лекции

71

уменьшение нагрузки на измерительные трансформаторы при токах КЗ за счет увеличения коэффициента трансформации при насыщении. В схеме применяют дифференциальные реле постоянного тока KAI и КАII с торможением выпрямленным током. При больших кратностях токов за счет насыщения магнитопроводов трансформаторов TLAT защита практически сравнивает только фазы токов I1I и I1II (работает как дифференциально-фазная).

В качестве вспомогательных проводов желательно использовать существующие кабели телемеханики и связи. При этом исключается необходимость в прокладке специального кабеля для защиты, благодаря чему резко снижаются затраты на ее осуществление. В кабеле связи, если он проходит вдоль трассы защищаемой линии, при замыкании на землю в сети возникают ЭДС, которые могут представлять опасность для обслуживающего персонала и аппаратуры релейной защиты и автоматики. Эта опасность исключается благодаря применению трансформаторов TLA, отделяющих цепи реле от вспомогательных проводов.

Для осуществления защиты, действующей при всех видах коротких замыканий в зависимости от соотношений полных токов фаз на концах защищаемой линии, необходимо иметь шесть дифференциальных реле и не менее четырех вспомогательных проводов. При увеличении длины вспомогательных проводов повышается вероятность их повреждения, что приводит к отказу или неправильному действию защиты. Для уменьшения числа вспомогательных проводов и дифференциальных реле в схеме защиты используются комбинированные фильтры симметричных составляющих токов AZI и AZII, на выходе которых токи пропорциональны I1 + k2I2. Несколько худшие показатели защита имеет при фильтре I1 + kо I о, особенно пониженную чувствительность к двухфазным коротким замыканиям.

Применение комбинированных фильтров позволяет сократить число дифференциальных реле и число вспомогательных проводов до двух и тем самым снизить вероятность нарушения связи между трансформаторами тока. Для предотвращения ложных срабатываний и отказов при повреждении вспомогательных проводов защита снабжается специальными устройствами контроля их исправности. Изложенные принципы положены в основу защиты ДЗЛ.

Особенности защиты, обусловленные двумя комплектами дифференци-

альных реле. Вторичные токи I2I и I2II распределяются между параллельно включенными реле KAI и КАII (рис. 2.7.1, а). При этом для тока I2I сопротивление вспомогательных проводов Znp включается последовательно с сопротивлением реле КАII, а для тока I2II — последовательно с сопротивлением реле KAI. В связи с этим в первом реле проходит большая часть тока I2I и меньшая часть тока I2II, а во втором реле, наоборот, т. е. проходит меньшая часть тока I2I и большая часть токаI

Таким образом, даже при отсутствии погрешностей трансформаторов тока в реле при нормальной работе и внешних коротких замыканиях проходят токи небаланса, обусловленные неодинаковым распределением вторичных то-

71

72

ков между ними. С увеличением сопротивления вспомогательных проводов токи небаланса возрастают, что требует соответствующего загрубления защиты.

При коротких замыканиях в зоне ток в каждом реле составляет только часть полного тока повреждения, так как вторая его часть проходит по второму реле. В связи с этим чувствительность защиты понижается. Для повышения надежности и чувствительности защиты используют дифференциальные реле тока с торможением. Токи небаланса можно снизить с помощью добавочного сопротивления, компенсирующего влияние линии связи. Однако такая компенсация не обеспечивает селективности защиты при значительной длине вспомогательных проводов.

Продольная дифференциальная защита линий типа ДЗЛ-2. В схеме защиты ДЗЛ-2 использован комбинированный фильтр, ток на выходе которого пропорционален I1 - k2I2. В качестве дифференциального реле применено поляризованное реле РП7 с двумя обмотками — рабочей и тормозной. Рабочая обмотка подключается к выпрямителю VS1, на вход которого подается напряжение, пропорциональное напряжению на вспомогательных проводах (рис. 2.7.1, б), а тормозная обмотка подключается к выпрямителю VS2, включенному на ток, пропорциональный току, циркулирующему по вспомогательным проводам. При токах I к<2,5 I сз защита сравнивает абсолютные значения и фазы токов I1I и 11II, а при больших кратностях тока КЗ за счет насыщения TLAT сравниваются, как указывалось, только фазы токов.

