10. Защиты абсолютной селективности. Дифференциальный принцип. Продольная дифференциальная защита. Методы повышения чувствительности защит. Условия выбора уставок.
Защитами абсолютной селективности называются защиты, зона действия которых не выходит за пределы защищаемого объекта.
Основные принципы, известные уже на протяжении десятилетий, до сих пор применяются и не зависят от элементной базы, на которой выполняются сами устройства защиты.
Дифференциальная защита осуществляет сравнение измеряемых величин по амплитуде и по фазе. Указанное возможно при непосредственном сравнении мгновенных величин и сравнении векторов.
Назначение в случае генератора: защита от междуфазных повреждений в обмотке статора Г и на его выводах, а также от двойных замыканий на землю в цепях генераторного напряжения.
Характеристики (тоже в случае генератора):
1. Токозависимая нелинейная характеристика срабатывания
2. Отстройка от апериодических составляющих и высших гармоник.
3. Высокое быстродействие.
4. Высокая устойчивость функционирования при внешних повреждениях и насыщении ТТ.
5. Амплитудная коррекция входных токов.
Принцип измерения величин
Защиты, действующие на основе сравнения величин, можно также назвать “продольными дифференциальными защитами”.
Схема замещения при 3-ф металлическом КЗ на объекте.
Как можно увидеть, токи текут к месту КЗ со стороны всех источников (и генератора, и энергосистемы). Значит, пофазная векторная разность токов в начале и в конце каждой фазы не будет =0. На это и настроена дифференциальная защита.
Реализация защиты сосредоточенных объектов, где измерительные трансформаторы тока установлены в непосредственной близости друг от друга.
Заметим, что если соединение обмоток траснформатора Y-Δ, то либо используется промежуточный трансформатор тока, либо на стороне Y вторичные обмотки ТТ соединяются в Δ, а на стороне Δ – в Y.
ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ ДЛЯ ЦИФРОВЫХ ЗАЩИТ
При реализации цифровой защиты используется цифровая передача данных.
Измеряемые величины преобразуются в цифровой вид, и их передача осуществляется по выделенной волоконно-оптической линии связи или через цифровую систему обмена данными. В общем и целом, принцип функционирования защиты остается тем же, за исключением лишь того, что осуществляется цифровая передача данных.
В трехфазных системах, в общем случае, цифровые устройства защиты выполняют пофазное измерение, поэтому имеются три независимых друг от друга сравнения. Указанное обеспечивает следующие преимущества:
-четкое срабатывание защиты;
-один и тот же порог срабатывания для всех видов повреждений (за исключением особого случая для трансформаторов Y-Δ);
-одинаковая нагрузка на все трансформаторы тока;
-резервирование при сложных повреждениях.
При работе на линейном участке характеристики трансформатора тока указанные погрешности пропорциональны сквозному току. При протекании значительных токов, возможно насыщение измерительных трансформаторов тока, что влечет за собой быстрое увеличение тока небаланса.
Также возможно появление другой составляющей тока небаланса, обусловленной изменением положения отпаек РПН (так как промежуточный трансформатор тока не имеет возможности изменения коэффициента трансформации, он настроен только на 1 положение отпаек РПН).
Ложный дифференциальный ток в нагрузочном режиме и в режиме внешнего КЗ и адаптированная характеристика срабатывания
Total false current – общий ток небаланса (НБ)
CT false current – ток небаланса, обусловленный погрешностями ТТ
Mismatch false current - ток небаланса, обусловленный коэффициентами трансформации ТТ, изменением положения отпаек РПН)
∆IWF – ток намагничивания трансформатора
СТАБИЛИЗАЦИЯ ЗАЩИТЫ
Обычно для этого используют два способа.
