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

Жанр: Информатика

Просмотров: 1550


1.1. продольная дифференциальная

защита линий

Продольная дифференциальная токовая защита (ДЗ) основана на принципе сравнения мгновенных значений токов концов защищаемой линии. Этот принцип может быть реализован в двух вариантах (рис. 1.1): в схеме с циркулирующими токами (схема на рис. 1.1, а) и в схеме с равновесием ЭДС трансформаторов тока (ТТ) (схема на рис. 1.1, б).

 

а

б

Рис. 1.1

В схеме рис. 1.1, а вторичные токи ТТ, установленных на концах линий ТАА и ТАБ при КЗ в точке K, практически одинаковые (iвА @ iвБ). В самом деле, первичные токи iА = iБ с достаточно высокой точностью, поскольку токи поперечных проводимостей защищаемой линии весьма малы, особенно в режиме КЗ. Некоторое отличие вторичных токов возникает за счет несовпадения характеристик ТТ, которое обусловливает появление тока небаланса в реле KА, образующего ложный сигнал ДЗ. При повреждении защищаемой линии (КЗ в точке K1) ток iБ изменяет свое направление (см. пунктирную стрелку), вторичные токи iвА и iвБ суммируются в реле KА и оно срабатывает. Если при этом ток iБ отсутствует (линия с односторонним питанием), то ТТ ТАБ фактически является высокоомным дросселем для тока iвА и поэтому ток iвА практически весь замыкается через реле KА.

В схеме, приведенной на рис. 1.1, б, при внешнем КЗ (в точке K) токи iА = iБ являются намагничивающими токами ТАА и ТАБ. Поэтому ЭДС этих ТТ практически одинаковые и уравновешивают друг друга, а ток в реле KА весьма мал (ток небаланса, вызванный несовпадением характеристик ТАА и ТАБ). При внутреннем КЗ (КЗ в точке K1) ток iБ и ЭДС eБ изменяют направление на противоположное, т. е. ЭДС обоих ТТ действуют согласно, вызывая ток в реле KА, пропорциональный току КЗ, и ДЗ срабатывает. Большим недостатком схемы с равновесием ЭДС является необходимость длительной работы ТТ в режиме, близком к режиму работы с разомкнутыми вторичными обмотками в этой схеме, что для серийно выпускаемых ТТ недопустимо.

В настоящее время применяются только ДЗ, выполненные по схеме с циркулирующими токами. В защите линий напряжением 3…10 кВ (например, некоторых линий схемы собственных нужд электростанций) реагирующий орган (РО) KА установлен со стороны питания – в распределительном устройстве, где находится выключатель защищаемой линии.

На линиях с двусторонним питанием выключатели есть на обоих концах и при КЗ на ней оба они должны быть отключены ДЗ. Поэтому исполнение схемы ДЗ циркулирующими токами существенно видоизменено с таким расчетом, чтобы РО были на обоих концах защищаемой линии (KAWА, KAWБ на рис. 1.2).

При этом комбинированные фильтры симметричных составляющих ZAA и ZAБ служат для преобразования трехфазного тока в однофазный с целью удешевления канала связи КС, т. е. ДЗ выполняется как односистемная защита.  В качестве  этих  фильтров

используются комбинированные фильтры прямой и обратной  по-

Рис. 1.2

следовательностей, чтобы обеспечить чувствительность ДЗ  как к симметричным, так и к несимметричным КЗ. При внешнем КЗ (в точке K) в канале связи циркулирует не весь ток выхода фильтра IZA (IZБ), а лишь его часть IАБ (IБА), так как токи IZA и IZБ разветвляются в узлах, а и б соответственно. Другая часть этих токов IAA (IББ) попадает в РО KAWA (KAWБ). Таким образом, в РО происходит сравнение не равных долей токов ТТ, установленных на концах защищаемой линии, а их различных частей: в РО KAWА тока IАА с током IБА, а в РО KAWБ – IББ с IАБ. Различие сравниваемых частей токов обусловлено сопротивлением канала связи КС RКС. Поэтому для уменьшения его влияния в комплектах защиты А и Б предусмотрены промежуточные устройства ПА и ПБ (которые используются также для контроля исправности КС, устройство которого здесь не рассматривается). Для уменьшения влияния сопротивления канала связи на распределение токов IZA, IZB используется промежуточный трансформатор с большим коэффициентом трансформации n. Поэтому сопротивление канала связи RКС в узлах а и б ощущается как R¢КС=RКС/n2. Однако различие сопротивлений ветвей в точках разветвления токов IZA и IZБ сохраняется: в одной ветви содержится только сопротивление РО RР, а в другой RP + R/КС. Следовательно, даже при идеальном совпадении характеристик ТТ, параметров фильтров и РО в режиме внешнего КЗ в обоих РО образуется ток небаланса:

