ИЭ / 9 сем (станции+реле) / Экзамен / РЗ 9

5. Двухфазное короткое замыкание в цикле ОАПВ

При работе линии электропередачи с отключенной фазой А возможны двухфазные короткие замыкания фаз АВ, ВС или СА. На рисунке 27-6,б изображена комплексная схема замещения для расчетного случая двухфазного короткого замыкания (ВС), представленного на рисунке 27-6,а.

Рисунок 27-6. Двухфазное короткое замыкание с разрывом фазы А. а) расчетная схема; б) комплексная схема замещения.

Распределение токов в схеме (рисунок 27-6, б) не изменится, если промежуточные трансформаторы, через которые протекает ток I, заменить источниками тока I. При этом схема замещения в случае ЕI = ЕII примет вид, изображенный на рисунке 27-7, б.

Рисунок 27-7. Комплексные схемы замещения с источниками тока при двухфазных коротких замыканиях с разрывом фазы А. а) замыкание фаз А,В; б) то же, фазы В,С; в) то же, фазы С,А.

На рисунке 27-7,а и в показаны схемы замещения для случаев замыканий фаз АВ и СА.

Пользуясь методом наложения, находим симметричные составляющие токов по концам линии электропередачи. Затем, деля друг на друга одноименные составляющие токов, получаем комплексные выражения, приведенные в табл. 7- 2, аргументы которых и определяют величину сдвига фаз токов по концам линии.

Из табл. 7-2 видно, что дифференциально-фазная защита, основанная на сравнении фаз токов нулевой последовательности, в рассматриваемом случае отказывает в действии (токи сдвинуты на 180).

Выражения для , приведенные в таблице 7-2, позволяют исследовать фазовые соотношения в случае защиты, сравнивающей фазу токов обратное последовательности.

Если Z1II мало по сравнению с Z1 и им можно пренебречь, то при замыкании фаз АВ

Следует заметить, что углы сдвига фаз токов прямой последовательности при замыканиях фаз АВ и СА соответственно равны углам сдвига токов обратной последовательности при замыканиях фаз СА и АВ. При расхождении ЭДС ЕI и ЕII по фазе абсолютная величина угла между токами II и III может быть больше или меньше 90°.

На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы: 1. Защита, сравнивающая фазу токов прямой последовательности при двусторонней работе приемо-передатчиков, нечувствительна к несимметричным коротким замыканиям на линии, питающей нагрузку, при отсутствии источников энергии на приемном конце (такой режим работы линии электропередачи возмо-

жен в условиях эксплуатации как временный).

292

Во избежание отказа защиты в действии передатчик на приемном конце линии не должен быть в данном случае запущен.

2. Защита, сравнивающая фазу токов прямой, обратной или нулевой последовательности, может быть нечувствительна к однофазным коротким замыканиям с обрывом фазы. Это приводит к отказу защиты в действии при обрыве провода с односторонним замыканием на землю или к задержке действия защиты при однофазном коротком замыкании в цикле ОАПВ при неодновременном включении фазы с двух концов линии.

Во избежание отказа защиты в действии передатчик, установленный с той стороны линии, где фаза разомкнута, не должен быть запущен.

З. Чувствительность защиты, сравнивающей фазу токов прямой или обратной последовательности, может быть сильно понижена при двухфазных коротких замыканиях с односторонним обрывом фазы.

Защита, сравнивающая фазу токов нулевой последовательности, в этом случае отказывает в действии. Во избежание отказа защиты передатчик, установленный с той стороны линии, где фаза разомкнута, не должен быть запущен.

4. Защита, основанная на сравнении фаз полных токов, не имеет недостатков, перечисленных выше. Однако чувствительность такой защиты понижается при расхождении по фазе ЭДС концов электропередачи, а также при двухфазном коротком замыкании на линии, имеющей одностороннее питание.

Фазовые погрешности при внешних коротких замыканиях

Фазовые погрешности при внешних коротких замыканиях обусловливаются в основном тремя причинами:

1)разностью фаз токов промышленной частоты по концам линии;

2)конечной скоростью распространения высокочастотных сигналов;

3)фазовыми погрешностями трансформаторов тока за счет насыщения. Токи одноименных фаз в начале и в конце однородной линии при устано-

вившемся режиме связаны известной формулой

Параметры и Zc для прямой и обратной последовательностей одинаковы, а для нулевой последовательности коэффициенты фазы получается большим и

293

соответственно скорость распространения токов нулевой последовательности

0 = 2 меньше, чем для прямой (и обратной) последовательности.

0

Если полное сопротивление на зажимах приемного конца линии обозначить через ZII и пренебречь собственным затуханием линии, то формула (7-5) упростится:

Фазовый сдвиг тока II относительно III определяется аргументом комплексного выражения, заключенного в скобках.

При передаче без отражения (ZII = Zc)

который иногда принимается за расчетный.

При длине в 200 км и скорости распространения электромагнитных волн вдоль линии = 300 000 км/сек этот угол составляет 12°.

По мере увеличения отношения угол между токами II, и III возрастает.

