Дифференциально-фазная высокочастотная защита

Дифференциально-фазной высокочастотной защитой называется защита с косвенным сравнением фаз тока КЗ по концам защищаемой ЛЭП, использующая ВЧ канал для передачи информации о комплексах сравниваемых токов.

Свойства защиты рассматриваются применительно к ее выполнению, приведенному на рис. 6.3. Здесь, как и в случае направленной защиты с ВЧ блокировкой, показан только полукомплект защиты на стороне АЛЭП W.

Пусковой орган выполняется для каждого полукомплекта защиты с помощью реле тока; КА1-КА4. Реле КА1 и КА2 включены на полный ток одной из фаз, КАЗ и КА4 - на слагающую через фильтр обратной последовательности ZA2. Пусковые органы предназначены для действия защиты соответственно при (КА1 и КА2) и любых несимметричных КЗ - , , (КАЗ и КА4). Реле с одинаковым включением, например, КА1и КА2, имеют разную чувствительность. Более чувствительные КА1и КАЗпускают передатчик GMчерез вспомогательное реле KL1, а менее чувствительные КА2и КА4через вспомогательное реле KL2подготавливают цепи отключения. Этим, как и у направленных защит с ВЧ блокировкой, исключается возможность излишнего срабатывания защиты при внешних КЗ с токами, близкими к токам срабатывания пусковых органов.

Рис. 6.3. Принципиальная схема дифференциально-фазной высокочастотной защиты

Измерительный орган фаз определяет угол сдвига фаз между током в месте установки полукомплекта защиты и током в полукомплекте защиты противоположного конца ЛЭП. Информация о фазе тока с противоположного конца ЛЭП передается ВЧ сигналами. Для этого в полукомплекте защиты каждой стороны ЛЭП имеется орган управления передатчиком GM, называемый органом манипуляции (ОМ) (манипуляция - частный случай фазовой модуляции). Орган манипуляции разрешает работу передатчика GMлишь в положительные полупериоды токов промышленной частоты 50 Гц. Поэтому передатчик GMпосылает в ВЧ канал манипулированный сигнал - пакеты ВЧ сигналов. Длительность и отсутствие каждого из этих ВЧ сигналов равна половине периода промышленной частоты (0,01 с), а их фазы соответствуют фазе тока КЗ со стороны рассматриваемого полукомплекта защиты.

Для того чтобы фаза одного тока с каждой стороны ЛЭП несла информацию о фазах токов трехфазной сети, используются симметричные составляющие токов. На ОМ каждого полукомплекта защиты подаются напряжения с выходов комбинированных фильтров токов прямой и обратной последовательностей ZA1,2. На выходе фильтра ZA1,2напряжение будет равно:

,

где M - коэффициент взаимоиндукции фильтра ZA1,2.

Следовательно, в защите определяется угол между напряжениями с двух сторон ЛЭП. Сравнение фаз в полукомплектах защиты производится в приемниках DM, подающих сигналы на реагирующие элементы - поляризованные реле KL3. Приемники DM, принимающие ВЧ сигналы как со своего передатчика GM, так и с другой стороны защищаемой ЛЭП, работают (на их выходе появляются напряжение и ток ) только при отсутствии принимаемых ВЧ сигналов. Работа защиты при внешнем и внутреннем КЗ поясняется на рис. 6.4.

Внешнее КЗ для защиты ЛЭП W1 в точке К (см. рис. 6.4). Срабатывают КА1и КА2при , КАЗи КА4при несимметричных КЗ, KL1 и KL2. Токи по концам неповрежденной ЛЭП W1при принятых положительных направлениях от шин в ЛЭП, сдвинуты на угол 180°. Поэтому передатчики GMполукомплектов защиты АК1и АК2работают неодновременно и посылают ВЧ сигналы, сдвинутые на полпериода. Складываясь, они дают непрерывные блокирующие ВЧ сигналы в приемниках DMполукомплектов защиты АК1и АК2.

Рис. 6.4. Диаграммы работы дифференциально-фазной высокочастотной защиты

При этом выходные напряжения приемников DMравны нулю и защита ЛЭП W1не срабатывает. Для обеспечения блокирования передатчики GMпускаются до начала сравнения фаз, а останавливаются только после отключения внешнего КЗ. Первое обеспечивается реле KL2, имеющим замедление при действии, второе - реле KL1, имеющим замедление при отпускании.

Внутреннее КЗ для защиты ЛЭП W2 в точке К. Вначале срабатывают те же реле, что и в предыдущем случае. Токи по концам ЛЭП W2принимаются совпадающими по фазе (см. рис. 6.4). Поэтому передатчики GMполукомплектов защиты АКЗи АК4работают одновременно и посылают ВЧ сигналы, совпадающие по фазе. Результирующие ВЧ сигналы в приемниках DMполукомплектов защиты АКЗи АК4имеют скважности. Поэтому на выходе приемников DM появляются импульсы напряжения и ток , проходящий через реле KL3 и вызывающий его срабатывание, а через промежуточное реле KL4 и указательное реле КН происходит срабатывание защиты в целом.

Выбор параметров срабатывания пусковых органов. Параметры срабатывания выбираются одинаковыми для обоих полукомплектов защиты. При симметричных повреждениях ток срабатывания реле пуска передатчика GMотстраивается от максимального тока нагрузки ЛЭП по следующему выражению:

.

Здесь в правой части выражения величины и их значения аналогичны направленной защите с ВЧ блокировкой.

Ток срабатывания реле подготовки цепи отключения выбирают по условию согласования с током срабатывания реле пуска передатчика GMпо следующему выражению:

,

где - коэффициент согласования цепей пуска передатчика GMи подготовки отключения полукомплектов защиты при симметричных повреждениях.

При несимметричных повреждениях ток срабатывания фильтр-реле обратной последовательности пуска передатчика GMотстраивается от тока небаланса в максимальном нагрузочном режиме по следующему выражению:

,

где - коэффициент отстройки; - коэффициент возврата фильтра-реле; - приведенный к первичной цепи ток небаланса фильтра обратной последовательности ZA2; - коэффициент небаланса фильтра обратной последовательности ZA2; - ток обратной последовательности при несимметричной нагрузке, приведенный к первичной цепи.

Ток срабатывания фильтр-реле обратной последовательности подготовки цепи отключения выбирается по следующему выражению:

,

где - коэффициент согласования цепей пуска передатчика GMи подготовки отключения полукомплектов защиты при несимметричных повреждениях.

Чувствительность пусковых органов проверяется по КЗ на противоположном конце ЛЭП, коэффициент чувствительности должен быть не менее 1,5-2.

На аналогичном принципе действия основана работа серийно выпускаемых электротехнической промышленностью панелей ДФЗ-201 для ЛЭП 110-220 KB и ДФЗ-501,503,504 для ЛЭП 330-500 кВ.