7.7.3. Спрямований захист з високочастотним блокуванням

Це є захист з абсолютною селективністю, тобто він реагує тільки на пошкодження в лінії, яка захищається.

Принцип роботи спрямованого захисту з високочастотним блокуванням заснований на оцінці спрямування потужності оберненої послідовності. Враховується, що під час к.з. потужність оберненої послідовності протікає в напрямку від місця к.з. на лінії до шин.

Якщо к.з. є на лінії, яка захищається, то потужність оберненої послідовності на обох кінцях лінії буде спрямована від лінії до шин – два півкомплекти повинні подіяти на вимкнення своїх вимикачів.

Якщо к.з. виникло на суміжній лінії, то для одного півкомплекту потужність оберненої послідовності буде спрямована від лінії до шин – к.з. у напрямку лінії, яка захищається; для другого – потужність оберненої послідовності спрямована від шин у лінію – к.з. "за спиною". У цьому випадку обидва півкомплекти не повинні діяти на вимкнення своїх вимикачів.

У захисті є чутливі пускові органи двох півкомплектів, які спрацьовують під час к.з. в мережі (на лінії, яка захищається, або на суміжних елементах) і запускають ВЧ передавачі. ВЧ передавачі генерують у лінію ВЧ сигнали (на рис. 7.59 це сигнали ВЧ_прдА1 та ВЧ_прдА2 відповідно). ВЧ приймачі обох півкомплектів сприймають ВЧ сигнали свого та протилежного півкомплектів (на рис. 7.59 це сигнали ВЧ_прА1 та ВЧ_прА2 відповідно). У випадку наявності в лінії ВЧ сигналу робота обох півкомплектів на вимкнення блокується.

Одночасно з запуском чутливих пускових органів захисту запускаються органи спрямування потужності оберненої послідовності. Якщо спрямування потужності оберненої послідовності є в напрямі від лінії до шин, то орган оберненої потужності діє на зупинку свого ВЧ передавача. Якщо к.з. за межами лінії (точка К1, рис. 7.59, а), орган спрямування потужності оберненої послідовності півкомплекту А1 зупинить свій ВЧ передавач, тому що потужність оберненої послідовності для цього півкомплекту спрямована від лінії до шин, тобто півкомплект А1 сприймає це пошкодження як к.з. в зоні. Але орган спрямування потужності оберненої послідовності півкомплекту А2 не спрацює і не зупинить свій ВЧ передавач, тому що для півкомплекту А2 потужність оберненої послідовності буде спрямована від шин у лінію, тобто для нього к.з. є "за спиною". Тому від півкомплекту А2 ВЧ сигнал продовжуватиме генеруватись у лінію і ВЧ приймачі двох півкомплектів будуть сприймати цей ВЧ сигнал, Якщо ВЧ синал наявний в каналі, то релейні частини обох півкомполектів не дозволять вимикати вимикачі лінії – робота захисту на вимкнення буде заблокована.

а б

Рис. 7.59. Принцип роботи спрямованого захисту з високочастотним блокуванням: а – під час к.з. поза зоною дії захисту; б – під час к.з. у зоні

Під час к.з. в лінії (точка К2, рис. 7.59б) в перший момент чутливими органами запустяться ВЧ передавачі двох півкомплектів. Одночасно запустяться органи спрямування потужності оберненої послідовності. Ці органи сприймуть це пошкодження, як к.з. у зоні, тому що потужність оберненої послідовності для двох півкомплектів буде спрямована від лінії до шин, і зупинять обидва ВЧ передавачі. У лінії зникнуть блокуючі ВЧ сигнали і в логічній частині захисту обох півкомплектів виробиться сигнал на вимкнення своїх вимикачів – пошкоджена лінія буде вимкнена.

Часові діаграми, показані на рис. 7.59, пояснюють принцип роботи спрямованого захисту з ВЧ блокуванням як під час к.з. за межами лінії (рис. 7.59а), так і під час к.з. в лінії (рис. 7.59б).

