Н.В. Чернобровов Релейная защита
.pdfлиний электропередачи (§ 10-6), то создаются условия для ложной работы защиты в режиме нагрузки или внешнего к. з.
Устройство контроля. Для повышения надежности защиты ее снабжают устройством, контролирующим исправное состояние соединительных проводов. Устройство контроля может автоматически выводить защиту из действия, разрывая ее цепь отключения при повреждении соединительных проводов, или подавать сигнал о неисправности. Первый способ более надежен.
Получило распространение устройство контроля, основанное на наложении на рабочий переменный ток, протекающий в соединительных проводах защиты, непрерывно циркулирующего контрольного постоянного тока. Принцип выполнения устройства показан на рис.
10-15, в.
К соединительным проводам А и В подводится контрольное напряжение от выпрямителя В1, который питается от трансформатора собственных нужд подстанции. Для создания контура для контрольного тока вторичные обмотки изолирующих трансформаторов ТИ на обоих концах линии, состоящих из двух секций, соединяются через конденсатор С3. Конденсатор С3 свободно пропускает переменный ток, но запирает путь постоянному току контроля.
Ток контроля IК, поступающий от выпрямителя В1 замыкается через обмотку реле Р1, провод А, реле Р2, провод В и возвращается в выпрямитель, как показано стрелками на рис. 10-15, в. Ток контроля не трансформируется в первичные обмотки трансформаторов ТИ и поэтому не влияет на работу защиты. Под действием этого тока якори реле Р1 и Р2 подтянуты.
П р и о б р ы в е с о е д и н и т е л ь н о г о п р о в о д а ток контроля исчезает и оба реле Р1 и Р2 срабатывают, подавая сигнал и разрывая оперативную цепь защиты.
П р и з а м ы к а н и и м е ж д у п р о в о д а м и А и В обмотка реле Р2 шунтируется. Ток Iк в реле Р2 исчезает, и реле срабатывает, подавая сигнал о неисправности и выключая защиту йа своем конце линии. Такое действие контроля допустимо, поскольку при возникновении к. з. между соединительными проводами автоматическое отключение защиты не требуется. Обычно нормальное значение контрольного тока Iк = 5 ÷ 6 мА, а напряжения Uk=
80 В.
Д л я с и г н а л и з а ц и и о з а м ы к а н и и на з е м лю в соединительных проводах предусматривается второй выпрямитель В2, Он подключается одним полюсом к соединительным проводам, а вторым — к земле, через заземляющий дроссель Д.
При отсутствии замыкания на землю цепь реле РЗ разомкнута и оно не работает. В случае нарушения изоляции относительно земли одного из проводов под действием напряжения U2 возникает искусственный ток замыкания на землю I3, который проходит через реле РЗ, место повреждения и возвращается в выпрямитель В2 через землю и дроссель Др. Реле РЗ срабатывает и дает сигнал. Для срабатывания РЗ нужен ток примерно 0,8 мА. В качестве реле Р1, Р2, РЗ используются поляризованные реле типа РП-7.
Опыт эксплуатации подобных схем показывает, что они работают достаточно надежно и эффективно.
Соединительные провода. Связь между комплектами защиты, расположенными на концах защищаемой линии, осуществляется с помощью бронированного кабеля, прокладываемого по трассе, обеспечивающей его сохранность.
В целях удешевления обычно применяется многожильный кордельный телефонный кабель типа ТЗБ, ТБ или ТЗСБ, используемый одновременно для телефонной связи и телемеханики.
Д л я о б е с п е ч е н и я п р а в и л ь н о й |
р а б о т ы з а щ и т ы жилы |
кабеля должны иметь |
возможно м е н ь ш е е с о п р о т и в л е н и е |
и н е б о л ь ш у ю е м к о с т |
ь . Первое необходимо |
для ограничения токов небаланса, обусловленных влиянием сопротивления соединительных проводов (§ 10-4), а второе — для повышения чувствительности защиты, так как емкость между жилами и на землю шунтирует рабочую обмотку дифференциального реле и уменьшает поступающий в нее ток при к. з. на защищаемой линии (рис. 10-15, а).
