ИЭ / 9 сем (станции+реле) / Литература / Шнеерсон

ты на отключение. Критерием для блокирования может служить

циальном токе, свидетельствующее о стационарном (симмет­ ричном) насыщении силового трансформатора.

Так как вычисление процентного состава гармонических со­ ставляющих в дифференциальном токе требует определенного времени, отключение от дифференциальной защиты должно быть (обычно на половину периода основной частоты) замедле­ но во избежание неселективного действия при внешних К3 или

включении под нагрузку до окончания вычислений.

Для того, чтобы ускорить отключение при внуrренних КЗ, со­ провождающихся большими токами, которых не может быть при включениях трансформатора или при внешних КЗ, вводит­ ся обычно грубая дифференциальная ступень Id >> (см. рис. 6.5),

действующая при больших токах независимо от значений по­ стоянной составляющей и высших гармонических в дифферен­ циальном токе.

Трехфазное выполнение диффере1ЩИальной защиты. Диф­ ференциальные защиты выполняются обычно пофазно, когда из­ мерение происходит отдельно для каждой фазы. При использо­ вании суммирующих трансформаторов возможно трехфазное

выполнение дифференциальной защиты. Суммирующий транс­ форматор СТ имеет три первичные обмотки w1, w2, w%(с различ­ ными числами витков, подключаемые к трансформаторам тока

различных фаз (один из возможных вариантов включения сум­ мирующего трансформатора показан на рис. 6.6).

Указанное обеспечивает ток lr. во вторичной обмотке w%(при симметричных и любых видах несимметричных КЗ. Вторичные обмотки суммирующихтрансформаторов по концам защищае-

АВ С

Рис. 6.6. Вариант включения суммирующего трансформатора

242

чений дифференциального тока Id и тормозного тока 15 ld = 1 I1 + 12 + · · · + ln 1 ; Is = 1 I1 1 + 1 l2 I + · · · + 1 ln 1 •

При этом указанные токи для выполнения дальнейших функ­ ций предстаRЛЯЮтся как текущими интегрированными величи­ нами, характеризующими амплитуды соответствующих векто­ ров, так и текущими цифровыми мгновенными значениями, что необходимо для гармонического анализа дифференциального тока.

Блок 2 формирует основную характеристику отключения Id = f(l5 ) (рис. 6.3 и 6.5), обеспечивающую защиту с абсолют­

ной селективностью с торможением от суммы абсолютных значений токов.

Превышение дифференциальным током Id определенного, до­ статочно большого значения Id >> во многих случаях позволяет однозначно выявить внутреннее повреждение. Указанное опре­ деляется тем, что при внешнем повреждении в отличие от вну­ треннего ток сквозного К3 ограничивается, по крайней мере, сопротивлением защищаемого объекта (трансформатора, ли­ нии). Поэтому превышение током Id достаточно большого зна­ чения дифференциального тока Id > > (см. рис. 6.5) соответст­ вует К3 в защищаемой зоне, т.е. в этом случае не требуется ис­ пользования тормозной характеристики отключения. Критери­ ем в данном случае может служить превышение эффективного Id или мгновенного id дифференциального тока определенного значения, соответствующего уставке Id >>, что обеспечивается блоком 3 быстрого отключения (рис. 6.7).

Блок 4 формирует функцию дополнительного торможения при

внешних КЗ, фиксируя в первые моменты времени после воз­ никновения КЗ, когда трансформаторы тока еще не насыщены, попадание замера в область дополнительного торможения 4 (см. рис. 6.5). Попадание в эту область происходит, если дифферен­ циальный ток в первый момент мал, что позволяет зафиксиро­ вать внешнее КЗ. Указанное позволяет при последующем насы­

щении трансформаторов тока и вхождении рабочей точки в об­ ласть отключения блокировать с помощью блока 9 отключение

на заданное время.

