Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Релейная защита и автоматические системы управления устройствами электроснабжения. Учебное пособие для СПО
.pdf
71
зуют защиты, которые обеспечивают отключение поврежденной линии без выдержки времени в пределах всего
защищаемого участка, в том числе и на коротких ЛЭП,
а также обладающие селективностью при КЗ за пределами
защищаемого участка — к таким защитам относятся диф-
ференциальные защиты, которые подразделяются на продольные и поперечные. Первые служат для защиты как
одинарных, так и параллельных ЛЭП, вторые для защиты
только параллельных ЛЭП.
Продольная дифференциальная защита
Принцип действия основан на сравнении токов по
величине и фазе в начале и конце защищаемого элемента.
Для этого на концах линии устанавливаются трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации, вторичные обмотки которых и обмотка токового реле
соединяется так, чтобы при коротком замыкании вне зоны,
ограниченной трансформаторами тока, ток в реле отсутствовал, а при повреждении внутри этой зоны был равен
току в точке КЗ с учетом коэффициентов трансформации
трансформаторов тока. Для удовлетворения перечисленных требований возможны две схемы соединения: с циркулирующими токами и с уравновешивающими напряжениями. Наибольшее распространение получила схема с
циркулирующими токами (рис. 2.19).
72
Рис. 2.19. Распределение токов в схеме продольной
дифференциальной защиты с циркулирующими токами
и их векторные диаграммы
С учетом принятых положительных направлений
первичных токов I1I и I
1II
, ток в реле в нормальном режиме
или при внешних КЗ — точка К1 (рис. 2.19, а) равен гео-
метрической разности вторичных токов трансформаторов
тока, то есть:
II2I2p
III −=
. (2.41)
При равенстве первичных токов и отсутствии погрешности трансформаторов
II2I2
II =
, то есть
p
I
= 0 и за-
щита не срабатывает. При повреждении в зоне защиты —
точка К2 (рис. 2.19 б), направление тока I
1II
изменяется на
противоположное, следовательно, на противоположное
изменится и направление тока I
2II
, таким образом I
2II
и I2I в
обмотке реле складываются — защита срабатывает. В случае одностороннего питания (например, отсутствует гене-
73
ратор G2), при повреждении в зоне защиты (точка К2), ток
I
2II
будет отсутствовать, а весь ток I2I будет проходить че-
рез обмотку реле (так как сопротивление обмотки реле
значительно меньше сопротивления трансформатора тока
TAII), при этом защита срабатывает, если этот ток будет не
меньше тока I
с.р
. Из сказанного следует, что продольная
дифференциальная защита обладает абсолютной селективностью, так как не реагирует на внешние КЗ и токи нормальной работы, что дает возможность делать защиту без
выдержки времени и при выборе I
с.р
— не учитывать ток
нагрузки.
Ток небаланса
В действительных условиях трансформаторы тока
имеют погрешность, а именно при равенстве первичных
токов, вторичные токи при внешних КЗ и нормальной работе не равны по величине и не совпадают по фазе, то есть
в реле появляется ток небаланса I
нб.
намIнамIIII2I2pнб
'I'IIIII −=−==
. (2.42)
Таким образом, ток небаланса определяется токами
намагничивания
намIнамII
'I,'I
, которые для любых двух
трансформаторов тока (TAI, TAII) не равны, вследствие не
идентичности их характеристик намагничивания (см.
рис. 2.20).
74
Рис. 2.20. Характеристики намагничивания
трансформаторов тока дифференциальной защиты
С увеличением первичного тока разница в токах
намагничивания, а, следовательно, и ток небаланса возрастает. Для выбора I
с.р
, необходимо знать максимально возможное значение тока небаланса при внешних КЗ. Расчетные методы определения максимального тока небаланса
I
нб.max.расч
, основаны на предварительном определении токов намагничивания. Значительная величина тока намагничивания при переходных процессах во вторичных цепях
трансформатора тока обусловлена наличием в токе КЗ
плохо трансформируемой апериодической составляющей,
которая приводит к насыщению сердечника и увеличению
тока намагничивания, что ухудшает трансформацию периодической составляющей тока КЗ, следовательно, ток
намагничивания еще больше растет. Поэтому максимальный ток небаланса в схеме дифференциальной защиты,
имеет место, если повреждение возникло в момент, когда
апериодическая составляющая наибольшая. Наряду с апериодической составляющей на величину токов намагничивания сильно влияет величина и знак остаточной индукции
75
сердечника (т. к. остаточная индукция по знаку может совпадать с индукцией от апериодической составляющей тока
КЗ), следовательно, ток намагничивания в переходном ре-
жиме может сильно возрасти).
Для предотвращения неправильной работы диффе-
ренциальной защиты I
с.р
выбирается с учетом I
нб.mах расч
;
т.е.:
расч.max.нбзапр.с
IКI =
, (2.43)
где:
T
mах.вн.з.к
.одн.аперрасч.max.нб
n
I
КК
100
I
=
. (2.44)
При определении I
нб.max.расч
, исходят из того, что
трансформаторы тока в схеме выбраны так, что полная по-
грешность ε не превышает 10 %, при заданной вторичной
нагрузке; К
апер.
= 2 — коэффициент апериодичности, учи-
тывает влияние апериодической составляющей тока КЗ на
величину тока небаланса; К
одн.
= 0,5÷1 — коэффициент од-
нотипичности трансформаторов тока.
Коэффициент чувствительности, представляет собой
отношение минимального значения тока в точке КЗ (I
кз.min
),
при повреждении в зоне, к току срабатывания защиты I
с.з
коэффициент чувствительности должен быть не меньше 2.
