Дифференциально-фазная высокочастотная защита

К защитам с абсолютной селективностью относятся продольные и попе- речные дифференциальные защиты и дифференциально-фазные высо- кочастотные защиты

4.1 Продольная дифференциальная защита

Принцип действия продольной дифференциальной защиты рассмотрим на примере линии с двухсторонним питанием (Рис.65).

Для выполнения защиты по концам линии ставятся трансформаторы то- ка с одинаковыми коэффициентами трансформации. Вторичные обмот- ки соединяются между собой, параллельно обмоткам включается токо- вое реле.

В нормальном режиме работы или при внешнем коротком замыкании в

точке

К1 , в обоих трансформаторах тока проходит одинаковый первич-

ный ток. Ток в реле, определяемый как разность вторичных токов, при- мерно равен нулю:

I = I - I »

р 1 2 0 .

nтт nтт

При коротком замыкании в защищаемой зоне, точка кает сумма вторичных токов, и реле сработает:

К 2 , в реле проте-

I = I + I ¹

р 1 2 0 .

nтт nтт

Рис.65 Схема продольной дифференциальной защиты:

а – режим внешнего короткого замыкания;

б – короткое замыкание в зоне действия защиты

В режиме внешнего замыкания ток в реле равен нулю только для иде- альных трансформаторов тока. Реальные трансформаторы тока облада- ют погрешностями, и через реле протекает ток небаланса. Причина воз- никновения тока небаланса пояснена на Рис.66.

Из сопоставления характеристик 1 и 2 следует, что ток небаланса

I нб =I нам1 -I нам2

будет равен нулю при полном совпадении характе-

ристик, что является нереальным событием. Поэтому, чтобы защита не сработала ложно при внешних замыканиях, ее ток срабатывания должен быть больше максимально возможного тока небаланса:

I сз >kнIнб max.

Для определения тока небаланса пользуются приближенной зависимо- стью

I нб =kаkодн fi I кз вн max,

где kа

- коэффициент, учитывающий наличие апериодической состав-

ляющей в токе короткого замыкания. Если в качестве пускового органа

защиты используется обычное реле тока, то величинаkа

времени работы защиты t з :

зависит от

kа = 2, если t з < 0 . 1 сек.;

kа = 1 . 5, если t з = (0 . 1 - 0 . 3) сек.;

kа = 1, , если t з > 0 . 3 сек.;

kодн = (0 . 5 -1)

- коэффициент однотипности условий работы

трансформаторов тока. Значение 0.5 принимается при примерно оди- наковых вторичных токах;

f i = 0 . 1 - допустимая погрешность трансформаторов тока;

I кз вн

кания .

max

- максимальное значение тока внешнего короткого замы-

Рис.69. Ток небаланса дифференциальной защиты:

I перв

- первичный ток;

I вт

- вторичный ток трансформатора тока; I кз

- ток

короткого замыкания; I нам1 и

I нам2

- токи намагничивания трансформаторов

тока TA1и TA2;

В Ы В О Д Ы

I нб

- ток небаланса дифференциальной защиты.

1. Принцип действия продольной дифференциальной защиты основан на сравнении токов по концам защищаемого объекта.

2. По принципу действия защита не требует замедления на срабаты- вание.

3. Необходимость прокладки контрольного кабеля для соединения трансформаторов тока приводит к тому, что для защиты линий про- дольная дифференциальная защита применяется сравнительно редко.

4. В качестве основной защиты дифференциальная защита получила широкое распространение для защиты оборудования: генераторов, трансформаторов, двигателей, шин.

4.2. Поперечная дифференциальная защита

Принцип действия поперечной дифференциальной защиты рассмотрим на примере сети, представленной на Рис.70.

Рис.70 Поперечная дифференциальная токовая защита параллельных линий:

а – токовые цепи; б, в – цепи напряжения; г, д – цепи постоянного тока.

По концам каждой из параллельных линий ставятся трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации. Вторичные об- мотки трансформаторов тока соединяются между собой на разность то-

ков. Параллельно вторичным обмоткам включается пусковой орган, вы- полненный на реле тока и реле мощности.

