Продольная дифференциальная защита линий

Продольная дифференциальная з ащита основана на принципе сравнения значений и фаз токов в начале и конце линии. Для этого вторичные обмотки трансформаторов тока с обеих сторон линии соединяются между собой проводами, как показано на рис. 1. По этим проводам постоянно циркулируют вторичные токи I1 и I2. Для выполнения дифференциальной защиты параллельно трансформаторам тока включают дифференциальное реле РТ. Ток в обмотке этого реле всегда будет равен геометрической сумме токов, приходящих от обоих трансформаторов тока

Если коэффициенты трансформации трансформаторов тока ТТ1 и ТТ2 одинаковы, то при нормальной работе, а также внешнем КЗ (точка К1 на рис. 1,а) вторичные токи равны по значению I1 = I2 направлены в реле встречно.

Рис. 1. Принцип выполнения продольной дифференциальной защиты линии и прохождение тока в реле при внешнем КЗ (а) и при КЗ на защищаемой зоне (б)

и реле не приходит в действие.

При КЗ в защищаемой зоне (точка К2 на рис. 1,б) вторичные токи в обмотке реле совпадут по фазе. И, следовательно, будут суммироваться

реле сработает и подействует на отключение выключателей линий.

Таким образом, дифференциальная продольная защита с постоянно циркулирующими токами в обмотке реле реагирует на полный ток КЗ в защищаемой зоне (участок линии, заключенный между трансформаторами тока ТТ1 и ТТ2), обеспечивая при этом мгновенное отключение поврежденной линии

Практическое исполнение схем дифференциальных защит потребовало внесения ряда конструктивных элементов, обусловленных особенностями работы этих защит на линиях энергосистем.

Во-первых, для отключения протяженных линий с двух сторон оказалось необходимым подключение по дифференциальной схеме двух реле: одно на подстанции 1, другое на подстанции 2 (рис. 2).

Рис. 2. Принципиальная схема продольной дифференциальной защиты линии: Ф — фильтры токов прямой и обратной последовательностей; ПТТ — промежуточный трансформатор тока; ИТ — изолирующий трансформатор; РДТ — дифференциальное реле с торможением; Р — рабочая и Т — тормозная обмотки реле

Подключение двух реле привело к неравномерному распределению вторичных токов между реле (токи распределялись обратно пропорционально сопротивлениям цепей), появлению тока небаланса и понижению чувствительности защиты.

Заметим также, что этот ток небаланса суммируется в реле с током небаланса, вызванным несовпадением характеристик намагничивания и некоторой разницей в коэффициентах трансформации трансформаторов тока. Для отстройки от токов небаланса в защите были применены не простые дифференциальные реле, а дифференциальные реле с торможением РДТ, обладающие большей чувствительностью.

Во-вторых, соединительные провода при их значительной длине обладают сопротивлением, во много раз превышающим допустимое для трансформаторов тока сопротивление нагрузки. Для понижения нагрузки были применены промежуточные трансформаторы тока ПТТ с коэффициентом трансформации n, с помощью которых был уменьшен в n раз ток, циркулирующий по проводам, и тем самым снижена в n2 раз нагрузка от соединительных проводов (значение нагрузки пропорционально квадрату тока).

Рис. 3. Прохождение тока в обмотках реле при обрыве (а) и замыкании между собой соединительных проводов (б): К1 — точка сквозного КЗ; К2 — точка КЗ в защищаемой зоне

В схеме продольной дифференциальной защиты были предусмотрены также изолирующие трансформаторы ИТ для отделения соединительных проводов от цепей реле и защиты последних от высокого напряжения, наводимого в соединительных проводах во время прохождения по линии тока КЗ.

Распространенные в электрических сетях продольные дифференциальные защиты типа ДЗЛ построены на изложенных выше принципах и содержат элементы, указанные на рис. 2. Наличие соединительных проводов во вторичных цепях ДЗЛ ограничивает область ее применения линиями малой протяженности (10—15 км).

Контроль исправности соединительных проводов.

В эксплуатации возможны повреждения соединительных проводов: обрывы, КЗ между ними, замыкания одного из проводов на землю.

При обрыве соединительного провода (рис. 3, а) ток в рабочей и тормозной обмотках реле становится одинаковым и защита может неправильно сработать при сквозном КЗ и даже при токе нагрузки (в зависимости от значения Iсз).

Замыкание между соединительными проводами (рис. 3,б) шунтирует собой рабочие обмотки реле, и тогда защита может отказать в работе при КЗ в защищаемой зоне.

