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 для отключения только одной линии.

Упрощенная принципиальная схема одной фазы защиты дана на рис. 10-24.

Токовые цепи защиты выполняются так же, как и у токовой поперечной дифференциальной защиты (см. § 10-9). Токовые обмотки реле мощности 2 и токового реле 1 соединяются последова­тельно и включаются параллельно вторичным обмоткам трансфор­маторов тока на разность токов параллельных линий, т. е. так, чтобы ток в реле /_р = I_I — I _II. Токовые реле 1 выполняют функции пусковых реле защиты. Реле направления мощности 2 служит для выявления поврежденной линии.

Напряжение к реле подводится от трансформатора напряжения шин подстанции. Оперативный ток к защите подается через блок-контакты выключателей Б₁ и Б_II, назначение которых поясняется ниже.

Однако вследствие погрешности трансформаторов тока и не­которого неравенства сопротивлений линий вторичные токи I _ВI и I _ВII несколько различаются по величине и фазе, в результате чего в реле появляется ток небаланса /_р = I _нб.

Для исключения работы защиты при внешних к. з. ее ток срабатывания должен удовлетворять условию I _с.з > I _нб.

Короткое замыкание на параллельных линиях (Л1 и ЛII). На рис. 10-25, а и б показано распределение первичных и вторич­ных токов при к. з. на линии Л1 и ЛII.

На питающем конце (подстанция А) в случае повре­ждения на линии Л1 или ЛII первичные токи 1_I и /_II имеют оди-

как это следует из токораспределений на рис. 10-25, а и б. Знак тока /_р зависит от того, какая линия повреждена: Л1 или ЛII. При к. з. на Л1 ток к. з. идет к месту повреждения (точке К) из линии ЛII в линию Л1 (рис. 10-25, а). В соответствии с этим ток в реле /_р (рис. 10-25, б) будет, так же как и на питающем конце, положительным, совпадая по знаку со вторичным током поврежденной линии Л1.

В случае повреждения на ЛII направление первичного тока к. з. изменится, он будет идти из линии Л1 в линию ЛII, где находится повреждение (рис. 10-25, б). Соответственно изменится направление вторичных токов и тока /_р, знак которого станет отрицательным.

Из сказанного следует, что при к. з. на любой из параллельных линий в поперечной направленной дифференциальной защите появляетея ток /_р и она приходит в действие. При к. з. на Л1 ток /_Р имеет положительное направление, а при повреждении ЛII направлен в обратную сторону.

Поскольку ток в поляризующей цепи реле мощности, питаемой напряжением шин, в обоих случаях имеет одинаковое направле­ние, то знак мощности S_р на зажимах реле направления мощности при к. з. на Л1 и на ЛII будет различным.

Для большей наглядности на рис. 10-26 приведены векторные диаграммы тока I _р и напряжения U_р, подводимых к реле мощности. При построении диаграмм принято, что положительные токи отстают от U_р на угол φ_р = φ, а отрицательные сдвинуты на угол φ_р = φ + 180°.

Если при к. з. на Л1 (рис. 10-26, а и б) мощность на реле была положительна, то при повреждении на ЛII (рис. 10-26, в и г) знак мощности изменится на обратный за счет изменения фазы тока /_р на 180°.

Поэтому если в первом случае реле мощности замыкает кон­такт К₁, разрешая защите подействовать на отключение повре­жденной линии Л1, то во втором случае реле мощности замкнет контакт K₂ и разрешит отключение линии ЛII (рис. 10-24).

При наличии источников питания на приемной стороне харак­тер распределения первичных токов, показанный на рис. 10-25, не меняется, и поэтому поведение защиты будет аналогичным.

Таким образом, при к. з. на одной из параллельных линий под действием тока /_р срабатывают пусковые реле защиты, под­водя оперативный ток к реле направления мощности. Последнее по знаку S_Р определяет поврежденную линию и замыкает цепь отключения ее выключателя.

Автоматическая блокировка защиты. Оперативная цепь за­щиты заводится последовательно через блок-контакты Б₁ и Б_II выключателей линии Л1 и ЛII (рис. 10-24).