Защита имеет быстродействующий автоматический контроль, выводящий ее из действия при повреждении вспомогательных проводов, а также автоматический и периодический контроль сопротивления изоляции вспомогательных проводов относительно земли. Защита типа ДЗЛ-2 предназначена для использования в качестве основной при всех видах короткого замыкания линии электропередачи протяженностью до 20 км (без ответвлений) в сетях с глухозаземленными нейтралями. Для использования защиты в сетях с изолированными или заземленными через дугогасящие реакторы нейтралями производят соответствующие переключения цепей фильтра тока, обеспечивающие повышение чувствительности защиты, и преимущественное отключение одной поврежденной линии при двойных замыканиях на землю. Защиту ДЗЛ-2 используют также на блоках линия — трансформатор. В этом случае ее дополняют устройством блокировки от бросков тока намагничивания. Исследовалась возможность использования продольных дифференциальных защит на линиях напряжением 6—10 кВ. Исследования завершились разработкой устройства защиты , которое не нашло массового применения.

Оценка продольной дифференциальной защиты линий. Такая защита не требует отстройки по току и времени от защит смежных участков, не реагирует на качания, обеспечивает селективное и без выдержки времени отключение поврежденного участка в сети любой конфигурации. Для участков небольшой длины защита получается сравнительно простой, достаточно надежной и удовлетворяющей требованиям чувствительности.

72

73

С увеличением длины защищаемой зоны защита приобретает отрицательные свойства, которые обусловлены влиянием на ее работу большой длины вспомогательных проводов: резко возрастает стоимость защиты в связи с большими затратами на соединительный кабель и его прокладку; увеличивается возможность повреждения вспомогательных проводов и, как следствие, неправильная работа или отказ защиты. Поэтому возникает необходимость в специальном устройстве, контролирующем исправность вспомогательных проводов. Кроме того, появляется дополнительный ток небаланса, обусловленный неравным распределением вторичных токов между двумя реле, включенными на концах защищаемой линии; для повышения чувствительности защиты приходится использовать дифференциальные реле с торможением. Все это приводит к усложнению защиты.

Продольная дифференциальная защита по принципу действия не реагирует на внешние короткие замыкания, поэтому не может осуществлять резервирования при повреждении на смежных элементах. В связи с этим установка дифференциальной защиты в качестве единственной недопустима. Отмеченные недостатки ограничивают применение продольной дифференциальной защиты на линиях электропередачи. В распределительных сетях требуемая чувствительность, селективность и быстрота действия часто обеспечиваются более простыми токовыми и токовыми направленными защитами в сочетании со средствами автоматики.

2.7.2. ПОПЕРЕЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА

Принцип действия защиты и выбор тока срабатывания Эта защита ос-

нована на сравнении токов одноименных фаз параллельных цепей с мало отличающимися параметрами. Принцип действия ее рассматривается на примере выполнения защиты сдвоенной линии (рис. 2.7.4, а). Такие линии применяют в распределительных сетях напряжением 6—10 кВ, когда пропускная способность одной цепи оказывается недостаточной. Для осуществления защиты используют трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации, установленные со стороны питающих шин А. Реле тока КА включается на разность токов двух одноименных фаз сдвоенной линии по схеме с циркулирующими токами. При принятом условном положительном направлении токов от шин в линию ток в реле Iр = I2I – I2II. Поэтому, как и в продольной дифференциальной защите, при нормальной работе и внешних коротких замыканиях (за пределами сдвоенной линии в точке К1) по обмотке реле проходит только ток небаланса.

Токсрабатываниярелетокавыбираетсяпоусловию

Iср = kотсIн6.рсч.тaх,

при kотс = 1,3. Максимальный расчетный ток небаланса для защиты линий с

одинаковыми параметрами определяется по выражению (2.7.4), в котором вместо тока I(3)к.вн. .тaх принимается ток I(3)к.вн. .тaх /2:

73

74

(2.7.5)

Рис. 2.7.4. Поперечная дифференциальная токовая защита параллельных линий

Учитывая изложенное о возможных погрешностях трансформаторовтока и апериодической составляющей, можно принять kоднkап = 1,0.

При коротком замыкании на одной из линий, например в точке К2, равенство токов I2I и I2II нарушается, в реле появляется ток. Если Iр = |I2I – I2II |≥ Iс.р то реле срабатывает и отключает выключатель Q линии.

Мертвая зона защит . При удалении точки короткого замыкания К2 от места установки защиты ток в поврежденной линии уменьшается, а в неповрежденной возрастает, вследствие чего ток Iр в реле уменьшается (рис. 2.7.4, б) так, что при повреждении вблизи шин противоположной подстанции он становится меньше тока срабатывания. При этом защита отказывает в действии. Длина участка Iмз, при повреждении в пределах которого защита не работает изза недостаточного тока в реле, называется мертвой зоной поперечной дифферен-

циальнойтоковойзащиты.

Дляопределения мертвойзоныIмз токиI1I, I1II и I1III предполагаются совпадающими по фазе. При этом падения напряжения от шин подстанции А до точки К2 одинаковы как вдоль одной, так и вдоль другой цепи, т. е.

