Н.В. Чернобровов Релейная защита

для отключения только одной линии.

У п р о щ е н н а я п р и н ц и п и а л ь н а я с х е м а одной фазы защиты дана на рис.

10-24.

Токовые цепи защиты выполняются так же, как и у токовой поперечной дифференциальной защиты (см. § 10-9). Токовые обмотки реле мощности 2 и токового реле 1 соединяются последовательно и включаются параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока на разность токов параллельных линий, т. е. так, чтобы ток в реле /р = II — III. Токовые реле 1 выполняют функции пусковых реле защиты. Реле направления мощности 2 служит для выявления поврежденной линии.

Напряжение к реле подводится от трансформатора напряжения шин подстанции. Оперативный ток к защите подается через блок-контакты выключателей Б1 и БII, назначение которых поясняется ниже.

Однако вследствие погрешности трансформаторов тока и некоторого неравенства сопротивлений линий вторичные токи IВI и IВII несколько различаются по величине и фазе, в результате чего в реле появляется ток небаланса /р = Iнб.

Для исключения работы защиты при внешних к. з. ее ток срабатывания должен удовлетворять условию Iс.з > Iнб.

Короткое замыкание на параллельных линиях (Л1 и ЛII). На рис. 10-25, а и б

показано распределение первичных и вторичных токов при к. з. на линии Л1 и ЛII.

На п и т а ю щ е м к о н ц е (подстанция А) в случае повреждения на линии Л1 или ЛII первичные токи 1I и /II имеют оди-

221

как это следует из токораспределений на рис. 10-25, а и б. Знак тока /р зависит от того, какая линия повреждена: Л1 или ЛII. При к. з. на Л1 ток к. з. идет к месту повреждения (точке К) из линии ЛII в линию Л1 (рис. 10-25, а). В соответствии с этим ток в реле /р (рис. 10-25, б) будет, так же как и на питающем конце, положительным, совпадая по знаку со вторичным током поврежденной линии Л1.

В случае повреждения на ЛII направление первичного тока к. з. изменится, он будет идти из линии Л1 в линию ЛII, где находится повреждение (рис. 10-25, б). Соответственно изменится направление вторичных токов и тока /р, знак которого станет отрицательным.

Из сказанного следует, что при к. з. на любой из параллельных линий в поперечной направленной дифференциальной защите появляетея ток /р и она приходит в действие. При к. з. на Л1 ток /Р имеет положительное направление, а при повреждении ЛII направлен в обратную сторону.

Поскольку ток в поляризующей цепи реле мощности, питаемой напряжением шин, в обоих случаях имеет одинаковое направление, то знак мощности Sр на зажимах реле направления мощности при к. з. на Л1 и на ЛII будет различным.

Для большей наглядности на рис. 10-26 приведены векторные диаграммы тока Iр и напряжения Uр, подводимых к реле мощности. При построении диаграмм принято, что положительные токи отстают от Uр на угол φр = φ, а отрицательные сдвинуты на угол φр = φ + 180°.

222

Если при к. з. на Л1 (рис. 10-26, а и б) мощность на реле была положительна, то при повреждении на ЛII (рис. 10-26, в и г) знак мощности изменится на обратный за счет изменения фазы тока /р на 180°.

Поэтому если в первом случае реле мощности замыкает контакт К1, разрешая защите подействовать на отключение поврежденной линии Л1, то во втором случае реле мощности замкнет контакт K2 и разрешит отключение линии ЛII (рис. 10-24).

При наличии источников питания на приемной стороне характер распределения первичных токов, показанный на рис. 10-25, не меняется, и поэтому поведение защиты будет аналогичным.

Таким образом, при к. з. на одной из параллельных линий под действием тока /р срабатывают пусковые реле защиты, подводя оперативный ток к реле направления мощности. Последнее по знаку SР определяет поврежденную линию и замыкает цепь отключения ее выключателя.

Автоматическая блокировка защиты. Оперативная цепь защиты заводится последовательно через блок-контакты Б1 и БII выключателей линии Л1 и ЛII (рис. 10-24).