Для своевременного выявления повреждений исправность соединительных проводов контролируется специальным устройством. Контроль основан на том, что на рабочий переменный ток, циркулирующий в соединительных проводах при их исправном состоянии, накладывается выпрямленный постоянный ток, не оказывающий влияния на работу защиты.

Выпрямленное напряжение подводится к соединительным проводам только на одной из подстанций, где устройство контроля имеет выпрямитель, получающий в свою очередь питание от трансформатора напряжения рабочей системы шин. Подключение устройства контроля к той или другой системе шин осуществляется вспомогательными контактами шинных разъединителей или реле-повторителями шинных разъединителей защищаемой линии.

При обрыве соединительных проводов постоянный ток исчезает и устройство контроля подает сигнал о повреждении, снимая оперативный ток с защиты на обеих подстанциях. При замыкании соединительных проводов между собой — подает сигнал и выводит защиту из действия, но только с одной стороны — со стороны подстанции, где выпрямитель отсутствует. В случае понижения сопротивления изоляции одного из соединительных проводов относительно земли (ниже 15—20 кОм) устройство контроля также подает соответствующий сигнал.

Если соединительные провода исправны, ток контроля, проходящий по ним, не превышает 5—6 мА при напряжении 80 В. Эти значения должны периодически проверяться оперативным персоналом в соответствии с инструкцией по эксплуатации защиты.

Оперативному персоналу следует помнить, что перед допуском к любого рода работам на соединительных проводах необходимо отключать с обеих сторон продольную дифференциальную защиту, устройство контроля соединительных проводов и пуск устройства резервирования при отказе выключателей УРОВ от защиты.

После окончания работ на соединительных проводах следует проверить их исправность. Для этого включается устройство контроля на подстанции, где оно не имеет выпрямителя. При этом должен появиться сигнал неисправности. Затем устройство контроля включают на другой подстанции (на соединительные провода подают выпрямленное напряжение) и проверяют, нет ли сигнала о повреждении. Защиту и цепь пуска УРОВ от защиты вводят в работу при исправных соединительных проводах.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

8. Дифференциальная защита линий

8.1. Назначение и виды дифференциальных защит

На линиях отходящих от шин электростанций или узловых подстанций, часто по условиям устойчивости требуется обеспечить отключение КЗ в пределах всей защищаемой линии без выдержки времени. Это требование нельзя выполнить с помощью мгновенных токовых отсечек, защищающих только часть линии. Кроме того, отсечки неприменимы по условию селективности, на коротких ЛЭП, где токи КЗ в начале и в конце линии примерно одинаковы. В этих случаях используются дифференциальные защиты (ДЗ), обеспечивающие мгновенное отключение КЗ в любой точке защищаемого участка и не действующие при КЗ за пределами зоны действия.

Дифференциальные защиты подразделяются на:

продольные – для защит как одинарных, так и параллельных линий;

поперечные – для защиты только параллельных линий.

8.2. Продольная дифференциальная защита

8.2.1. Принцип действия защиты

Принцип действия продольных дифференциальных защит основан на сравнении величины и фазы токов в начале и конце защищаемой линии.

При КЗ вне защищаемой линии токи в начале и конце линии направлены в одну сторону и равны по величине (см. рис. 8.2.1. а)). При КЗ в пределах защищаемой линии, токи направлены в разные стороны и не равны по величине (как правило) (см. рис. 8.2.1. б)).

Принцип сравнения токов показан на рис. 8.2.2.: по концам линии установлены трансформаторы тока с одинаковым коэффициентом трансформации. Их вторичные обмотки соединяются кабелем и подключаются к дифференциальному реле.

Различают две схемы построения дифференциальной защиты:

1. с циркулирующими токами;

2. с уравновешенными напряжениями.

На рис. 8.2.2. показана схема с циркулирующими токами. Для этой схемы ток протекающий по реле определяется:

(8.1.)

При отсутствии погрешностей I ₁ = I ₂ и I_P =0 реле не работает. Не происходит срабатывания и при качаниях в системе.

По принципу действия дифференциальная защита не реагирует на внешние КЗ, качания и токи нагрузки.

В действительности же трансформаторы тока работают с погрешностью: I ₁ – I ₂ = I _нб чтобы не произошло ложного срабатывания защиты: I _С.З. > I _{нб.макс} .

Работа схемы с циркулирующими токами при КЗ на защищаемой линии с односторонним и двусторонним питанием, показаны на рис. 8.2.3. а) и б). Ток протекающий через реле:

(8.2.)

Дифференциальная защита реагирует на полный ток I _КЗ в месте повреждения, поэтому в сети с двусторонним питанием она обладает большей чувствительностью, чем токовые защиты.

Схема с уравновешенными напряжениями.