Одним из способов повышения чувствительности
защита, (т.е. уменьшения I
с.з
) является отстройка от переходных значений тока небаланса по времени. Однако этот
способ не эффективен, т. к. он не дает использовать в пол-
ной мере основное свойство дифференциальной защиты –
быстродействие. Поэтому для повышения чувствитель-
ности дифференциальных защит применяют следующие способы:
76
• включение токового реле через промежуточный
быстронасыщающийся трансформатор тока (БНТ);
• применение дифференциальных реле с торможением.
Включение реле через промежуточные
быстронасыщающиеся трансформаторы тока
Для ограничения максимального тока небаланса —
I
нб.maх.расч
, существующего во время переходного процесса,
и обусловлено апериодической составляющей первичного
тока, токовое реле включают через БНТ, как показано на
рис. 2.21.
Данная схема работает следующим образом: при появлении апериодической составляющей в первичном токе
при внешнем КЗ, по вторичным обмоткам трансформаторов ТА1 и ТА2 будут протекать значительные токи намагничивания
намI
I
и
намII
I
, что приводит к значительному то-
ку в первичной обмотке БНТ. Это сопровождается тем, что
магнитопровод БНТ сильно насыщается, следовательно,
коэффициент трансформации БНТ автоматически увеличивается, в результате не наблюдается роста тока в его
вторичной обмотке, а, следовательно, и в обмотке реле тока. Таким образом, защита не реагирует на максимальный
ток небаланса. При синусоидальном токе в линии Л1, БНТ,
не оказывает существенного влияния на работу реле. Таким образом, использование БНТ дает возможность при
определении тока небаланса не учитывать влияние апериодической составляющей, а ток срабатывания реле отстраивать только от установившегося тока небаланса I
нб.расч
,
величина, которого определяется из выражения (2.44), при
К
апер.
= 1.
77
Рис. 2.21. Включение токового реле через
насыщающийся промежуточный трансформатор
Применение дифференциальных
реле с торможением
Следует отметить, что токи небаланса могут достигать значительной величины не только в переходном, но и
в установившемся режимах (при отсутствии апериодической составляющей тока), в зависимости от величины
внешнего тока КЗ
'
вн.кз
I
(кривая 3 на рис. 2.22). Кривая 1, —
есть
расч.нбзапp.c
IКI =
. Ток I
кз.вн
в зависимости от вида и ме-
ста КЗ может иметь значение значительно меньше
.max.вн.кз
I
, в итоге защита получается без надобности сильно
загрублена. Поэтому целесообразно, чтобы I
с.р.
изменялся
по закону 2 (рис. 2.22). Характеристику вида (2) имеют
дифференциальные реле с торможением, нашедшие при-
менение в дифференциальной защите.
78
Рис. 2.22. Характеристики тока
срабатывания реле с торможением
Особенности выполнения продольной
дифференциальной защиты линий
Особенности обусловлены значительным расстоянием между концами защищаемой линии, при этом должны
быть выполнены следующие дополнительные условия:
• между подстанциями, (определяющими защищае-
мый участок), прокладываются вспомогательные провода,
необходимые для соединения между собой трансформато-
ров тока;
• в схему защиты включается два реле тока, по од-
ному на каждом конце линии, необходимые для отключе-
ния выключателей с обеих сторон.
Выполнение этих требований усложняет защиту,
увеличивает ее стоимость и отрицательно сказывается на
чувствительности и надежности.
79
Поперечная дифференциальная
токовая защита
Защита основана на сравнении токов одноименных
фаз параллельных ЛЭП. Принцип ее действия рассмотрим
на примере защиты сдвоенной линии (рис. 2.23), такие ли-
нии используются в распределительных сетях напряжени-
ем до 10 кВ. Реле тока включается на разность токов двух
одноименных фаз сдвоенной линии по схеме с циркулирующими токами.
Рис. 2.23. Поперечная дифференциальная токовая защита
сдвоенных линий: а — схема включения реле;
б — распределение токов при КЗ
Ток в реле:
II2I2p
III −=
. (2.45)
Поэтому, как и в продольной дифференциальной за-
щите, при нормальной работе и внешних КЗ (за пределом
сдвоенной линии точка К1) по обмотке реле проходит
только ток небаланса.
80
В защите используются обычное токовое реле, ток
срабатывания которого:
расч.max.нбзапp.c
IКI =
, (2.46)
где К
зап
= 1,3.
Ток
расч.max.нб
I
, определяется исходя из
max.вн.кз
I
2
1
; т.е.:
Т
max.вн.кз
апероднрасч.max.нб
n2
I
КК1,0I =
. (2.47)
величина
1КК
.апер.одн
=
, (принимаемая во внимание при-
нятые ранее рекомендации по этим коэффициентам, при
условии использования однотипных трансформаторов тока, для которых К
одн
= 0,5).
В случае КЗ на одной из ЛЭП (например, в т. К2 —
рис. 2.23, а) в реле КА появляется ток, и если Iр = I
2I
– I
2II
≥
I
с.р
, то происходит срабатывание КА.
При удалении точки КЗ (К2) от места установки ТА1,
ток в поврежденной линии I2I уменьшается, а в неповрежденной возрастает I
2II
— рисунок 2.23, б, при этом ток в
реле Iр — уменьшается и вблизи шин противоположной
подстанции (Б), его величина становится меньше I
с.р.
. За-
щита на этом участке не работает, этот участок (l
м.з
) назы-
вается мертвой зоной дифференциальной токовой защиты.
Величина мертвой зоны не должна превышать 10 % длины
защищаемой линии.
Оценка поперечной дифференциальной защиты
Достоинства: простота, надежность, быстрота, не ре-
агирует на качания в энергосистеме.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]