10.7. Продольная дифференциальная защита линий типа дзл

Схема ДЗЛ (рис. 10.11) построена по такому же принципу, как и схема РЗ, изображенная на рис. 10.9. Она основана на сравнении значения и фазы токов I₁ + kI₂ на концах защища­емой ЛЭП. Защита состоит из двух полукомплектов, установ­ленных на каждой стороне ЛЭП и соединенных с помощью двух жил соединительного кабеля. В каждый полукомплект ДЗЛ (рис. 10.11) входят следующие компоненты: комбинированный фильтр 1 (I₁ + kI₂), промежуточный трансформатор 2 со стабили­затором напряжения 3, дифференциальное реле с торможе­нием 4, состоящее из поляризованного реле КА и питающих его выпрямителей 5 и 6, промежуточное и указательное реле (на схеме не показаны), изолирующий трансформатор 7 (на рис. 10.10, в трансформатор TAL).

Комбинированный активно-индуктивный фильтр I₁ + kI₂ (рис. 10.12) состоит из трансреактора TAV и резисторов R1 и R2,

Трансреактор имеет две первичные обмотки w₁ и w₀, одну вторичную w₂. Обмотка w₁ питается током фазы В I_B, a w₀ – 3I₀. Обмотки включены на питающий ток разной полярностью, так что ЭДС трансреактора Е_т пропорциональна разности маг­нитодвижущих сил: w₁ I_B - w₀ 3I₀. Число витков w₀ = l/3 w_1. Обозначая сопротивления взаимной индукции между обмот­ками w₁ и w₂ через Х_ф и учитывая, что ЭДС, индуцированная токами I_B и 3I₀, отстает от них по фазе на 90°, получаем

Е_т = j Х_ф I_B -jХ_ф 3I₀ . (10.10)

Стальной сердечник TAV выполнен с воздушным зазором и не насыщается при вторичных токах КЗ от 0 до 200 А. Это позво­ляет обеспечить необходимое для правильной работы фильтра постоянство Х_ф и строгую пропорциональность между токами, питающими трансреактор, и его вторичной ЭДС Е_т.

Резистор R1 включен в цепь тока I_А, a R2 - в цепь тока I_С. Значения сопротивлений этих резисторов одинаковы:

R₁ = R₂ = R_Ф.

Как следует из схемы фильтра,

Е_Ф = Е_т + I_А R₁ - I_С R₂ . (10.11)

Заменив Е_т выражением (10.10), получим

Е_Ф = j I_B Х_ф + (I_А - I_С) R_Ф + j 3I₀ . (10.12)

Если допустить, что рассматриваемый фильтр питается то­ками прямой последовательности, то согласно (10.12):

Е_Ф = j Х_ф I_B1+ (I_А1 - I_С1) R_Ф .

Из диаграммы фильтра на рис. 10.13, а следует, что I_А1 - I_С1 = - j I_B1 , с учетом этого

Е_Ф = j Х_ф I_B1- j I_B1 R_Ф = j I_B1(Х_ф- R_Ф).

Принимая Х_ф - R_Ф = k₁ получаем

Е_Ф1 = j k₁ I_ф1. (10.13)

При питании фильтра токами I₂ напряжение на вы­ходе фильтра Е_Ф2 с учетом диаграммы на рис. 10.13, б:

Е_Ф2 = j Х_ф I_B2+ (I_А2 - I_С2) R_Ф = j Х_ф I_B2+ j R_Ф I_B2 = j I_B2 (Х_ф +R_Ф).

Принимая Х_ф + R_Ф = k₂, получаем

Е_Ф2 = j k₂ I_B2. (10.14)

Если к фильтру подводятся токи I ₀ (рис. 10.13,в), тона основании (10.11)

Е_Ф0 = j Х_ф I_B0 -j Х_ф 3I₀ +(I_А0 - I_С0) R_Ф. (10.15)

Учитывая, что I_А0 = I_В0 ⁼ I_С0, получаем Е_Ф0 = 0.

Полная ЭДС на выходе фильтра, выраженная через симмет­ричные составляющие:

Е_Ф = Е_Ф1 + Е_Ф2 + Е_Ф0 = j k₁ I_B1 + j k₂ I_B2 .

Вынося за скобку k₁ и заменяя k₂/ k₁ на k, получаем

Е_Ф = j k₁(I_B1 + k I_B2). (10.16)

Значение и знак k зависят от Х_ф и R_Ф. В этом нетрудно убе­диться, если заменить k₁ и k₂ их выражением через Х_ф и R_Ф, тогда

k = = . (10.17)

В защите типа ДЗЛ принято, что Х_ф < R_Ф, благодаря этому коэффициент k согласно (10.17) имеет отрицательный знак. Отрицательное k позволяет получить лучшую чувствитель­ность РЗ (т. е. больше Е_Ф) при двухфазном КЗ на землю, чем в случае, когда k положительно. Таким образом, при отрицатель­ном k в защите типа ДЗЛ-2 происходит сравнение фаз токов по концам линии I₁ - k I₂.

Промежуточный трансформатор TL (рис. 10.14) является пони­жающим ТТ. Вторичная обмотка трансформатора имеет две секции. От одной питается РЗ, а от второй газонаполненные стабилизаторы VD1 и VD2 (рис. 10.14, а). Коэффициент транс­формации секции TL, питающей реле, K_TL = I₁/I₂. При определенном напряжении (около 110 В) на вторичной стороне TL стабилитроны зажигаются. В результате скачкообразно возрас­тает нагрузка трансформатора, дальнейшее увеличение вто­ричного напряжения U₂ и тока I₂ прекращается (рис. 10.14,б).