Блок 5 на основе гармонического анализа дифференциально­

го тока выявляет увеличение процентного содержания ампли­ туды второй гармонической составляющей, что характеризует

244

режим насыщения трансформатора при включении. В этом слу­ чае отключение по основному каналу дифференциальной защи­ ты (блок 2) блокируется с помощью схемы И (блок 9) при пре­ вышении заданного соответствующей уставкой уровня 121%. От­ метим, что канал быстрого отключения (блок (%()действующий при больших значениях дифференциального тока при этом не блокируется.

При повышении напряжения, подводимого к силовому транс­ форматору, повышается индукция и происходит симметричное насыщение, характеризуемое повышением относительного уров­ ня нечетных гармоник в токе, прежде всего третьей 131% или пя­ той 151%. Для выявления этого состояния используется блок 6, контролирующий относительное значение нечетных гармоник в дифференциальном токе и блокирующий основной канал отклю­ чения при повышенном содержании нечетных гармоник.

Блок 7 контроля исправности токовых цепей измеряет диффе­ ренциальный ток Id и блокирует отключение по основному кана­ лу, если значение Id превышает в течение заданного времени (обычно несколько секунд) установленное значение Idн, меньшее начального порога срабатывания Idycr. Контролируемое при этом возрастание тока небаланса Idн характеризует режим неисправ­ ности в цепях, формирующих дифференциальный ток. Отсутст­ вие указанного блокирования может привести к неселективному отключению в режиме неисправности в цепях тока при возник­ новении внешних КЗ.

6.2.3. Чувствительность .. селективность дифференциальнь,х эащит с непосредственным сравнением токов

Учитывая сравнительно небольшие значения начального по­ рога срабатывания Idycт в выражении (6.1), срабатывание дифференциальной защиты двухконцевого объекта с достаточ­ ной точностью описывается в случае возникновения К3 соотно­ шением

(6.4)

где %(< 1. В идеальном случае при внутреннем К3 и совпадении фаз токов I1 и I2 по концам объекта условие (6.4) всегда выпол-

245

няется, так как сводится к условию < 1. Чем меньше значе­ ние k, тем чувствительнее защита, так как с большим запасом выполняется условие (6.4), что справедливо таюке и в случае определенного расхождения фаз токов. С другой стороны, умень­ шать значение k, т.е. делать характеристику 1 на рис. 6.3 более

пологой, можно лишь до определенного предела во избежание излишнего срабатывания, так как необходимо учитывать воз­ можность увеличения разницы токов и их фазового сдвига вслед­ ствие насыщения ТТ при внешних I<3 с большими сквозными токами. Выбор коэффициента k производится с учетом обоих указанных факторов.

При внуrренних I<3 фазовый сдвиг между токами может быть достаточно большим с учетом разницы углов результирующих сопротивлений источников питания относительно места I<З, влияния режима нагрузки и сопротивления в месте I<З.

В частности, при сравнительно большом перетоке мощности по линии в режиме нагрузки и возникшем однофазном внутрен­ нем I<3 аварийная составляющая тока I<З, а, следовательно, и дифференциальный ток могут быть невелики при относительно

(рис. 6.8,б) по обеим сторонам линии имеютпри этом значитель­

ный угол расхождения фаз <р, вызванный влиянием токов нагруз­ ки. Указанное приводит к существенному загрублению дифферен­ циальной защиты. Так, например, при равных значениях фазных токов Iк1 и 42 и сдвиге их на 90° значение коэффициента торможе­ ния k по выражению (6.4) для обеспечения срабатывания должно быть с запасом меньше k = 11 + jl/2 = = 1/.../2 = 0,707.

Определим граничную линию срабатывания, соответствую­ щую алгоритму (6.4) в комплексной плоскости отношений срав­ ниваемых токов l1/l2 = т.