Работа дифференциальной защиты на основе схемы с уравновешенными напряжениями представлена на рис. 8.2.4.

В России а, ранее, в (СССР) применялись схемы дифференциальных защит с циркулирующими токами.

8.2.2. Токи небаланса в дифференциальной защите

(8.3.)

Для уменьшения тока небаланса необходимо выровнять токи намагничивания трансформаторов по величине и фазе. Ток намагничивания трансформаторов тока зависит от магнитной индукции или вторичной ЭДС (см. рис. 8.2.5.)

Выполнить характеристики намагничивания идентичными у разных трансформаторов тока практически не удается.

Ток небаланса особенно возрастает при насыщении магнитопровода трансформатора. Даже при максимальном токе протекающем по первичной обмотке при КЗ, трансформаторы тока не должны насыщаться.

Пути уменьшения тока небаланса

1. Применяются трансформаторы тока насыщающиеся при возможно больших кратностях тока КЗ (трансформаторы тока класса Р(Д)).

2. Ограничение величины вторичной ЭДС:

(8.5.)

Для этого уменьшают нагрузку Z _Н и увеличивают коэффициент трансформации n _Т .

3. Для выравнивания токов намагничивания I_{I .нам} и I_{II .нам} необходимо, чтобы нагрузка трансформатора тока была равной Z _Н1 = Z _Н2 .

Точных и простых для практики способов расчета тока небаланса ещё не разработано. При проектировании используют формулы, приведенные в «Руководящих указаниях по релейной защите».

8.2.3. Принципы выполнения продольной дифференциальной защиты

1. Использование промежуточных трансформаторов тока

2. Установка двух дифференциальных реле

Дифференциальная защита должна действовать на отключение выключателей на обоих концах защищаемой линии. Для этого устанавливают два дифференциальных реле. Однако подобный способ имеет недостаток из-за сопротивления соединительных проводов токи, поступающие в реле при сквозных КЗ не балансируются, даже при работе трансформаторов тока без погрешностей. Для уменьшения тока небаланса необходимо уменьшать сопротивление соединительных проводов.

При КЗ в зоне в схеме с одним реле в него поступает сумма вторичных токов трансформаторов тока: I_P = I ₁ + I ₂ = I_K . В схеме с двумя реле: (если сопротивление проводов равно нулю). То есть чувствительность защиты уменьшается.

(В схеме с уравновешенными напряжениями установка двух реле не меняет условий работы схемы.)

3. Использование дифференциальных реле с торможением

Для отстройки от токов небаланса получили распространение так называемые дифференциальные реле с торможением. Ток срабатывания у таких реле возрастает с увеличением тока внешнего КЗ. Принципиальная схема конструкции такого реле изображена на рис. 8.2.8.

Схема включения реле с торможением показана на рис. 8.2.9. При внешнем КЗ в тормозной обмотке протекает ток КЗ, а в рабочей обмотке – ток небаланса; реле надежно не срабатывает.

При КЗ в зоне (см. рис. 8.2.10. ) в случае одностороннего питания I₂ =0 и токи в рабочей и тормозной обмотках совпадают и равны I _К ; при таких условиях реле сработает.

Зависимость I_P = f ( I_T ) изображена на рис. 8.2.11. При одинаковых условиях отстройки от тока небаланса при внешних КЗ, реле с тормозной характеристикой обладает большей чувствительностью по сравнению с простым дифференциальным реле.

Современные защиты оснащены тормозными реле на выпрямленном токе с реагирующим органом в виде поляризованного реле.

4. Включение дифференциальных реле через фильтры симметричных составляющих

8.2.4. Комплект продольной дифференциальной защиты типа ДЗЛ

Принципиальная схема защиты типа ДЗЛ показана на рис. 8.2.13.

Данная защита оснащена специальным устройством контроля исправности соединительных проводов. По ним циркулирует контрольный постоянный ток. При обрыве или КЗ соединительного провода, прохождение тока нарушается и отслеживающие устройства выводят защиту из работы.

Соединительный провод защиты выполнен бронированным кабелем – обычно телефонным. Одновременно он может использоваться для связи и телемеханики.

В комплекте ДЗЛ используется комбинированный фильтр ( I₁+kI₂ ) прямой и обратной последовательности (1). Составляющая обратной последовательности возникает в сети при несимметричных повреждениях (2-х фазных и однофазных) и позволяет повысить чувствительность защиты увеличивая ток в реле. Фильтр ( I₁+kI₀ ) прямой и нулевой последовательности позволяет повысить чувствительность только при замыканиях на землю.

Источник

Продольная дифференциальная защита. Назначение, принцип действия, условия настройки.

