Защита линий с ответвлениями

а) Линии с ответвлениями

За последнее время широкое распространение получают линии с ответвлениями, к которым подключаются подстанции, имеющие или не имеющие источников питания, как показано на рис. 14-11. Подключение таких подстанций к магистральным линиям может выполняться с выключателями на стороне высшего напряжения (рис. 14-11, а) или по упрощенным схемам — без выключателей (рис. 14-11, б).

В последнем случае возможны следующие варианты выполне­ния защиты и отключения трансформаторов, подключенных на ответвлениях, в случае их повреждения;

1. Защита трансформаторов осуществляется защитами магистральной линии на выключателях А и В. В этом случае транс­форматор Т подключается к линии наглухо (рис. 14-11, б).

2. Защита трансформатора на ответвлении выполняется с помощью плавких предохранителей П (рис. 14-11, в).

3. На трансформаторе ответвления устанавливается релейная защита С от внутренних повреждений, которая действует на включение специального автоматического разъединителя К, называе­
мого короткозамыкателем (рис. 14-11, г). При повреждении в трансформаторе короткозамыкатель K включается и устраивает к. з. (однофазное или двухфазное), на которое реагирует защита магистральной линии, отключающая выключатели А и В. После отключения линии работает автоматический отделитель О, отклю­чающий поврежденный трансформатор, и затем магистральная линия Л1 включается в работу с помощью АПВ.

Таким образом, в рассмотренном варианте на трансформаторе устанавливаются отделитель и короткозамыкатель.

4. Как и в предыдущем случае, на трансформаторе устанавли­вается защита С. При повреждении в трансформаторе она срабаты­вает и посылает по специальным каналам (проводным или высоко частотным по линиям электропередачи) импульс на отключение выключателей А и В линии (рис. 14-11, д).

Этот способ требует дорогостоящих каналов связи. Но он по­зволяет быстрее отключать поврежденный трансформатор и упро­щает силовую часть трансформатора.

Наибольшее распространение на практике получили первые три варианта.

Подключение ответвлениями применяется как на одинарных, так и на параллельных линиях. В последнем случае трансформа­торы, подключенные к разным линиям, работают раздельно на сто­роне низшего напряжения (рис. 14-11, ё). При отключении одной из линий или трансформатора с помощью АВР включается секцион­ный выключатель В_секц и питание потребителей секции, потеряв­шей напряжение, восстанавливается от второго трансформатора.

Выполнение релейной защиты линий с маломощными транс­форматорами на ответвлениях обычно не вызывает затруднения.

Осуществление же защиты линий с ответвлениями, имеющими мощные трансформаторы, и особенно при наличии со стороны от­ветвления источников питания наталкивается на некоторые труд­ности в части обеспечения селективности, быстроты действия и чувствительности. Однако подключение подстанций с помощью ответвлений дает значительное удешевление их сооружения, позво­ляет экономить оборудование и аппаратуру, ускоряет строитель­ство подстанций и удешевляет их эксплуатацию. Поэтому разра­ботку вопросов защиты линий с ответвлениями следует считать важной и нужной задачей.

Рассмотрим применение основных видов защит на линиях с от­ветвлением.

б) Токовые и дистанционные защиты со ступенчатой харак­теристикой

Токовые ступенчатые защиты, реагирующие на ток фазы. На линиях с ответвлениями такие защиты устанавливаются на питаю­щих концах линии (рис. 14-12). Для обеспечения селективности ток срабатывания быстродействующей ступени защиты (отсечка с t = 0) отстраивается не только от к. з. за пределами защищаемой линии (точки К₁ и К₂), но и от к. з. в К₃ за трансфрматором отпайки (рис. 14-12) по выражению

где I_К3макс — ток при к.з. в Кз; этот ток имеет максимальное значение при отключении линии на противоположном конце. При большой мощности трансформатора ответвления ток I_К3макс может оказаться больше, чем ток при к. з. в К₂ или К₁, что приведет к уменьшению зоны отсечки.

Неселективное действие первой ступени защиты при к. з. в тран­сформаторе ответвления исправляется с помощью АПВ следующим образом. При к. з. в трансформаторе линия и трансформатор отклю­чаются одновременно. Затем после автоматического отключения отделителя (рис. 14-11, г, е) линия включается от АПВ. Селектив­ность второй и третьей ступени защит А и В линии к. з. на от­ветвлении обеспечивается согласованием выдержек времени этих ступеней с защитами М_т трансформатора ответвления. Третья зона защиты линий должна резервировать отказ выключателя С и мак­симальной защиты М_Т трансформатора ответвления. При мало­мощных трансформаторах это требование часто оказывается трудно осуществимым.

