Принцип действия продольной дифференциальной защиты линий

Принцип действия продольных дифференциальных РЗ основан на сравнении значения и фазы токов в начале и конце защищаемой ЛЭП. Как видно из рис.10.1, а, при внешнем КЗ (в точке К)токи I _Iи I _IIна концах ЛЭП АВ направлены водну сторону и равны по значению, а при КЗ на защищаемой ЛЭП (рис.10.1, б) они направлены в разные стороны и, как правило, не равны друг другу. Следовательно, сопоставляя значение и фазу токов I _Iи I _II, можно определять, где возникло КЗ – на защищаемой ЛЭП или за ее пределами. Такое сравнение токов по значению и фазе осуществляется в реагирующем органе (реле тока). Для этой цели вторичные обмотки ТТ TAI и ТАII,установленных по концам защищаемой ЛЭП и имеющих одинаковые коэффициенты трансформации, при помощи соединительного кабеля подключаются к дифференциальному реле КА (реагирующему органу) таким образом, чтобы при внешнем КЗ ток в реле был равен разности токов I _Ib и I _IIb, а при КЗ на ЛЭП их сумме I _Ib + I _IIb. В нашей стране применяется схема дифференциальной РЗ с циркулирующими токами, основанная на сравнении вторичных токов (рис.10.1). Реагирующий орган – токовое реле КА включается параллельно вторичным обмоткам ТТ. При таком включении в случае внешнего КЗ токи I _Ib и I _IIb замыкаются через обмотку КА и проходят по ней в противоположном направлении (рис.10.1, а). Ток в реле равен разности токов:

(10.1)

При равенстве коэффициентов трансформации и отсутствии погрешностей в работе ТТ вторичные токи I _Ib = I _IIb, поступающие в обмотку реле, балансируются, ток I _р = 0, и реле не срабатывает.

Таким образом, по принципу действия дифференциальная РЗ не реагирует на внешние КЗ, токи нагрузки и качания, поэтому она выполняется без выдержки времени и не должна отстраиваться от токов нагрузки и качаний. В действительности же (см. §3.1 и 3.2) ТТ работают с погрешностью. Вследствие этого в указанных режимах в реле появляется ток небаланса:

(10.2)

Для исключения неселективной работы при внешних КЗ I _с.з дифференциальной РЗ должен превышать максимальное значение тока небаланса:

(10.3)

При КЗ на защищаемой ЛЭП (рис.10.1, б) первичные токи I _Ib и I _IIb направлены от шин подстанций в ЛЭП (к месту КЗ). При этом вторичные токи I _Ib и I _IIb суммируются в обмотке реле:

(10.4)

где I _к – полный ток КЗ, равный сумме токов I _Ib и I _IIb, притекающих к месту повреждения (к точке К).

Под влиянием этого тока РЗ срабатывает. Выражение (10.4) показывает, что дифференциальная РЗ реагирует на полный ток КЗ в месте повреждения, и поэтому в сети с двусторонним питанием она обладает большей чувствительностью, чем токовые РЗ, реагирующие на ток, проходящий только по одному концу ЛЭП. Зона действия РЗ охватывает участок ЛЭП, расположенный между ТТ, к которым подключено токовое реле.

 

23. Токовая поперечная дифференциальная защита.

Принципы действия защиты. Токовая поперечная дифференциальная РЗ предназначена для параллельных ЛЭП с общим выключателем. При одностороннем питании параллельных ЛЭП РЗ устанавливается только со стороны источника питания, а в сети с двусторонним питанием – с обеих сторон параллельных ЛЭП.

Схема РЗ для одной фазы изображена на рис.10.16. На одноименных фазах каждой ЛЭП устанавливаются ТТ с одинаковым коэффициентом трансформации К_{I I} = К_{I II}= K_I. Вторичные обмотки трансформаторов тока I и II соединяются разноименными зажимами по схеме с циркуляцией токов в соединительных проводах, и параллельно к ним включается обмотка токового реле 1. Из токораспределения, приведенного на рис.10.16 для нормального режима, внешнего КЗ и качаний, видно, что ток вреле

(10.20)

