Продольная дифференциальная защита линия и ее особенности

Особенности продольной дифференциальной защиты линий обусловлены значительным расстоянием между концами защищаемой зоны. При этом между подстанциями А и Б (рис. 14.4, а) прокладываются вспомогательные провода, необходимые для соединения трансформаторов тока ТАI и ТАII, расположенных на концах защищаемой линии. В схему защиты включаются два комплекта реле KAI и КАII по одному на каждом конце линии, необходимые для отключения выключателей с обеих сторон. Выполнение указанных требований усложняет защиту, увеличивая затраты на ее осуществление, и отрицательно влияет на чувствительность и надежность.

Особенности защиты, обусловленные вспомогательными проводами. В схеме зашиты с циркулирующими токами по вспомогательным проводам непрерывно проходят вторичные токи измерительных трансформаторов тока Значения токов и сопротивления Z_пр соединительных проводов определяют мощность, отдаваемую трансформаторами тока При номинальчом вторичном токе I_2ном=5 А допускаемая нагрузка трансформаторов тока ограничивает сопротивление соединительных проводов Z_пр≤1…2 Ом, поэтому продольную дифференциальную защиту при допустимом сечении проводов можно использовать на линии длиной лишь в несколько сотен метров.

Рис. 14.4. Продольная дифференциальная защита линий

При больших длинах линии снижение нагрузки на первичные измерительные трансформаторы тока достигается уменьшением тока во вспомогательных проводах вторичными (промежуточными) трансформаторами тока TLAI и TLAII (рис. 14.4, б) с коэффициентом трансформации K_I>1. Указанный способ снижения нагрузки используется в типовых схемах продольных дифференциальных защит линий. Кроме того, в схемы защит включают промежуточные насыщающиеся трансформаторы TLATI и TLATII, обеспечивающие уменьшение нагрузки на измерительные трансформаторы при токах к.з. за счет увеличения коэффициента трансформации при насыщении. В схеме применяют дифференциальные реле постоянного тока КАI и KAII с торможением выпрямленным током. При больших кратностях токов за счет насыщения магнитопроводов трансформаторов TLAT защита практически сравнивает только фазы токов I_1I и I_1II (работает как дифференциально-фазная)

В качестве вспомогательных проводов желательно использовать существующие кабели телемеханики и связи. При этом исключается необходимость в прокладке специального кабеля для защиты, благодаря чему резко снижаются затраты на ее осуществление. В кабеле связи, если он проходит вдоль трассы защищаемой линии, при замыкании на землю в сети возникают ЭДС, которые могут представлять опасность для обслуживающего персонала и аппаратуры релейной защиты и автоматики. Эта опасность исключается благодаря применению трансформаторов TLA, отделяющих цепи реле от вспомогательных проводов.

Для осуществления защиты, действующей при всех видах коротких замыканий в зависимости от соотношений полных токов фаз на концах защищаемой, линии, необходимо иметь шесть дифференциальных реле и не менее четырех вспомогательных проводов При увеличении длины вспомогательных проводов повышается вероятность их повреждения, что приводит к отказу или неправильному действию защиты Для уменьшения числа вспомогательных проводов и дифференциальных реле в схеме защиты используются комбинированные фильтры симметричных составляющих токов AZI и AZII, на выходе которых токи пропорциональны I₁+k₂I₂. Несколько худшие показатели защита имеет при фильтре I₁+k₀I₀, особенно пониженную чувствительность к двухфазным коротким замыканиям.

Применение комбинированных фильтров позволяет сократить число дифференциальных реле и число вспомогательных проводов до двух и тем самым снизить вероятность нарушения связи между трансформаторами тока. Для предотвращения ложных срабатываний и отказов при повреждении вспомогательных проводов защита снабжается специальными устройствами контроля их исправности.

Особенности защиты, обусловленные двумя комплектами дифференциальных реле.Вторичные токи I_2I и I_2II распределяются между параллельно включенными реле KAI и КАII (рис. 14.4, а) При этом для тока I_2I сопротивление вспомогательных проводов Z_пр включается последовательно с сопротивлением реле КАII, а для тока I_2II—последовательно с сопротивлением реле KAI. В связи с этим в первом реле проходит большая часть тока I_2I и меньшая часть тока I_2II, а во втором реле—наоборот, т.е. проходит меньшая часть тока I_2I и большая часть тока I_2II.

Таким образом, даже при отсутствии погрешностей трансформаторов тока в реле при нормальной работе и внешних коротких замыканиях проходят токи небаланса, обусловленные неодинаковым распределением вторичных токов между ними. С увеличением сопротивления вспомогательных проводов токи небаланса возрастают, что требует соответствующего загрубления защиты

При коротких замыканиях в зоне ток в каждом реле составляет только часть полного тока повреждения, так как вторая его часть проходит по второму реле. В связи с этим чувствительность защиты понижается. Для повышения надежности и чувствительности защиты используют дифференциальные реле тока с торможением. Токи небаланса можно снизить с помощью добавочного сопротивления, компенсирующего влияние линии связи. Однако такая компенсация не обеспечивает селективности защиты при значительной длине вспомогательных проводов.

Продольная дифференциальная защита линий типа ДЗЛ-2. В схеме защиты ДЗЛ-2 использован комбинированный фильтр, ток на выходе которого пропорционален I₁—k₂I₂. В качестве дифференциального реле применено поляризованное реле РП7 с двумя обмотками—рабочей и тормозной. Рабочая обмотка подключается к выпрямителю VS1, на вход которого подается напряжение, пропорциональное напряжению на вспомогательных проводах (рис. 14.4, б), а тормозная обмотка подключается к выпрямителю VS2, включенному на ток, пропорциональный току, циркулирующему по вспомогательным проводам. При токах I_к≤2,5I_с.з защита сравнивает абсолютные значения и фазы токов I_1I и I_1II, а при больших кратностях тока к.з. за счет насыщения TLAT сравниваются, как указывалось, только фазы токов.

Защита имеет быстродействующий автоматический контроль, выводящий ее из действия при повреждении вспомогательных проводов, а также автоматический и периодический контроль сопротивления изоляции вспомогательных проводов относительно земли. Защита типа ДЗЛ-2 предназначена для использования в качестве основной при всех видах короткого замыкания линии электропередачи протяженностью до 20 км (без ответвлений) в сетях с глухозаземленными нейтралями. Для использования защиты в сетях с изолированными или заземленными через дугогасящие реакторы нейтралями производят соответствующие переключения цепей фильтра тока, обеспечивающие повышение чувствительности защиты и преимущественное отключение одной поврежденной линии при двойных замыканиях на землю. Защиту ДЗЛ-2 используют также на блоках линия — трансформатор. В этом случае ее дополняют устройством блокировки от бросков тока намагничивания. Исследовалась возможность использования продольных дифференциальных защит на линиях напряжением 6—10 кВ. Исследования завершились разработкой устройства защиты, которое не нашло массового применения.

Оценка продольной дифференциальной защиты линий. Такая защита не требует отстройки по току и времени от защит смежных участков, не реагирует на качания, обеспечивает селективное и без выдержки времени отключение поврежденного участка в сети любой конфигурации. Для участков небольшой длины защита получается сравнительно простой, достаточно надежной и удовлетворяющей требованиям чувствительности.

С увеличением длины защищаемой зоны защита приобретает отрицательные свойства, которые обусловлены влиянием на ее работу большой длины вспомогательных проводов: резко возрастает стоимость защиты в связи с большими затратами на соединительный кабель и его прокладку; увеличивается возможность повреждения вспомогательных проводов и, как следствие, неправильная работа или отказ защиты. Поэтому возникает необходимость в специальном устройстве, контролирующем исправность вспомогательных проводов. Кроме того, появляется дополнительный ток небаланса, обусловленный неравным распределением вторичных токов между двумя реле, включенными на концах защищаемой линии; для повышения чувствительности защиты приходится использовать дифференциальные реле с торможением. Все это приводит к усложнению защиты.

Продольная дифференциальная защита по принципу действия не реагирует на внешние короткие замыкания, поэтому не может осуществлять резервирования при повреждении на смежных элементах. В связи с этим установка дифференциальной защиты в качестве единственной недопустима. Отмеченные недостатки ограничивают применение продольной дифференциальной защиты на линиях электропередачи. В распределительных сетях требуемая чувствительность, селективность и быстрота действия часто обеспечиваются более простыми токовыми и токовыми направленными защитами в сочетании со средствами автоматики.

15 Лекция. Поперечная дифференциальная токовая защита. Принцип действия защиты и выбор тока срабатывания. Поперечная дифференциальная токовая направленная защита. Пусковые органы поперечной дифференциальной токовой направленной защиты. Выполнение и область использования поперечных дифференциальных токовых направленных защит.

15.1. Принцип действия защиты и выбор тока срабатывания.

Поперечная дифференциальная токовая защита основана на сравнении токов одноименных фаз параллельных цепей с мало отличающимися параметрами. Принцип действия ее рассматривается на примере выполнения защиты сдвоенной линии (рис. 15.1, а). Такие линии применяют в распределительных сетях напряжением 3—10 кВ, когда пропускная способность одной цепи оказывается недостаточной. Для осуществления защиты используют трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации, установленные со стороны питающих шин А. Реле тока КА включается на разность токов двух одноименных фаз сдвоенной линии по схеме с циркулирующими токами. При принятом условном положительном направлении токов от шин в линию ток в реле I_p=I_2I-I_2II. Поэтому, как и в продольной дифференциальной защите, при нормальной работе и внешних коротких замыканиях (за пределами сдвоенной линии в точке K₁) по обмотке реле проходит только ток небаланса.

Ток срабатывания реле тока выбирается по условию I_С.Р=k_отсI_{нб. рсч mах} при k_oтс=1,3. Максимальный расчетный ток небаланса для защиты линий с одинаковыми параметрами определяется по выражению (24.4), в котором вместо тока I⁽³⁾_{к.вн max} принимается ток I⁽³⁾_{к.вн max}/2:

I_{нб.рсч max}=0,1k_однk_анI⁽³⁾_{к.вн max}/(2K_I). (15.1)

Учитывая изложенное о возможных погрешностях трансформаторов тока и о апериодической составляющей, можно принять k_однk_ан=1,0.

При коротком замыкании на одной из линий, например в точке K₂, равенство токов I_2I и I_2II нарушается, в реле появляется ток. Если I_р=|I_2I-I_2II|≥I_с.р, то реле срабатывает и отключает выключатель Q линии.

Рис. 15.1. Поперечная дифференциальная токовая защита сдвоенных линий.

Мертвая зона защиты. При удалении точки короткого замыкания K₂ от места установки защиты ток в поврежденной линии уменьшается, а в неповрежденной возрастает, вследствие чего ток I_р в реле уменьшается (рис. 15.1, б) так, что при повреждении вблизи шин противоположной подстанции он становится меньше тока срабатывания. При этом защита отказывает в действии. Длина участка l_м.з при повреждении в пределах которого защита не работает из-за недостаточного тока в реле, называется мертвой зоной поперечной дифференциальной токовой защиты.

Для определения мертвой зоны l_м.з токи I_1I, I_1II и I_1III предполагаются совпадающими по фазе. При этом падения напряжения от шин подстанции А до точки К₂ одинаковы как вдоль одной, так и вдоль другой цепи, т. е.

I_1IZ_1уд(l_л-l_м.з)=I_1IIZ_1удl_л+I_1IIIZ_1удl_м.з

После преобразования, учитывая, что I_1I+I_1II=I_к, а I_1I-I_1II=I_с.з, получаем

l_м.з=(I_с.з/I_к)l_л (15.2)

Согласно требованиям, длина мертвой зоны не должна превышать l_м.з≤0,1l_л.

Оценка защиты. Защита по принципу действия не защищает сборки сдвоенной линии и шины подстанции, а в случае отключения одной из цепей должна выводиться из действия, так как ее ток срабатывания в общем случае оказывается не отстроенным от тока оставшейся в работе цепи и защита не имеет выдержки времени. Это, а также наличие мертвой зоны являются недостатком защиты, исключающим возможность ее применения в качестве единственной защиты сдвоенных линий.

Поперечная дифференциальная токовая защита не способна определить, на какой из параллельных цепей имеется повреждение, поэтому она не может быть использована для параллельных линий с выключателями на каждой из них, когда требуется и имеется возможность отключать только поврежденную линию. Такая возможность появляется и на сдвоенной линии, если разъединители в ее параллельных цепях снабжены приводами с дистанционным управлением. В этом случае действие защиты может быть согласовано с работой устройства АПВ линии. При повреждении любой параллельной цепи защита сначала отключает выключатель Q (рис. 25.1, а), после этого отключается разъединитель QS1 или QS2 поврежденной цепи, а затем выключатель включается.