Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Релейная защита устройств электроэнергетики. Курс лекций
.pdf
При КЗ в любой точке защищаемой линии между трансформаторами тока TA1 и TA2 по обмотке реле КА будет протекать ток, равный сумме вторичных токов трансформаторов тока, реле срабатывает и через соответствующие вспомогательные приборы произведет
двустороннее отключение поврежденного участка (рис. 4,13, а). Ток
в обмотке реле КА равен сумме вторичных токов трансформаторов
тока TA1 и TA2
I
= I21 + I22, (4.14)
P
Следовательно, защита реагирует на внутренние КЗ и не реагирует на внешние, т. е. при КЗ за пределами зоны защиты. Дифференциальная защита обладает абсолютной селективностью и является быстродействующей, так как для нее не требуется выдержка
времени, что и является ее главным положительным свойством.
а
K1
I
KA
I
KB
Л2
И2
TA1
I
Л1
21
И1
А
Q1
~
KA
I
21
I
22
Л2
И2
TA2
I
Л1
22
Q2
Б
И1
б
Л2
И2
TA1
I
I
Л1
21
KA
И1
А
Q1
~
Л2
И2
TA2
I
Л1
22
И1
Q2
K2
Б
~
~
KA
I
21
I
22
Рис. 4.13. Принципиальная схема продольной дифференциальной защиты
линии электропередачи: а – внутреннее КЗ; б – внешнее КЗ
51
Вследствие погрешностей трансформаторов тока их вторичные
токи I
и I22 неодинаковы, поэтому в нормальном режиме работы
21
через реле КА протекает ток небаланса, который при внешнем КЗ
резко возрастает и может привести к ложному срабатыванию защиты. Чтобы это исключить, реле тока включают через специальные
быстронасыщающиеся трансформаторы или отстраивают от токов
небаланса.
Недостатком продольной дифференциальной токовой защиты
является необходимость соединять трансформаторы тока соединительными проводами и осуществлять их контроль целостности, что
увеличивает стоимость защиты.
Продольная дифференциальная токовая защита в настоящее
время широко применяется как основная защита линий 110–220 кВ.
4.8.Поперечная дифференциальная
токовая защита
Принцип действия поперечной дифференциальной токовой
защиты основан на сравнении токов одноименных фаз в двух параллельных линиях электропередачи W1 и W2, присоединенных
к общим шинам РУ. Трансформаторы тока ТА1 и ТА2 обеих линий
имеют одинаковые коэффициенты трансформации. Токовые обмотки реле направления мощности КW1 и КW2 включены последовательно с обмоткой реле тока КА на разность токов вторичных
обмоток ТА1 и ТА2 (рис. 4.14) [1, 3].
При нормальном режиме работы и внешних КЗ, например в точке К2, токи в параллельных линиях W1 и W2 равны, соответственно,
разность вторичных токов трансформаторов тока ТА1 и ТА2 равна
нулю, и защита не работает.
При КЗ на линии W1 (в точке К1) равенство токов в линиях нарушается: ток через выключатель Q1 линии W1 будет больше тока
через выключатель Q2 линии W2, соответственно, вторичный ток I21
трансформатора тока ТА1 будет больше тока I22 трансформатора
тока ТА2. Разность этих токов приведет к срабатыванию реле направления мощности КW1 и реле тока КА, контакты которых замыкаются и подают питание на обмотку промежуточного реле KL1
(блокировочные контакты выключателей Q1 и Q2 замкнуты, так как
выключатели включены).
52
а
K1
В
Q1
I
KA
I
KB
K2
Л2
Л1
И2
И1
TA1
I
21
TA2
Л2
Л1
И2И1
I
21
TA4
Л1
Л2
И1
И2
I
21
Л1
Л2
И1
И2
TA3
I
22
Q2
Q3
Q4
KW1
KA
KW2
U
P
TV
AK2
А
~
Б
~
W1
W2
AK1
+110
V
б
V
SQ1.1 SQ 2.1
KA
KW1
–110
KL1
KL2
YAT 1
YAT 2
KL1
KL2
KН1
KН2
KW2
SQ1.2
SQ2.2
KН1
На сигнал
KН2
На сигнал
Рис. 4.14. Принципиальная схема поперечной дифференциальной защиты
тушки отключения YAT1 выключателя Q1, который отключает
а – токовые цепи и цепи напряжения; б – оперативные цепи
Реле KL1 срабатывает и своими контактами замыкает цепь ка-
линии электропередачи:
53
поврежденную линию W1. Одновременно срабатывает указательное
реле КН1, которое сигнализирует о срабатывании защиты. При этом
реле направления мощности КW2 не сработает, так как его обмотка
напряжения подключена к обмоткам трансформатора напряжения
TV в противофазе по отношению к обмотке напряжения реле КW1.