При отключении выключателя блок-контакт размыкает опера­тивную цепь и автоматически выводит из действия защиту. Такое выполнение оперативной цепи необходимо для правильной работы защиты в следующих двух случаях:

1. Если при к. з. на линии, например Л1 (рис. 10-24), выключатель В₁ отключится раньше выключателя В₃, то реле мощности защиты подстанции А под действием тока к. з., направляющегося к месту повреждения по линии ЛII, разрешит защите подстанции А отключить неповрежденную линию ЛII. Такое неправильное действие защиты предотвращается посредством блок-контакта Б₁ автоматически размыкающего оперативную цепь защиты при отключении выключателя В₁ (рис. 10-24).

Непременным условием надежности блокировки является регу­лировка блок-контактов так, чтобы получить t_бл < t отключения выключателя.

2. При отключении одной из линий защита превращается в мгновенную направленную защиту. Она может неправильно работать при внешних к. з. и поэтому должна выводиться из действия.

Это осуществляется с помощью блок-контактов, снимающих плюс с защиты при отключении выключателя линии.

При отключении одной из линий с противоположной стороны (например, на подстанции В) автоматическая блокировка на защите подстанции А не дей­ствует; в этом случае защита должна отключаться вручную отключающими устройствами 5 и 6 (рис. 10-24).

Состояние блок-контактов контролируется лампой 7 (рис. 10-24), которая горит, если контакты Б₁ и Б_II замкнуты. Зона каскадного действия. В § 10-9, б было показано, что разница токов в параллельных линиях 1_I — 1_II уменьшается при удалении точки к. з. от места установки защиты (см. рис. 10-22, б). В результате этого каждый комплект направленной по­перечной дифференциальной защиты так же, как и у токовой диф­ференциальной защиты, имеет т (рис. 10-27) при к. з., в пределах которой ток I _р < I _с.з, вследствие чего этот комплект защиты не может сработать. Однако после отключения поврежденной линии с противоположной стороны не работавшая до этого защита при­ходит в действие и отключает поврежденную линию. Так, на­пример, при к. з. на Л1 в точке К вблизи шин подстанции В защита А не работает, так как I _р < I _с.з. После отключения повре­жденной линии Л1 со стороны подстанции В (где ток I _р достаточен для надежного действия поперечной дифференциальной защиты В) весь ток I _к направится от подстанции А к месту повреждения К по Л1. В этом случае I _r = I _к, I _II = 0, а ток в пусковых реле защиты А резко возрастет: I _р = I _I — I _II = I _к и станет больше I _с.з

Пусковые реле защиты А срабатывают, орган направления мощности выбирает поврежденную линию Л1, и защита действует на ее отключение.

При к. з. вблизи шин подстанции А отключение поврежденной линии происходит аналогично: сначала работает ближняя к месту к. з. защита А, а затем защита В.

Такое поочередное действие защит называется каскадным, а зона (т_А и т_В), в пределах которой I _р < I _с.з, вследствие чего направленная дифференциальная защита не действует, пока поврежденная линия не отключится с противоположной сто­роны, называется зоной каскадного действия защиты.

Зона каскадного действия определяется на основе таких же соображений, как и мертвая зона по выражению (10-22).

При каскадном действии защиты полное время включения к. з. удваивается, что является недостатком защиты, поэто­му зону каскадного действия стремятся сократить, для чего следует уменьшать I _с.з

Мертвая зона по напря­жению. При к. з. вблизи ме­ста установки защиты оста­точное напряжение U_р, под­водимое к зажимам реле мощ­ности, очень мало (см. рис. 7-6) _г а при к. з. у шин под­станции оно равно нулю. В этом случае мощность на зажимах реле направления мощности оказывается недостаточной для его дей­ствия и защита отказывает в работе. Таким образом, направленная поперечная дифференциальная защита имеет Мертвую зону по напряжению. Величина мертвой зоны невелика, она определяется расчетом, как указано в § 7-7.

Работа защиты при обрыве провода линии с односторонним заземлением. На рис. 10-28 показано протекание тока к. з. при обрыве одного провода линии и заземлении его с одной из сторон. Направленная поперечная дифференциальная защита А под Действием тока в линии Л1 отключает поврежденную линию. Одновременно от тока к. з. в линии ЛII срабатывает защита В и неправильно отключает неповрежденную линию ЛII. Устра­нение этого недостатка защиты требует усложнения схемы. Опыт эксплуатации показывает, что рассмотренный вид повреждения бывает редко, поэтому специальных мер к устранению непра­вильной работы защиты обычно не применяют.

