Часть 5 высокочастотные защиты
5.1. Общие положения выполнения абсолютно селективных и высокочастотных защит
Работа абсолютно селективных защит, достоверно различающих КЗ в защищаемом элементе и вне его и обеспечивающих возможность отключения КЗ без выдержки времени, основаны на одновременном использовании информации о значениях электрических величин во всех присоединениях защищаемого элемента. Поэтому абсолютно селективные защиты, в отличие от относительно селективных, например ступенчатых, в общем случае требуют применения специальных каналов связи. В качестве каналов связи используются проводные, высокочастотные и радиоканалы. Возможно использование волоконно-оптических линий связи.
Проводные каналы состоят из жил кабеля с изоляцией до 1000 В. Информация по таким каналам передается на промышленной или тональной частоте, реже на постоянном токе. Для продольной защиты линий вдоль трассы в земле прокладывается специальный кабель, жилы которого используются и для цепей телемеханики и специальной связи. Недостатком таких проводных каналов является высокая стоимость прокладки кабеля, а также возможность повреждения его на неохраняемой территории подстанции. Поэтому для защит применение проводных каналов ограничивается небольшой длиной линии, приблизительно до 20 км. Для защит линий в пределах подстанций, защит генераторов, трансформаторов, двигателей и шин применяются проводные каналы с жилами контрольных кабелей. В этих случаях, длина вспомогательных проводов не превышает нескольких сот метров, провода находятся в пределах подстанции (станции).
Высокочастотные (ВЧ) каналы функционируют по проводам защищаемой линии, для чего производится ВЧ обработка линий. Обычно обработке подвергается одна фаза и ВЧ сигналы передаются по схеме фаза-земля.
Для релейной защиты используются ВЧ каналы, работающие на частотах 40-500 кГц.
ВЧ канал (рис. 5.1) содержит следующие элементы: провода фазы защищаемой линии, заградители (ВЗ), конденсаторы связи (КС), фильтры присоединения (ФП), ВЧ кабели и приемопередатчики.
ВЗ включены последовательно в провод фазы защищаемой линии и состоят из реактора и конденсатора, настроенных в резонанс на рабочую частоту, и представляют для нее большое сопротивление. Поэтому ВЧ сигналы не распространяются на соседние участки и могут циркулировать лишь между заградителями двух сторон линий. Заградители препятствуют распространению ВЧ сигналов на соседние участки, исключая тем самым возникновение помех на этих участках.
Высоковольтный КС изолирует ВЧ аппаратуру от высоковольтной линии и создает путь токам высокой частоты, для которых представляет малое сопротивление, а также препятствует токам промышленной частоты, для которых представляет большое сопротивление.
ФП, состоящий из воздушного трансформатора и конденсатора, согласует волновое сопротивление ВЧ кабеля и входное сопротивление линии, что исключает потери энергии на отраженные волны. Заземление обмотки трансформатора создает путь токам промышленной частоты, исключая их попадание в приемопередатчики. ФП вместе с КС образует полосовой фильтр, пропускающий определенную полосу частот.
ВЧ кабель соединяет приемопередатчик с ФП.
Приемопередатчик состоит из передатчика – генератора ГВЧ и приемника ПВЧ. С каждой стороны линии приемопередатчика настроены на одну и ту же частоту. Поэтому ПВЧ принимают сигналы своего ГВЧ и установленного на противоположном участке.
На ВЧ канал большое влияние оказывают помехи, обусловленные высоким напряжением линии – коронирование проводов, операции с коммутационными аппаратами, соседние ВЧ каналы. Влияние помех снижает порог чувствительности ПВЧ.
Структурная схема ВЧ защиты на одном из концов защищаемой линии показана на рис. 5.1. Схема содержит пусковой орган ПО, реагирующий орган РО, исполнительный орган ИО и приемопередающую аппаратуру канала ВЧ связи.
ПО фиксирует появление повреждения в некоторой зоне, размеры которой определяются его чувствительностью, но не устанавливает, на какой ЛЭП произошло повреждение. ПО подготавливает цепь отключения выключателя и при определенных условиях запускает передатчик канала ВЧ связи. РО на основании обработки результатов измерений токов и напряжений на данном конце и информации, принятой по каналу связи с противоположного конца линии, устанавливает наличие или отсутствие повреждения на защищаемой линии. В первом случае РО подает сигнал на ИО, который воздействует на цепь отключения выключателя.
Радиоканалы работают на ультракоротких, дециметровых и сантиметровых волнах (f=300–30000 МГц). Волны таких частот распространяются вблизи поверхности земли, не огибают ее выпуклостей. Поэтому такие каналы могут использоваться в пределах прямой видимости, т.е. на небольших расстояниях между антеннами – от 40 до 60 км.
Радиоканалы большой протяженности для усиления радиосигналов содержат промежуточные приемопередающие радиостанции. Такие радиоканалы носят название радиорелейных линий.
Радиоканалы имеют преимущества по сравнению с ВЧ каналами: работа их меньше зависит от повреждений на ЛЭП, им доступна более широкая полоса частот. Однако радиоканалы дороги из-за промежуточных трансляторов и в энергетике используются мало.
ВЧ защитами называются защиты, использующие ВЧ каналы. Передатчики пускаются и останавливаются сигналами РЗ, а сигналы с выходов приемников поступают в цепи РЗ и обусловливают выполнение ею заданных функций. Различают два способа использования ВЧ сигналов для РЗ: с разрешающими и блокирующими сигналами.
В России применяют ВЧ защиты, в которых по ВЧ каналу передаются блокирующие сигналы, запрещающие отключение линии при внешнем КЗ. Защита действует на отключение линии при КЗ на ней, когда блокирующие сигналы не передаются по каналу связи. При отсутствии КЗ сигналы по линии не передаются.