При отключении выключателя блок-контакт размыкает оперативную цепь и автоматически выводит из действия защиту. Такое выполнение оперативной цепи необходимо для правильной работы защиты в следующих двух случаях:

1.Если при к. з. на линии, например Л1 (рис. 10-24), выключатель В1 отключится раньше выключателя В3, то реле мощности защиты подстанции А под действием тока к. з., направляющегося к месту повреждения по линии ЛII, разрешит защите подстанции А отключить неповрежденную линию ЛII. Такое неправильное действие защиты предотвра-

щается посредством блок-контакта Б1 автоматически размыкающего оперативную цепь защиты при отключении выключателя В1 (рис. 10-24).

Непременным условием надежности блокировки является регулировка блок-контактов так, чтобы получить tбл < t отключения выключателя.

2.При отключении одной из линий защита превращается в мгновенную направленную защиту. Она может неправильно работать при внешних к. з. и поэтому должна выводиться из действия.

Это осуществляется с помощью блок-контактов, снимающих плюс с защиты при отключении выключателя линии.

При отключении одной из линий с противоположной стороны (например, на подстанции В) автоматическая блокировка на защите подстанции А не действует; в этом случае защита должна отключаться вручную отключающими устройствами 5 и 6 (рис. 10-24).

Состояние блок-контактов контролируется лампой 7 (рис. 10-24), которая горит, если контакты Б1 и БII замкнуты. Зона каскадного действия. В § 10-9, б было показано, что разница токов в параллельных линиях 1I

— 1II уменьшается при удалении точки к. з. от места установки защиты (см. рис. 10-22, б). В результате этого каждый комплект направленной поперечной дифференциальной защиты так же, как и у токовой дифференциальной защиты, имеет т (рис. 10-27) при к. з., в пределах которой ток Iр < Iс.з, вслед-

223

ствие чего этот комплект защиты не может сработать. Однако после отключения поврежденной линии с противоположной стороны не работавшая до этого защита приходит в действие и отключает поврежденную линию. Так, например, при к. з. на Л1 в точке К вблизи шин подстанции В защита А не работает, так как Iр < Iс.з. После отключения поврежденной линии Л1 со стороны подстанции В (где ток Iр достаточен для надежного действия поперечной дифференциальной защиты В) весь ток Iк направится от подстанции А к месту поврежде-

ния К по Л1. В этом случае Ir =	Iк, III = 0, а ток в пусковых реле защиты А резко
возрастет: Iр = II — III = Iк и станет	больше Iс.з

Пусковые реле защиты А срабатывают, орган направления мощности выбирает поврежденную линию Л1, и защита действует на ее отключение.

При к. з. вблизи шин подстанции А отключение поврежденной линии происходит аналогично: сначала работает ближняя к месту к. з. защита А, а затем защита В.

Такое поочередное действие защит называется каскадным, а зона (тА и тВ), в пределах которой Iр < Iс.з, вследствие чего направленная дифференциальная защита не действует, пока поврежденная линия не отключится с противоположной стороны, называется з о н о й к а с к а д н о г о д е й с т в и я защиты.

Зона каскадного действия определяется на основе таких же соображений, как и мертвая зона по выражению (10-22).

При каскадном действии защиты полное время включения к. з. удваивается, что является недостатком защиты, поэтому зо-

ну каскадного действия стремятся сократить, для чего следует уменьшать Iс.з

Мертвая зона по напряжению. При к. з. вблизи места установки защиты остаточное напряжение Uр, подводимое к зажимам реле мощности, очень мало (см. рис. 7-6) г а при к. з. у шин подстанции оно равно нулю. В этом случае мощность на зажимах реле направления мощности оказывается недостаточной для его действия и защита

отказывает в работе. Таким образом, направленная поперечная дифференциальная защита имеет Мертвую зону по напряжению. Величина мертвой зоны невелика, она определяется расчетом, как указано в § 7-7.

Работа защиты при обрыве провода линии с односторонним заземлением. На рис.

10-28 показано протекание тока к. з. при обрыве одного провода линии и заземлении его с одной из сторон. Направленная поперечная дифференциальная защита А под Действием тока в линии Л1 отключает поврежденную линию. Одновременно от тока к. з. в линии ЛII срабатывает защита В и неправильно отключает неповрежденную линию ЛII. Устранение этого недостатка защиты требует усложнения схемы. Опыт эксплуатации показывает, что рассмотренный вид повреждения бывает редко, поэтому специальных мер к устранению неправильной работы защиты обычно не применяют.