б) Схемы направленной поперечной дифференциальной защиты

Схемы защиты выполняются с учетом следующих общих поло­жений:

1. Трансформаторы тока на каждой линии соединяются по схеме полной звезды для трехфазных защит и по схеме неполной звезды — для двухфазных.

2. Реле мощности включается на ток и напряжение по типовым схемам, обеспечивающим наивыгоднейшие условия для их работы {по 90-градусной схеме — при реле мощности смешанного типа).

3. Пуск защиты производится пофазно. При каскадном отключении поврежденной линии (рис. 10-27) реле мощности под действием токов нагрузки неповрежденных фаз неповрежденной

линии ЛII могут замкнуть цепь на отключение этой линии. При пофазном пуске реле мощности, включенные на ток неповре­жденных фаз, не получают оперативного тока и не смогут вслед­ствие этого подействовать на отключение.

4. Защита выполняется без выдержки времени, поскольку она не действует при внешних к. з.

5. В случае обрыва или перегорания предохранителя, в цепи напряжения к реле мощности подводится искаженное по фазе и величине напряжение и реле может неправильно подействовать при к. з. на одной из параллельных линий. Поэтому предусматривается устройство контроля исправности цепи напряжения.

На рис. 10-29 приведена в качестве примера схема трехфазной защиты.

В схеме имеются три пусковых токовых реле Т_А, Т_В и Т_с, включенных на разность токов соответствующих одноименных фаз Л1 и ЛII. В качестве органов направления мощности используются реле мощности М _А, М_В, М_с двустороннего действия типа РБМ-271, момент этого реле М_э= k U_рI _рcos(φ_p+ 90°). Реле имеют по два контакта. Контакт 1 (нижний) замыкается при положительном знаке мощности, а контакт 2 (верхний) — при отрицательном.

Токовые обмотки реле М включаются последовательно с обмотками пуско­вых реле на ток фазы. Обмотки напряжения включены на линейное напряже­ние по 90-градусной схеме.

Плюс на оперативные цепи защиты подается через блок-контакты Б₁ и Б₂ выключателей В₁ и В_г линий Л1 и ЛII, чем осуществляется автоматическая блокировка защиты при отключении одного из выключателей. Контакты пуско­вых реле подают плюс к реле мощности, включенному па ток одноименной фазы, т. о. Т _А — к реле М_А, Т_В — к реле М_В, Т_с — к реле М_с.

В схеме предусматриваются два выходных промежуточных реле. Реле П₁ пускается от контактов 1 реле М при к. з. па линии Л1 и действует на от­ключение выключателя В₁. Реле П₂ пускается от верхних контактов 2 реле М при к. з. на линии ЛII и отключает В_г.

В схеме предусмотрена взаимная блокировка этих реле. С этой целью минус обмотки П₁ заведен через нормально замкнутые контакты П₂, и наобо­рот.

Оба реле, срабатывая, самоудерживаются, подавая питание на обмотку через один из своих контактов. При наличии такой блокировки отпадает необходимость в регулировке блок-контактов Б_г и Б₂, обеспечивающей их размыкание раньше, чем прервется ток к. з. силовыми контактами вы­ключателя.

Таким путем обеспечивается надежность автоматической блокировки защиты при каскадных отключениях поврежденной линии.

Рассмотренная трехфазная схема применяется в сети с боль­шим током замыкания на землю от всех видов к. з.

В сети с малым током замыкания на землю, а также и в сети с глухозаземленной нейтралью при наличии поперечной дифферен­циальной защиты нулевой последовательности применяется двухфазная схема, отличающаяся от рассмотренной отсутствием трансформаторов тока, пусковых реле и реле мощ­ности на одной фазе (например В).

в) Выбор уставок направленной поперечной дифференциальной защиты, включенной на фазные токи (рис. 10-24)

Ток срабатывания пусковых реле защиты должен удовлетво­рять четырем требованиям:

1. Пусковые реле не должны действовать от тока небаланса I_нб, возникающего при внешних к. з.