В этих режимах I _I = I _II,поэтому при отсутствии погрешностей ТТ I _р = 0, и РЗ не работает. Следовательно, по своему принципу действия рассматриваемая РЗ не реагирует на внешние КЗ и нагрузку. Поэтому ее выполняют без выдержки времени и не отстраивают от токов нагрузки. В действительности в реле протекает ток небаланса I _нб, вызванный погрешностью ТТ I' _нб и некоторым различием первичных токов , обусловленным неточным равенством сопротивлений ЛЭП. Ток срабатывания реле I _с.р должен быть больше максимального тока небаланса:

(10.21)

В случае повреждения одной из параллельных ЛЭП, например WI (рис.10.16, б), ток I _I в поврежденной ЛЭП становится больше тока во второй ЛЭП (I _I > I _II),и в реле появляется ток

(10.22)

При токе в реле I _p > I _c.pРЗ действует и отключает общий выключатель обеих ЛЭП.

Мертвая зона защиты. По мере удаления точки КЗ от места установки РЗ (рис.10.17) соотношение токов I _Iи I _IIпо поврежденной и неповрежденной ЛЭП изменяется. Эти токи направляются к точке К по двум параллельным ветвям и распределяются по ним обратно пропорционально их сопротивлениям Z _Iи Z_II:

I _I /I _II= Z_I/Z_II,

где Z _I = Z _л – Z _BK, a Z_II = Z _л + Z _BK.

При перемещении точки К в сторону подстанции В сопротивление Z _I возрастает, a Z _II снижается, соответственно этому I _I уменьшается, I _II увеличивается, а ток в реле РЗ I _р = I _I – I _II постепенно понижается и при КЗ на шинах В становится равным нулю (рис.10.17, б). В результате этого, при повреждениях на некотором участке вблизи подстанции В (рис.10.17, а, б) ток I _р оказывается меньше тока срабатывания РЗ I _с.з, и она перестает работать. Границей действия РЗ является точка КЗ, отстоящая от шин противоположной подстанции В на расстояние т, где I _р = I _с.з (рис.10.17, б). Таким образом, РЗ, реагирующая на разность токов параллельных ЛЭП I _I – I _II, не может охватить своей зоной действия защищаемые ЛЭП полностью. Участок ЛЭП вблизи шин противоположной подстанции, при КЗ в пределах которого ток в реле недостаточен для его срабатывания, называется мертвой зоной РЗ. Наличие мертвой зоны является недостатком поперечной дифференциальной РЗ. Для отключения КЗ в мертвой зоне требуется дополнительная РЗ.

Длина мертвой зоны m определяется на основе следующих соображений. Токи по WI и WII (рис.10.17) обратно пропорциональны сопротивлениям или длинам ветвей от шин, где установлена РЗ, до точки КЗ. При КЗ на границе мертвой зоны в точке M I _I/ I _II = (l + т)/(l – т), где l – длина ЛЭП.

Преобразуя это выражение, находим m (I _I + I _II) = l (I _I – I _II). Учитывая, что I _I + I _II = I _ки что при КЗ на границе мертвой зоны ток в реле равен I _I – I _II = I _с.э, получаем тI _к= l I _с.э, откуда длина мертвой зоны

(10.23)

Для упрощения расчета мертвой зоны ток I _к определяется при КЗ на шинах противоположной подстанции, а не на границе мертвой зоны. Защиту принято считать эффективной, если мертвая зона ее не превосходит 10%. При отключении одной из параллельных ЛЭП поперечная дифференциальная защита должна выводиться из действия.

Схема защиты. В сетях с малым током замыкания на землю (т.е. с изолированной нейтралью или заземленной через ДГР) РЗ выполняется на двух фазах. В сетях с глухозаземленной нейтралью РЗ устанавливается на трех фазах. В этом случае ТТ на каждой ЛЭП соединяются по схеме полной звезды с нулевым проводом. Для отключения РЗ при отключении одной из параллельных ЛЭП устанавливается отключающее устройство (SX на рис.10.18). В дополнение к отключающему устройству можно предусматривать автоматическое отключение РЗ вспомогательными контактами SQ1 и SQ2 на разъединителях.

Оценка защиты. Токовая поперечная дифференциальная РЗ относится к числу простых и надежных устройств, важным достоинством ее является быстродействие. Недостатком РЗ являются наличие мертвой зоны и необходимость отключения РЗ при отключении одной из параллельных ЛЭП. Кроме поперечной дифференциальной РЗ на параллельных ЛЭП необходимо предусматривать дополнительную РЗ, действующую при КЗ на шинах противоположной подстанции, в мертвой зоне, а также при выводе из работы одной ЛЭП.