Обозначив

(6.5)

из (6.4) получим условие срабатывания дифференциальной защиты

246

1,а

а)

Рис. 6.8. Однофазное 1<З в нагруженной линии

Граничные значения m, соответствующие срабатыванию диф­ ференциальной защИТЬI, получим, приняв в (6.6) знак равенст­ ва и решив полученное уравнение относительно m:

(6.7)

На рис. 6.9 в качестве примера на основе выражения (6.7) по­

строены граничные линии срабатывания дифференциальной за­

щиты в комплексной плоскости отношений сравниваемых то­ ков m = l1/l2• Характеристики 1 и 2 соответствуют значениям коэффициен­

та торможения k = 0,6 и k = 0,9. Области срабатывания зашт­ рихованы и находятся вне граничных линий. Одностороннее пи­ тание места повреждения (!1 = О или !2 = О) соответствует зна­ чению m = О или m = оо. Указанные точки находятся в заштри­

хованных зонах вне граничной линии. Точка m = -1 (внешнее

К3 при отсутствии насыщения трансформаторов тока) всегда на­

ходится внутри граничной линии (вне области срабатывания).

Поведение защиты при внешнем КЗ, сопровождающемся насы-

247

lm(!!!)

2

Рис. 6.9. Характеристики срабатывания дифференциальной защиты с торможением сравниваемыми токами

1 2

11

т2 <m= 12 <m1,

12

Критерий надежноrо несрабатывания при внешних КЗ.

(6.8)

k2 -COS (!)внеш mвнеш 1-k2

248

В выражении (6.8) mвиеп и <рвиеп - отношение модулей вто­ ричных токов и угол между нимипри максимальном насыще­ нии трансформаторов тока соответственно.

Критерий надежного срабатывания при внуrренних КЗ. Коэффициент торможения k должен быть выбран таким обра­

зом, чтобы обеспечить надежное срабатывание при внутренних КЗ с учетом максимально возможного расхождения фаз токов по концам объекта (см., например, рис. 6.8,б).

Для каждого коэффициента торможения k существуют макси­ мальные граничные углы расхождения фаз токов (l)rp, ограничи­

вающие область безусловного срабатывания защиты (см. рис. 6.9). Указанное означает, что в определенном диапазоне уrлов <р между сравниваемыми токами [1 и 12 при внуrреннем КЗ, ог­ раничивающем область .:Prp, защита срабатывает независимо от

соотношения между модулями токов.

Условие <р = fPrp соответствует сокращению зоны несрабаты­

вания до нуля, т.е., условию m1 = m2 • Указанное обеспечивает­ ся при равенстве нулю или отрицательному значению

выражения под корнем в (6.7), что соответствует условию

Из выражения (6.9) определяется область углов rp безусловно­ го срабатывания дифференциальной защиты при внутренних КЗ:

Область безусловного срабатывания, заштрихованная на

рис. 6.10, не зависит от соотношений между токами и опреде­ ляется только коэффициентом торможения

Зная угол q> между сравниваемыми токами при внутреннем КЗ, можно определить коэффициент торможения при кото­ ром будет обеспечиваться надежное срабатывание защиты. Так, например, при максимальном угле расхождения токов внуrрен-

249

ер, град.

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 k

Рис. 6.10. Характеристика безусловной чувствительности дифференциапьной защитьt

него К3 <р = 70° срабатывание защиты при К3 в зоне обеспечи­ вается независимо от соотношения между ними при коэффици­ енте торможения k < 0,8 (см. рис. 6.10). дифференциальный ток должен при этом превышать максимальный порог срабатыва­ ния дифференциальной защиты ldycr по выражению (6.1).

В отдельных случаях, когда выбранный по условию безуслов­ ного срабатывания коэффициент торможения k не удовлетворя­ ет требованию (6.8) отстройки от внешних К3 с насыщением трансформаторов тока, возможно увеличение коэффициента торможения, т.е. выход за зону безусловного срабатывания. В этом случае важным становится соотношение между токами при внутреннем К3 mвнуrр• причем, чем больше различие токов, тем надежнее обеспечиваются условия срабатывания.

Рабочая точка m8нyrp должна лежать в этом случае вне гра­

ничной линии срабатывания (см. рис. 6.9), что обеспечивается условиями:

250