Q2 1 |
|
диф.защиты |
|
|
|
|
|
|
КонтрО11ь |
П |
|
2 |
|
|
еред. |
|
соед. проводов 1-----1 |
-- 0rключение |
Прием. |
Q2 |
.______...______, |
Оrкл. |
|
.защиты |
|
|
|
|
Перед. |
Контроль |
2 |
1-----1 |
соед. проводов |
Прием. ОrключениеQJ14-"--
._____._______.
Рис. 6.17. Сrруктурная схема дифференциальной защиты линий с соединительными nроводами
На основе значений токов [1 и Iз, измеряемых полукомnлек |
том |
возможно измерение тока [2 , протекающего на другом |
конце линии, таюке полукомnлектом |
на основе соотношения, |
вьпекающего из (6.13) |
|
|
|
(6.14) |
Аналогичным образом полукомплект |
вычисляет ток I1 про |
тивоположного конца линии |
|
|
|
(6.15) |
Таким образом, дифференциальный ток Id вычисляется каж дым из полукомплектов на основе выражения (6.13)
(6.16)
Тормозные тоЮI на обеих сторонах Is1 и Is2 вычисляются с уче
том (6.14), (6.15) полукомплектами Sl, S2 соответственно на основе соотношений:
ls1 = II1I + II2I ()II1I + Is2 ()llil + ll1I ()ll2I +
a1)Iз-I1I; (6.17)
a1)lз-l2I• (6.18)
Эти токи при пренебрежении погрешностями имеют равные значения. При этом предполагается, что сопротивление соеди нительных проводов Rп, входящее в величину а() в выражении (6.13), известно. Следует отметить, что сопротивление соедини тельных проводов Rп может быть рассчитано каждым полукомп лектом с использованием измеренНЬIХ токов. Для этого необхо димо подвести к полукомплекту только ток со «своей» стороны, например ток [1 • Из выражения (6.13) и (6.14) при 12 12О
() ..-(-. ).-.-,. (6.19)
В специальном режиме определения сопротивления соедини тельных проводов на основе выражения (6.19) защита вычисля ет значение Rп, которое в дальнейшем вводмтся в защиту как параметр.
Сравнение вычисленных дифференциального и тормозного токов Id и 1()производмтся в каждом полукомплекте в соответст вии с тормозной характеристикой и принятым алгоритмом (на пример, см. рис. 6.5 и 6.7).
КонтрОJiь соединительных проводов и обмен отключаю щими сиrиалами. В соответствии с принципом измерения то
ков в рассматриваемой дифференциальной защите линии (см. рис. 6.17), неисправность соединительных проводов (обрыв) приводмт вследствие отсутствия дифференциального тока к от казу защиты при внутренних КЗ. Замыкание соединительных проводов может привести как к отказу, так и к неселективному действию в режиме нагрузки или внешнего КЗ. Поэтому необ ходимы специальные меры для выявления неисправности соеди-
262
нительных проводов и блокирование отключения в необходи мых случаях.
Контроль неисправности соединительных проводов и обмен в необходимых случаях оТЮiючающими сигналами между полу комплектами S1 и S2 обеспечиваются наложением на диффе ренциальную схему сравнения первичных токов, включающую соединительные провода, высокочастотной последовательности импульсов. Указанная кодированная последовательность им пульсов генерируется одним из полукомплектов, назначаемым «ведущим», и принимается обоими полукомплектами. Трансфор маторы и (рис. 6.17) условно отображают гальваниче ское разделение цепей при передаче и приеме последователь ности высокочастотных (около 2000 Гц) импульсов, форма ко торых может изменятся в зависимости от передаваемой инфор мации. Указанная система выполняет следующие основные функции [9]:
•контроль исправности соединительных проводов (обрыв, за мыкание) с сигнализацией и возможностью блокирования от ключения от обоих полукомплектов;
•передача отключающего сигнала на противоположный ко нец линии при срабатывании дифференциальной защиты;
• передача отключающих сигналов («OmJC/l. «OmlCll.
на противоположный конец линии при действии других внеш них устройств, самой защиты или при необходимости дистан ционного отключения противоположного конца линии.
Дифференциальные защиты с соединительными проводами на основе рассмотренного принципа могут применяться и для защиты трехконцевых линий.
6.5.2. Дифференциальные защиты_ на основе обмена цифровым.и сшнал.ами
Применение непосредственного сравнения токов с помощью соединительных проводов (см. рис. 6.17) ограничивается, преж де всего, длиной защищаемой линии (не более 15-20 км), а также возможным влиянием помех на соединительные прово да, что приводит к искажению замеров.
