Продольная дифференциальная защита линий

Продольная дифференциальная защита линий применяется в тех случаях, когда требуется высокое быстродействие и абсолютная селективность при КЗ в любой точке линии. Продольной дифференциальной защитой называют защиту, в измерительном органе которой непосредственно сравниваются электрические данные, собранные со всех концов защищаемого элемента. Для протяженных элементов (ЛЭП) в зависимости от их длины применяют кабельные линии связи (до 15 км) или высокочастотные каналы связи.

На рис. 11.3.2 показан принцип действия продольной дифференциальной защиты линий. Трансформаторы тока, установленные по концам защищаемой линии включаются между собой через линию связи и токовое дифференциальное реле КА, включенное на разность токов. При нагрузке или внешнем КЗ в точке К1 токи I₁ и I₂ через реле равны по величине и направлены встречно. В этом случае без учета погрешностей ТТ результирующий ток в реле:

I_р= I₁ - I₂ =0

и защита не работает.

При КЗ в зоне действия (между ТТ) ток I₂ меняет свое направление (или будет равен нулю при одностороннем питании). Результирующий ток в реле равен сумме токов:

I_р= I₁ + I₂

и, если его величина превысит порог срабатывания реле, то защита сработает и отключит линию с обеих сторон.

Рис. 13.2. Принцип действия продольной дифференциальной защиты линий. Пунктирной линией показано направление токов при внешнем КЗ (точка К1), сплошной – при КЗ в зоне действия дифференциальной защиты.

На схеме рис.13.2 показана однолинейная схема линии связи с одной парой проводов. Для передачи сигналов трехфазной сети потребуется минимум 4 провода. Сопротивление проводов линии связи оказывается намного больше допустимого для ТТ по условию 10% погрешности. Поэтому ДЗЛ, например типа ДЗЛ-2, намного сложней.

В реальных схемах ТТ имеют погрешности по величине и по фазе из-за неидентичности характеристик намагничивания ТТ. Поэтому, несмотря на равенство первичных токов, вторичные токи I₁ и I₂ при нормальной работе и внешних КЗ не одинаковы по величине и по фазе и в реле появляется ток небаланса Iнб. Для исключения ложной работы ДЗЛ ток срабатывания реле должен выбираться с учетом токов небаланса:

Iср= Кзап Iнб макс расч,

где Кзап=1.3, учитываетнеидентичность характеристик намагничивания ТТ.

При определении Iнб макс расч исходят из того, что ТТ в схеме выбраны так, что полная погрешность ε не превышает 10% при заданной вторичной нагрузке и предельной кратности К₁₀.

Определение Iнб макс расч производят по выражению:

Iнб макс расч= ε Капер К одн I_КЗ внеш макс/100 К_I,

где: Капер = 2 учитывает наличие апериодической составляющей в токе КЗ;

К одн = 0.5-1.0 – коэффициент однотипности ТТ

К_I - коэффициент трансформации ТТ.

Чувствительность защиты определяется минимальным током в измерительном органе при КЗ в защищаемой зоне:

К_ч = I⁽²⁾ _мин /I_сз ≥ 2,

где I⁽²⁾ _мин – минимальный ток КЗ при повреждении в защищаемой ДЗЛ зоне.

В случае, если измерительных органов два (по одному на каждой подстанции), то значение тока I⁽²⁾ _минделят на два.

Чувствительность защиты, как правило, оказывается недостаточной. Поэтому в реальных защитах применяют измерительные органы, представляющие собой реле с быстронасыщающимися трансформаторами и тормозными обмотками.

Оценка ДЗЛ.ДЗЛ не требует отстройки по токуи по времениот защит смежных участков, не реагирует на качания, обеспечивает селективное отключение поврежденного участка любой конфигурации.

Для участков небольшой длины ДЗЛ получается простой, надежной и чувствительной. С увеличением длины защищаемой зоны ДЗЛ приобретает отрицательные свойства, которые обусловлены влиянием на надежность ее работы длинных вспомогательных каналов проводных или оптоволоконных связи.

При обрыве провода в линии связи ДЗЛ ложно срабатывает от тока нагрузки или внешнего КЗ. Поэтому для контроля исправности линии по проводам пропускается постоянный ток и в случае его исчезновения при обрыве провода ДЗЛ автоматически блокируется.

Очевидно, что иметь только одну дифференциальную защиту по условию надежности недостаточно. Это еще объясняется и тем, что дифференциальная защита не может резервировать защиты смежных линий или шин подстанции. Поэтому наряду с основной дифференциальной защитой обязательно предусматривается установка резервной защиты с относительной селективностью, например, МТЗ или дистанционной защиты.

Защита типа ДЗЛ и аналогичные ей цифровые продольные дифференциальные защиты применяются на коротких линиях 110-220 кВ длиной до 15-20 км.