Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем

Подождите немного. Документ загружается.

10.5.

ПОЛНАЯ СХЕМА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИИ

Во всех рассмотренных схемах подразумевалась установка

реле на трех фазах в тех случаях, когда РЗ должна реагировать

на все виды КЗ. Для выполнения таких схем необходимо шесть

дифференциальных реле и не менее четырех соединительных

проводов. Для уменьшения числа реле и соединительных про-

водов реле включаются через фильтры симметричных состав-

ляющих или суммирующие трансформаторы, как показано на

принципиальной схеме (рис. 10.9).

Помимо уже рассмотренных элементов в этой схеме преду-

смотрены разделительные (изолирующие) трансформаторы Т1,

с помощью которых цепь соединительного кабеля АВ отделя-

ется от цепей реле. Такое разделение исключает появление

в цепях реле высоких напряжений, наведенных в жилах кабе-

ля при протекании токов КЗ по защищаемой ЛЭП или возни-

кающих в них по любым другим причинам.

На практике получили распространение РЗ с комбинирован-

ными фильтрами прямой и обратной последовательностей

или прямой и нулевой последовательностей. Ток (или напря-

жение) на выходе таких фильтров пропорционален /, + к1

или / + к1

. Составляющая прямой последовательности 1

имеется при всех видах КЗ. Слагающая к1

возникает при не-

Рис.

10.9. Полная принципиальная схема односистемной продольной диффе-

ренциальной РЗ ЛЭП

331

симметричных повреждениях (двух- и однофазных) и позволя-

зт повысить чувствительность РЗ, увеличивая ток в реле. То

же самое достигается с помощью слагающей к1

, но только

при КЗ на землю.

10.6.

УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ИСПРАВНОСТИ

СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ПРОВОДОВ

Повреждения проводов. Повреждение соединительных про-

водов может вызвать неправильную работу дифференциаль-

ной РЗ. Возможны обрывы проводов, КЗ между ними и замыка-

ния на землю одного из проводов.

При обрыве соединительного провода (рис. 10.10, а) весь

ток, поступающий от ТТ, замыкается через рабочие обмотки

дифференциальных реле. Ток в тормозной Т и рабочей Р об-

мотках реле становится одинаковым, вследствие чего реле мо-

жет сработать при нормальной нагрузке или внешнем КЗ.

Замыкание между соединительными проводами (рис. 10.10, б)

шунтирует рабочие обмотки реле, благодаря чему РЗ может

не подействовать и отказать в работе при КЗ в зоне. Замыкание

на землю не нарушает токораспределения и не угрожает по-

этому непосредственной опасностью неправильного действия

или отказа РЗ. Однако если в жилах соединительного кабеля

появляется ЭДС, наведенная токами вблизи расположенных

ЛЭП, то создаются условия для ложной работы РЗ в режиме на-

грузки или внешнего КЗ.

Устройство контроля. Для повышения надежности РЗ ее

снабжают устройствами, контролирующими исправное состоя-

ние соединительных проводов. Устройство контроля может

автоматически выводить РЗ из действия, разрывая ее цепь от-

ключения при повреждении соединительных проводов, или

подавать сигнал о неисправности.

Получило распространение устройство контроля, основан-

ное на наложении на рабочий ток, протекающий в соединитель-

ных проводах РЗ, непрерывно циркулирующего контрольного

постоянного тока. Принцип выполнения устройства показан

на рис. 10.10, е. К соединительным проводам А и В подводится

контрольное напряжение от выпрямителя У51, который пита-

ется от ТСН подстанции. Для создания контура контрольного

тока вторичные обмотки изолирующих трансформаторов ТАЬ

332.

I Г

Рис.