Для прикладу розглянемо принцип роботи та основні органи спрямованого захисту з високочастотним блокуванням типу ПДЭ-2802, який застосовується для захисту ліній 110–330 кВ. Функційна схема цього захисту показана на рис. 7.60.

Пусковими органами захисту є:

 блокуюче реле напруги оберненої послідовності та блокуюче реле струму оберненої послідовності . Це є чутливі неспрямовані органи, які діють на пуск ВЧ передавача та пуск спрямованого реле потужності оберненої послідовності. Вони спрацьовують у випадку виникнення к.з. у мережі – як на лінії, так і поза її межами;

 блокуюче реле опору призначене для пуску ВЧ передавача під час зовнішніх симетричних к.з.;

 вимикаюче реле напруги оберненої послідовності та вимикаюче реле струму оберненої послідовності . Це менш чутливі, ніж блокуючи реле та неспрямовані органи, які формують сигнал на вимкнення лінії;

 спрямоване реле потужності оберненої послідовності . Призначене для зупинки ВЧ передавача та формування сигналу на вимкнення. Реле спрацьовує у випадку спрямування потужності оберненої послідовності під час к.з. від лінії до шин;

Рис. 7.60. Функційна схема спрямованого захисту з ВЧ блокуванням

 вимикаюче реле струму оберненої послідовності з гальмуванням від максимальної різниці фазних струмів . Діє на вимкнення у випадку, коли спрямоване реле потужності оберненої послідовності . є нечутливим до цього виду к.з.;

 додаткове пускове реле . Спрацьовує у випадку стрибкоподібної зміни струму трифазного к.з. без попередньої несиметрії, коли реле чи , що реагують на обернену послідовність координат режиму не працюють. Діє на вимкнення;

 реле струму оберненої послідовності з гальмуванням від максимальної різниці фазних струмів . Призначене для блокування роботи пускового реле опору , яке може хибно подіяти на вимкнення під час хитань в системі. Тобто це реле відслідковує хитання в енергосистемі;

 додаткові реле опору , призначені для відлагодження захисту, який встановлений із боку живлення, від міжфазних к.з. за трансформатором відгалуження, у випадку його наявності на лінії, що захищається;

 реле струму нульової послідовності . Призначене для підвищення чутливості захисту під час к.з. на землю, коли інші вимірні органи можуть бути нечутливими до такого пошкодження.

У функційній схемі захисту можна виділити такі взаємозв’язані між собою канали:

 I – основний канал вимкнення, який формує сигнали на вимкнення лінії, пуск телевимкнення та зупинення ВЧ передавача. Складається з таких елементів:

– елементи “і” – DX2, DX4, DX7, DX10, DX13;

– елементи “або” – DW5, DW10, DW18,DW15;

– елемент затримки часу на спрацювання DT3;

– елемент затримки часу на повернення DS5;

 II – канал пуску високочастотного блокуючого сигналу, який запускає ВЧ передавач з метою неспрацювання захисту під час зовнішніх к.з. Складається з таких елементів:

–  елементи “і” – DX1, DX3, DX6, DX12, DX14;

– елементи “або” – DW3, DW9, DW11;

– елемент затримки часу на спрацювання DT2;

– елементи затримки часу на повернення DS2, DS3;

 III – додатковий канал вимкнення, який призначений для функційного контролю основного каналу вимкнення. Реалізований на логічному елементі “або” DW3;

 IV– канал блокування захисту під час хитань. Складається з таких елементів:

– елемент “і” – DX8;

– елемент “або” – DW1;

 V – канал вимкнення під час опробування лінії. Призначений для прискореного вимкнення лінії після подачі на неї напруги і наявності закоротки, а також для вимкнення лінії під час симетричних к.з. Складається з таких елементів:

– елемент “і” – DX11;

– елементи “або” – DW2, DW7;

– елемент затримки часу на повернення DS4.

– елемент “і” – DX8;

Розглянемо, як працює захист в деяких режимах в енергосистемі.