При этом следует иметь в виду, что в то время, как сопротивление Zc имеет характер, близкий к активному, сопротивление ZII имеет обычно активно-индук- тивный характер. Поэтому угол сдвига токов может значительно превышать 90°. Такое явление может, в частности, иметь место при неполнофазном режиме работы линии, несущей малую нагрузку.

При внешних коротких замыканиях отношение мало и поэтому сдвиг

фаз обычно значительно меньше расчетного угла = .

Как указывалось выше, при распространении вдоль линии высокочастотных сигналов они также претерпевают запаздывание на время = , которое по-

сле демодуляции дает дополнительны фазовый сдвиг = .

Таким образом, за счет конечной скорости распространения токов промышленной частоты (при передаче без отражений) и токов высокой частоты на линии длиной в 200 км можно ожидать сдвига по фазе до 24°.

Следует отметить, что фазовая погрешность, обусловленная сдвигом фаз токов в линии, ничем не может быть скомпенсирована, так как она меняет знак

294

при перемене направления мощности. Фазовая погрешность за счет запаздывания при распространении высокочастотных сигналов может быть скомпенсирована в том случае, если приемник может отделить сигналы, поступающие с противоположного конца линии, от сигналов передатчика данного конца. Это может иметь место либо в случае двухчастотной системы связи, либо при таком способе построения защиты, когда приемник запирается при работе местного передатчика.

Основным источником фазовых погрешностей являются искажения в трансформаторах тока при внешних коротких замыканиях за счет влияния остаточных магнитных потоков в сердечниках трансформаторов.

Сдвиг вектора тока в одной из фаз можно себе представить, как добавление к линейной системе токов вектора тока небаланса. Этот вектор может быть разложен на симметричные составляющие, которые вместе с симметричными составляющими линейных токов подаются на вход фильтра. Очевидно, что наибольшие искажения вектора тока на выходе фильтра могут иметь место в том случае, когда комбинированный фильтрувеличивает токи той последовательности, которая отсутствует в системе линейных токов. Например, для фильтра I1 + kI0 при коротких замыканиях между двумя фазами за счет увеличения в k раз вектора тока небаланса нулевой последовательности фазовая погрешность результирующего вектора на выходе фильтра может быть значительной.

Применение и сравнение с другими защитами

Дифференциально-фазная высокочастотная защита может использоваться в качестве основной защиты от всех видов повреждений линий 110—330 кв с двусторонним питанием в случаях, когда для сохранения устойчивости системы необходимо отключение повреждений на всем протяжении защищаемой линии без замедления и применение других типов быстродействующих защит линий (продольной дифференциальной, дистанционной с в.ч. блокировкой и др.) невозможно или нецелесообразно.

По сравнению с дистанционной защитой и токовой направленной защитой нулевой /последовательности с высокочастотной блокировкой (защита с в. ч. блокировкой) дифференциально-фазная в. ч. защита имеет следующие преимущества:

−защита по принципу действия работает правильно в неполнофазных режимах (нагрузочном или при внешнем к. з.); в связи с этим ее использование в сочетании с устройством ОАПВ более целесообразно, чем защиты с в.ч. блокировкой (для предотвращения неправильного действия последней в рассматриваемых режимах в ряде

295

случаев требуется применение специальных дополнительных мероприятий);

−защита по принципу действия правильно работает при качаниях и асинхронном ходе, что исключает необходимость специальной блокировки при качаниях; дистанционная защита с в.ч. блокировкой выполняется с использованием блокировки при качаниях, что усложняет защиту;

−защита имеет однотипные органы, действующие на пуск в.ч. передатчика и на отключение; это облегчает согласование по чувствительности указанных органов, по сравнению с дистанционной защитой с в. ч. блокировкой, в которой могут использоваться пусковые органы, реагирующие она разные электрические величины (устройство блокировки при качаниях и реле сопротивления).

296

28. Дифференциально-фазная защита. Принцип действия ДФЗ-2.

Структурная схема ДФЗ-2. Назначение пусковых и избирательных органов. Фазовая характеристика защиты. . [Л2 8.6,8.7; Л3 7.8-12] только для групп РЗА

8.6. ПРОДОЛЬНЫЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ С ВЧ КАНАЛАМИ И РАДИОКАНАЛАМИ

В общем случае для защит, в которых информация о сравниваемых токах двух сторон участка передается по ВЧ или радиоканалу (см. гл. 1), можно, как и для направленных защит, (см. гл. 7) рассматривать использование блокирующих сигналов (БС) и разрешающих сигналов (РС), выполняемых нормально присутствующими (НП) и нормально отсутствующими (НО) токами в канале.

Однако для дифференциальных токовых защит в отличие от направленных количество возможных вариантов значительно возрастает за счет необходимости манипуляции (управления) ВЧ и радиосигналами токами промышленной частоты, а также возможности производить эти манипуляции в один и тот же или разные полупериоды указанных токов. Пока широкое применение имеют только защиты с ВЧ каналами. Для них, как и для направленных защит, целесообразно использование БС с НО токами ВЧ. Такое выполнение не требует передачи сигналов через место повреждения на защищаемом участке; они используются только на неповрежденных участках для блокирования действия защит последних. Возможно сравнение модулей и фаз или только фаз токов. Обычно применяется последнее как упрощающее ВЧ часть защиты (требуется один, а не два сигнала) и обеспечивающее отстройку от переходных режимов внешних КЗ,

когда ТА могут работать с большими токовыми погрешностями. Защиты выполняются односистемными, осуществляющими сравнение токов,

получаемых через комбинированные фильтры, обычно I1+kI2, а не пофазное сравнение токов; это не только упрощает защиту и канал, но и обеспечивает ее большую чувствительность к несимметричным КЗ.

