Направленная поперечная дифференциальная защита

Принцип действия

Принципиальная схема направленной поперечной дифференциальной защиты представлена на рис. 1.3.6.

Рис. 1.3.6

Данная защита применяется на параллельных линиях с самостоятельными выключателями. К защите таких линий предъявляется требование – отключать только поврежденную линию. Схема, по сути, представляет собой токовую поперечную дифференциальную защиту, дополненную реле направления мощности двустороннего действия или двумя реле направления мощности одностороннего действия.

Контактная система реле направления мощности двустороннего действия представлена на рис. 1.3.7.

Токовое реле КА используется в качестве пускового органа, реле направления мощности KW служит для выявления поврежденной линии.

Для двустороннего отключения поврежденной линии, защита устанавливается с обеих сторон параллельных линий.

Рассмотрим работу схемы.

Внешние КЗ (нагрузка и качания)

Токи I_I и I_II равны по величине и совпадают по фазе. Ток в реле I_P = I_I – I_II» 0 = I_нб I_С.З должен быть больше тока небаланса I_нб.

Рис. 1.3.7

КЗ на параллельных линиях

Векторные диаграммы U_P и I_P на реле направления мощности при КЗ на линиях w1 и w2 на питающем конце показаны на рис. 1.3.8, на приемном конце – на рис. 1.3.9.

Рис. 1.3.8 Рис. 1.3.9

В зависимости от того где КЗ на w1 или w2 реле будет замыкать либо контакт 1 либо 2. При наличии источников питания на приемной стороне характер распределения первичных токов не изменится, поведение защиты будет аналогичным.

Автоматическая блокировка защиты

Оперативные цепи защиты заводятся последовательно через блок-контакты SQ1 и SQ2 выключателей линий 1 и 2 (см. рис. 1.3.6). Такое выполнение оперативной цепи необходимо для правильной работы защиты в следующих 2-х случаях.

Если при КЗ на линии w1 выключатель Q1 отключится раньше Q3 (см. рис. 1.3.10), то реле мощности защиты подстанции А разрешит защите отключить и выключатель Q2. Такое, неправильное действие защиты и предотвращают блок-контакты.

Непременное условие – время отключения блок-контактов должно быть меньше времени отключения выключателя.

При отключении одной из линий защита превращается в мгновенную направленную и может неправильно действовать при внешних КЗ и должна быть выведена из действия.

Рис. 1.3.10

Зона каскадного действия

Каждый комплект направленной поперечной дифференциальной защиты имеет зону m у шин противоположной подстанции, при КЗ в пределах которой ток I_P < I_С.З.

При КЗ в точке К, защита А не работает (см. рис. 8.3.11.), однако защита B работает и отключает выключатель Q3. В результате весь ток КЗ I_K отправиться к месту повреждения по линии w1 от шин подстанции А: I_I = I_K, I_II = 0, I_P = I_I – I_II = I_K > I_С.З. Защита А отключает Q1.

Такое, поочередное действие защит называется каскадным, а зона m – зоной каскадного действия. Её длина определяется как длина мертвой зоны для токовой поперечной дифференциальной защиты.

При каскадном действии защиты полное время отключения КЗ удваивается, что является недостатком защиты. Для уменьшения длины зоны каскадного действия необходимо уменьшать ток срабатывания защиты I_С.З.

Рис. 1.3.11

Мертвая зона по напряжению

При КЗ вблизи шин своей подстанции напряжение на зажимах реле U_P очень мало. Реле мощности KW не срабатывает.

Схема направленной поперечной дифференциальной защиты

Принципы построения схемы защиты:

1) трансформаторы тока на каждой линии соединены по схеме полной звезды для 3-х фазных защит и неполной звезды для 2-х фазных;

2) реле мощности включается как правило по 90° схеме;

3) пуск защиты производится пофазно;

4) защита выполняется без выдержки времени;

5 предусматривается устройство контроля исправности цепи напряжения.

Схема защиты представлена на рис. 1.3.12.

Рис. 1.3.12

Рис. 1.3.12. Продолжение

Рис. 1.3.12. Продолжение

Выбор уставок направленной поперечной дифференциальной защиты

Ток срабатывания

Ток срабатывания пусковых реле НПДЗ выбирается, исходя из четырех условий:

1) пусковые реле не должны действовать от тока небаланса, возникающего при внешних КЗ:

I_С.З ³ k_Н I_{нб.макс}, (1.11)

где I_{нб.макс} – максимальный ток небаланса, при КЗ на шинах противоположной подстанции;

2) пусковые реле должны быть отстроены от суммарного тока нагрузки I_н.макс параллельных линий для предотвращения ложного действия защиты при отключении одной из линий с противоположной стороны в нормальном режиме рис. 1.3.13:

I_С.З ³ k_Н I_н.макс; (1.12)

3) пусковые реле должны отстраиваться от токов в неповрежденных фазах при двухфазных и однофазных КЗ:

I_С.З ³ k_Н I_неп.ф = k_Н (I_Н + k I_K); (1.13)

Рис. 1.3.13

4) пусковые реле должны надежно возвращаться при максимальной нагрузке параллельных линий:

, (1.14)

где I_н.макс – суммарный максимальный ток нагрузки параллельных линий.

Ток срабатывания выбранный по условию (1.14), как правило, удовлетворяет и всем остальным требованиям.

Ток небаланса

, (1.15)

где – составляющая тока небаланса, вызванная погрешностью трансформаторов тока;

– составляющая тока небаланса, вызванная неравенством сопротивлений параллельных линий.

Для снижения тока небаланса, трансформаторы тока должны быть правильно выбраны, проверены по кривым предельной кратности.

Расчетная кратность может быть найдена по формуле

, (1.16)

где I_к.макс – ток КЗ в максимальном режиме на шинах противоположной подстанции, текущий по каждой параллельной линии;

k_а – коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока КЗ, k_а =2.

Согласно руководящим указаниям по релейной защите

, (1.17)

где I_к.макс – максимальный ток при трехфазном КЗ на шинах противоположной подстанции, проходящий по одной из параллельных линий при работе обеих;

0,1 – задаваемая погрешность трансформаторов тока (10%);

k_а – коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока КЗ, k_а =1,5;2.

, (1.18)

где – разница в процентах между сопротивлениями прямой последовательности двух линий.

Обычно принимается Z_w1 = Z_w2 и = 0.

Чувствительность защиты

Длина зоны каскадного действия

Вычисляется как длина мертвой зоны токовой поперечной дифференциальной защиты (см. вывод формулы 1.10)

от длины линии. (1.19)

Собственно чувствительность пусковых реле

По ПУЭ проверяется для двух случаев.

При КЗ на границе зоны каскадного действия после отключения поврежденной линии с противоположной стороны (см. рис. 1.3.14):

. (1.20)

Рис. 1.3.14

В случае установки поперечных дифференциальных защит с обеих сторон линии определяется при повреждении в точке равной чувствительности обеих защит (см. рис. 1.3.15):

. (1.21)

Рис. 1.3.15

Оценка направленных поперечных дифференциальных защит

Достоинства:

1) простота схемы;

2) меньшая стоимость по сравнению с продольной дифференциальной защитой;

3) отсутствие выдержки времени;

4) нечувствительность к качаниям;

5) простота выбора параметров защиты.

Недостатки:

1) каскадное действие;

2) мертвая зона по напряжению;

3) необходимость дополнительной защиты при выводе из работы основной при отключении одной из параллельных линий;

4) неправильная работа защиты при обрыве провода линии с односторонним заземлением.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: