Поперечная дифференциальная токовая направленная защита.

Основные органы и принцип действия. Поперечная дифференциальная токовая защита приобретает способность определять поврежденную линию после включения в ее схему органа направления мощности. Таким образом, защита имеет два органа—измерительный орган тока (пусковой) и направления мощности (избирательный). Реле тока пускового органа, как и в дифференциальной токовой защите, срабатывает при коротких замыканиях на любой из защищаемых параллельных линий. Орган направления мощности позволяет защите определять поврежденную линию. В органе направления мощности используется, например, индукционное реле направления мощности двустороннего действия, обмотка тока которого включается последовательно с обмоткой реле тока на разность токов одноименных фаз параллельных линий, а к обмотке напряжения подводится напряжение шин, обычно соответствующее 90-градусной схеме включения реле. Защита устанавливается с обеих сторон двух параллельных линий, присоединенных к шинам через отдельные выключатели (рис. 15.2, а).

Из рассмотрения векторных диаграмм токов и напряжений (рис. 15.2, б, в) следует, что при коротких замыканиях на защищаемых линиях реле направления мощности четко определяют поврежденную линию. Так, при повреждении линии Л1 в точке К₁ оба реле направления мощности KW1 и KW2 имеют положительные вращающие моменты (рис. 15.2, б), под действием которых они замыкают контакты в цепях промежуточных реле KL1 и KL3, действующих с двух сторон на отключение линии Л1.

При повреждении линии Л2 в точке К₂ углы между токами и напряжениями, подводимыми к реле, изменяются на угол π (рис. 15.2, в), вследствие чего оба реле мощности под действием отрицательных вращающих моментов замыкают контакты в цепях промежуточных реле KL2 и KL4, действующих с двух сторон на отключение линии Л2. При наличии источников питания с двух сторон защищаемой линии поведение реле аналогично.

Зона каскадного действия и мертвая зона защиты. Пусковые органы защиты, как и реле тока поперечной дифференциальной токовой защиты (см. 15.1), не срабатывают из-за малых токов в их обмотках при коротких замыканиях у шин противоположной подстанции. Так, если точка К1 расположена у шин подстанции Б, то не срабатывает реле пускового органа защиты подстанции А. Однако при этом, как следует из векторных диаграмм (рис. 15.2, б), достаточным для срабатывания оказывается ток в реле пускового органа защиты подстанции Б. Эта защита отключает выключатель Q3. После этого весь ток в точку К₁ от подстанции А идет только по поврежденной линии Л1, благодаря чему пусковой орган срабатывает и защита подстанции А отключает выключатель Q1. Таким образом, происходит поочередное (каскадное) отключение выключателей поврежденной линии. Для расчета зоны каскадного действия используют выражение

Рис. 15.2. Поперечная дифференциальная токовая направленная защита

l_к.д=(I_с.з/I_к)l_л (15.3)

аналогичное (15.2).

Поперечная дифференциальная токовая направленная защита, как и любая дифференциальная защита, является быстродействующей, однако наличие зоны каскадного действия увеличивает время отключения поврежденной линии примерно в два раза (при повреждении в указанной зоне). Зона каскадного действия для каждого комплекта защиты не должна превышать l_к.д≤0,25l_л длины защищаемой линии. Орган направления мощности также имеет зону каскадного действия. Она обычно меньше зоны каскадного действия пускового органа и поэтому на работу защиты влияния не оказывает.

Кроме зоны каскадного действия реле направления мощности, как и в схеме токовой направленной защиты, имеет мертвую зону l_м.з по напряжению, т.е отказывает в действии вследствие недостаточного напряжения, подводимого к нему при металлических трехфазных коротких замыканиях у места установки защиты. Как указывалось, мертвая зона не должна превышать l_м.з≤0,1l_л длины линии. В действительности для существующих реле направления мощности она значительно меньше. Наличие мертвой зоны обусловливает возможность отказа поперечной дифференциальной токовой направленной защиты с двух сторон защищаемой линии в случае трехфазного короткого замыкания в этой зоне. Это объясняется тем, что мертвая зона данного комплекта защиты располагается в зоне каскадного действия защиты противоположного конца линий.

Известны способы ликвидации мертвых зон. Один из них состоит в выполнении цепей напряжения реле направления мощности в виде резонансного контура, настроенного на промышленную частоту (реле обладает так называемой «памятью»). Однако разработанная схема поперечной дифференциальной направленной защиты с таким органом направления мощности применения не получила. При втором способе используются принципиальные особенности поперечных дифференциальных токовых направленных защит, позволяющие применять реле направления мощности с вращающим моментом вида [71]

M_вр=(I_2I-I_2II)[U_p+k(I_2I+I_2II)]cos(φ_р+α). (15.4)

Коэффициент k выбирается так, чтобы при повреждении в мертвой зоне к обмотке напряжения реле подводилось напряжение, достаточное для срабатывания. Однако для защиты, установленной на приемной подстанции, составляющая напряжения k(I_2I+I_2II) при повреждении на любой линии в любой точке равна нулю и мертвая зона не устраняется.

Мертвая зона l_м.з, как правило, весьма мала, мала и вероятность возникновения трехфазных металлических коротких замыканий в этой зоне. Учитывая это, а также наличие на линиях токовых отсечек без выдержек времени от многофазных коротких замыканий, никаких мер, направленных на устранение мертвой зоны поперечной дифференциальной направленной защиты, обычно не предусматривают.

Цепи оперативного тока защиты. Поперечная дифференциальная направленная защита при отключении одной из линий теряет способность работать селективно, поэтому одновременно с отключением линии защита автоматически выводится из действия. Это обеспечивается подведением оперативного тока к защите через последовательно включенные вспомогательные контакты выключателей Q1 и Q2 (рис. 15.2, а). При отключении одного из них соответствующий вспомогательный контакт размыкается и защита выводится из действия. Аналогичным образом используются вспомогательные контакты выключателей Q3 и Q4.

Рис. 15.3. Схема блокировки защиты при отключении одной из параллельных линий

Такое выполнение цепей оперативного тока исключает также возможность неправильной работы защиты в режиме каскадного отключения, например короткого замыкания на линии Л2 в зоне каскадного действия защиты подстанции Б (точка К₃). Первым отключается выключатель Q2, при этом оперативный ток с защиты снимается. После отключения выключателя Q2 весь ток к.з. направляется от шин подстанции А через неповрежденную линию Л1. При этом пусковой орган продолжает оставаться в состоянии после срабатывания, а орган направления мощности замыкает контакт в цепи отключения выключателя Q1. Отсутствие оперативного тока предотвращает неправильное отключение этого выключателя. Следует иметь в виду, что в режиме каскадного действия защита срабатывает правильно только в том случае, если вспомогательные контакты размыкают цепь оперативного тока с некоторым опережением относительно размыкания главных контактов выключателей, что не всегда достигается. Схема блокировки получается более надежной, если к защите подвести оперативный ток через последовательно включенные контакты реле KQC1, KQC2 включенного положения выключателей Q1, Q2 (рис. 15.3). Обмотки указанных реле включаются последовательно со вспомогательными контактами Q1.1, Q2.1 в цепях электромагнитов YAT1, YAT2 отключения выключателей. Реле положения возвращается и размыкает контакт, выводя защиту из действия сразу же при подаче плюса оперативного тока от защиты на соответствующий электромагнит отключения.