Аналогично произойдет отключение выключателя Q3 линии W1 от
комплекта защиты АК2 подстанции Б. Линия W2 останется под рабочим напряжением. После отключения одной из параллельных линий поперечная дифференциальная токовая защита автоматически
выводится из работы блокировочными контактами выключателей
Q1 или Q2. Поэтому каждая из линий W1 и W2 должна дополнительно иметь резервную защиту.
Другим недостатком поперечной дифференциальной токовой
защиты является наличие мертвых зон в начале и в конце линии.
Мертвая зона по напряжению в начале линии обусловлена снижением напряжения, подводимого к реле направления мощности КW1
и КW2, при близких трехфазных КЗ. Эта зона перекрывается применением на подстанциях А и Б токовых отсечек без выдержки времени. Мертвая зона по току в конце линии обусловлена тем, что токи
в линиях W1 и W2 различаются незначительно при дальних КЗ,
и разность вторичных токов трансформаторов тока ТА1 и ТА2 недостаточна для срабатывания реле КА. В этом случае произойдет
каскадное отключение выключателей поврежденной линии, например линии W1: сначала отключение выключателя Q3 подстанции Б,
а затем Q1 подстанции А.
Поперечная дифференциальная токовая защита широко применяется в электрических сетях 35 кВ в двухфазном исполнении, в сетях 110 кВ – трехфазном.
4.9.Направленная высокочастотная защита
Высокочастотные защиты применяют на достаточно протяженных линиях электропередачи напряжением 110 кВ и выше. Данные
защиты обладают абсолютной селективностью и являются быстродействующими [1].
Высокочастотные защиты состоят из двух полукомплектов, установленных на разных концах линии, логическая продольная связь
между которыми осуществляется по высокочастотному каналу. Высокочастотный канал состоит из аппаратуры передачи информации
54
и высокочастотного тракта. В качестве последнего используются
TA
TA
провода защищаемой линии или специальный кабель. Высокочастотный тракт может быть организован по схеме «фаза-земля» или
«фаза-фаза». Наиболее широкое применение получили схемы «фаза-земля» для высокочастотных каналов релейных защит (рис. 4.15)
и «фаза-фаза» – для каналов противоаварийной автоматики.
1
Q1
А
Л1
~
TV
ИО
Рис. 4.15. Принципиальная схема высокочастотной защиты
ЗФ
Л2
Ссв
ФП
ЛЧ
ПП
линии электропередачи
K1
Ссв
ФП
ЗФ
Л2
ЛЧ
ПП
K2
2
Q2
Л1
ИО
Высокочастотный тракт состоит из следующих устройств: высокочастотного заградителя (ВЧЗ), конденсатора связи (СКС), фильтра
присоединения (ФП), высокочастотного кабеля (ВЧК) типа РК-75
и высокочастотного приемопередатчика (ПП) (рис. 4.15).
ВЧЗ настраиваются в резонанс токов и имеют большое сопротивление на частоте работы передатчиков. Для токов высокой частоты ВЧЗ является заградительным фильтром в определенной полосе частот.
Конденсатор связи СКС предназначен для подключения низковольтной высокочастотной аппаратуры (ФП, ПП) к высоковольтным проводам воздушной линии электропередачи. Вследствие
малой емкости конденсатор СКС на промышленной частоте имеет
большое сопротивление, а токов высокой частоты – малое (так как
СКС с обмоткой трансформатора ФП образует полосовой фильтр
с малым затуханием).
Фильтр присоединения ФП предназначен для согласования сопротивления высокочастотного кабеля с входным сопротивлением
воздушной линии электропередачи.
Конденсатор СКС устанавливается на специальную изолирующую подставку с заземлением нижней обкладки через линейную
TV
Б
~
55
обмотку трансформатора ФП. Для безопасного производства работ
на ФП непосредственно у нижней обкладки конденсатора связи С
КС
устанавливается стационарный заземляющий нож ЗН.