После преобразования, учитывая, что, I1I+I1II = I K, а I1I – I1II =I сз получа-

ем

(2.7.6)

Согласно требованиям длина мертвой зоны не должна превышать

lм.3<0,1lл.

Оценка защиты Защита по принципу действия не защищает сборки сдвоенной линии и шины подстанции, а в случае отключения одной из цепей должна выводиться из действия, так как ее ток срабатывания в общем случае

74

75

оказывается не отстроенным от тока оставшейся в работе цепи и защита не имеет выдержки времени. Это, а также наличие мертвой зоны является недостатком защиты, исключающим возможность ее применения в качестве единственной защиты сдвоенных линий.

Поперечная дифференциальная токовая защита не способна определить, на какой из параллельных цепей имеется повреждение; поэтому она не может быть использована для параллельных линий с выключателями на каждой из них, когда требуется и имеется возможность отключать только поврежденную линию. Такая возможность появляется и на сдвоенной линии, если разъединители в ее параллельных цепях снабжены приводами с дистанционным управлением. В этом случае действие защиты может быть согласовано с работой устройства АПВ линии. При повреждении любой параллельной цепи защита сначала отключает выключатель Q (рис. 2.7.4, а), после этого отключается разъединитель QS1 или QS2 поврежденной цепи, а затем выключатель включается. Но предварительно до отключения выключателя необходимо определить поврежденную цепь. Для этого защита должна быть направленной.

2.7.3. ПАНЕЛЬ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ ПДЭ 2802

Панель направленной высокочастотной (ВЧ) защиты типа ПДЭ 2802 предназначена для использования в качестве основной быстродействующей защиты двух– и многоконцевых воздушных линий электропередачи (ЛЭП) напряжением 110–330 кВ, не оборудованных устройствами однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ). Защита действует при всех видах короткого замыкания: при несимметричных — как направленная фильтровая высокочастотная защита, при трехфазных — как направленная дистанционная высокочастотная защита с блокировкой при качаниях.

Направленными защитами с высокочастотной блокировкой называются защиты с косвенным сравнением направления мощности по концам защищаемой линии посредством высокочастотных сигналов, передаваемых по каналам связи. При несимметричных повреждениях токи и напряжения обратной последовательности определяются источником несимметрии, которым является место повреждения, причем мощность обратной последовательности направлена от этого источника в сторону всех концов линии электропередачи независимо от того, есть ли на них источники мощности или нагрузка. При симметричных коротких замыканиях мощность прямой последовательности направлена от шин к месту повреждения.

75

76

Область применения панели и описание ее функциональной схемы

Панель ПДЭ 2802 разработана специально для применения не только на двухконцевых линиях, но и на линиях с ответвлениями. Для многоконцевых линий электропередачи использование панели ПДЭ 2802 имеет существенные преимущества по сравнению с панелью дифференциально-фазной высокочастотной защиты типа ДФЗ-201. Последние связаны с тем, что при применении панели ДФЗ-201 на многоконцевых ЛЭП ее приходится дополнять реле направления мощности, реле сопротивления и т. д.

В этом случае дифференциально-фазная защита теряет свое основное преимущество по сравнению с направленной фильтровой защитой с высокочастотной блокировкой, а именно то, что защита типа ДФЗ-201 является чисто токовой. С другой стороны, она предъявляет к высокочастотному каналу более жесткие требования по сравнению с направленной защитой.

При применении панели ПДЭ 2802 на линиях с ответвлениями используются два дополнительных измерительных органа (ИО) сопротивления Zдоп и измерительных органа тока нулевой последовательно-

сти I0 . Время срабатывания направленной защиты с высокочастотной блокировкой не превышает 40 мс.

Впанели ПДЭ 2802 не предусматривается компенсация емкостных токов, в связи с этим защита может применяться на линиях электропередачи напряжением 330 кВ, на которых фазный емкостный ток не превышает тока срабатывания защиты обратной последовательности.

Влогической схеме защиты можно выделить несколько каналов и устройств, связанных между собой с измерительными органами и приемопередатчиком:

основной канал отключения, предназначенный для воздействия на выходные цепи защиты, пуск сигнала телеотключения (ТО);

канал пуска ВЧ сигнала, служащий для блокирования защиты при внешних КЗ;

дополнительный канал отключения, предназначенный для функционального контроля основного канала отключения;

устройство блокировки при качаниях;

76

77

блок отстройки от короткого замыкания за трансформаторами на ответвлениях и зашиты при опробовании (блок отстройки и опробования).

К основному каналу отключения относятся следующие измерительные органы:

отключающие измерительные органы тока обратной последова-

тельности I2от ;

отключающие измерительные органы напряжения обратной последовательностиU2от ;

дополнительный измерительный орган тока обратной последовательности I2тот с торможением, отключающий измерительный орган направления мощности обратной последовательности М2от .