10.10. Контроль соединительных проводов односистемной дифференци-

альной РЗ:

—

обрыв соединительных проводов; б

—

КЗ между соединительными про-

водами; в

—

схема контроля; г

—

схема замещения

на обоих концах ЛЭП, состоящие из двух секций, соединяются

через конденсатор СЗ, который пропускает переменный ток,

но запирает путь постоянному току контроля. Ток контроля

, поступающий от выпрямителя У81, замыкается через обмот-

ку реле КЫ, провод А, реле КЬ2, провод В и возвращается в

выпрямитель, как показано стрелками на рис. 10.10, в. Ток

контроля не трансформируется в первичные обмотки трансфор-

маторов ТАЬ и поэтому не влияет на работу РЗ. Под действием

этого тока якоря реле КЫ и КЬ2 подтянуты.

При обрыве соединительного провода ток контроля исчеза-

ет, и реле срабатывают, подавая сигнал и разрывая оперативную

цепь РЗ.

При замыкании между проводами А и В обмотка реле КЬ2

шунтируется. Ток /

в реле КЬ2 исчезает, и реле срабатывает,

подавая сигнал о неисправности и выключая РЗ на своем конце

ЛЭП. Такое действие контроля допустимо, поскольку при воз-

никновении КЗ между соединительными проводами автомати-

ческое отключение ЛЭП не требуется. Обычно нормальное

значение тока /

= 5

-*- 6

мА, а напряжение [/

= 80 В.

Для сигнализации о замыкании на землю в соединитель-

ных проводах предусматривается второй выпрямитель У52.

Он подключается одним полюсом к соединительным прово-

цам, а вторым - к земле, через заземляющий дроссель Ь.

При отсутствии замыкания на землю цепь реле КЬЗ разомк-

нута и оно не работает. В случае нарушения изоляции относи-

тельно земли одного из проводов под действием напряжения

возникает искусственный ток замыкания на землю 7

, ко-

торый проходит через реле КЬЗ, место повреждения и возвра-

щается в выпрямитель У52 через землю и дроссель Ь. Реле

КЬЗ срабатывает и дает сигнал. В качестве реле КЫ-КЬЗ ис-

пользуются поляризованные реле типа РП-7.

Соединительные провода. Связь между комплектами РЗ,

расположенными по концам защищаемой ЛЭП, осуществляет-

ся с помощью бронированного кабеля, прокладываемого по

трассе, обеспечивающей его сохранность. В целях удешевле-

ния обычно применяется многожильный кордельный телефон-

ный кабель типов ТЗБ, ТВ и ТЗСБ, используемый одновремен-

но для телефонной связи и телемеханики. Для обеспечения

правильной работы РЗ жилы кабеля должны иметь возможно

меньшее сопротивление и небольшую емкость. Первое необ-

ходимо для ограничения 1

нб

, обусловливаемых влиянием со-

противления соединительных проводов (см. § 10.4), а второе -

для повышения чувствительности РЗ, так как емкость между

жилами и на землю шунтирует рабочую обмотку дифференци-

ального реле и уменьшает поступающий в нее ток при КЗ на

защищаемой ЛЭП (рис. 10.10, г).

10.7.

ПРОДОЛЬНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ЛИНИИ

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

+ к1

на концах защища-

емой ЛЭП. Защита состоит из двух полукомплектов, установ-

ленных на каждой стороне ЛЭП и соединенных с помощью двух

жил соединительного кабеля. В каждый полукомплект ДЗЛ

(рис.

10.11) входят следующие компоненты: комбинированный

фильтр

+ к1

), промежуточный трансформатор 2 со стабили-

затором напряжения 3, дифференциальное реле с торможе-

нием 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 ТАЬ).

Комбинированный активно-индуктивный фильтр /

+ к1

(рис.

10.12) состоит из трансреактора ТАУ и резисторов К1 и К2.

Трансреактор имеет две первичные обмотки XV

и м>

, одну

вторичную хн

. Обмотка м^ питается током фазы В 1

, а

хм

Обмотки включены на питающий ток разной полярностью,

а ~"

3^-х

й.,й

-хг <.±

АХ

Защищаемая зона

Рис.

10.11.

Принципиальная схема защиты ДЗЛ

335

Рис.

