Дифференциально-фазная высокочастотная защита

а) Принцип действия

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

Считая положительными токи, направленные от шин в линию, находим, что при внешних к. з. в точке К₁ (рис. 12-16, а) токи I_т и I_П по концам защищаемой линии имеют различные знаки и, следовательно₂ их можно считать сдвинутыми по фазе на 180°.

В случае же к. з. на защищаемой линии (рис. 12-16, б) токи на ее концах имеют одинаковые знаки и их можно принять совпадаю­щими по фазе, если пренебречь сдвигом векторов э. д. с. _т и _п поконцам электропереда­чи и различием углов полных сопротивлений z_т и z_n.

Таким образом, сравнивая фазы токов по концам линии, можно установить местополо­жение к. з. В обычных схемах дифференциаль­ных защит сравнение фаз токов осуществляет­ся в

дифференциальных реле путем непосредственного сравнения токов, проходящих в начале и конце линии; в дифференциально-фазовой в. ч. защите сравнение фаз осуществляется косвенным путем посредством токов высокой частоты.

Упрощенная схема, иллюстрирующая работу дифференци­ально-фазной защиты, и диаграмма, поясняющая принцип ее дей­ствия, приведены на рис. 12-17 и 12-18.

Защита состоит из приемопередатчика, включающего в себя в. ч. генератор ГВЧ, приемник ПВЧ, реле отключения РО, питаю­щегося током приемника, и двух пусковых реле П₁ и П₂, одно из которых пускает ГВЧ, а второе контролирует цепь отключения защиты.

Токи высокой частоты передаются по каналу, образован­ному проводом линии высокого напряжения и землей. Выход токов в. ч. за пределы линии ограничивается заградителями 1, подклю­чение в, ч. постов 2 осуществляется через конденсаторы связи 3.

Особенность защиты заключается в том, что в. ч. генератор управляется (манипулируется) непосредственно токами промышленной частоты при помощи специального транс­форматора Ум. 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 в. ч. сигнала появляется выходной ток, который поступает в реле РО. Таким образом, генератор высокой частоты работает только в течение положительных полуцериодов тока промышленной частоты, а приемник — при отсутствии в. ч. сигналов.

При внешнем к. з. (рис. 12-18, а), когда фазы первичных токов по.концам линии противоположны, генератор на конце линии т работает в течение первого полупериода промышленного тока, а на конце п — 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 отсутствует, и реле (защита) не работает.

При к. з. в зоне (рис. 12-18, б) генераторы на обоих концах линии работают одновременно, поскольку фазы токов по концам линии совпадают. Высокочастотный ток, поступающий при этом в приемники, будет иметь прерывистый характер с интервалами времени, равными полупериоду промышленного тока. В этом слу­чае приемник работает в промежутки времени, когда ток высокой частоты отсутствует, и заперт (не работает) во время его прохож­дения. В выходной цепи приемника появляется прерывистый ток, который сглаживается специальным устройством и подается в реле РО. Последнее срабатывает и отключает линию.

Таким образом, сдвиг фаз между токами, проходящими по обоим концам линии, определяется по характеру в. ч. сигналов (сплош­ные или прерывистые), на которые при помощи прием­ника реагирует реле РО.

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

б) Основные органы дифференциально-фазной защиты и осо­бенности их выполнения

Дифференциально-фазная защита состоит (рис. 12-17) из трех основных элементов: пускового органа 1Т₁ и П₂, пускаю­щего передатчик и разрешающего действовать защите при к. з.; органа манипуляции, управляющего (с помощью Т_ы) передатчиком токов высокой частоты в зависимости от знака срав­ниваемых токов, и органа сравнения фаз токов, дейст­вующего на отключение при совпадении фаз токов, проходящих по концам линии.

Дифференциально-фазная защита 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 реле РО и ложному отключению линии. Поэтому во всех схемах, дифференциально-фазной защиты применяются пусковые реле, отстроенные от токов нагрузки.

К особенностям выполнения органов защиты относятся:

1) одновременный пуск в. ч. передатчиков на обоих концах защищаемой линии при внешних к. з.