При наличии источников питания на ответвлении защиты линий следует выполнять направленными, что облегчает выполнение усло­вий селективности при к. з. за пределами линии.

Токовые защиты нуле­вой последовательности. По условию селективности вторая и третья зоны за­щиты линии должны со­гласовываться с защитами трансформатора ответвле­ния по времени, а первая зона защиты должна от­страиваться от к. з. за трансформатором, если при этом в линии АВ по­являются токи нулевой последовательности. При соединении обмоток транс­форматора по схеме λ /∆ в случае замыкания на землю в сети треугольника токи I₀ в линии отсутствуют и по­этому наличие ответвления не влияет на чувствительность первой ступени линейных защит А и В.

На чувствительность линейных защит нулевой последователь­ности (А и В) оказывает влияние состояние нейтрали Н трансфор­маторов, подключенных к ответвлению (рис. 14-12). Если нейтраль Н не заземлена, то ток 3I_0К, проходящий в месте к. з. (в точке К₄), распределяется между концами линии (А и В) обратно пропор­ционально сопротивлениям, нулевой последовательности обеих ветвей.

При заземлении нейтрали Н и к. з. в К₄ часть тока 3I_0К замыка­ется через нейтраль ответвления, вследствие чего токи 3I_0A и 3I_0В на концах линии уменьшаются. Степень уменьшения зависит от соотношения параметров сети, линии и трансформатора ответ­вления. Для повышения чувствительности защиты на линиях с ответвлениями трансформатор ответвления желательно не заземлять.

Дистанционные защиты. По соображениям селективности пер­вая зона защиты отстраивается от к. з. за трансформатором ответв­ления (точка К₈ на рис. 14-12), а вторая и третья — согласуются по времени с соответствующими защитами трансформатора ответв­ления (см. § 11-18).

в) Дифференциальные защиты

Поперечная направленная дифференциальная защита может устанавливаться на параллельных линиях с ответвлениями, но при этом необходимо учитывать два обстоятельства:

1. Наличие ответвлений нарушает равенство токов в параллель­ных линиях Л₁ и Л_г в нормальном режиме, I₁ ≠ I₂ (рис. 14-13, а), поэтому в реле появляется ток

2. При к. з. за трансформатором ответвления защита приходит в действие, стремясь отключить линию с поврежденным ответвлением, что следует из токораспределения на рис. 14-13, б.

Для предупреждения неправильного действия поперечной диф­ференциальной защиты в нормальном режиме ее ток срабатывания отстраивается от тока небаланса, обусловленного нагрузкой ответ­влений:

Для исключения работы защиты во втором случае, при к. з. на ответвлении, необходимо

выполнить условие:

где I_1(K3) и /_2(К3) — токи к. з., проходящие по Л₁ и Л₂ в месте установки защиты при к. з. в К₃ за одним из трансформаторов ответвления.

При наличии источников питания на ответвлениях появляется возможность неправильной работы поперечной дифференциальной защиты при к. з. вне параллельных линий, в чем можно убедиться из рассмотрения токораспределения в Л₁ и Л₂. Исключение этого недостатка возможно только отстройкой тока срабатывания за­щиты.

Продольная дифференциальная защита. На линиях с ответвле­нием эта защита может непра­вильно действовать при к. з. за трансформатором ответвления (в точке К₃).

Как следует из рис. 14-14, токи по концам защищаемой линии в этом случае направлены от шин в линию (к месту к. з.), так же как и при к. з. на линии. Для ис­ключения неправильной работы за­щиты ток срабатывания диффе­ренциальных реле должен быть больше тока в них при к. з. в К₃, т. е. I_с.з > I_K3. Это условие можно выполнить только при маломощном трансформаторе ответ­вления, когда ток к. з. 1_кз имеет небольшую величину. Поэтому про­дольная дифференциальная защита типа ДЗЛ в большинстве слу­чаев оказывается неприменимой на линиях с ответвлениями. Для линий с ответвлениями необходима особая схема защиты, реаги­рующая на геометрическую сумму токов на концах линии и в ответ­влении. Такие защиты еще находятся в стадии разработки.