10-6. ПРОДОЛЬНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ЛИНИЙ ТИПА ДЗЛ
211
212
213
Величина и знак к зависят от величин хф и Rф. В этом нетрудно убедиться, если заменить к1 и к2 их выражением через xф и Rф: тогда
В защите ДЗЛ принято, что хф < 
3Rô , благодаря этому коэффициент k согласно (10-16) имеет от-
рицательный знак. Отрицательное k позволяет получить лучшую чувствительность защиты (т. е. большее Еф) при двухфазном к. з. на землю, чем в случае, когда k положительно.
214
Промежуточный трансформатор 2 (рис. 10-16) является понизительным трансформатором тока. Вторичная обмотка трансформатора имеет две секции. От одной питается защита, а от второй газонаполненные стабилитроны СТ1 и СТ2 (рис. 10-19, а). Коэффициент трансформации секции ПТ, питающей реле, nпт = I1/12 = 25.
При некотором определенном напряжении (около 110 В) на вторичной стороне промежуточного трансформатора стабилитроны зажигаются. В результате этого нагрузка трансформатора скачкообразно возрастает, транc-
форматор насыщается, благодаря чему дальнейшее увеличение вторичного напряжения U2, а следовательно, и тока I2 прекращается (рис. 10-19, б).
В схеме предусмотрены два стабилитрона. Один работает при положительной полуволне напряжения, а второй при отрицательной.
Промежуточный трансформатор в сочетании со стабилитронами выполняет три весьма важные функции:
1)ограничивает напряжение на выпрямителях и соединительных проводах до допустимого для них значения при токах к, з.;
2)ограничивает ток небаланса в дифференциальном реле, поскольку при больших токах к. з. после зажигания
стабилитронов ток, поступающий в дифференциальные реле 4 (рис. 10-16), остается неизменным. В этих условиях работа защиты зависит практически только от фазы (н аправления) сравниваемых токов
вначале и конце линии;
3)ограничивает нагрузку на трансформаторы тока. При малых токах (пока не сказывается влия-
ние стабилитронов) нагрузка уменьшается в nÏÒ2 раз за счет коэффициента трансформации промежу-
точного трансформатора ПТ. Поcле зажигания стабилитрона рост тока I2 в соединительных проводах прекращается.
В связи с этим мощность, потребляемая соединительными проводами I 22 zÏ
при увеличении тока в линии.
Дифференциальное реле 4. В качестве дифференциального реле c торможением применено поляризованное реле, питающееся выпрямленным током. Реле устроено так же, как и реле на рис. 10 -13, б.
Выпрямитель тормозной обмотки 5 (рис. 10-16) питается током насыщающегося трансформатора, который определяется током к. з. Выпрямитель рабочей обмотки. 6 включен дифференциально, т. е. на разницу токов в начале и конце линии.
Конденсатор С1 сглаживает пульсацию выпрямленного тока, питающего рабочую обмотку реле, устраняя вибрацию его контактов. В конструкции реле 4 не предусматривается приспособлений для ре-
гулировки токов срабатывания и коэффициента торможения. При отсутствии торможения Iс.р = 2,5 мА. Время действия реле равно 0,04 с.
Промежуточное выходное реле 7 (рис. 10-16) имеет шунтовую обмотку, в которую подается ток при срабатывании защиты контактами реле 4, и последовательно включенную обмотку, включаемую последовательно с катушкой отключения выключателя, для удержания реле в сработанном со стоянии до отключения выключателя. Время действия реле 0,02 с.
Изолирующий трансформатор 9 (рис. 10-16) выполняет две функции:
1)отделяет цепь реле от соединительных проводов, на которых могут возникать повышенные напряжения, наводимые извне;
2)уменьшает ток в соединительных проводах, чтобы дополнительно снизить нагрузку от них на трансформаторы тока. Коэффициент трансформации трансформатора 9 равен 3.
Для уменьшения погрешности, вносимой изолирующими трансформаторами при внешнем к. з., и уменьшения отсоса в них при к. з. в зоне параллельно первичной обмотке изолирующего трансформато-
ра включен конденсатор С2.Его ток компенсирует /нам трансформатора 9. Конденсатор С3 емкостью 10 мФ необходим для выполнения устройства контроля исправности соединительных проводов.
