Принцип действия продольной дифференциальной защиты

НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ЛИНИЙ

На линиях, отходящих от шин электростанций или узловых подстанций энергосистем, часто по условиям устойчивости тре­буется обеспечить отключение к. з. в пределах всей защищаемой линии без выдержки времени (t = 0). Это требование нельзя выполнить с помощью рассмотренных выше мгновенных токовых отсечек, так как зона их действия охватывает только часть защи­щаемой линии. Кроме того, отсечки неприменимы на коротких линиях, где токи к. з. в начале и конце линии не имеют сущест­венного различия. В этих случаях используются защиты, прин­цип действия которых обеспечивает отключение повреждений без выдержки времени в пределах всей защищаемой линии, в том числе и на линиях малой протяженности.

К защитам такого типа относятся дифференциаль­ные защиты. Они обеспечивают мгновенное отключение к. з. в любой точке защищаемого участка и обладают селектив­ностью при к. з. за пределами защищаемой линии (внешние к. з.).

Дифференциальные защиты подразделяются на продоль­ные и поперечные. Первые служат для защиты как одинарных, так и параллельных линий, вторые — только парал­лельных линий.

Принцип действия продольных дифференциальных защит ос­нован на сравнении величины и фазы токов в начале и конце защищаемой линии.

Как видно из рис. 10-1, при внешнем к. з. токи I₁ и I _II на концах линии АВ направлены в одну сторону и равны по величине, а при к. з. на защищаемой линии они направлены в разные стороны и, как правило, не равны друг другу ¹. Следовательно, сопо­ставляя величину и фазу токов I₁ I _II, можно определять, где возникло к. з. — на линии или за ее пределами. Такое сравнение токов по величине и фазе осуществляется в реагирующем органе (реле) дифференциальной защиты.

Выражение (10-4) показывает, что для уменьшения тока неба­ланса необходимо выравнивать токи I _Iнам и I _IIнам (рис. 10-2, б) по величине и фазе, тогда их разность будет минимальной.

Ток намагничивания (см. § 3-2) зависит от магнитной индук­ции В или от вторичной э. д. с. Е_в трансформаторов тока (рис. 10-4, а), поскольку В и Е_в пропорциональны.

Из сопоставления характеристик 1 и 2 на рис. 10-4, а следует, что ток небаланса будет равен нулю при полной идентичности (совпадении) характеристик намагничивания 1 и 2 трансформа­торов тока Т1 и ТII (рис. 10-2, а) и равенстве вторичных э. д. с. Е_в.

Выполнить эти требования с абсолютной точностью, на прак­тике не удается, и поэтому ток небаланса всегда имеется. Он воз­растает с увеличением магнитной индукции В_, которая в свою очередь повышается при увеличении первичного тока I _к и вто­ричной нагрузки z_н. Ток I _нб особенно возрастает при насыщении трансформаторов тока, так как при этом резко усиливается раз­личие в токах намагничивания трансформаторов тока. Поэтому, помимо, обеспечения наибольшей идентичности характеристик намагничивания, стремятся к тому, чтобы при максимальном токе внешнего к. з. магнитопроводы трансформаторов тока не насыщались.

Для выполнения этого условия используются следующие пути:

1. Применяются трансформаторы тока, насыщающиеся при возможно больших кратностях тока к. з. и вторичной нагрузки z_н.

Кроме того, для выравнивания токов I _Iнам и I _IIнам необходимо выравнивать нагрузку вторичных обмоток трансформаторов тока, т. е. обеспечивать условие z_1н = z_IIн.

В схеме с циркуляцией токов нагрузку каждого трансфор­матора тока составляет сопротивление соединительных проводов от трансформаторов тока до места включения реле. Сопротивле­ние реле не учитывается, так как в условиях внешнего к. з. ток в нем отсутствует.

Типичная кривая тока I _нам трансформатора в пе­реходный период при к. з. с током I_к по рис. 10-7, а приведена на рис. 10-6, б. Как показано на рис. 10-6, а, при к. з. в сети в ветви намагничивания появляются вынужденные периодиче­ские и апериодические токи намагничивания: I _п.нам и I _а.нам. Так как в цепи, содержащей индуктивность, ток изменяться скачком не может, то в ветви намагничивания появляются свободные апе­риодические токи I _св.п и I _св.а, компенсирующие в первый момент времени вынужденные составляющие: I _п.нам и I _а.нам.

Диаграмма вынужденных и свободных токов небаланса пока­зана на рис. 10-7, в.

Свободные токи замыкаются в контуре вторичной обмотки (рис. 10-6, а) и затухают с постоянной времени Т₂, определяемой параметрами этого контура:

Результирующий ток намагничивания I _нам (рис. 10-6, б) равен в каждый момент времени алгебраической сумме четырех состав­ляющих I _нам = I _п.нам — I _св.п + I _а.нам — I _св.а. Из рис. 10-6, б видно, что величина и время затухания I _нам зависят в основном от свободного тока I _св.а.

Постоянная времени Т₂» Т ₁, что и приводит к запаздыванию нарастания и увеличению продолжительности переходного про­цесса в токе намагничивания, а следовательно, и в токе неба­ланса. Из сказанного вытекает, что характерные особенности кривой I _нб обусловливаются появлением свободной составляющей в токе намагничивания, замыкающейся в контуре вторичной обмотки трансформаторов тока. После затухания апериодических токов изменение I _нб прекращается и его вели­чина достигает установившегося значения.

Таким образом, возникновение к. з. сопровождается переход­ным процессом как в первичной, так и во вторичной цепи транс­форматоров тока, появляющиеся при этом апериодические сво­бодные токи ухудшают работу трансформаторов тока, вызывая повышенное намагничивание их магнитопровода. В результате этого в дифференциальной защите во время переходного периода возникают повышенные токи небаланса.

Точных и удобных для практики способов расчета тока неба­ланса пока еще не разработано. На практике пользуются приближенными расчетными формулами, приведенными в «Руко­водящих указаниях по релейной защите». В частности, для приближенного учета влияния апериодической составляющей тока к. з. в неустановившемся режиме при выборе трансформа­торов тока вводится коэффициент k_а, с учетом которого m_расч = k _а I _к._макс/ I _{ном.т.т.} Для быстродействующих защит t ≤ 0,1 с принимают к_а = 2, для защит с t = 0,1 ÷ 0,3 с k_а = 1,5 и при 1 с k_а = 1. Такой способ учета влияния апериодической составляющей является приближенным и требует уточ­нения.

Существенное влияние на увеличение тока небаланса оказы­вает также остаточное намагничивание магни­топровода трансформаторов тока.

Трансформатор тока остается в намагниченном состоянии» если проходящий через него ток прерывается (отключается) в мо­мент времени, когда он и создаваемый им магнитный поток не равны нулю. В этом случае в сердечнике трансформатора тока остается магнитный поток Ф_oст) который был в нем в момент отключения тока. Если при последующем к. з. остаточный поток Ф_oст совпадает по знаку с магнитным потоком Ф_к.₃, обусловлен­ным током к. з. (особенно его апериодической составляющей), то образуется результирующий поток, равный их сумме Ф_ост + Ф_к.з. Результирующий поток может достигнуть весьма большой величины и вызвать насыщение магнитопровода, в результате которого резко возрастает ток намагничивания и, как следствие этого, увеличится ток небаланса.

Поэтому при разработке мер, предупреждающих ложное действие дифференциальных защит от токов небаланса, необхо­димо считаться с влиянием остаточного намагничивания.

Дата добавления: 2014-12-23