Первый называется методом торможения – уставки реле повышаются при увеличении сквозного тока (тока внешнего КЗ). Помимо рабочей обмотки в дифференциальное реле входит тормозной элемент (тормозная обмотка), на который подаётся один из токов, либо сумма модулей токов в реле. Тормозной элемент включается последовательно в цепь одного из ТТ (в рассечку соединительных проводов) на вторичный ток одного из ТТ. На измерительный орган (ИО) ДифЗащиты подаётся разность токов рабочей и тормозной обмотки (с коэффициентами перед ними). Ток в тормозном элементе называется тормозным Iт. При внешнем КЗ или качаниях Iт=Iвнеш.КЗ. Реле приходит в действие, если Iр>kтIт, где kт – коэффициент торможения, kт=0,3-0,6. Коэффициент торможения kт регулируется помощью выбора количества витков в тормозных обмотках.
Второй – это метод высокого импеданса, при котором сопротивление реле таково, что даже при максимальном значении сквозного тока ток в дифференциальном органе недостаточен для срабатывания реле (в нашей стране используется редко, хорош при насыщении, но плох по остальным параметрам).
На схеме слева тормозные элементы есть в цепи каждого ТТ.
Схема ДифЗащиты с торможениеми токораспределение в её цепях при внешних КЗ и КЗ в зоне действия
Т – тормозная обмотка
Р – рабочая обмотка
Характеристика срабатывания ДЗТ
Условие селективности ДифЗащиты
kзап – коэффициент запаса.
НБ – небаланса.
В дифференциальном реле с торможением сквозной ток используется для повышения уставки дифференциального органа.
Дифференциальный ток равен векторной сумме фазных токов, измеренных на каждом конце генератора.
Тормозной ток (Ibias) равен скалярному среднему значению амплитуд этих токов.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕРЫ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ НА ПРИМЕРЕ MICOM P34X (Schneider Electric, микропроцессорное реле)
Торможение с выдержкой времени
Используемая величина торможения равна максимальной из величин торможения, рассчитанных за последний период (условно, используемый тормозной ток равен максимальному из мгновенных тормозных токов за период).
Переходное торможение
В случае внезапного возрастания измерения среднего торможения в расчет величины торможения вносится дополнительное торможение на пофазной основе. Эта величина затем экспоненциально затухает. Как только реле сработает, или, если величина среднего торможения снижается ниже уставки, переходное торможение сбрасывается до нуля. Переходное торможение используется для стабилизации защиты при внешних КЗ и позволяет отсрочить насыщение ТТ, вызванное небольшими токами внешних КЗ и большим отношением X/R. При КЗ с подпиткой с одного или двух концов дифференциальный ток будет доминантным, и переходное торможение не будет оказывать влияния.
Максимальное торможение
Величина торможения, используемая пофазно для характеристики процентного торможения, равна максимальному значению тормозного тока, рассчитанного из всех трех фаз.
НАСЫЩЕНИЕ ТТ
Симметричное насыщение с малой постоянной (апериодической) составляющей.
Насыщение характерно для ТТ с такими характеристиками, что рабочая предельная кратность меньше отношения тока КЗ к номинальному.
Насыщение из-за постоянной (апериодической) составляющей
Дифференциальная защита: Внешнее КЗ при насыщении ТТ
НАСЫЩЕНИЕ ТТ В ПЕРЕХОДНОМ РЕЖИМЕ
Пример ложного срабатывания диф. защиты при внешнем КЗ из-за насыщения трансформаторов
Слева – положение точек (каждая точка – момент времени, точки снимаются через фиксированный временной промежуток), в которых были замерены токи, на характеристике срабатывания ДифЗащиты. По оси абсцисс – ток в тормозной обмотке, по оси ординат – ток в рабочей обмотке. Сплошные прямые – характеристика срабатывания ДифЗащиты, Trip – зона срабатывания, Block – зона несрабатывания. Цветными крестиками выделены показанные на графиках вертикальными прямыми моменты.
Справа сверху – графики вторичных токов ТТ с обоих сторон трансформатора. Ниже – токи в рабочей и тормозной обмотке Диф. реле. Справа снизу – моменты срабатывания пофазных измерительных органов.
Судя по временной диаграмме внизу справа, защита не сработала (нижний столбец – срабатывание защиты), действующая характеристика срабатывания реле – красная пунктирная прямая.