34. Дифференциально – фазная в.Ч. Защита (дфз).

Особенности выполнения основных органов ДФЗ.

Дифференциально-фазная высокочастотная защита основана на сравнении фаз тока по концам защищаемой линии.

Считая положительными токи, направленные от шин в линию, находим, что при внешних к.з. в точке К1 (рисунок 7.8, а) токи I_М и I_N по концам защищаемой линии имеют различные знаки и следовательно, их можно считать сдвинутыми по фазе на 180

В случае же к.з. на защищаемой линии (рисунок 7.8, б) токи на ее концах имеют одинаковые знаки и их можно принять совпадаю­щими по фазе, если пренебречь сдвигом векторов э.д.с. Е_М и Е_N концам электропереда­чи и различием углов полных сопротивлений Z_M и Z_N.

Рисунок 7.8 – Принцип действия Дифференциально – фазной высокочастотной защиты.

Таким образом, сравнивая фазы токов по концам линии, можно установить местополо­жение к.з. В обычных схемах дифференциаль­ных защит сравнение фаз токов осуществляет­ся в дифференциальных реле путем непосредственного сравнения токов, проходящих в начале и конце линии; в дифференциально-фазовой в.ч. защите сравнение фаз осуществляется косвенным путем посредством токов высокой частоты. Токи высокой частоты передаются по каналу, образованному проводом линии высокого напряжения и землей.

Упрощенная схема, иллюстрирующая работу дифференци­ально-фазной защиты, и диаграмма, поясняющая принцип ее дей­ствия, приведены на рисунке 7.9.

Защита состоит из:

– приемопередатчика, включающего в себя генератор токов в.ч. (ГВЧ), приемник токов в.ч. (ПВЧ);

– реле отключения РО, питаю­щегося током приемника,

– пусковых реле (пускового органа) П1 и П2, одно из которых пускает ГВЧ, а второе контролирует цепь отключения защиты.

– органа манипуляции, управляющего (с помощью Тм) передатчиком токов высокой частоты в зависимости от знака срав­ниваемых токов,

– органа сравнения фаз токов, дейст­вующего на отключение при совпадении фаз токов, проходящих по концам линии.

Особенность защиты заключается в том, что в. ч. генератор управляется (манипулируется) непосредственно токами промышленной частоты при помощи специального трансформатора Тм.

Защита выполнена таким образом, что генератор передаёт в.ч. сигнал только в течение положительных полупериодов тока промышленной частоты.

При удаленных внешних к.з., когда пусковые реле, пускаю­щие в.ч. передатчик, работают на пределе своей чувствительности, возможна работа пускового органа только с одной стороны линии. Тогда ток высокой частоты будет прерывистым и защита подейст­вует ложно. Для исключения этого пусковой орган защиты выпол­няется из двух комплектов: одного – чувствительного, пускающего высокочастотный передатчик, и второго – более гру­бого (в 1,5 – 2 раза), управляющего цепью отключения.

При внешнем к.з. (рисунок 7.9, а), когда фазы первичных токов по концам линии противоположны, генератор на конце линии m работает в течение первого полупериода промышленного тока, а на конце n – в течение следующего полупериода. Ток высокой частоты протекает по линии непрерывно и питает приемники на обеих сторонах линии. В результате этого выходной ток в цепи приемника и реле РО отсутствует, и реле (защита) не работает.

При к.з. в зоне (рисунок 7.9, б) генераторы на обоих концах линии работают одновременно, поскольку фазы токов по концам линии совпадают. Высокочастотный ток, поступающий при этом в приемники, будет иметь прерывистый характер с интервалами времени, равными полупериоду промышленного тока. В этом слу­чае приемник работает в промежутки времени, когда ток высокой частоты отсутствует, и заперт (не работает) во время его прохож­дения. В выходной цепи приемника появляется прерывистый ток, который сглаживается специальным устройством и подается в реле РО. Последнее срабатывает и отключает линию.

Таким образом, сдвиг фаз между токами, проходящими по обоим концам линии, определяется по характеру в.ч. сигналов (сплош­ные или прерывистые), на которые при помощи прием­ника реагирует реле РО.

По принципу своего действия дифференциально-фазная защита не реагирует на нагрузку и качания, так как в этих режимах токи на обоих концах линии имеют разные знаки. Дифференциально-фазная защита не реагирует на нагрузку, поэтому пусковой орган в схемах этой защиты не является обяза­тельным. Однако при его отсутствии любое нарушение непрерыв­ной циркуляции токов высокой частоты будет приводить к сраба­тыванию реле РО и ложному отключению линии. Поэтому во всех схемах, дифференциально-фазной защиты применяются пусковые реле, отстроенные от токов нагрузки.

Выполнение дифференциально-фазных защит, сравнивающих токи в каждой фазе, получается весьма сложным и дорогим.

Защита значительно упрощается и становится более надежной, если вместо токов фаз сравнивать их симметричные составляющие, получаемые от фильтров, преобразующих трехфазную систему токов в однофазную. В качестве фильтра в защитах этого типа ис­пользуются комбинированные фильтры, на выходе которых полу­чается ток, пропорциональный I₁ + kI₂ или I₁ + kI₀ .

Подобные фильтры обеспечивают действие защиты при всех видах к.з.