В нормальном режиме и при внешнем коротком замыкании в точке K1

ток в реле практически отсутствует:

I р1

I р2

= ( I1

nтт

= ( I1

nтт

- I нам1) - (

- I нам1) - (

I 2

nтт I 2

nтт

- I нам2)

- I нам2 )

= I нб .,

= I нб .,

так как токи

I1и

I 2 , протекающие по параллельным линиям, равны

между собой. Через реле проходит лишь ток небаланса, вызываемый погрешностью трансформаторов тока, и защита не работает.

При коротком замыкании на одной из защищаемых линий, например, в

точке

K 2 , через первый комплект проходит ток

I

I р1 = n

- I 2

n

¹ 0,

а так как ток

I1 > I 2,

тт тт

комплект 1 сработает. Одновременно сработает

комплект 2 , поскольку через реле протекает ток

I р2

= I 2

nтт

- (-

I 2 ) =

nтт

2I 2 .

nтт

Реле мощности каждого комплекта выбирает поврежденную линию.

При отключении одной из параллельных линий блок-контактами срабо- тавших выключателей защита выводится из работы для устранения воз- можности ее неселективного действия при внешнем коротком замыка- нии.

По принципу действия поперечная дифференциальная защита не требу- ет введения замедления на срабатывание, и при коротких замыканиях на защищаемых линиях оба комплекта сработают одновременно и практи- чески мгновенно. Однако при коротких замыканиях в начале или конце линии защита работает каскадно (Рис.71).

При повреждении в начале линии, точка

K1 , ток

I1 = I 2,

и ток

I1 не-

достаточен для срабатывания комплекта 2, поэтому выключатель 4 от- ключится только после отключения выключателя 3, когда весь ток по- вреждения начинает протекать через второй комплект.

При повреждении в конце линии, точка

K 2 , токи, протекающие по ли-

ниям, будут примерно одинаковы, поэтому первым работает комплект

2, подаст команду на отключение выключателя 4, и только после этого комплект 1 отключит выключатель 2.

Рис.71 Каскадная работа поперечной дифференциальной защиты:

а) короткое замыкание в начале линии; б) короткое замыкание в конце линии.

Ток срабатывания поперечной дифференциальной защиты выбирается по двум условиям:

5. Защита не должна работать от максимально возможного тока не- баланса при внешних коротких замыканиях:

где

I ' =kаkодн f i I кз вн

max

- составляющая тока небаланса, вызы-

нб

ваемая погрешностью трансформаторов тока. Значения коэффициен- тов в выражении такие же, как и для продольной дифференциальной защиты;

I

" =z1 - z 2 -

нб z1 + z2

- составляющая тока небаланса, обусловленная неоди-

наковостью сопротивлений параллельных линий за счет их различной длины или разного сечения проводов.

6. Защита не должна работать при отключении одной из параллель- ных линий, если по второй протекает максимальный рабочий ток:

I сз

=kн

kв

I раб.max.

Чувствительность защиты определяется по коротким замыканиям на границе зоны каскадного действия и в точке равной чувствительности. За точку равной чувствительности принимается точка короткого замы- кания, при замыкании в которой токи в реле обоих комплектов равны. Защита удовлетворяет требованиям чувствительности при kч > 2 .

В Ы В О Д Ы

1. Принцип действия поперечной дифференциальной защиты основан на сравнении токов параллельных ветвей.

2. Защита отличается простотой, высоким быстродействием, дос- таточно высокой чувствительностью.

3. Принципиальным недостатком защиты является необходимость вывода ее из работы при отключении одной из параллельных линий.

4. Наличие зоны каскадного действия не позволяет отключать корот- кие замыкания мгновенно в пределах всей линии.

4.3 Дифференциально-фазная высокочастотная защита

Принцип действия дифференциально-фазной защиты основан на срав- нении фаз токов по концам защищаемой линии. На Рис.72 показана схе- ма токораспределения при внутреннем и внешнем коротких замыкани- ях.

Рис.72 Принцип действия дифференциально-фазной высокочастотной защиты:

а) внешнее короткое замыкание; б) внутреннее короткое замыкание

При внешнем коротком замыкании, точка

K1 , фазы токов

I1 и

I 2 сдви-

нуты друг относительно друга на 1800; при внутреннем замыкании,

точка K 2

- совпадают между собой. Следовательно, контролируя фазы

токов по концам защищаемой линии, можно определить возникновение повреждения на ней.