Промежуточный трансформатор в сочетании со стабилизатором ограничивает: напряжение на выпрямителях и соединительных проводах до допустимого для них значения при токах КЗ; ток небаланса в дифференциальном реле, поскольку при больших токах после зажигания стабилитронов ток, поступающий в дифференциальное реле 4 (см. рис. 10.11), остается неизмен­ным (в этих условиях работа РЗ зависит практически только от фазы сравниваемых токов в начале и конце ЛЭП); нагруз­ку на ТТ. При малых токах (пока не сказывается влияние ста­билитронов) нагрузка уменьшается в K раз. После зажигания стабилитронов рост тока в соединительных проводах прекра­щается, перестает также расти мощность, потребляемая соеди­нительными проводами IZ_с.п.

Дифференциальное реле. В качестве дифференциального реле 4 применено поляризованное реле, питающееся выпрям­ленным током. Выпрямитель тормозной обмотки 5 (см. рис. 10.11) питается током насыщающегося трансформатора. Выпрямитель рабочей обмотки 6 включен дифференциально, т. е. на разницу токов в начале и конце ЛЭП.

Конденсатор С1 сглаживает пульсацию выпрямленного то­ка, питающего рабочую обмотку реле, устраняя вибрацию его контактов. В конструкции реле 4 не предусматривается при­способление для регулировки токов срабатывания и коэффи­циента торможения. При отсутствии торможения I_с.р = 2,5 мА. Время действия реле равно 0,04 с.

Промежуточное выходное реле имеет шунтовую обмотку, в которую подается ток при срабатывании РЗ, и дополнитель­ную обмотку, включаемую последовательно с катушкой отклю­чения выключателя, для удержания реле в сработанном состоя­нии до отключения выключателя. Время действия реле 0,02 с.

Изолирующий трансформатор 7 (см. рис. 10.11) выполняет две функции: отделяет цепь реле от соединительных проводов, на которых могут возникать повышенные напряжения, наво­димые извне; уменьшает ток в соединительных проводах, что­бы дополнительно снизить нагрузку от них на ТТ. Коэффици­ент трансформации трансформатора 7 равен 3.

Для уменьшения погрешности, вносимой изолирующими трансформаторами при внешнем КЗ, и уменьшения отсоса в них при КЗ в зоне параллельно первичной обмотки изолирую­щего трансформатора включен конденсатор С2. Его ток компенсирует I_нам трансформатора 7. Конденсатор СЗ емкостью 10 мФ необходим для выполнения устройства контроля исправ­ности соединительных проводов.

Устройство контроля выполняется по рис. 10.10.

Защита ДЗЛ-2 выпускается либо для РЗ одной ЛЭП 110-220 кВ (панели ЭПЗ 1638-73/1 и ЭПЗ 1639-73/1), либо для РЗ двух ЛЭП (панели ЭПЗ 1638-73/2, ЭПЗ 1630-73/2). Панели ЭПЗ 1638-73/1 оснащены дополнительно устройствами контроля соедини­тельных проводов.

Ток срабатывания РЗ. В ДЗЛ предусмотрены три ответвления на обмотке w₁ фильтра (см. рис. 10.12), с помощью которых мож­но получить три уставки тока срабатывания, условно выража­емые в относительных единицах коэффициентом h, имеющим три значения: 1; 1,5 и 2. Ток срабатывания h равен 1, когда вклю­чены все витки обмотки w₁. Одновременно с изменением чис­ла витков предусматривается пропорциональное изменение значений сопротивления R₁ и R₂ так, чтобы изменение Х_ф не влияло на коэффициент k.

Регулирование k осуществляется изменением сопротивле­ний R₁ и R₂ (независимо от w₁, при этом Х_ф остается неизмен­ным. Предусмотрены четыре значения k (-4, -6, -8, -10). Ток срабатывания РЗ при одном и том же значении k зависит от вида КЗ и поврежденных фаз. Согласно заводским данным, ток срабатывания РЗ на входе фильтра при h = 1, k = -4 и одно­стороннем питании КЗ на фазе В равен 3,8 А. Значения I_с.з для других значений h и k определяются по выражению

I_с.з = h, (10.18)

где 1/n берется из данных завода-изготовителя.

Выбор уставок РЗ сводится к выбору коэффициентов, по ко­торым определяется I_с.з, а затем находится коэффициент чув­ствительности при I_{к min} при повреждениях на ЛЭП. Коэффици­ент k выбирается так, чтобы при несимметричных КЗ состав­ляющая kI₂ преобладала над I₁ обеспечивая значение Е_Ф, достаточное для действия РЗ:

k = k_{н ,}(10.19)

где k_н - коэффициент надежности, учитывающий возможные погрешности в определении .

За расчетный режим при определении k принимается двух­фазное КЗ на землю на защищаемой ЛЭП.

Коэффициент h выбирается из условия, чтобы магнитодви­жущая сила I_B w₁ не вызывала насыщения трансреактора. Если вторичный ток I_{к тах} < 100 А, то h = 1. При I_к > 100, но меньше 150 A h = 1,5. При I_к = 150 A, h = 2.

Вторичный ток срабатывания РЗ при одностороннем питании КЗ для разных его видов вычисляется по (10.18).