Наиболее распространенными видами защит всех элементов электрической системы являются токовая отсечка и дифференциалные защиты.

Дифференциальная защита подразделяется на продольную и поперечную. Продольная используется в основном для элементов с сосредоточенными нагрузгами (электродвигателей, трансформаторов и др.), а также для линий относительно небольшой длины. Поперечная дифференциальная защита применяется для защиты параллельных линий.

Продольная дифференциальная защита основана на сравнении токов по величине и фазе в начале и в конце защищаемого элемента. Для питания защиты на обоих концах защищаемого элемента устанавливаются ТТ с одинаковыми коэффициентами трансформации. Первичные обмотки ТТ включаются в линию, а вторичные обмотки одноименных фаз и обмотка исполнительного реле соединяются в дифференциальную схему так, чтобы при КЗ вне зоны, ограниченной ТТ, ток в реле отсутствовал, а при КЗ в этой зоне был равен току в точке КЗ.

Распределение токов в схеме продольной дифференциальной защиты и векторные диаграммы токов: а) при внешних КЗ и в нормальном режиме б) при КЗ в защищаемой зоне.

Ток , являющийся первичным для ТТ, имеет различное направление относительно шин подстанций: на подстанции I он направлен от шин в линию, а на подстанции II-наоборот.

При дифференциальной схеме соединения по соединительным проводам постоянно циркулирует ток, равный по величине вторичному току ТТ т.е. , поэтому приведенные схемы называют схемами с циркулирующими токами.

, где и — вторичные токи ТТ1 и ТТ2; — ток реле защиты.

из этой формулы следует, что для внешнего КЗ при прохождении сквозного тока нагрузки или внешнего КЗ ток при одинаковых коэффициентах трансформации ТТ1 и ТТ2 ( = ) будет равен нулю, т.е. дифференциальная защита на такие режимы не реагирует. Это позволяет сделать вывод о том, что она не требует выдержки времени, т.е. является селективной по принципу действия.

В следствии погрешностей трансформаторов тока их вторичные токи имеют некоторые различия по величине и фазе, в результате чего в реле появляется ток небаланса

; , где и — токи намагничивания трансформаторов тока ТТ1 и ТТ2., тогда получим , выражение показывает, что для снижения тока небаланса необходимо выравнивать намагничивающие токи. Ток небаланса будет равен нулю, если совпадают характеристики намагничивания ТТ или вторичные ЭДС.

Т.к. совпадения характеристик на практике достичь не удается, ток небаланса всегда присутствует, возрастая с увеличением индукции В.

Внешняя нагрузка каждого ТТ определеятся, в основном, сопротивлением соединительных проводов от места установки ТТ до реле, сопротивление которого не учитывается, т.к. при внешних КЗ ток в нем отсутствует.

Для отстройки дифференциальной защиты от ложных срабатываний при токах небаланса ток срабатывания защиты должен быть больше максимального значения тока небаланса при внешних КЗ, т.е. , где — коэффициент надежности отстройки защиты.

На рис. б) показано направление первичного и вторичного токов при КЗ в пределах защищаемой зоны. Ток КЗ в этом случае проходит только через ТТ1, а по вторичной обмотке ТТ2 ток не проходит .

Т.к. сопротивление вторичной обмотки ТТ, находящейся в режиме х.х., во много раз больше сопротивления обмотки исполнительного реле, то ток проходит через реле, т.е. . Под действием этого тока реле срабатывает, давая команду на отключение выключателя.

Когда при сквозных КЗ через трансформаторы тока дифференциальной защиты проходят большие токи КЗ, токи небаланса и токи срабатывания получаются очень большими. При этом защита не обеспечивает необходимой чувствительности даже в нормальном режиме. Для устранения этого недостатка используется реле с тормозным действием типа ДЗТ.

Тормозная обмотка реле, включаемая в плечо дифференциальной защиты, по которой проходит сквозной ток КЗ, подмагничивает сердечник БНТ,что увеличивает ток срабатывания реле.

Источник

Как работает дифференциальная защита? Схемы, принцип действия, реле

Дифференциальная защита — одна из самых быстродействующих. Для нее не требуется выдержки по времени, так как при возникновении прецедента для срабатывания уже точно известно, что короткое замыкание находится в контролируемой зоне. Дифференциальная защита имеет абсолютную селективность и действует на отключение без выдержки времени.

Дифференциальная защита используется

Из-за надежности и быстродействия она является одной из основных для вышеперечисленных устройств.

