Защита шин 110—500 кв с трансформаторами тока, имеющими повышенную погрешность

В тех случаях, когда погрешность трансформаторов тока не удается ограничить и она выходит за пределы 10%, рассмотрен­ная выше простая дифференциальная защита шин (§ 19-2) оказы­вается недостаточно чувствительной и надежной. В этих случаях могут применяться дифференциальные защиты с торможением или дифференциально-фазные защиты. Разработке и освоению этих защит за последнее время уделяется значительное внимание.

Дифференциальная защита шин с торможением. Защита рабо­тает так же, как и аналогичная защита трансформаторов (см. § 16-4). Реагирующий орган защиты выполняется с помощью дифференциального реле с торможением, у которого рабочий ток срабатывания (I _р._с.р) зависит от величины тормозного тока (I _Т), т. е. I _р._с.р = f (I _Т) (рис. 19-13, б). Наличие торможения позволяет допускать значительно большие (чем при простых реле) токи небаланса, возникающие в тех случаях, когда погрешность транс­форматоров тока не превышает 10%.

Токовые цепи защиты соединяются, как правило, по дифферен­циальной схеме, при этом токи плеч используются в качестве тормозных токов I _Т, а дифференциальный ток, равный геометрической сумме токов всех присоединений , является рабочим током I _р защиты.

Если в качестве реагирующего органа применяются электроме­ханические реле, питающиеся переменным током трансформаторов тока, то число тормозных обмоток реле в общем случае должно быть равно числу присоединений, отходящих от защищаемых шин. Такие защиты получаются сложными и применяются редко.

Защита значительно упрощается при выполнении ее на выпрям­ленном токе. В этом случае реагирующий орган может осущест­вляться с помощью поляризованных и магнитоэлектрических реле или на полупроводниках.

Простейшая схема с поляризованным реле, наиболее наглядно поясняющая принцип выполнения диф­ференциальной защиты с торможением, показана на рис. 19-13, а.

Тормозная обмотка реле Т включена на сумму выпрямленных токов присоединений: I _Т = . В этом случае тормозной ток равен арифметической сумме токов всех присоединений (Л₁, Л₂,..., Л_п).

Рабочая обмотка питается выпрям­ленным дифференциальным током I _д. Принцип действия такой защиты не требует пояснений. Описание подобной защиты дано в [Л. 104].

Дифференциально-фазная защита шин. Принцип действия защиты осно­ван на сравнении фаз токов присоеди­нений при внешнем к. з. и при к. з. на шинах (рис. 19-14).

Пренебрегая фазными сдвигами пер­вичных токов, можно считать, что в первом случае (при внешнем к. з., рис. 19-14, а) токи, притекающие к ши­нам и утекающие от них, имеют про­тивоположные фазы (т. е, сдвинуты на 180°), а во втором (рис. 19-14, б) — токи всех присоединений совпадают по фазе.

В соответствии со сказанным реагирующий орган дифферен­циально-фазной защиты должен сравнивать между собой углы сдвига фаз токов всех присоединений. При совпадении фаз токов всех присоединений реагирующий орган должен работать, а при наличии тока хотя бы одного присоединения, сдвинутого на 180°, — не действовать. Такое сравнение можно осуществить с помощью схемы, показанной на рис. 19-15, а, характеризующей общий принцип выполнения подобного фазного органа.

Вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов ВТ, установленных на каждом присоединении, соединяются одно­именными зажимами на параллельную работу через однополупе-риодные выпрямители В, пропускающие только положительные полуволны питающего их тока.

К выходу этого контура подключен фазный орган Ф, реаги­рующий на сдвиг фаз между первичными токами присоединений I ₁, I ₂,..., I_n.

Поскольку выпрямители В всех присоединений соединены параллельно, из всех токов присоединений (совпадающих по фазе) через выпрямители будет проходить только один ток, поло­жительная полуволна которого имеет наибольшее значение I _макс. Выпрямители В на остальных присоединениях (с меньшими то­ками) будут закрыты обратным напряжением, создаваемым выпря­мителем, пропускающим ток I _макс.

Таким образом, к органу сравнения фаз Ф подводится напря­жение U_ф =k I _макс R.

При к. з. на защищаемых шинах (в К ₁ на рис. 19-16, а) токи по всем присоединениям, имеющим источники питания, направлены к месту к. з., т. е. к шинам, и совпадают по фазе, если не учитывать различие в углах сопротивлений при­соединений и фаз э. д. с. источников питания. В этих условиях положительные полуволны первичного тока всех присоединений совпадают. Ток присоединения, по которому проходит наиболь­ший ток к. з., пропускается соответствующим выпрямителем, проходит по сопротивлению R и воздействует на реагирующий ор­ган Ф (рис. 19-15).

В отрицательные полупериоды тока присоединений диоды выпрямителей В заперты и ток в фазном контуре отсутствует. В результате этого напряжение U_ф на входе фазного органа имеет прерывистый характер, как показано на рис. 19-16, а.

Фазный орган устроен так, что при наличии разрыва («скваж­ности») в кривой входного напряжения он срабатывает.

При внешнем к. з. токи, идущие к шинам и уходящие от них к месту к. з., сдвинуты на 180°.

В результате этого ток в фазном контуре течет непрерывно, соответственно этому кривая U_ф имеет также непрерывный харак­тер (рис. 19-16, б). При наличии сплош­ного импульса на входе фазный орган Ф не работает.

Фазная характеристика реле Ф, оп­ределяющая зависимость его I _с.р = f(φ) приведена на рис. 19-17. С учетом угло­вых погрешностей, возникающих из-за различия в фазах э. д. с. источников питания, углов сопротивлений присое­динений и угловой погрешности транс­форматоров тока ширина зоны действия фазного органа принимается приблизи­тельно равной 140°.

В ряде защит [Л. 77, 79] орган сравнения фаз Ф выполняется с по­мощью транзистора Т, управляющего работой электромагнит­ного реле Р, как показано на рис. 19-15, б. При наличии напря­жения U_ф триод открыт и шунтирует реле Р, не позволяя ему работать. При отсутствии U_ф триод Т закрывается и реле может работать.

Специальные испытания показывают, что дифференциально-фазные защиты, обладая достаточной чувствительностью при к. з. на шинах, могут быть надежно отстроены от небалансов при вы­полнении защиты на трансформаторах тока с погрешностью, дости­гающей в установившемся режиме 20—30%.

Дифференциально-фазная защита может выполняться односистемной, для этого необходимо, чтобы вспомогательные транс­форматоры ВТ были выполнены в виде сумматоров или комбини­рованных фильтров.

В СССР применяются дифференциально-фазные защиты, разра­ботанные Грузэнерго [Л. 78], Белорусэнерго, использовавшими опыт применения подобных защит в Чехословакии [Л. 77] и Институтом автоматики Министерства приборостроения.

Оценка защит. Оба варианта дифференциальной защиты (с тор­можением и фазным органом) чувствительнее простой дифференци­альной защиты шин, более надежно отстраиваются от внеш­них к. з., позволяют снизить требования к точности трансформато­ров тока и уменьшить сечение контрольного кабеля в токовой цепи защиты.

Общим недостатком обеих защит является отсутствие мер по отстройке от повышенных погрешностей трансформаторов тока в переходных режимах, обусловленных апериодической состав­ляющей тока к. з.

Дальнейшие разработки и опыт эксплуатации этих защит позволят полнее оценить оба варианта новых защит и целесообраз­ность их широкого применения. Завод ЧЭАЗ начинает выпуск защиты с торможением.

ГЛАВА ДВАДЦАТАЯ

Дата добавления: 2014-12-23