С 2000 года предприятием «Уралэнергосервис» г. Екатеринбург
освоен серийный выпуск современных микропроцессорных приемопередатчиков (ПП) типа ПВЗУ-Е для замены ранее применяемой аппаратуры: ПВЗК, ПВЗД, УПЗ-70 и АВЗК-80. В зависимости
от варианта исполнения ПВЗУ-Е обеспечивает работу по ВЧ каналу
или по оптоволоконной линии связи (ВОЛС).
Приемопередатчик ПВЗУ-Е имеет шесть исполнений, в зависимости от диапазона рабочих частот:
– 24–60 кГц;
– 53–90 кГц;
– 80–135 кГц;
– 130–290 кГц;
– 270–510 кГц;
– 500–1000 кГц.
Предусматривается работа приемопередатчика в комплекте
с устройствами релейной защиты, выполненными на базе:
– электромеханических реле;
– полупроводниковых элементов;
– цифровых терминалов.
Основные функции:
– передача и прием сигналов защиты;
– автоматический контроль исправности канала связи и наличия запаса по затуханию высокочастотного сигнала;
– связь в режиме переговорного устройства между всеми пунктами высокочастотного канала в период наладки;
– сервисное устройство для наладки высокочастотных защит.
Направленная высокочастотная защита реагирует на направление токов по концам защищаемого участка. Измерительный орган
ИО защиты срабатывает при направлении мощности от шин в линию (сплошные стрелки) на рис. 4.15, что соответствует повреждениям, находящимся в зоне защиты между трансформаторами тока
ТА1 и ТА2 левого и правого концов линии, например КЗ в точке К1.
В этом случае приемопередатчики ПП обоих полукомплектов защиты в работу не включаются, а выключатели Q1 и Q2 отключаются.
Если повреждение возникнет вне зоны защиты, например КЗ
в точке К2, то направление мощности на правом конце линии изменится на противоположенное (штриховые стрелки) на рис. 4.15.
56
ИО правого полукомплекта защиты не срабатывает и выключатель Q2 не отключится, а приемопередатчик ПП будет передавать
на левый полукомплект зашиты блокирующий сигнал. ИО левого
полукомплекта защиты срабатывает, но, логическая часть ЛЧ не отключит выключатель Q1, так с противоположенного конца линии
поступил блокирующий сигнал.
4.10.Дифференциально-фазная высокочастотная
защита
Дифференциально-фазная высокочастотная защита сравнивает
фазы токов по концам защищаемого участка, при этом за положительное направление тока принято направление – от шин в линию
(сплошные стрелки) на рис. 4.15.
Тогда при КЗ в зоне защиты между трансформаторами тока ТА1
и ТА2 левого и правого концов линии, например в точке К1, токи
по концам защищаемого участка будут совпадать по фазе, а при
КЗ вне зоны защиты, например в точке К2, токи сдвинуты на 180°
(рис. 4.16, б) [1].
Передатчики обоих полукомплектов защиты включаются в работу только при положительной полярности и посылают запрещающие сигналы на приемники своего полукомплекта защиты
и полукомплекта противоположенной стороны. В течение отрицательного полупериода тока по концам защищаемого участка передатчики не работают, запрещающие сигналы не поступают на
приемники обоих полукомплектов и, следовательно, защита может
сработать.
Если произошло КЗ вне зоны защиты, например в точке К2,
то фазы токов по концам защищаемого участка сдвинуты на 180°
и положительные полуволны этих токов не совпадают по времени
(рис. 4.16, б). Поэтому в течение одного полупериода (длительностью 10 мс) будет работать передатчик левого полукомплекта защиты, а в течение следующего (второго) полупериода – передатчик
правого полукомплекта. Следовательно, по линии защищаемого
участка будут непрерывно протекать высокочастотные сигналы, которые будут блокировать работу обоих полукомплектов защиты.
Если произошло КЗ в зоне защиты, например в точке К1, то
фазы токов по концам защищаемого участка одинаковы и положительные полуволны этих токов совпадают по времени (рис. 4.16, а).