Під час несиметричного к.з. у зоні дії захисту спрацьовують чутливі пускові органи – блокуюче реле напруги оберненої послідовності та блокуюче реле струму оберненої послідовності , які по колу DX1, DX3, DW3, DX6, DW9, DX12, DW11, DX14 запускають ВЧ передавач. ВЧ передавач починає генерувати в лінію ВЧ сигнал. Одночасно ці чутливі пускові органи запускають спрямоване реле потужності оберненої послідовності . Реле спрацьовує та діє через елемент DX3 на зупинення ВЧ передавача. Аналогічно діє півкомплект і на протилежному кінці лінії. За відсутності ВЧ каналу в лінії по каналу вимкнення формується сигнал на вимкнення вимикача. Сигнал буде формуватися у випадку одночасного спрацювання спрямованого реле потужності оберненої послідовності , вимикаючого реле напруги оберненої послідовності та вимикаючого реле струму оберненої послідовності . Це контролюється елементами DX2, DX4. Для підвищення чутливості захисту, коли живлення лінії здійснюється від потужних підстанцій і чутливість вимикаючого реле напруги оберненої послідовності може бути недостатньою, у схемі передбачене вимикаюче реле струму оберненої послідовності з гальмуванням від фазних струмів , яке діє на вимкнення через елемент DW5. За відсутності ВЧ сигналу в лінії (контролюється логічним елементом DX7) через елементи DT3, DX10, DW10, DX13 формується сигнал на вимкнення.

Під час зовнішнього несиметричного к.з. спрацьовують чутливі пускові органи обох півкомплектів – блокуюче реле напруги оберненої послідовності та блокуюче реле струму оберненої послідовності , які запускають ВЧ передавачі. Одночасно запускаються і спрямовані реле потужності оберненої послідовності . Реле потужності оберненої послідовності півкомплекту, віддаленішого від місця к.з. (півкомплект А1 на рис. 7.59, а) сприйме це пошкодження, як к.з. у зоні і зупинить свій ВЧ передавач. Але реле потужності оберненої послідовності протилежного півкомплекту не спрацює, тому що воно сприйме це к.з., як к.з. "за спиною" та не зупинить свій ВЧ передавач – в лінії буде присутній ВЧ сигнал. Тому робота двох півкомплектів захисту на вимкнення буде блокуватись логічними елементами DX7.

Під час симетричних к.з. спрацює реле , запустить блокування від хитань DW1, яке дає дозвіл на роботу захисту протягом 0,2 або 0,4 с. Одночасно спрацює пускове реле опору . У випадку, коли к.з. на лінії, реле опору спрацюють на двох кінцях лінії і через логічні елементи DX8, DX6 подіють на зупинку ВЧ передавачів, а через логічні елементи DX8, DW5 подіють на вимкнення вимикачів лінії.

Якщо симетричне к.з. є зовнішнім, то на кінці лінії, який є ближчим до місця к.з., спрацює блокуюче реле опору , яке має характеристику, спрямовану в III квандрант комплексної площини, і запустить ВЧ передавач. На протилежному кінці лінії спрацює пускове реле опору , яке зупинить свій ВЧ передавач. Але в лінії будуть присутні ВЧ сигнали від першого півкомплекту і робота двох півкомплектів на вимкнення буде блокуватись логічними елементами DX7.

У випадку ввімкненні лінії на стійке к.з. відбувається прискорене вимкнення лінії. Для цього існує додатковий канал вимкнення, тому що основний канал вимкнення заблокований ВЧ каналом, який активізується через елемент затримки часу DS2 від зовнішнього реле KL1_вх. яке спрацьовує від реле повторювачів під час будь-якого увімкнення лінії. Канал прискореного вимкнення здійснюється від проміжного реле KL2_вх, яке спрацьовує від кіл управління вимикачем на ввімкнення. Якщо на лінії стійке к.з., то спрацьовує хоча б один з таких органів: реле опору , додаткові реле опору , реле струму нульової послідовності , а також блокуюче реле опору та реле струму оберненої послідовності з гальмуванням від фазних струмів . Контроль спрацювання цих вимірних органів здійснюється логічними елементами DW2, DW7, DX11.