.       (1.1)

Из формулы (1.1) следует, что ток небаланса возрастает с увеличением длины канала связи (КС) и тока КЗ. При внутренних КЗ (точка K1 на рис. 1.2) токи IБ, IZБ, IББ и IБА изменяют направление на обратное (см. пунктирные стрелки на рис. 1.2), а если в этом режиме питание со стороны Б отсутствует, то исчезают. В результате токи IРА в РО KAWA и IРБ в KAWБ увеличиваются под воздействием токов IБА и IАБ, соответственно IРА = IАА + IБА; IРБ = IББ + IАБ, а если IБ = 0, то IPA = IAA, IPБ = IАБ. Следовательно, признаком КЗ на линии является существенное превышение тока в реле IР над максимально возможным током небаланса.

Однако величина тока внутреннего КЗ может изменяться в очень широких пределах в зависимости от режимов питающих электростанций и оперативной схемы электрической сети. Поэтому в минимальном режиме ток внутреннего КЗ может быть меньше необходимого по требованию чувствительности (или даже меньше максимального тока небаланса). Для повышения чувствительности ДЗ в минимальных режимах используется принцип торможения (символ W в обозначении реле KAW обозначает наличие торможения). Принцип торможения основан на том свойстве установившегося тока небаланса, что его величина пропорциональна току КЗ [см. формулу (1.1)], т. е. при протекании по защищаемому объекту тока незначительной величины не может существовать большой ток небаланса. Поэтому целесообразно для отстройки от больших токов небаланса увеличивать ток срабатывания РО ДЗ с ростом тока, протекающего по защищаемому объекту. Следовательно, для торможения используется часть вторичного тока ТТ. Подробно принцип торможения будет рассмотрен в разделе «ДЗ трансформаторов».

Несмотря на использование описанных выше средств уменьшения влияния сопротивления канала связи на величину тока небаланса, ДЗ линий с КС, выполненным в виде кабеля («проводной» КС), могут применяться на линиях малой протяженности – до 10…12 км, что является их наиболее значительным недостатком. Область применения ДЗ ограничивается также дороговизной КС. Однако существенными преимуществами ДЗ являются быстродействие, отсутствие мертвой зоны и универсальность (ДЗ эффективно действует при любых видах КЗ).

Важно отметить, что на устройство контроля исправности КС возложена весьма важная функция обеспечения надежности работы ДЗ. В самом деле, при неисправном КС в реле противоположного конца линии не будет поступать ток от ZA данного конца защищаемой линии. В результате при отсутствии КЗ на линии каждое из реле будет обтекаться током только от ТТ своего конца и произойдет излишнее срабатывание защиты.

Гораздо более эффективным (но и значительно более дорогим) является использование в качестве КС оптоволоконного канала, т. е. по существу замена непосредственного обмена токами (или их частями) между полукомплектами ДЗ, установленными на концах линии, на обмен информацией об этих токах. При этом вместо KAW на схеме, представленной на рис. 1.2, используется аппарат, сравнивающий информацию о токах концов защищаемой линии, а вместо промежуточных устройств П – блоки отбора информации о токах «своего» конца линии и приема информации, поступающего из КС. Возможность применения промежуточных усилителей сигнала в КС теоретически снимает ограничение использования такого ДЗ по фактору длины защищаемой линии. Некоторые фирмы выпускают ДЗ линий в трехфазном исполнении (т. е. без ZA, см. рис. 1.2). Однако на сооружение оптоволоконных КС в настоящее время требуются весьма значительные затраты. Поэтому практически ДЗ с такими КС используются в районах, где уже существуют оптоволоконные линии и есть возможность аренды КС для передачи необходимого объема информации.