На рис. 6.18 упрощенно пояснен принцип выполнения диф ференциальной защиты, при котором на противоположный ко нец объекта (линии) с помощью канала связи передаются циф-
6 1
б)
Рис. 6.18. Варианты: обмена цифровыми СИПiалами:
а - волоконио-оrrrическое соединение; 6 - использование коммуникациониой сети
|
ы |
|
ыы1 |
|
|
оеди |
|
ыы |
|
ы |
S1 S2 |
|
|
|
|
|
S |
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
ВО В |
|
О |
|
ВО В |
|
О |
|
|
|
|
|
|
КЛ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
|
леграмм содержит данные о моменте ее отпраwхения. При при |
еме телеграммы на другой стороне эти данные сверяются с дан |
ными о текущем моменте времени на приемной стороне, и про |
изводится соответствующаякорректировка этих данных. При |
указанной привязке учитывается таюке замедление, вносимое |
передачей сигналов по каналу связи. |
|
Точные измерения векторов могут бЬIТЪ получены лишь при |
соответствии расчетной частоты сигналов реальной частоте, |
имеющейся в сети. Поэтому в защитах с цифровой передачей |
информации о векторах должно непрерывно наблюдаться теку |
щее значение частоты и вноситься соответствующие корректи |
ровки в процесс вычислений векторов и в передаваемую |
информацию. |
|
|
|
|
Ускоренное отключение при больших токах КЗ. Измерение |
векторов и передача информации о параметрах векторов тока |
во всех фазах требует определенного времени. Для повышения |
быстродействия при достаточно больших токах внутреннего К3 |
может бЪIТЪ использовано не векторное, а скалярное сравнение |
интегралов тока (заряда) [9], |
что уменьшает время передачи |
информации |
|
|
|
|
|
t2 |
|
|
|
= f i(t)dt. |
(6.20) |
|
t, |
|
|
При внутреннем КЗ, когда угол между токами l1 и [2 |
невелик, |
сумма интегральных значений токов по концам объекта имеет |
достаточно большое значение. При внешних КЗ, когда теорети |
чески токи находятся в |
противофазе, сумма интегралов равна |
нулю, т.е., например, для двухконцевой линии имеем |
|
i |
(t)dt+ |
J |
½(t)dt=O. |
(6.21) |
J 1 |
|
|
t, |
|
t, |
|
|
Для того чтобы при последующем насыщении трансформа торов тока не произошло неселективного срабатывания при внешних КЗ, алгоритм защиты фиксирует близость к нулю сум мы интегралов тока в начальный период времени, когда насы щения ТТ не происходит и в дальнейшем измерение блокируется на определенное время, фиксируя при этом внешнее КЗ.
Ускоренное отключение при использовании критерия сравне-
ния интегральных значений токов обеспечивается как меньшим временем, необходимым для измерения, так и меньшим време нем передачи измеренного интегрального значения тока на противоположный конец объекта (только один скалярный па
раметр).
Передача ОТЮ1ючающих импульсов на противоположный конец объекта. Как и в защите с соединительными проводами, цифровые каналы связи между отдельными сторонами объекта позволяют осуществлять передачу отключающих сигналов на другие стороны объекта. Эти сигналы могут поступить из двух источников. Сигнал отключения может быть передан на проти воположный конец при срабатывании дифференциальной защи ты, что увеличивает надежность отключения объекта с обеих сторон при внутреннем КЗ. В другом случае производится дис танционное отключение выключателя с противоположной сто роны от внешних устройств или ручное отключение, для чего может быть использован отдельный программируемый вход за щиты. Команды отключения могут быть для каждой отдельной фазы или трехфазными. Алгоритм сравнения токов в дифферен циальной защите в принципе не зависит от способа обмена ин формацией. Поэтому при цифровом обмене информацией мо гут быть использованы различные алгоритмы сравнения (см. §6.2 и 6.3).
6.5.3. Дифференциально-фазные защиты линий на основе обмена цифровыми сигналами
Реаrирование на статические величины. дифференциаль но-фазные защиты в отличие от дифференциальных защит ис пользуют только фазные соотношения между токами по концам линии. Дифференциально-фазный принцип сравнения иденти чен принципу, используемому в аналоговых цифровых защитах, с существенным различием, заключающемся в том, что инфор мация о фазе сравниваемых токов может передаваться на дру гой коней линии в цифровом виде (телеграммы) по специаль ным каналам, чаще всего волоконно-оптическим. Этот принцип поясняют рис. 6.19 и 6.20 [8].