Під час хитань та асинхронного режиму можливе спрацювання блокуючого реле напруги оберненої послідовності та блокуючого реле струму оберненої послідовності , але вимикаюче реле напруги оберненої послідовності та вимикаюче реле струму оберненої послідовності не спрацюють і робота захисту на вимкнення заблокується логічним елементом DX4.

У захисті передбачені елементи витримки часу на спрацювання та на повернення відповідно DT, DS.

Так, елементи DT1, DS2 передбачені для запобігання неправильного спрацювання захисту за наявності паралельної лінії, на якій на обох кінцях неодночасно вимикається к.з. У цьому випадку можливий реверс потужності по даній лінії, що може спричинити хибне спрацювання її захисту. З цією метою передбачена можливість продовження генерації ВЧ сигналів у лінію на час порядку 0,025 с (елемент DS2), якщо до цього часу ВЧ сигнал існував у каналі протягом не менше 0,04 с (елемент DT1), що свідчить про наявність зовнішнього к.з.

Селективність роботи захисту забезпечується введенням у канал вимкнення витримки часу на спрацювання 0,005 с, яка створюється елементом затримки часу DT2.

Для запобігання неселективної роботи захисту під час увімкнення лінії в транзит передбачена можливість продовження пуску ВЧ передавача на час порядку 0,25 с. Це реалізовано на елементі витримки часу на повернення DS1. Запуск цього елемента здійснюється від зовнішнього реле KL1_вх, яке спрацьовує через реле-повторювачі під час будь-якого увімкнення лінії.

Під час увімкнення лінії на стійке к.з. передбачена можливість продовження імпульсу на вимкнення під час опробування лінії. Це здійснене на елементі затримки на повернення DS3.

У випадку несправностей у функціональних елементах захисту відбувається запуск ВЧ передавача, щоб запобігти неправильній роботі захисту. Це відбувається у випадку несправностей в будь-якому з вимірних органів, контроль справності яких здійснюється автоматично, а також під час несправностей у колах змінної напруги. Контроль справності кіл напруги здійснюється за допомогою модуля контролю справності кіл напруги (КСН). Запуск ВЧ передавача у випадку виявлення несправностей здійснюється через логічний елемент DX14. Для контролю справності роботи захисту передбачені два канали вимкнення – основний та додатковий. Несправність кожного з каналів виявляється за тривалістю невідповідності сигналів на їх виходах – до 10 с (на схемі цей вузол не показаний).

У захисті є пристрій АК-80 для автоматичної перевірки ВЧ каналу захисту, що дало можливість оперативному персоналу не здійснювати регулярних регламентованих перевірок справності ВЧ каналу (1 раз у день). У випадку виявлення несправності ВЧ каналу, захист автоматично виводиться з роботи з сигналізацією про це черговому персоналу.

Для нормального функціювання спрямованого захисту з ВЧ блокуванням передбачено зв’язок даного захисту з іншими пристроями управління та захисту. Цей зв’язок здійснюється через зовнішні реле KL1_вх–KL4_вх.

Призначення проміжних реле KL1_вх та KL2_вх розглядалось вище. Реле KL3_вх призначене для зупинки ВЧ передавача через логічний елемент DX12 та пуск сигналу телевимкнення від захистів трансформатора, якщо він є на відгалуженні лінії, яка захищається. Реле KL4_вх призначене для заборони ВЧ блокування під час спрацювання пристроїв ПРВВ та наявності сигналу телевимкнення.

Розрахунок параметрів спрацювання спрямованого захисту з ВЧ блокуванням зводиться до визначення уставок спрацювання вимірних та пускових органів захисту.

