Дифференциально-фазная ВЧ защита

Дифференциально-фазная ВЧ защита основана на сравнении фаз тока по концам защищаемой линии.

Рис. 5.5. Принцип действия дифференциально-фазной ВЧ защиты

Считая положительными токи, направленные от шин в линию, находим, что при внешних КЗ в т. К₁ (рис. 5.5, а) токи I_m и I_n по концам защищаемой линии имеют различные знаки и, следовательно, их можно считать сдвинутыми по фазе на 180⁰. В случае КЗ на защищаемой линии (рис. 5.5, б) токи на ее концах имеют одинаковые знаки и их можно принять совпадающими по фазе, если пренебречь сдвигом векторов ЭДС Е_m и Е_n по концам ЛЭП.

В обычных схемах дифференциальных защит сравнение фаз токов осуществляется в дифференциальных реле (типа ДЗТ) путем непосредственного сравнения токов, проходящих в начале и конце линии. В дифференциально-фазной ВЧ защите сравнение фаз осуществляется косвенным путем посредством токов высокой частоты.

Рис. 5.6. Упрощенная принципиальная схема дифференциально-фазной ВЧ защиты

Защита (рис. 5.6) состоит из приемопередатчика, включающего в себя ВЧ генератора ГВЧ, приемник ПВЧ, реле отключения РО, питающегося током приемника и двух пусковых реле П ₁ и П ₂, одно из которых пускает ГВЧ, а второе контролирует цепь отключения защиты. Токи высокой частоты передаются по каналу, образованному проводом линии высокого напряжения и землей.

Особенностью защиты является то, что ГВЧ управляется непосредственно токами промышленной частоты при помощи специального трансформатора ТМ. Генератор включен так, что при положительной полуволне промышленного тока он работает, посылая в линию ток высокой частоты, а при отрицательной – запирается и ток высокой частоты прекращается. В то же время приемник выполнен таким образом, что при наличии токов высокой частоты, поступающих в его входной контур, выходной ток, питающий реле РО, равен нулю, а при отсутствии ВЧ сигнала появляется выходной ток, который поступает в реле РО. Таким образом, ГВЧ работает только в течение положительных полупериодов тока промышленной частоты, а приемник – при отсутствии ВЧ сигналов.

При внешнем КЗ (рис. 5.7, а), когда фазы первичных токов по концам линии противоположны, генератор на конце линии m работает в течение первого полупериода промышленного тока, а на конце n – в течение следующего полупериода. Ток высокой частоты протекает по линии непрерывно и питает приемники на обеих сторонах линии. В результате этого выходной ток в цепи приемника и реле РО отстуствует, и защита не сработает.

При КЗ в зоне (рис. 5.7, б) генераторы на обоих концах линии работают одновременно, поскольку фазы токов линии совпадают. ток высокой частоты, поступающий при этом в приемники, будет иметь прерывистый характер с интервалами времени, равными полупериоду промышленного тока. В этом случае приемник работает в промежутки времен, когда ВЧ ток отсутствует, и не работает во время его прохождения. В выходной цепи приемника появляется прерывистый ток, который сглаживается и подается в реле РО. Последнее срабатывает и отключает линию. Защита срабатывает, если при повреждении на ЛЭП, при котором сработали пусковые органы, расхождение фаз токов составляет не более 115-135⁰. При отсутствии ВЧ сигнала с противоположного конца защита также действует на отключение.

Рис. 5.7. Диаграмма токов в дифференциально-фазной ВЧ защите

По принципу своего действия дифференциально-фазная защита не реагирует на нагрузку и качания, т.к. в этих режимах токи на обоих концах ЛЭП имеют разные знаки.

ОСНОВНЫЕ ОРГАНЫ ДФЗ И ОСОБЕННОСТИ ИХ ВЫПОЛНЕНИЯ

ДФЗ состоит из трех основных элементов: пускового органа П ₁ и П ₂, пускающего передатчик и разрешающего действовать защите при КЗ; органа манипуляции, управляющего передатчиком токов высокой частоты (с помощью Т _м) в зависимости от знака сравниваемых токов, и органа сравнения фаз токов, действующего на отключение при совпадении фаз токов, проходящих по концам линии.