Устройство контроля. Для предотвращения неправильной работы защиты при повреждении соединительных проводов устанавливается автоматическое устройство контроля, выполняемое по принц и- пиальной схеме (рис. 10-15), рассмотренной в § 10-5.
Работа защиты п р и в н е ш н и х к. з., н а г р у з к а х и к а ч а н и я х. В этих режимах токи на обоих концах линии и соответствующие им напряжения на выходе фильтра Еф1 и ЕфП равны по величине и сдвинуты по фазе на 180°. При этом в рабочих обмотках реле протекает разность токов своего и противоположного концов, т. е. ток небаланса, а в тормозных — ток к. з., проходящий по линии. Токи, поступающие в изолирующий трансформатор, сдвинуты по фазе па 180° и циркулируют по соединительным проводам, как показано стрелками на рис. 10 -16. Защита не действует, так как н. с. тормозных обмоток превосходит н. с. рабочих.
П р и п о в р е ж д е н и я х и а з а щ и щ а е м о й л и н и и токи по ее концам, а следовательно,
215
и напряжения Еф1 и ЕфII совпадают по фазе. В рабочих обмотках реле протекают согласно направленные токи, которые -суммируются, а в тормозных обмотках—полные токи 11 и I1I соответственно. Благодаря подобранному соотношению витков ток в рабочей обмотке преодолевает противодействие тормозного тока и защита действует на отключение.
Ток срабатывания защиты. Из выражения (10-11) следует, что величина тока на входе фильтра, необходимая для создания э. д. с. Еф = Ес,р, достаточной для срабатывания защиты, зависит от значения xф и Rф. Это означает, что изменяя хф и Rф, можно регулировать ток срабатывания защиты. Сопротивление xф определяется числом витков обмоток фильтра и может изменяться изменением витков первичной или вторичной обмоток w1 и w2.
В ДЗЛ предусмотрены три ответвления па обмотке w1 фильтра (рис. 10-17). Соответственно этому можно получить три уставки тока срабатывания, условно выражаемые в относительных единицах коэффициентом h, имеющим три значения: 1; 1,5 и 2. Ток срабатывания h равен 1, когда включены все витки обмотки w1. Одновременно с изменением числа витков w1 предусматривается пропорциональное измене-
ние значений сопротивлений R1 и R2, так чтобы изменение хф не влияло на коэффициент к. |
|
||||||||||||||
|
Р е г у л и р о в а н и е |
к осуществляется изменением сопротивлений R1 |
и R2 (независимо от w1), |
||||||||||||
при этом хф |
остается неизменным. Предусмотрены четыре значения к (—4, —6, —8, —10). |
|
|
||||||||||||
|
Ток |
срабатывания |
защиты |
при |
одной |
и |
той |
же |
величине |
h |
и k |
зависит |
|||
от |
вида |
к. |
з. и поврежденных фаз. Это объясняется тем, |
что |
в |
зависимости |
|||||||||
от |
характера |
повреждения |
меняются |
соотношения |
фазных |
углов |
|
и |
амплитуд |
||||||
|
|
. |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
составляющих I |
1 и I 2 в полном токе к. з. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
В связи с этим величина Еф, от которой зависит ток в реле, оказывается различной при разных видах повреждений. Оперируя полными токами к. з. или их симметричными составляющими, можно, пользуясь (10-11) или (10-15) соответственно, определить значения Еф для разных случаев к. з.
Относительное изменение величины Еф при разных видах к. з. и одинаковых значениях токов к. з., питающих фильтр, можно характеризовать коэффициентом
10-7. ОЦЕНКА ПРОДОЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ
Принцип действия защиты прост и надежен. Защита не реагирует на качания и перегрузки и действует без выдержки времени при коротком замыкании в любой точке линии. К недостаткам защиты следует отнести высокую стоимость соединительного кабеля и работ по его прокладке, а также возможность ложной работы при повреждении соединительных проводов.
При наличии автоматического контроля повреждения кабеля обнаруживаются, как правило, своевременно, и случаи ложной работы защиты по этой причине редки. Защиту следует применять на коротких линиях в тех случаях, когда требуется мгновенное отключение повреждений в пределах всей линии.
Защита получила распространение на линиях 110 и 220 кВ длиной до 10—15 км.