В случае симметричных к.з. ток фильтра обусловливается со­ставляющей I₁, а при несимметричных к.з. – составляющими I₁ и I₂ или I₁ и I₀.

Искажение фаз сравниваемых токов (фазовые погрешности).

При рассмотрении принципа действия защиты предполага­лось, что при внешних к.з. токи по концам защищаемой линии сдвинуты по фазе на угол φ = 180, а при к.з. в зоне – совпадают по фазе.

В действительности из-за погрешности трансформаторов тока и ряда других причин фазы вторичных токов искажаются, и поэтому сдвиг фаз φ между токами на обоих концах линии отличается от указанных выше значений. При больших искажениях фаз токов возможны неправильные действия защиты при внешних к.з. и отказ в работе – при к.з. в зоне. В связи с этим параметры защиты выбираются так, чтобы она блокировалась в условиях внешнего к.з. при  = 180 -  и работала при к.з. в зоне при  > 0. Предельное значение угла , при котором защита должна блокироваться, называется углом блокировки защиты (см. рисунок 7.11). Для уменьшения искажений фаз токов, трансформаторы тока, питающие дифференциально-фазную защиту, должны выбираться по 10%-ным харак­теристикам, при этом угловая погрешность каждого трансфор­матора тока не должна превышать 7%.

При к.з. в зоне кроме погрешности трансформаторов тока, искажающих фазы токов, имеется расхождение фаз первич­ных токов вследствие:

– различия фаз между э. д. с. Е_М и Е_N эквивалентных генераторов (рисунок 7.10, а);

– разницы углов полных сопротивлений Z_М и Z_N в схемах замещения прямой, обратной и нулевой последовательностей (рисунок 7.10, а, б, в);

– наложения токов нагрузки на токи к.з.

Токи прямой последовательности и их фазы зависят от фаз э.д.с. Е_М и Е_N.

С учетом их различия, а также влияния нагрузки и несовпадения углов Z_М и Z_N сдвиг фаз между токами по концам защищаемой линии отличается от нуля

Фазы токов обратной и нулевой последо­вательности на обоих концах линии определяются одним и тем же напряжением в месте к.з. (U_K2 или U_K0), расхождение фаз Z_М и Z_N на эти составляющие не влияет.

Искажение, обусловленное различием углов сопротивлений, не велико, поэтому практически токи I_0M и I_0N, а также I_2M и I_2N можно считать совпадающими по фазе.

Таким образом, сдвиг фаз между сравниваемыми токами I₁ + kI₂ или I₁ + kI₀ на каждом конце линии определяется в основном различием фаз токов прямой последовательности. Учитывая это, коэффициент k выбирается возможно большим с тем, чтобы при несимметричных к.з. влияние тока прямой последовательности на фазу суммар­ного тока было наименьшим.

Рисунок 7.10 – Схемы замещения симметричных составляющих

а) – прямой; б) – обратной; в) – нулевой последовательностей.

Выбор уставок Дифференциально – фазной высокочастотной защит

Выбор уставок пусковых реле ведется на основе следующих положений:

1. Для обеспечения селективности при внешних к.з. пусковые реле, управляющие цепью отключения, должны иметь более грубую уставку, чем пусковые реле, управляющие пуском в.ч. постов на противоположном конце линии. Чувстви­тельность пусковых реле в цепи отключения принимается с обеих сторон линии одинаковой. Уставки на реле, пускающих в.ч. пост выбираются аналогично.

2. Во избежание действия защиты в режимах нагрузки пус­ковые реле, реагирующие на нее, отстраиваются от нагрузки.

3. Пусковые реле, включенные через фильтры симметричных составляющих отстраиваются от токов неба­ланса при внешних трехфазных к.з.

Ток срабатывания реле РО. От величины этого тока зависит величина угла блокировки. Угол , а следовательно, и ток срабатывания РО, должны быть такими, чтобы защита не действовала при внешних к.з. и надежно работала при повреждении в зоне, при имеющих место искажениях фаз.

Принцип действия, направленных и дифференциально-фазных в. ч. защит, надежен и прост. В настоящее время эти защиты являются единственными защитами, обеспечивающими мгновенное и двустороннее отключение к.з. на линиях большой протя­женности. Общим недостатком всех в. ч. защит являются более высокая стоимость и сложность по сравнению с другими видами

Высокочастотные защиты получили широкое распространение как основные защиты в сетях 110 – 750 кВ. Они позволяют обеспе­чить быстрое и селективное отключение к.з. при любой конфигу­рации сети и являются наиболее чувствительными. Учитывая, что в. ч. защиты относятся к числу сложных, их следует приме­нять только в тех случаях, когда более простые виды защит ока­зываются непригодными.

Наиболее широкое распространение полу­чила дифференциально-фазная защита. Дифференциально-фаз­ная в.ч. защита имеет существенное преимущество: она не реа­гирует на качания. Это преимущество приобретает важное зна­чение с внедрением быстродействующих и несинхронных АПВ сочетание которых с защитами, реагирующими на качания вызы­вает затруднения. Помимо того, дифференциально-фазная защита, отличается простой схемой и высокой чувствительностью пускового органа

Рисунок 7.11 – Фазная характеристика Дифференциально – фазной защиты.