г) Высокочастотные защиты [Л.91]

Дифференциально-фазная защита. На линиях с ответвлением дифференциально-фазная защита, основанная на сравнении фаз токов 1_а и 1_в по концам линии (рис. 14-15, а), действует неправильно при к. з. в точке К₃ за трансформатором ответ­вления.

В этом случае токи по концам линии 1_а и 1_в совпадают по фазе, поэтому высокочастотные импульсы имеют прерывистый характер (рис. 14-15,-6) и защита работает, так же как и при повреждении на защищаемой линии.

Неправильное действие защиты в рассматриваемом случае можно предотвратить двумя способами: 1) отстройкой пускoвых реле, управляющих цепью отключения защиты, от к. з. за трансфор­матором, ответвления жги применением блокирующих реле, также отстроенных от к. з. за трансформатором [Л. 64] и 2) установкой дополнительного неполного комплекта дифференциально-фазной защиты на ответвлении.

В первом случае при к. з. за трансформатором ответв­ления пусковые реле в цени отключения защиты, установленной на обоих концах линии, не будут срабатывать и поэтому защита не сможет подействовать на отключение.

Отстройка пусковых реле от к. з. за трансформатором ведется в режиме, когда линия отключена на противоположной стороне, так как в этом случае токи к. з. и их симметричные составляющие в рассматриваемом комплекте защиты будут наибольшими.

Данный способ применим при условии, что коэффициент чувст­вительности пусковых реле при к. з. на ответвлении (точка К₂) и на противоположной стороне линии (точка К₂) будет достаточным для надежной работы защиты (т. е. если к_ч ≥ 2).

Второй способ применяется, если отстройка пусковых органов защиты по условиям ее чувствительности невозможна.

В этом случае на ответвлении устанавливается дополнитель­ный неполный комплект С дифференциально-фазной защиты (рис. 14-16), используемый для блокирования комплектов А и В, при повреждениях за трансформатором ответвления, установленных на концах линии. Этот комплект С состоит из высокочастотного передатчика, пускающих его пусковых реле (рис. 14-16, в) и блока манипуляции, управляющего работой передатчика (см. рис. 12-21).

При к. з. за трансформатором ответвления ток в ответвлении Iс сдвинут по фазе на 180° относительно токов I_A и 1_В на концах линии (рис. 14-16, а).

В этих условиях передатчики на концах линии работают в поло­жительные полупериоды токов I_A и I_A, а передатчик на ответвле­нии — в отрицательный полупериод этих токов. Ток высокой ча­стоты генерируется непрерывно, как и при внешнем к. з., защита ДФЗ не работает (рис. 14-16, б).

В случае наличия источников питания со стороны ответвления на последнем устанавливается полный комплект дифферен­циально-фазной защиты. Рассмотрев распределение токов по концам линии и на ответвлении, нетрудно убедиться, что диффе­ренциально-фазная защита, состоящая из трех полных комплек­тов, будет работать правильно при всех случаях повреждений. Готовится к выпуску фильтровая, в. ч. защита типа НФЗО для линий 110—330 кВ с ответвлениями.

Направленные защиты с высокочастотной блокировкой. Для обеспечения правильной работы защиты в общем случае (при наличии питания со стороны ответвления) необходимо уста­навливать комплекты защиты с трех сторон линии А В и С (рис. 14-17).

При к. з. за трансформатором ответвления в точке К₃ мощность к. з. S_с на ответвлении направлена к шинам (рис. 14-17), комплект С пускает в. ч. передатчик, который посылает блокирующие им­пульсы, запрещающие работать комплектам А и В. При к. з. на линии последняя будет отключаться с. трех сторон комплектами защиты А, В и С.

При отсутствии источников питания со стороны ответвления на последнем достаточно установить только в. ч. передатчик и пускаю­щие его пусковые реле(рис. 14-18), с тем чтобы комп­лект С блокировал защи­ты А и В при к. з. за ответв­ лениемв точке К₃.

Комплект С можно не ставить, если пусковые реле защит А и В можно отстроить от к. з. в точке К₃ без ущерба для чувствитель­ности защиты при повреждении на защищаемой линии.

ГЛАВА ПЯТНАДЦАТАЯ

Дата добавления: 2014-12-23