Поперечная дифференциальная токовая направленная защита линий

Защита применяется на параллельных линиях, имеющих одинаковое сопротивление и включенных на одну рабочую систему шин или на разные системы шин при включенном шиносоединительном выключателе. Для ее выполнения вторичные обмотки трансформаторов тока ТА защищаемых линий соединяются между собой разноименными зажимами (рис. 7.21). Параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока включаются токовый орган ТО и токовые обмотки органа направления мощности OHM.

Рис. 7.20. Упрощенная схема контроля исправности соединительных проводов дифференциальной токовой защиты линии

Токовый орган в схеме выполняет функцию пускового органа ПО, а орган направления мощности OHM служит для определения поврежденной линии. В зависимости от того, какая линия повреждена, OHM замыкает левый или правый контакт и подает импульс на отключение выключателя Q1 или Q2 соответственно.

Напряжение к OHM подводится от трансформаторов напряжения той системы шин, на которую включены параллельные линии.

Для двухстороннего отключения поврежденной линии с обеих сторон защищаемых цепей устанавливаются одинаковые комплекты защит.

Рассмотрим работу защиты, предположив для простоты, что параллельные линии имеют одностороннее питание.

При нормальном режиме работы и внешнем КЗ (точка К1 на рис. 7.22, а) вторичные токи I₁ и I₂ равны по значению и совпадают по фазе. Благодаря указанному выше соединению вторичных обмоток трансформаторов тока токи в обмотке ТО I_p на подстанциях 1 и 2 близки к нулю и защиты не приходят в действие.

Рис. 7.21. Принципиальная схема поперечной токовой направленной защиты двух параллельных линий

При КЗ на одной из защищаемых линий (например, на линии в точке К2 на рис. 7.22, б) токи I₁ и I₂ не равны (I₁>I₂). На подстанции 1 ток в ТО I_р=I₁-I₂>0, а на подстанции 2 I_р=2I₂. Если I_р>I_сз, пусковые органы защит сработают и подведут оперативный ток к органам направления мощности, которые выявят поврежденную цепь и замкнут контакты на ее отключение.

При повреждении на линии вблизи шин подстанции (например, в точке КЗ на рис. 7.22, в) токи КЗ в параллельных линиях со стороны питания близки по значению и совпадают по фазе. В этом случае разница вторичных токов незначительна и может оказаться, что на подстанции 1 ток в ТО I_р<I_сз и защита не придет в действие. Однако имеются все условия для срабатывания защиты на подстанции 2, где I_р=2I₁. После отключения выключателя поврежденной цепи на подстанции 2 ток в защите на подстанции 1 резко возрастет, и защита подействует на отключение выключателя линии W2. Такое поочередное действие защит называют каскадным, а зона, в которой I_р<I_сз, - зоной каскадного действия.

В случае двухстороннего питания параллельных линий защиты будут действовать аналогичным образом, отключая только повредившуюся цепь.

К недостаткам следует отнести наличие у защиты так называемой "мертвой" зоны по напряжению, когда при КЗ на линии у шин подстанции напряжение, подводимое к органу направления мощности, близко к нулю и защита отказывает в действии. Протяженность мертвой зоны невелика, и отказы защит в действии по этой причине крайне редки.

В эксплуатации отмечены случаи излишнего срабатывания защиты. При обрыве провода с односторонним КЗ на землю (рис. 7.23) защита излишне отключала выключатель Q2 исправной линии, поскольку мощность КЗ в ней была направлена от шин, а в поврежденной линии ток отсутствовал.

Отметим характерные особенности защиты. На рис. 7.21 оперативный ток к защите подводится через два вспомогательных последовательно включенных контакта выключателей Q1 и Q2. Эти вспомогательные контакты при отключении любого выключателя (Q1 или Q2) автоматически разрывают цепь оперативного тока и выводят защиту из работы для предотвращения неправильного ее действия в следующих случаях:

- при КЗ на линии, например W1, и отключении выключателя Q1 раньше Q3 (в промежуток времени между отключения ми обоих выключателей линии W1 на подстанции 1 создадутся условия для отключения неповрежденной линии W2);

- в нормальном режиме работы при плановом отключении выключателей одной из линий защита превратится в максимальную токовую направленную защиту мгновенного действия и может неправильно отключить выключатель другой линии при внешнем КЗ.

Подчеркнем в связи со сказанным, что перед плановым отключением одной из параллельных линий (например, со стороны подстанции 2) предварительно следует отключить защиту накладками SX1 и SX2 на подстанции 1, так как при включенном положении выключателей на подстанции 1 защита на этой подстанции автоматически из работы не выводится и при внешнем КЗ отключит выключатель линии, находящейся под нагрузкой.

Когда одна из параллельных линий находится под нагрузкой, а другая опробуется напряжением (или включена под напряжение), накладки на защите должны находиться в положении "Отключение" - на линии, опробуемой напряжением, "Сигнал" - на линии, находящейся под нагрузкой. При таком положении накладок защита подействует на отключение опробуемой напряжением линии, если в момент подачи напряжения на ней возникнет КЗ.

Рис. 7.22. Распределение тока в схемах поперечных токовых направленных защит при КЗ:

а - во внешней сети; б - в зоне действия защиты; в - в зоне каскадного действия; КД - зона каскадного действия

Рис. 7.23. Срабатывание защиты при обрыве провода линии с односторонним КЗ на землю

При обслуживании защит необходимо проверять исправность цепей напряжения, подключенных к OHM, так как в случае их обрыва к зажимам OHM будет подведено искаженное по фазе и значению напряжение, вследствие чего он может неправильно сработать при КЗ. Если быстро восстановить нормальное питание OHM не удастся, защиту необходимо вывести из работы.