Мгновенные значения токов на каждой из сторон обрабаты ваются таким образом, что дискретные значения токов прини мают знак 1 или О в зависимости только от знака дискретизи-
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г+l Г+l |
Г+l (+] |
|
|
|
|
|
|
|
|
L::JGХEГL=J |
|
(+] Г+l [+1 Г+l |
G |
|
|
В Вх В |
|
|
Г+l (+] |
[+1 Г+l |
|
[+1 Г+l |
[+1 Г+l |
|
В В |
L=.I G |
|
L=.I G |
L=.ГG |
tcoen f |
tcoвn f |
|
|
|
|
|
J----т J------r |
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
|
|
б) |
Рис. 6.19. Сравниваемые сигналы в диффере1ЩИально-фазной защите с цифровым обменом данных при внешних (а) и внутренних КЗ (6)
руемой величины. С учетом это |
|
|
|
|
|
го формируются |
телеграммы, |
|
|
|
|
|
содержащие информацию о зна |
|
|
|
|
|
ках мгновенных значений токов |
|
|
|
|
|
в текущий промежуrок времени |
|
|
|
|
|
(рис. 6.20), и передаются на |
|
|
|
|
|
противоположный |
конец |
ли |
|
|
|
|
|
нии. В нагрузочном режиме или |
|
|
-++ • • • +++-- |
|
|
|
|
|
при внешнем КЗ знаки мгновен- |
|
|
/ ---/Конец·---'·/ |
ных значений сравниваемых то- |
|
0 |
|
|
|
|
/--ч |
-1 111·· --- |
Ко11Тр. |
|
ков большей частью противопо- |
На |
|
|
|
|
ложны, а при внутреннем КЗ - |
|
Рис. 6.20. Формирование |
большей |
частью |
совпадают. |
|
Указанное фиксируется в каж |
|
|
передаваемого кода |
дом полукомплекте защиты |
S1 |
и S2 (см. рис. 6.18). При опре- |
деленной длительности совпадения знаков сравниваемых сигна |
лов tсовп• |
что определяется по соответствию цифровых кодов, |
формируется сигнал отключения. |
|
|
|
|
На практике применение данного принципа имеет определен ные ограничения, связанные с тем, что составляющие емкост ного тока линии по концам линии совпадают по фазе и могут быть восприняты как токи внутреннего КЗ. Особенно явно этот
267
эффект выражен на ненагруженных линиях, где емкостный ток преобладает. С учетом указанного дифференциально-фазная за щита должна иметь порог срабатывания по току, отстроенный от максимально возможного фазного емкостного тока линии, что ограничивает ее чувств ьность.
Реаrирование на приращеiше токов. Использование цифро вых способов обработки ·сиiналов позволяет существенно уве личивать чувствительнор-ь дифференциально-фазной защиты за счет исключения ·составляющих предаварийноrо режима из сравниваемых величин, например [9, 25]. Указанное можно сде лать, например, выполнив операцию
Лi(t) = i(t) - i(t - 0), |
(6.22) |
где k - целое число; Т0 - период синусоидальной величины.
В соответствии с преобразованием (6.22) новая сравниваемая величина Лi(t) образуется вычитанием из текущего мгновенно
го значения i(t), мгновенного значения |
0), имевшегося за |
k периодов до этого (рис. 6.21). |
|
Указанное означает, что при любом установившемся режиме
длительностью больше 0, сравниваемая величина равна нулю, т.е. защита отстроена от небалансов, вызываемых любыми стати ческими режимами, в том числе емкостными токами линии. Вели чины Л i(t) являются аварийными составляющими токов КЗ. Легко показать, что при возникновении внуrреннего КЗ в момент време
|
ни tк |
аварийные составляющие токов Л i(t), существующие в тече |
|
ние промежутка времени Лt = |
или tк S t < tк + |
имеют оди |
|
наковые знаки, а при внешних КЗ-противопаложные знаки. В ча |
|
|
|
|
|
|
|
|
стности, в соответствии с мето |
|
|
;ю!д:р |
|
/\ (\ |
|
|
дом наложения любой режим |
|
|
|
|
|
КЗ (рис. 6.22,а) можно свести к |
|
|
|
t |
суммированию |
двух |
режи |
|
|
|
|
|
.F |
У/\ |
ГV |
мов - нагрузочного |
режима |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(рис. 6.22,б) и дополнительного |
|
дi(t-)1 ---- А._....,__,_А. т---• |
|
режима КЗ с аварийными со |
|
ставляющими (рис. 6.22,в) |
|
обусловленными приложением |
|
|
|
|
pcj; |
|
напряжения Ik- !!к.и в месте КЗ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6) |
|
|
|
При этом Llк.н - трехфазная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 6.21. Полный ток КЗ (а) и ero |
система напряжений в месте |
|
аварийная составляющая (б) при k=2 |
КЗ в доаварийном режиме, а |
1е2 1Z
-f 2
12-к ,1z2
Рис. 6.22. Принцип наложения при расчете КЗ
Il.к - трехфазная система напряжений в режиме КЗ. Преобразо вание (6.22) исключает из сравниваемых величин составляющие предшествующего, в частности нагрузочного, режима Iiн и l2н, в результате чего остаются аварийные составляющие токов Лl1 и Лl2, которые при внутреннем К3 имеют одинаковые полярно
сти (рис. 6.22,в). При внешнем К3 напряжение Il.к прикладыва ется вне защищаемой линии, в результате чего аварийные со ставляющие токов дl1, д[2 имеют противоположные полярнос
ти по отношению к концам линии.
6.6. Цифровые дифференциальные защиты сборных шив
6.6.1. И3М.ерительная часть
Сборные шины (рис. 6.23) представляют собой в общем слу чае объект, для защиты которого также могут быть применены рассмотренные выше принципы выполнения дифференциальной защиты, основанные на контроле дифференциального тока как
сш
tь t1з
Рис. 6.23. Распределение токов при КЗ на сборных шинах
l1 + l2 + · • · + IN = о.
К1
ld = ll1 + l2 + ... + IN I
TAl TAN,
К1 •TAl ...TAN.
К2•
N
11 + 12 + 4 = -lз-