ДФЗ не реагирует на нагрузку, поэтому пусковой орган в схемах этой защиты не является обязательным. Однако при его отсутствии любое нарушение непрерывной циркуляции токов высокой частоты будет приводить к срабатыванию РО и ложному отключению линии. Поэтому во всех схемах ДФЗ применяются пусковые реле, отстроенные от токов нагрузки.

К особенностям выполнения органов защиты относятся:

1) одновременный пуск ВЧ передатчиков на обоих концах защищаемой линии.

При удаленных внешних КЗ, когда пусковые реле, пускающие ВЧ передатчик, работают на пределе своей чувствительности, возможна работа пускового органа только с одной стороны линии. Тогда ток высокой частоты будет прерывистым и защита подействует ложно. Для исключения этого пусковой орган защиты выполняется из двух комплектов: одного – чувствительного, пускающего ВЧ передатчик, и второго – более грубого (в 1,5-2 раза), управляющего цепью отключения.

2) нарушение непрерывности ВЧ сигнала при внешних КЗ и качаниях может возникнуть также вследствие неодновременного действия реле, пускающих передатчики, установленных на противоположных концах линии. Поэтому пуск ВЧ передатчиков при внешних КЗ должен осуществляться несколько раньше, чем срабатывает реле РО, замыкающее цепь отключения защиты, а останов их должен происходить несколько позже возврата пусковых реле, управляющих цепью отключения. При КЗ в зоне передатчик на отключившемся конце линии должен немедленно остановиться для предупреждения блокировки защиты противоположной стороны.

3) выполнение ДФЗ, сравнивающих токи в каждой фазе, получается весьма сложным и дорогим.

Защита значительно упрощается и становится более надежной, если вместо токов фаз сравнивать их симметричные составляющие, получаемые от фильтров, преобразующих трехфазную систему токов в однофазную. В качестве фильтра в защитах этого типа используются комбинированные фильтры, на выходе которых получается ток I _ф, пропорциональный I ₁+ kI ₂ или I ₁ +kI ₂.

Подобные фильтры обеспечивают действие защиты при всех видах КЗ.

В случае симметричных КЗ ток фильтра обусловливается составляющей I ₁, а при несимметричных КЗ – составляющими I ₁ и I ₂ или I ₁ и I ₀.

ИСКАЖЕНИЕ ФАЗ СРАВНИВАЕМЫХ ТОКОВ

(ФАЗОВЫЕ ПОГРЕШНОСТИ)

При рассмотрении принципа действия защиты предполагалось, что при внешних КЗ токи I _m и I _n по концам защищаемой линии сдвинуты по фазе на угол φ=180º, а при КЗ в зоне – совпадают по фазе, т.е. φ=0º.

В действительности из-за погрешности ТТ и ряда других причин фазы вторичных токов искажаются, и поэтому сдвиг фаз φ между токами на обоих концах линии отличается от указанных выше значений. При больших искажениях фаз токов I _m и I _n возможны неправильные действия защиты при внешних КЗ и отказ в работе – при КЗ в зоне. В связи с этим параметры защиты выбираются так, чтобы она блокировалась в условиях внешнего КЗ при φ=180º-β и работала при КЗ, в зоне при φ>0. Предельное значение угла β, при котором защита должна блокироваться, называется углом блокировки защиты (рис. 5.8). Для уменьшения искажений фаз I _m и I _n ТТ, питающие ДФЗ, должны выбираться по 10%-ным характеристикам, при этом угловая погрешность каждого ТТ не будет превышать 7%.

При КЗ в зоне кроме погрешности ТТ, искажающих фазы токов, имеется расхождение фаз первичных токов I _m и I _n вследствие различия фаз между ЭДС Е_m и Е_n эквивалентных генераторов; разницы углов полных сопротивлений в схемах замещения прямой, обратной и нулевой последовательности и наложения токов нагрузки на токи КЗ.

Рис. 5.8. Расчетные условия работы избирательного органа ДФЗ при внешних, внутренних повреждениях

Дата добавления: 2014-12-16