Необходимо, однако, отметить, что и сравнение фаз токов I1+kI2 имеет

297

некоторые недостатки: защита может отказать в действии на линии с большой нагрузкой при обрыве фазы с односторонним КЗ на землю (с этой точки зрения было бы предпочтительней сравнивать не фазы, а модули и фазы токов);

возможны значительные фазовые погрешности фильтров при больших k,

которые иногда хотелось бы принимать для обеспечения kI2>>I1. Защиты должны иметь ПО, отстраиваемые от токов рабочих режимов линий, как и направленная защита с ВЧ блокировкой, использующая фазные величины. Необходимо, однако,

отметить, что в последнее время вновь стали отдавать предпочтение продольным направленным защитам, косвенно сравнивающим электрические величины по концам защищаемого участка. Поэтому ниже кратко рассматриваются только некоторые особенности дифференциально-фазных токовых зашит с ВЧ блокировкой.

8.7. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА С ВЧ БЛОКИРОВКОЙ, РАЗРАБОТАННАЯ ВНИИЭ

Принцип действия и выполнение. Отечественной промышленностью выпускались несколько вариантов рассматриваемой защиты, предназначенной для работы в сетях от 110 до 500 кВ включительно. Принципы работы этих вариантов защиты одинаковы. Ниже рассматривается работа защиты на примере более простого выполнения ее для сетей 110-220 кВ. Структурная схема защиты,

дана на рис. 8.11.

298

Измерительная часть схемы включает ПО, орган управления передатчиком и орган сравнения фаз токов I1 +kI2 по концам защищаемой линии БВ 314 (рис. 8.12), для которых приняты условные положительные направления внутрь защищаемой зоны. Как и в продольных направленных, более чувствительные элементы основных ПО пускают ВЧ приемопередатчики, которые посылают и принимают ВЧ сигналы, менее чувствительные подготавливают цепи отключения. Для обеспечения надежного блокирования защиты при внешнем КЗ передатчики пускаются до начала сравнения фаз, а останавливаются с некоторой задержкой после отключения повреждения. При этом предусматривается немедленная остановка передатчика при внутреннем КЗ и отключении выключателя сначала только с одной из сторон линии (для предотвращения блокирования полукомплекта защиты противоположной стороны линии на некоторое время, определяемое указанным замедлением остановки передатчиков). Это мероприятие сокращает время ликвидации КЗ при каскадном действии защиты. Указанные операции осуществляются логической частью защиты. С помощью органа управления передатчиком (органа манипуляции),

299

обеспечивающего работу передатчика в течение каждого положительного полупериода промышленной частоты, производится передача фазы манипулирующего тока I1+kI2 со стороны данного полукомплекта. Приемники принимают ВЧ сигналы как своего передатчика, так и другой стороны и выполнены так, что выдают токи в органы сравнения фаз только при отсутствии принимаемых сигналов. Манипулирующие токи сфазированы таким образом,

что передатчики при внешних КЗ работают в разные полупериоды, создавая в совокупности в приемниках непрерывные ВЧ сигналы и тем самым обеспечивая несрабатывание защиты. При внутренних КЗ принимаемые приемниками ВЧ сигналы имеют скважности, за счет которых обеспечивается срабатывание защиты. Так осуществляется сравнение фаз токов I1+kI2 по концам линии. Работа защиты, выполненной указанным образом, иллюстрируется обычно приводимыми условными диаграммами, данными на рис. 8.12, а - е для внешнего и внутреннего КЗ со сдвигом фаз сравниваемых токов на 180° в первом случае и при отсутствии такового во втором.

Практически токи двух сторон линии при внутреннем КЗ часто сдвинуты на значительный угол, определяемый сдвигом фаз ЭДС частей системы,

неодинаковыми углами сопротивлений этих частей, погрешностями ТА и комбинированных фильтров, создающих ток, пропорциональный I1 +kI2, а также свойствами фильтров. Поэтому желательно увеличение угла между этими токами, при котором защита могла бы срабатывать. Его предельное значение,

однако, ограничивается условиями предотвращения излишних срабатываний защиты за счет разницы в угловых погрешностях тех же ТА, фильтров, конечной скорости распространения электромагнитных волн и сдвига фаз первичных токов, определяемого емкостной проводимостью защищаемого участка. Зона блокирования защиты обычно составляет 40-50°, и, следовательно, допустимый сдвиг по фазе сравниваемых токов I1+kI2 при внутренних КЗ меньше 140-130°,

что обычно приемлемо. При одностороннем питании места КЗ, когда ПО с приемной стороны не срабатывают, БС нет и защита может срабатывать. Однако

300