10.12. Комбинированный фильтр

защиты ДЗЛ 1

+ к1

•от

•бп

так что ЭДС трансреактора Е

пропорциональна разности маг-

нитодвижущих сил:

)л>

1в

- ^о 3/„. Число витков и>

1/Зи^.

Обозначая сопротивления взаимной индукции между обмот-

ками и'

и и>

через Хф и учитывая, что ЭДС, индуцированная

токами /в и

отстает от них по фазе на

90°,

получаем

= ]Хф - УуХ

З/

. (10.10)

Стальной сердечник ТАУ выполнен с воздушным зазором и

не насыщается при вторичных токах КЗ от 0 до 200 А. Это позво-

ляет обеспечить необходимое для правильной работы фильтра

постоянство Хф и строгую пропорциональность между токами,

питающими трансреактор, и его вторичной ЭДС Е

Резистор К1 включен в цепь тока 7д, а К2 - в цепь тока 1с •

Значения сопротивлений этих резисторов одинаковы:

I?!

= К

= Кф.

Как следует из схемы фильтра,

Еф = Е, +&*!-:№• СЮ.11)

Заменив Е? выражением (10.10), получим

= ЛвХф +

(1А

- 1сЩ + УЗ/

-^. (10.12)

Если допустить, что рассматриваемый фильтр питается то-

<ами прямой последовательности, то согласно (10.12):

Шф

= /Хф/вх +

(1А

~1сх)

Ф-

136

1Л2*1

а) 6) в)

Рис. 10.13. Векторные диаграммы фильтра ^ + к!

Из диаграммы фильтра на рис.

10.13,

а следует, что/д! -1а =

= -

77в1\/3> с учетом этого

Еф =

]Х

В1

-Цв1*ф№ = ПвЛХф ~ Дф/З).

Принимая Хф-Лф

УзГ

= /с

получаем

^ф1

У^/ф!-

(10.13)

При питании фильтра токами 1

напряжение на вы-

ходе фильтра Еф

с учетом диаграммы на

рис.

10.13,

б;

ф1в

(1Л2

-1с

)

ф =

]Хф1в

+ У^фУ3/в

= У/в

(*ф + \/з Л

Принимая Хф + уЗ ^ф = ^

> получаем

Яф

= «»»•

(

)

Если к фильтру подводятся токи 1

(рис. 10.13,в),

тона оснсзании (10.11)

Яфо

У-^ф1в

У~*фЗ/

(1АО~1СО)

Ф-

(10.15)

Учитывая, что/

Ло

1в

Со

, получаем Е

фо

= 0.

Полная ЭДС на выходе фильтра, выраженная через симмет-

ричные составляющие:

1?ф = Еф1 + ^ф

фо = У^х/в! + ]к

!в

Вынося за скобку к

и заменяя к

/к

на к, получаем

Шф

= Ыт +

к1в

(10.16)

Значение и знак к зависят от Хф и Яф. В этом нетрудно убе-

диться, если заменить к

и к

их выражением через Хф и Яф,

тогда

к, х

>/з

к = --*- = „

. (10.17)

В защите типа ДЗЛ принято, что Хф <

т/ЗКф,

благодаря этому

коэффициент к согласно (10.17) имеет отрицательный знак.

Отрицательное к позволяет получить лучшую чувствитель-

ность РЗ (т. е. больше Еф) при двухфазном КЗ на землю, чем в

случае, когда к положительно. Таким образом, при отрицатель-

ном к в защите типа ДЗЛ-2 происходит сравнение фаз токов

по концам линии 1

- к!

Промежуточный трансформатор

ТЬ

(рис. 10.14) является пони-

жающим ТТ. Вторичная обмотка трансформатора имеет две

секции. От одной питается РЗ, а от второй газонаполненные

стабилизаторы УИ1 и УД2 (рис. 10.14, а). Коэффициент транс-

формации секции ТЬ, питающей реле, К

ть

= 1^/1

. При опреде-

ленном напряжении (около ИОВ) на вторичной стороне ТЬ

стабилитроны зажигаются. В результате скачкообразно возрас-

тает нагрузка трансформатора, дальнейшее увеличение вто-

ричного напряжения Ы

и тока 1

прекращается (рис. 10.14, 6).