В канале пуска высокочастотного сигнала используются блокирующие измерительные органы тока обратной последовательности I2бл

и напряжения обратной последовательности U2бл , блокирующий измерительный орган сопротивления Zбл и измерительный орган, контро-

лирующий исправность цепей напряжения (КИН).

Устройство блокировки при качаниях запускается измерительным органом тока обратной последовательности с торможением и измерительным органом, реагирующим на производную модуля разностей фазных токов защищаемой линии электропередачи I.

В блок отстройки и опробования входят измерительные органы сопротивления: отключающий Zот.СА и блокирующий Zбл.СА , включен-

ные на токи и напряжения фаз А, С и I2от . Для защиты многоконцевых ЛЭП предусмотрены измерительные органы сопротивления Zдоп.АВ и Zдоп.ВС и измерительный орган тока нулевой последовательности I0, по-

зволяющие отстроиться от короткого замыкания за трансформаторами ответвлений, на которых не предусматривается установка комплектов защиты.

В дополнительном канале отключения используются измерительные органы каналов пуска высокочастотных сигналов, устройства блокировки при качаниях, блока отстройки от короткого замыкания за

77

79

трансформаторами на ответвлениях – Zот, Zбл и пусковой орган бло-

кировки при качаниях I2тпуск.

Особенности выполнения защиты, связанные с её использованием на линиях электропередачи с ответвлениями

Значительное число многоконцевых ЛЭП электрических систем питает относительно маломощные подстанции на ответвлениях без выключателей, трансформаторы которых имеют заземленную нейтраль только на стороне питания. На таких ответвлениях, как правило, можно не устанавливать комплекты высокочастотной защиты.

Для обеспечения отстройки защиты питающего конца ЛЭП от междуфазных коротких замыканий за трансформатором ответвления предусматривается установка двух дополнительных измерительных орга-

нов сопротивления Zдоп (блок отстройки от тока короткого замыкания

за трансформаторами ответвления). Для обеспечения срабатывания защиты при коротких замыканиях на землю на защищаемой линии, когда измерительные органы сопротивления могут не сработать, предусмотрена установка измерительного органа тока нулевой последовательно-

сти I0 . Орган тока отстраивается от бросков тока намагничивания

трансформаторов аналогично измерительному органу продольной дифференциальной защиты трансформатора. Указанные два измери-

тельных органа сопротивления Zдоп, измерительного органа тока I0 и реле Zот включены на вход элемента

“ИЛИ”. Сигнал с выхода последнего контролирует цепь отключения на элементе “И”, что обеспечивает срабатывание защиты при коротком замыкании на ЛЭП и отстройку от короткого замыкания за трансформаторами ответвления.

Если на ответвлении линии электропередачи включены автотрансформаторы, то возможность различить однофазное короткое замыкание на линии и за автотрансформатором по току нулевой последовательности отсутствует. В этих случаях, а также при большой номинальной мощности автотрансформаторов устанавливается комплект защиты типа ПДЭ 2802, назначением которого является посылка блокирующего сигнала при коротком замыкании за автотрансформатором ответвления.

Предусматривается остановка пуска высокочастотного передатчика и сигнала телеотключения при коротком замыкании в автотрансформаторе от его собственных защит.

Как указывалось выше, на многоконцевых ЛЭП при коротком замыкании вблизи одного из концов возможно "вытекание" тока обратной последовательности из ЛЭП на другом конце и, следовательно, блокировка защиты. Отключение поврежденной линии может быть осуществлено подачей высокочастотного сигнала телеотключения от токовой от-

79

80

сечки нулевой последовательности или первой ступени дистанционной защиты, которые без выдержки времени работают при близких коротких замыканиях (резервные защиты линий электропередачи). Посылка команды телеотключения может быть осуществлена с помощью аппаратуры каналов связи для передачи сигналов автоматики АНКА-АВПА

[4].

Расчет уставок панели ПДЭ 2802 производится в соответствии с

[5].

• Расчет блокирующего органа тока обратной последовательности Расчет тока срабатывания защиты:

отстройка от тока небаланса, А,

кпн – коэффициент погрешности настройки фильтра тока обратной последовательности, равен 0, 01 о. е.;

кст – коэффициент несимметрии сети по току, равен 0, 01 о. е.;

кнт – коэффициент несимметрии нагрузки по току, равен 0,01-0,10 о.

е.;

кf – коэффициент частотно компенсированного фильтра, равен 0,01 о.

где IПДЭном – номинальный ток панели ПДЭ 2802, равен 5 А.

80