При удаленных внешних к. з., когда пусковые реле, пускаю­щие в. ч. 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 высокочастотный передатчик, и второго — более гру­бого (в 1,5—2 раза), управляющего цепью отключения.

2) Нарушение непрерывности высокочастотного сигнала при внешних к. з. и качаниях может возникнуть также вследствие неод­новременного действия реле, пускающих передатчики, установлен­ных на противоположных концах линии. Поэтому пуск в. ч. пере­датчиков при внешних к. з. 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 ¹.

3) Выполнение дифференциально-фазных защит, 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 _ф, пропорциональный ₁ + к ₂ или ₁ + к ₀.

Подобные фильтры обеспечивают действие защиты при всех видах к. з.

В случае симметричных к. з. ток фильтра обусловливается со­ставляющей I₁, а при несимметричных к. з. — составляющими I ₁ и I₂ или I ₁ и I₀.

¹ При к. з. в зоне передатчик на отключившемся конце линии должен немедленно останавливаться для предупреждения блокировки защиты про­тивоположной стороны.

в) Искажение фаз сравниваемых токов (фазовые погрешности)

При рассмотрении принципа действия защиты предполага­лось, что при внешних к. з. токи 1_т и I_n по концам защищаемой линии сдвинуты по фазе на угол φ= 180, а при к. з. в зоне — совпадают по фазе, т. е. ψ = 0 (рис. 12-16 и 12-18).

В действительности из-за погрешности трансформаторов тока и ряда других причин (отмечаемых дальше) фазы вторичных токов искажаются, и поэтому сдвиг фаз ψ между токами на обоих концах линии отличается от указанных выше значений. При больших искажениях фаз токов 1_т и 1_п возможны неправильные действия защиты при внешних к. з. и отказ в работе — при к. з. в зоне. В связи с этим параметры защиты выбираются так, чтобы она блокировалась в условиях внешнего к. з. при ψ = 180 — β иработала при к. з. в зоне при ψ> 0. Предельное значение угла β, при котором защита должна блокироваться, называется углом блокировки защиты (см. рис., 12-26). Для уменьшения искажений фаз I_m и I_n трансформаторы тока, питающие дифферен­циально-фазную защиту, должны выбираться по 10%-ным харак­теристикам, при этом угловая погрешность каждого трансформатора тока не будет превышать 7%.

При к. з. в зоне кроме погрешности трансформаторов тока, искажающих фазы токов, имеется расхождение фаз первичных токов _т и _п вследствие различия фаз между э. д. с. _т и _п эквивалентных генераторов (рис. 12-19, а); разницы углов полных сопротивлений z_т и z_п в схемах замещения прямой, обратной инулевой последовательностей (рис. 12-19, а, б, в) и наложения токов нагрузки на токи к. з.

Токи прямой последовательности (рис. 12-19, а)

_m1= , а I_n1 = Их фазы зависят от фаз э. д.с. _т и _п.

С учетом их различия, а также влияния нагрузки и несовпадения углов z_1т и z_п1 сдвиг фаз ψ₁ между 1_1т и 1_1п отличается от нуля ψ₁≠0.

Фазы токов обратной и нулевой последо­вательности на обоих концах линии определяются одним и тем же напряжением в месте к. з. ( _К2 или _ко), расхождение фаз _т и _п на эти составляющие не влияет.

Искажение, обусловленное различием углов сопротивлений, не велико, поэтому практически токи I_2m и I_2n, а также 1_0т и 1_0п можно считать совпадающими по фазе.

Таким образом, сдвиг фаз между сравниваемыми токами ₁ + k ₂ или ₁ + к ₀ на каждом конце линии определяется в основ ном различием фаз токов прямой последовательности 1_1т и /_1п. Учитывая это, коэффициент к выбирается возможно большим с тем, чтобы при несимметричных к. з. влияние тока I₁ на фазу суммар­ного тока было наименьшим. Искажение фаз токов I_m и I_n при внешних к. з. рассмотрено в § 12-8.

Дата добавления: 2014-12-23