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 неизмен-

ным (в этих условиях работа РЗ зависит практически только

от фазы сравниваемых токов в начале и конце ЛЭП); нагруз-

ку на ТТ. При малых токах (пока не сказывается влияние ста-

билитронов) нагрузка уменьшается в К^ раз. После зажигания

стабилитронов рост тока в соединительных проводах прекра-

щается, перестает также расти мощность, потребляемая соеди-

нительными проводами

/|2

СП

П.

11/1г

'—* * 1 Реле

ч)

и соединитель

ные провода.

Рис.

10.14. Промежуточный трансформатор:

—

схема; 6

—

характеристики: 1

—

при отсутствии стабилизатора; 2

—

при на-

личии стабилизатора

Дифференциальное реле. В качестве дифференциального

реле 4 применено поляризованное реле, питающееся выпрям-

ленным 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 то-

ка, питающего рабочую обмотку реле, устраняя вибрацию его

контактов. В конструкции реле 4 не предусматривается при-

способление для регулировки токов срабатывания и коэффи-

циента торможения. При отсутствии торможения

= 2,5 мА.

Время действия реле рав.ю 0,04 с.

Промежуточное выходное реле имеет шунтовую обмотку,

в которую подается ток при срабатывании РЗ, и дополнитель-

ную обмотку, включаемую последовательно с катушкой отклю-

чения выключателя, для удержания реле в сработанном состоя-

нии до отключения выключателя. Время действия реле 0,02 с.

Изолирующий трансформатор

(см.

рис. 10.11) выполняет две

функции: отделяет цепь реле от соединительных проводов,

на которых могут возникать повышенные напряжения, наво-

димые извне; уменьшает ток в соединительных проводах, что-

бы дополнительно снизить нагрузку от них на ТТ. Коэффици-

ент 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 изолирую-

щего трансформатора включен конденсатор С2. Его ток ком-

пенсирует /

нам

трансформатора 7. Конденсатор СЗ емкостью

10 мФ необходим для выполнения устройства контроля исправ-

ности 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 соедини-

тельных проводов.

Ток срабатывания РЗ. В ДЗЛ предусмотрены три ответвления

на обмотке

\л>

фильтра (см. рис. 10.12), с помощью которых мож-

но получить три уставки тока срабатывания, условно выража-

емые в относительных единицах коэффициентом Ь, имеющим

три значения: 1; 1,5 и 2. Ток срабатывания

равен 1, когда вклю-

чены все витки обмотки »

. Одновременно с изменением чис-

ла витков предусматривается пропорциональное изменение

значений сопротивления #

и К

так, чтобы изменение Хф не

влияло на коэффициент к.

Регулирование к осуществляется изменением сопротивле-

ний #

и К

(независимо от и^), при этом Хф остается неизмен-

ным. Предусмотрены четыре значения к (-4, -6, -8, -10). Ток

срабатывания РЗ при одном и том же значении к зависит от

вида КЗ и поврежденных фаз. Согласно заводским данным,

ток срабатывания РЗ на входе фильтра при Ь - 1, к = -4 и одно-

стороннем питании КЗ на фазе В равен 3,8 А. Значения /

с 3

для

других значений

и к определяются по выражению

.з

=^-Н,

(10.18)

где 1/п берется из данных завода-изготовителя.

Выбор уставок РЗ сводится к выбору коэффициентов, по ко-

торым определяется 1

СЗ

, а затем находится коэффициент чув-

ствительности при /

к т1п

при повреждениях на ЛЭП. Коэффици-

ент к выбирается так, чтобы при несимметричных КЗ состав-

ляющая к1

преобладала над 1

, обеспечивая значение Еф,

достаточное для действия РЗ:

к = к

-у±-, (10.19)

где к

- коэффициент надежности, учитывающий возможные

погрешности в определении 1

1В