Для этого их ток срабатывания должен выбираться больше максимального тока небаланса при к. з. на шинах противополож­ной подстанции (рис. 10-24)

I _с.з = k _н I_{нб.макс} (10-23)

где k _н=1,5 ÷ 2.

2. Пусковые реле должны быть отстроены от суммарного токанагрузки I _{н макс} параллельных линий для предотвращения ложного действия защиты при отключении одной из линий с противополож­ной стороны в нормальном режиме (рис. 10-30, а). В таких условиях по оставшейся в работе линии ЛII протекает суммарный ток I _н._макс обеих параллельных линий, который поступает в пусковые реле и реле мощности.

Если нагрузка передается от шин А в сторону линии, то реле мощности срабатывает, разрешая защите отключить оставшуюся линию. Чтобы не допустить такого отключения, необходимо иметь: I _с.з > I _н._макс, или

I _с.з = k _н I _н._макс, (10-24)

где k _н— коэффициент надежности.

Токи в неповрежденных фазах (В и С) влияют на работу защиты при каскадном отключении поврежденной линии (рис. 10-30,6), так как в этом режиме они текут только по одной оставшейся в работе линии ЛII.

При выполнении условия (10-25) и пофазном пуске защиты неселективное отключение линии из-за ложной работы реле мощности исключается, поскольку пусковые реле неповрежденных фаз не будут работать,

4. Пусковые реле должны надежно возвращаться при макси­мальной нагрузке параллельных линий. При выборе тока срабаты­вания без учета условий возврата контакты пусковых реле могут остаться замкнутыми после внешнего к. з. (при работе одной линии, когда защита превращается в мгновенную максимальную защиту). Если при этом под действием нагрузки сработает реле направления мощности, то цепь отключения от защиты будет разомкнута только блок-контактом отключенного выключателя. В момент включения второго выключателя блок-контакт замкнется и защита подаст импульс на отключение работающей линии.

Условия возврата обеспечиваются, если

где I _н._макс — суммарный максимальный ток нагрузки параллельных линий.

Ток срабатывания, выбранный по четвертому условию, обычно удовлетворяет всем остальным требованиям. Поэтому расчет I _с.з, ведется по формуле (10-26) и проверяется по (10-23) и (10-25).

Ток небаланса поперечной дифференциальной защиты (см; § 10-9) принимается равным арифметической сумме тока небаланса I´_нб обусловленного погрешностью трансформаторов тока, и тока небаланса I˝_нб, вызванного неравенством сопротивлений параллель­ных линий. При выборе уставок по выражению (10-23) необходимо исходить из максимального значения суммарного тока небаланса)

Для уменьшения I´_нб трансформаторы тока, питающие защиту, выбираются по кривым предельной кратности или 10%-ной по­грешности при максимальном значении тока внешнего к. з. на шинах противоположной подстанции, текущего по каждой па­раллельной линии I _k._макс. Расчетная кратность тока

где k_а — коэффициент, учитывающий влияние апериодической слагающей тока к. з., принимается равным 2.

Согласно [Л. 99] рекомендуется оценивать приближенное зна­чение I´_нб по выражению

где I _k._макс — максимальный ток при трехфазном к. з. на шинах подстанций (А и В), проходящий по одной параллельной линии при работе обеих; 0,1 — погрешность трансформаторов тока, рав­ная 10%; к_одн — коэффициент однотипности, принимаемый при

Выбор уставки на пусковом реле защиты. При внешних к. з. в дифференциальной цепи защиты появляется ток небаланса, от которого защита может ложно сработать. Для исключения ложного действия ток срабатывания пускового реле должен удовлетворять условию

I _с.з.н.п= k _н I _нб._макс (10-34)

Ток небаланса подсчитывается по выражениям (10-28) и (10-29). Расчет I_нб ведется при однофазных или двухфазных к. з. на землю на шинах противоположной подстанции по наибольшему току I _к.

Поперечная дифференциальная защита нулевой последователь­ности обладает более высокой чувствительностью при к. з. на землю, чем защита, реагирующая на фазный ток.

Дата добавления: 2014-12-23