б) Схемы направленной поперечной дифференциальной защиты

Схемы защиты выполняются с учетом следующих общих положений:

1.Трансформаторы тока на каждой линии соединяются по схеме полной звезды для трехфазных защит и по схеме неполной звезды — для двухфазных.

2.Реле мощности включается на ток и напряжение по типовым схемам, обеспечивающим наивыгоднейшие условия для их работы {по 90-градусной схеме — при реле мощности смешанного типа).

3.Пуск защиты производится пофазно. При каскадном отключении поврежденной линии (рис. 10-27) реле мощности под действием токов нагрузки неповрежденных фаз неповрежденной

224

линии ЛII могут замкнуть цепь на отключение этой линии. При пофазном пуске реле мощности, включенные на ток неповрежденных фаз, не получают оперативного тока и не смогут вследствие этого подействовать на отключение.

4.Защита выполняется без выдержки времени, поскольку она не действует при внешних к. з.

5.В случае обрыва или перегорания предохранителя, в цепи напряжения к реле мощности подводится искаженное по фазе и величине напряжение и реле может неправильно подействовать при к. з. на одной из параллельных линий. Поэтому предусматривается устройство контроля исправности цепи напряжения.

На рис. 10-29 приведена в качестве примера схема трехфазной защиты.

В схеме имеются три пусковых токовых реле ТА, ТВ и Тс, включенных на разность токов соответствующих одноименных фаз Л1 и ЛII. В качестве органов направления мощности используются реле мощ-

ности М А, МВ, Мс двустороннего действия типа РБМ-271, момент этого реле Мэ= kUрIрcos(φp+ 90°). Реле имеют по два контакта. Контакт 1 (нижний) замыкается при положительном знаке мощности, а контакт 2 (верхний) — при отрицательном.

Токовые обмотки реле М включаются последовательно с обмотками пусковых реле на ток фазы. Обмотки напряжения включены на линейное напряжение по 90-градусной схеме.

Плюс на оперативные цепи защиты подается через блок-контакты Б1 и Б2 выключателей В1 и Вг линий Л1 и ЛII, чем осуществляется автоматическая блокировка защиты при отключении одного из выключателей. Контакты пусковых реле подают плюс к реле мощности, включенному па ток одноименной фазы, т. о. Т

А— к реле МА , ТВ — к реле МВ , Тс — к реле Мс .

Всхеме предусматриваются два выходных промежуточных реле. Реле П1 пускается от контактов 1 реле

М при к. з. па линии Л1 и действует на отключение выключателя В1. Реле П2 пускается от верхних контактов 2 реле М при к. з. на линии ЛII и отключает Вг .

В схеме предусмотрена взаимная блокировка этих реле. С этой целью минус обмотки П1 заведен через нормально замкнутые контакты П2, и наоборот.

Оба реле, срабатывая, самоудерживаются, подавая питание на обмотку через один из своих контактов. При наличии такой блокировки отпадает необходимость в регулировке блок -контактов Бг и Б2, обеспечивающей их размыкание раньше, чем прервется ток к. з. силовыми контактами выключателя.

Таким путем обеспечивается надежность автоматической блокировки защиты при каскадных отключениях поврежденной линии.

Рассмотренная трехфазная схема применяется в сети с большим током замыкания на землю от всех видов к. з.

В сети с малым током замыкания на землю, а также и в сети с глухозаземленной нейтралью при наличии поперечной дифференциальной защиты нулевой последовательности применяется д в у х ф а з н а я с х е м а , отличающаяся от рассмотренной отсутствием трансформаторов тока, пусковых реле и реле мощности на одной фазе (например В).

в) Выбор уставок направленной поперечной дифференциальной защиты, включенной на фазные токи (рис. 10-24)

Ток срабатывания пусковых реле защиты должен удовлетворять четырем требованиям:

1. Пусковые реле не должны действовать от тока небаланса Iнб, возникающего при

225

внешних к. з.

Для этого их ток срабатывания должен выбираться больше максимального тока небаланса при к. з. на шинах противоположной подстанции (рис. 10-24)

Iс.з = kн Iнб.макс

(10-23)

где kн =1,5 ÷ 2.