Интересное видео о работе дифференциальной защиты трансформатора смотрите в видео ниже:

Принцип работы дифференциальной защиты

Основа принципа действия любой дифзащиты – контроль токов в начале и конце защищаемого участка электрической цепи. Для этого используются трансформаторы тока. При их расположении в пределах одного распределительного устройства они подключаются к устройству защиты напрямую с помощью кабелей. Если границы защищаемого участка расположены на большом удалении друг от друга, что характерно для кабельных или воздушных линий, используется два полукомплекта защиты, соединенные между собой вспомогательной кабельной линией.

Если эти токи в начале и конце защищаемого участка равны между собой и направлены в одну сторону, срабатывания не происходит. Так получается при протекании номинальных токов нагрузки или при коротком замыкании вне защищаемой зоны (токов внешнего КЗ).

Но если повреждение произошло в зоне, контролируемой защитой, мощность электрической сети протекает в точку КЗ. При одностороннем питании (для трансформаторов или генераторов) от источника в сторону защищаемого электроаппарата протекает больший ток, чем отдается им потребителю. При двухстороннем (на кабельной или воздушной линии, соединяющей между собой сети с независимыми источниками питания) токи на обоих концах линии сориентированы на точку повреждения.

Создается повод для работы защиты, которая дает команду на отключение объекта одновременно со всех сторон.

В зависимости от особенностей защищаемого объекта для реализации устройств выбираются соответствующие дифференциальные реле. Рассмотрим их особенности.

Подробно о принципе действия диф. защиты смотрите в видео:

Дифференциальная защита на реле РНТ

Реле состоит из двух элементов, объединенных в один корпус. Это быстронасыщающийся трансформатор, имеющий три стержня с обмотками, и выходное токовое реле, являющееся исполнительным органом.

Реле подключено к выводам вторичной обмотки, расположенной на крайнем стержне трансформатора. Две, а иногда и три первичные обмотки, располагаются на среднем стержне и связаны с трансформаторами тока. Имеются еще и дополнительные короткозамкнутые обмотки, предназначенные для гашения апериодической составляющей.

Настройка реле осуществляется переключением количества витков первичных обмоток, чтобы добиться равенства магнитных потоков в магнитопроводе. Также изменением сопротивлений резисторов в выходной и компенсирующей цепях выставляются требуемое торможение при переходных процессах, а также ток срабатывания выходного реле.

РНТ используется в основном для работы в составе РЗА силовых трансформаторов. В первый момент включения в сеть в их сердечнике возникают мощные намагничивающие токи. Они быстро затухают, но при этом создается прецедент для работы защиты: ведь мощность на намагничивание потребляется от источника и остается в трансформаторе.

Устройство РНТ позволяет отстроиться от намагничивающих токов. При резком броске тока сердечник трансформатора быстро намагничивается и реле перестает реагировать на подобное возмущение.

Но при этом при мощных сквозных КЗ реле может ложно сработать из-за токов небаланса. Этого недостатка лишено реле ДЗТ.

Полезное учебное пособие о расчету дифференциальной защиты для трансформаторов можно посмотреть и скачать по ссылке. (размер — 5.5Мб). Автор М.А. Александров — Санкт-Петербург, ПЭИПК.

Дифференциальная защита на реле ДЗТ

Внешне реле ДЗТ почти не отличается от РНТ. Но состав обмоток и их назначение меняется. Магнитопровод также имеет три стержня. Первичные обмотки находятся, как и у РНТ, на среднем стержне. А вот вторичная обмотка размещена одновременно на двух крайних, там же находится еще одна, выполняющая функцию тормозной.

Если КЗ произошло в зоне защиты, тока в тормозной обмотке реле нет, происходит его срабатывание. Если повреждение находится вне защищаемого участка, через трансформаторы протекает большой сквозной ток. Часть его поступает в тормозную обмотку, компенсируя в магнитопроводе потоки от обмоток на среднем его стержне.

В итоге во вторичной обмотке результирующий ток равен нулю. Защита не срабатывает.

Реле с успехом используется для защиты на линиях электропередач, но для силовых трансформаторов его использовать нежелательно. Имея лучшую отстройку от сквозных токов короткого замыкания, оно хуже отстраивается от токов намагничивания.

Ещё одно интересное видео о принципе работы диф. защиты шин:

Микропроцессорные терминалы диф защиты

Все рассмотренные выше реле относятся к электромеханическим. Их производство начато давно. Несмотря на высокую надежность, они уже морально устарели. А знаниями и навыками, необходимыми для их наладки и проверки обладают далеко не все релейщики.

Перспектива развития дифференциальной защиты подразумевает замену электромеханической техники на микропроцессорные терминалы защит, выпускаемые ведущими электротехническими фирмами: АВВ, Schneider Electric, Siprotec и другими.

Источник