57
а
А
Iл I
Q1
К1
Q2
п
Б
+ +
I
л
ППл ППл
ППл
–
Откл
Q1
t
ППп
t
+ +
I
п
–
ППп ППп
Откл
Q2
t
t
б
А
+ +
I
л
ППл ППл
ППл
Iл Q2
Q1
t
I
п
–
ППп ППл
ППп
– –
I
п
+
ППп
t
Рис. 4.16. Принцип работы дифференциально-фазной высокочастотной
защиты линии электропередачи:
а – внутреннее КЗ; б – внешнее КЗ
К2
t
ППл
t
Б
Поэтому передатчики обоих полукомплектов защиты будут работать одновременно в течение положительного полупериода тока,
а в течение следующего (отрицательного) полупериода – не работать. Следовательно, по линии защищаемого участка будут протекать прерывистые высокочастотные сигналы с паузами через
каждый полупериод промышленной частоты 50 Гц. Во время пауз
блокирующие сигналы исчезают с приемников обоих полукомплектов и происходит отключение выключателей Q1 и Q2 по концам защищаемого участка линии.
58
4.11.Защита от однофазных замыканий на землю
всетях 110–220кВ
Для защиты от однофазных замыканий на землю в сетях 110–
220 кВ, имеющих на отдельных участках трансформаторы с заземленной нейтралью, применяется токовая защита нулевой последовательности (ТЗНП). Особенностью таких сетей является то, что
однофазные КЗ сопровождаются большими токами КЗ, близкими
по величине к токам трехфазного КЗ [1–3].
Необходимость специальной защиты от однофазных КЗ вызывается тем, что этот вид повреждений является наиболее распространенным (около 65 % от всех видов КЗ), а защита ТЗНП, реагирующая
на ток и напряжение нулевой последовательности, осуществляется
наиболее просто и имеет ряд преимуществ по сравнению с защитами, реагирующими на полные токи фаз.
ТЗНП не действует при междуфазных КЗ без замыкания на землю и при нагрузке, поскольку в этих режимах отсутствует ток нулевой последовательности, следовательно, ТЗНП не нужно отстраивать от токов нормального режима и перегрузок, что позволяет
обеспечить высокую чувствительность этой защиты по сравнению
с защитами, реагирующими на полные токи фаз. ТЗНП выполняется в виде направленных и ненаправленных токовых максимальных
защит и токовых отсечек.
Измерительным токовым органом ТЗНП является реле тока,
подключенное к фильтру тока нулевой последовательности, орган
направления мощности включается на составляющие тока и напряжения нулевой последовательности. ТЗНП обычно состоит из трех
или четырех ступеней.
Принципиальная схема трехступенчатой направленной ТЗНП,
выполненная на электромеханических реле, показана на рис. 4.17.
Селективное действие защиты обеспечивается наличием реле
направления мощности KW0, токовая обмотка которого включена
на токи 3I0, а обмотка напряжения – на выход фильтра напряжения
нулевой последовательности 3U0, рис. 4.17, а.
Измерительные токовые реле КА1, КА2 и КА3 в нулевом проводе являются пусковыми органами соответственно первой, второй
и третьей ступени защиты. Токи 3I0, на которые реагируют все ступени защиты, относят к первичным обмоткам трансформаторов
тока ТА1, ТА2 и ТА3. Через реле защиты КА1, КА2 и КА3 протекают
токи 3I0 / КТА. Первая ступень защиты обычно работает как токовая
59
отсечка без выдержки времени. В этом случае реле времени КТ1
ТA
В
С
+110 V
V
первой ступени не используется (рис. 4.17, б).
а
РУ 110–220 кВ
Q
Л1
И1
Л1
Л2
A
И2
ТA2
Л2
1
б
Л1
И1
ТA3
И2
Л2
–110
KW0
KT1
KT2
TV
Защита от
межфазных
И1
И2
KA1
KA2
KA3
KН 1
KН 2
КЗ
KW0
KT1
KT2
KT3
KL
КА1
КА2
КА3
KT3
KL
KН 1
KН 2
KН 3
Рис. 4.17. Принципиальная схема трехступенчатой направленной ТЗНП
линии электропередачи напряжением 110–220 кВ:
а – токовые цепи и цепи напряжения; б – оперативные цепи
KН 3
На сигнал
На сигнал
На сигнал
SQ
YAT
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]