10-8. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ВИДЫ ПОПЕРЕЧНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ
Поперечные дифференциальные защиты применяются двух видов: на параллельных линиях, включенных под один общий выключатель, — т о к о в а я поперечная дифференциальная защита, на параллельных линиях с самостоятельными выключателями - н а п р а в л е н н а я поперечная дифференциальная защита.
10-9. ТОКОВАЯ ПОПЕРЕЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА
а) Принцип действия защиты
Токовая поперечная дифференциальная защита предназначается для параллельных линий с общим выключателем на обе линии.
При одностороннем питании параллельных линий защита устанавливается только со стороны источника питания, а в сети с двусторонним питанием — с обеих сторон параллельных линий.
217
Приемным считается конец линии, на котором отсутствует источник питания, или его мощность меньше, чем на питающем конце.
Схема защиты для одной фазы изображена на рис. 10-21. На одноименных фазах каждой линии устанавливаются трансформаторы тока с одинаковым коэффициентом трансформации nТI = nТII = пТ. Вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются разноименными зажимами по схеме с циркуляцией токов в соединительных проводах и параллельно к ним включается обмотка токового реле 1, В нормальном режиме и при внешнем к. з.
(рис. 10-21, а) ток в реле
218
Часть линий вблизи шин противоположной подстанции не охватывается защитой из-за недостаточной величины тока в реле, вследствие уменьшения различия в величине токов II и III, на разность которых реагирует защита.
Участок т линий (вблизи шин противоположной подстанции) при к. з., в пределах которого ток в защите недостаточен для ее срабатывания, называется мертвой зоной защиты.
Наличие мертвой зоны является существенным недостатком поперечной дифференциальной защиты. Для отключения к. з. в мертвой зоне требуется дополнительная защита.
Д л и н а м е р т в о й з о н ы m определяется на основе следующих соображений. Токи по линиям Л1 и ЛII (рис. 10-22) обратно пропорциональны сопротивлениям или длинам ветвей от шин, где установлена защита, до точки к. з. При к. з. на границе мертвой зоны в
219
точке М
Для упрощения расчета мертвой зоны ток /к определяется при к. з. на шинах противоположной подстанции, а не на границе мертвой зоны.
Защиту принято считать эффективной, если мертвая зона ее не превосходит 10%.
При отключении одной из параллельных линий поперечная дифференциальная защита превращается в мгновенную максимальную защиту оставшейся в работе линии и действует неселективно. Поэтому при отключении одной линии поперечная дифференциальная защита должна выводиться из действия.
в) Схема защиты
В сетях с малым током замыкания на землю защита выполняется на двух фазах. В сетях с большим током замыкания на землю защита устанавливается на трех фазах. В этом случае трансформаторы тока на каждой линии соединяются по схеме полной звезды с нулевым проводом.
Для отключения защиты при отключении одной из параллельных линий устанавливается отключающее устройство (ОУ, рис. 10-23). .В дополнение к отключающему устройству можно предусматривать автоматическое отключение защиты посредством блок-контактов БI и БII на разъединителях. При отключении одного из разъединителей его блок-контакт разрывает цепь, по которой подается плюс к защите.
Оценка защиты. Токовая поперечная дифференциальная защита относится к числу простых и надежных. Важным достоинством ее является быстродействие. Защита не реагирует на токи качания.
Недостатками защиты являются наличие мертвой зоны и необходимость отключения защиты при выключении одной параллельной линии.
Кроме поперечной дифференциальной защиты на параллельных линиях необходимо предусматривать дополнительную защиту, действующую при к. з. на шинах противоположной подстанции, в мертвой зоне, а также при выводе из работы одной линии.
10-10. НАПРАВЛЕННАЯ ПОПЕРЕЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА
а) Принцип действия
Направленная поперечная дифференциальная защита применяется на параллельных линиях с самостоятельными выключателями на каждой линии (рис. 10-24). К защите таких линий предъявляется требование — отключать только ту из двух линий, которая повредилась. Для выполнения этого требования токовая поперечная дифференциальная защита дополняется реле направления мощности двустороннего действия (рис. 10-24) или двумя реле направления мощности одностороннего действия, каждое из которых предназначается
220