2. Пусковые реле должны быть отстроены от суммарного токанагрузки Iн макс парал-

лельных линий для предотвращения ложного действия защиты при отключении одной из линий с противоположной стороны в нормальном режиме (рис. 10-30, а). В таких условиях по оставшейся в работе линии ЛII протекает суммарный ток Iн.макс обеих параллельных линий, который поступает в пусковые реле и реле мощности.

Если нагрузка передается от шин А в сторону линии, то реле мощности срабатывает, разрешая защите отключить оставшуюся линию. Чтобы не допустить такого отключения, необходимо иметь: Iс.з > Iн.макс, или

Iс.з = kн Iн.макс,

(10-24)

где kн — коэффициент надежности.

Токи в неповрежденных фазах (В и С) влияют на работу защиты при каскадном отключении поврежденной линии (рис. 10-30,6), так как в этом режиме они текут только по одной оставшейся в работе линии ЛII.

При выполнении условия (10-25) и пофазном пуске защиты неселективное отключение линии из-за ложной работы реле мощности исключается, поскольку пусковые реле неповрежденных фаз не будут работать,

4. Пусковые реле должны надежно возвращаться при максимальной нагрузке параллель-

ных линий. При выборе тока срабатывания без учета условий возврата контакты пусковых реле могут остаться замкнутыми после внешнего к. з. (при работе одной линии, когда защита превращается в мгновенную максимальную защиту). Если при этом под действием

226

нагрузки сработает реле направления мощности, то цепь отключения от защиты будет разомкнута только блок-контактом отключенного выключателя. В момент включения второго выключателя блок-контакт замкнется и защита подаст импульс на отключение работающей линии.

Условия возврата обеспечиваются, если

где Iн.макс — суммарный максимальный ток нагрузки параллельных линий.

Ток срабатывания, выбранный по четвертому условию, обычно удовлетворяет всем остальным требованиям. Поэтому расчет Iс.з, ведется по формуле (10-26) и проверяется по (10-23) и (10-25).

Ток небаланса поперечной дифференциальной защиты (см; § 10-9) принимается равным арифметической сумме тока небаланса I´нб обусловленного погрешностью трансформаторов тока, и тока небаланса I˝нб, вызванного неравенством сопротивлений параллельных линий. При выборе уставок по выражению (10-23) необходимо исходить из максимального значения суммарного тока небаланса)

Для уменьшения I´нб трансформаторы тока, питающие защиту, выбираются по кривым предельной кратности или 10%-ной погрешности при максимальном значении тока внешнего к. з. на шинах противоположной подстанции, текущего по каждой параллельной линии Ik.макс. Расчетная кратность тока

где kа — коэффициент, учитывающий влияние апериодической слагающей тока к. з., принимается равным 2.

Согласно [Л. 99] рекомендуется оценивать приближенное значение I´нб по выражению

где Ik.макс — максимальный ток при трехфазном к. з. на шинах подстанций (А и В), проходящий по одной параллельной линии при работе обеих; 0,1 — погрешность трансформаторов тока, равная 10%; кодн — коэффициент однотипности, принимаемый при

227

228

229

В ы б о р у с т а в к и на п у с к о в о м р е л е з а щ и т ы . При внешних к. з. в дифференциальной цепи защиты появляется ток небаланса, от которого защита может ложно сработать. Для исключения ложного действия ток срабатывания пускового реле должен удовлетворять условию

Iс.з.н.п= kн Iнб.макс

(10-34)

Ток небаланса подсчитывается по выражениям (10-28) и (10-29). Расчет Iнб ведется при однофазных или двухфазных к. з. на землю на шинах противоположной подстанции по наибольшему току Iк.

Поперечная дифференциальная защита нулевой последовательности обладает более высокой чувствительностью при к. з. на землю, чем защита, реагирующая на фазный ток.

10-12. НАПРАВЛЕННАЯ ПОПЕРЕЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА С РАЗДЕЛЬНЫМИ КОМПЛЕКТАМИ ОТ МЕЖДУ ФАЗНЫХ И ОДНОФАЗНЫХ К. 3.

В тех случаях, когда фазная поперечная дифференциальная защита имеет недостаточную чувствительность к однофазным к. з., ее дополняют комплектом дифференциальной защиты нулевой

230