Комплекты защиты ставятся по концам защищаемой линии, и каждый из них должен обладать информацией о фазе токов на противополож- ном конце линии. Для передачи информации о фазе токов используется канал высокой частоты. На Рис.73 показана схема организации высоко- частотного канала

Рис.73 Принципиальная схема высокочастотного канала

Каждый комплект содержит высокочастотный приемопередатчик 1, со- стоящий из генератора высокочастотных сигналов ГН и приемника ПР. Приемопередатчик через фильтр присоединения 2 и конденсатор связи С соединяется с линией. Ток от высокочастотного генератора в этой схеме подается на одну из фаз линии. Для того чтобы токи высокой час- тоты не выходили за пределы линии, по концам линии устанавливаются специальные высокочастотные заградители 3.

Заградитель представляет собой индуктивно-емкостный фильтр, обла- дающий малым сопротивлением для токов промышленной частоты и не пропускающий токи высокой частоты за пределы защищаемой линии.

С помощью фильтра присоединения согласуется входное сопротивле- ние высокочастотного кабеля 4 и линии. Параллельно обмотке L1 фильтра подключен разрядник FV, который срабатывает в случае про- боя конденсатора связи.

Упрощенная принципиальная схема логической части направленной фильтровой высокочастотной защиты линий (110 – 330) кВ типа ПДЭ 2802 представлена на Рис.74.

Рис.74 Упрощенная принципиальная схема логической части ПДЭ 2802

В схеме можно выделить несколько основных каналов, поясняющих принцип работы защиты:

I – канал пуска высокочастотного передатчика;

II – канал отключения;

III – канал блокировки при качаниях.

При внешнем несимметричном замыкании, т. K1 , чувствительные изме- рительные органы обоих комплектов, содержащие реле тока обратной последовательности I2бл и реле напряжения обратной последователь- ности U2бл и включенные по схеме И, запускают высокочастотные пе- редатчики.

Для 1 комплекта направление тока положительно, что приводит к сра- батыванию реле мощности обратной последовательности М2от, разре- шающего прохождение команды на отключение выключателя Q1 и ос- танавливающего высокочастотный передатчик своего комплекта.

Реле мощности 2 комплекта не сработает, из-за чего прохождение ко- манды на отключение выключателя Q2 блокируется, а высокочастотный передатчик комплекта не останавливается. Блокирующий элемент DX6 1 комплекта при наличии высокочастотного сигнала в линии запрещает прохождение команды на отключение выключателя Q1.

Защита не работает.

Селективность действия защиты обеспечивается за счет согласования по чувствительности элементов I2бл и U2бл с более грубыми I2от и U2от

При внутреннем несимметричном замыкании, т. K 2 , сработают реле мощности каждого из комплектов, передатчики останавливаются и по- дается команда на отключение Q1 и Q2.

При симметричных повреждениях роль измерительных органов защиты выполняют два направленных реле сопротивления Zбл и Zот с эллип- тическими характеристиками Реле сопротивления вводятся в действие схемой блокировки при качаниях БК. Пуск блокировки производят реле

DI, реагирующее на производную фазного тока, и реле I2п, срабаты- вающее за счет появления кратковременной несимметрии.

При внешнем симметричном коротком замыкании реле сопротивления второго комплекта Zбл запускает высокочастотный передатчик и пере- дает по линии блокирующий сигнал. Отключения не произойдет.

При симметричных коротких замыканиях в защищаемой зоне Zотоста- навливают передатчики всех комплектов и через элемент DW2 воздей- ствуют на основной канал отключения.

При качаниях или асинхронном ходе реле DI и I2п не разрешают про- хождение команды на отключение в случае возможного срабатывания реле Zот.

В Ы В О Д Ы

1. Принцип действия дифференциально-фазной защиты основан на сравнении фаз токов по концам защищаемой линии.

2. Защита отличается быстродействием, высокой чувствительно- стью, обеспечивает требование селективности в сетях любой конфи- гурации и с любым числом источников питания.

3. По принципу действия дифференциально-фазная защита не реагиру- ет на нагрузку и качания.

5. Особенности защиты основного электрооборудования энергосистем

Защита трансформаторов и автотрансформаторов

Выбор типа защит