Реле блокування за струмом оберненої послідовності :

,

7.85

де

де – коефіцієнт відлагодження, дорівнює 1,2–1,3; – коефіцієнт однотипності трансформаторів струму, у випадку використання однотипних трансформаторів струму в двох півкомплектах приймається рівним 0,5; – відносна похибка трансформатора струму, приймається рівною 3%; – похибка відлагодження фільтра струму оберненої послідовності, приймається рівною 1%; – коефіцієнт, який враховує несиметрію мережі за струмом, приймається рівним 1%; – коефіцієнт, який враховує несиметрію навантаження в струмі, знаходиться в межах 0–10 %; – коефіцієнт частотно-компенсуючого фільтра, дорівнює 0,1; – відхилення частоти від номінального значення; – номінальний вторинний струм трансформатора струму.

Реле блокування за напругою оберненої послідовності :

,

7.86

де

де – коефіцієнт відлагодження, дорівнює 1,2–1,3; – відносна похибка трансформатора напруги, приймається рівною 1%; – похибка відлалагодження фільтра напруги оберненої послідовності, приймається рівною 1%; – коефіцієнт, який враховує несиметрію мережі за напругою, приймається рівним 1%; – коефіцієнт, який враховує несиметрію навантаження в напрузі, знаходиться в межах 0–10 %; – коефіцієнт частотно-компенсуючого фільтра, дорівнює 0,1; – відхилення частоти від номінального значення; – номінальна вторинна напруга трансформатора напруги.

Вимикаюче реле струму оберненої послідовності .

Струм спрацювання вимикаючого реле струму оберненої послідовності вибирається з умови узгодження з струмом спрацювання блокуючого реле оберненої послідовності :

,

7.87

де – коефіцієнт відлагодження, залежить від конфігурації мережі та від кількості кінців лінії, через які можна здійснювати протікання струму зовнішнього к.з. Так, для лінії без відгалужень, значення цього коефіцієнта дорівнює 2.

Вимикаюче реле напруги оберненої послідовності .

Напруга спрацювання реле напруги оберненої послідовності вибирається з умови узгодження з напругою спрацювання блокуючого реле напруги оберненої послідовності :

,

7.88

де – коефіцієнт відлагодження, дорівнює 1,5–2,0.

Пускове реле струму оберненої послідовності з гальмуванням від фазних струмів .

Струм спрацювання пускового реле струму оберненої послідовності з гальмуванням від фазних струмів вибирається з умови

,

7.89

Але з умови надійного відлагодження від струму небалансу, який виникає під час асинхронного ходу, цей струм повинен бути

,

7.90

Вимикаюче реле струму оберненої послідовності з гальмуванням від фазних струмів вибирається більшим з двох умов

,	7.91
,

де – коефіцієнт відлагодження, дорівнює 1,5, – опір лінії, яка захищається.

Коефіцієнти гальмування пускового реле струму з гальмуванням від фазних струмів вибирається з умови

,

7.92

де – коефіцієнт відлагодження, дорівнює 1,2–1,3; максимальний струм у режимі хитань; – максимальний струм небалансу за струмом оберненої послідовності під час хитань.

Аналогічно здійснюється розрахунок коефіцієнта гальмування вимикаючого реле струму з гальмуванням від фазних струмів:

7.93

Дистанційні органи захисту , .

Якщо лінія без відгалужень, то опір спрацювання дистанційних органів визначається з виразу

7.94

Якщо на лінії є відпайка, але без джерела живлення, то опір спрацювання вимикаючих дистанційних органів визначається з виразу

7.95

де – опір лінії до відпайки; – опір відпайки лінії; – опір трансформатора, який знаходиться на відпайці.

Характеристика додаткового дистанційного органа зміщується в III квадрант на величину, яка визначається з виразу

7.96

Уставка спрацювання блокуючого дистанційного органа визначається з виразу

7.97

Характеристика блокуючого дистанційного органа спрямована в III квадрант.

На рис. 7.61 показаний загальний вигляд характеристик дистанційних органів захисту.

Рис. 7.61. Загальний вигляд характеристик дистанційних органів захисту

На рис. 7.62 зображені вольт-амперні характеристики реле спрямування потужності оберненої послідовності.

Рис. 7.62. Вольт-амперні характеристики реле спрямування потужності оберненої послідовності