную для отстройки от тока небаланса интенсивность тормозного сигнала. Тем самым допускается разрыв между диапазонами чувствительности ДЗТ и ДО. Это приводит к возможности задержки в срабатывании в режиме внутренних КЗ (с насыщением ТТ), если  величина тока КЗ больше параметра В (порога блокирования), но меньше тока срабатывания ДО. Уменьшению вероятности такой задержки также способствует соблюдение условия (10а), так как вероятность равенства токов питающих ветвей в режиме двустороннего питания внутреннего КЗ невелика. если насыщение ТТ произойдет не в первом периоде ПП, программа расчета взаимного

угла токов плеч достоверно определит величину этого угла, и cos α < 0,

т. е. значение тормозного тока будет обнулено (см. разд. 4.3) и торможение снято. Однако насыщение может произойти в первом периоде, и взаимный угол между компонентами тока КЗ не будет определен, а в памяти микропроцессора сохранится его значение, рассчитанное в доаварийном режиме (cos α > 0). Если защищаемый объект кроме питающих ветвей имеет ветвь нагрузки, то в режиме несимметричного внутреннего КЗ может сохраниться значительный ток нагрузки и в соответствии с алгоритмом функционирования рассматриваемой ДЗТ (см. разд. 4.3) в качестве тока I2 будет определен ток этой ветви. Тогда будет рассчитан взаимный угол α между током питающей ветви с ненасыщенным ТТ и током ветви нагрузки, который будет соответствовать режиму внешнего КЗ. В этих ситуациях произойдут задержки в срабатывании до того момента, пока вторичный ток насыщенного ТТ не станет достаточным для определения взаимного угла между токами питающих ветвей. Поэтому в тех случаях, когда задержка в срабатывании недопустима, при расчете защиты желательно исходить из условия перекрытия диапазонов чувствительности ДЗТ и ДО.

Следует отметить, что в случае отсутствия перекрытия диапазонов чувствительности ДЗТ и ДО при любом внешнем КЗ со значением тока

IK  > B, но не достигающим величины тока срабатывания ДО, защищаемый объект остается без основной защиты на все время существования

этого КЗ.