Продольная дифференциальная защита линий и ее особенности

Особенности продольной дифференциальной защиты линий обу­словлены значительным расстоянием между концами защищаемой зоны. При этом между подстанциями А и Б (рис. 10.5, а) прокла­дываются вспомогательные провода, необходимые для соединения трансформаторов тока TAI и ТАII, расположенных на концах за­щищаемой линии. В схему защиты включаются два комплекта ре­ле KAI и КАII по одному на каждом конце линии, необходимые для отключения выключателей с обеих сторон. Выполнение ука­занных требований усложняет защиту, увеличивая затраты на ее осуществление, и отрицательно влияет на чувствительность и на­дежность.

Рис. 10.5. Продольная дифференциальная защита линии

Особенности защиты, обусловленные вспомогательными проводами. В схеме защиты с циркулирующими токами по вспомогательным проводам непрерывно проходят вторичные токи измерительных трансформаторов тока. Значения токов и сопротивления Z _пp соединительных проводов определяют мощность, отдавае­мую трансформаторами тока. При номинальном вторичном токе I _2ном = 5 А допускаемая нагрузка трансформаторов тока ограничивает сопротивление соеди­нительных проводов Z _пp > 1÷2 0м. Поэтому продольную дифференциальную защиту при допустимом сечении проводов можно использовать на линии длиной лишь в несколько сотен метров.

При больших длинах линий снижение нагрузки на первичные измерительные трансформаторы тока достигается уменьшением тока во вспомогательных прово­дах вторичными (промежуточными) трансформаторами тока TLAI и TLAII (рис. 10.5, б) с коэффициентом трансформации K_I > 1. Указанный способ сни­жения нагрузки используется в типовых схемах продольных дифференциальных защит линий. Кроме того, в схемы защит включают промежуточные насыщающие­ся трансформаторы TLATI и TLATII, обеспечивающие уменьшение нагрузки на измерительные трансформаторы при токах к.з. за счет увеличения коэффициента трансформации при насыщении. В схеме применяют дифференциальные реле по­стоянного тока KAI и KA1I с торможением выпрямленным током. При больших кратностях токов за счет насыщения магнитопроводов трансформаторов TLAT защита практически сравнивает только фазы токов İ _1Iи İ _1II (работает как диф­ференциально-фазная).

В качестве вспомогательных проводов желательно использовать существую­щие кабели телемеханики и связи. При этом исключается необходимость в про­кладке специального кабеля для защиты, благодаря чему резко снижаются за­траты на ее осуществление. В кабеле связи, если он проходит вдоль трассы защищаемой линии, при замыкании на землю в сети возникают ЭДС, которые могут представлять опасность для обслуживающего персонала и аппаратуры ре­лейной защиты и автоматики. Эта опасность исключается благодаря применению трансформаторов TLA, отделяющих цепи реле от вспомогательных проводов.

Для осуществления защиты, действующей при всех видах коротких замы­каний в зависимости от соотношений полных токов фаз на концах защищаемой линии, необходимо иметь шесть дифференциальных реле и не менее четырех вспомогательных проводов. При увеличении длины вспомогательных проводов повышается вероятность их повреждения, что приводит к отказу или неправиль­ному действию защиты. Для уменьшения числа вспомогательных проводов и дифференциальных реле в схеме защиты используются комбинированные фильт­ры симметричных составляющих токов AZI и AZII, на выходе которых токи пропорциональны İ ₁+ k ₂ İ ₂. Несколько худшие показатели защита имеет при фильтре İ ₁+ k ₀ İ ₀, особенно пониженную чувствительность к двухфазным корот­ким замыканиям.

Применение комбинированных фильтров позволяет сократить число диффе­ренциальных реле и число вспомогательных проводов до двух и тем самым сни­зить вероятность нарушения связи между трансформаторами тока. Для пред­отвращения ложных срабатываний и отказов при повреждении вспомогательных проводов защита снабжается специальными устройствами контроля их исправ­ности.

Особенности защиты, обусловленные двумя комплектами дифференциальных реле. Вторичные токи I _2Iи I _2II распределяются между параллельно включенными обмотками реле KAI и КАII (рис. 10.5, а). При этом для тока I _2I сопротивление вспомогательных проводов Z _нp включается последовательно с сопротивлением реле KAII, а для тока I _2II — последовательно с сопротивлением реле KAI. В свя­зи с этим в обмотке первого реле проходит большая часть тока I _2I и меньшая часть тока I _2I , а в обмотке второго реле — наоборот, т.e. проходит меньшая часть тока I _2I и большая часть тока I _2II .

Таким образом, даже при отсутствии погрешностей трансформаторов тока в реле при нормальной работе и внешних коротких замыканиях проходят токи небаланса, обусловленные неодинаковым распределением вторичных токов между обмотками реле. С увеличением сопротивления вспомогательных проводов токи небаланса возрастают, что требует соответствующего загрубления защиты.

При коротких замыканиях в зоне ток в каждом реле составляет только часть полного тока повреждения, так как вторая его часть проходит по обмотке второго реле. В связи с этим чувствительность защиты понижается. Для повы­шения надежности и чувствительности защиты используют дифференциальные реле тока с торможением. Токи небаланса можно снизить с помощью добавоч­ного сопротивления, компенсирующего влияние линии связи. Однако такая ком­пенсация не обеспечивает селективности защиты при значительной длине вспо­могательных проводов.

Продольная дифференциальная защита линий типа ДЗЛ-2. В схеме защиты ДЗЛ-2 использован комбинированный фильтр, ток на выходе которого пропорционален İ ₁— k ₂ İ ₂. В качестве дифференциального реле применено поляризованное реле типа РП7 с двумя отмотками — рабочей и тормозной. Рабочая обмотка под­ключается к выпрямителю VS 1, на вход которого подается напря­жение, пропорциональное напряжению на вспомогательных прово­дах (рис. 10.5, б), а тормозная обмотка подключается к выпрями­телю VS2, включенному на ток, пропорциональный току, циркулирующему по вспомогательным проводам. При токах I _н < 2,5 I _с.з защита сравнивает абсолютные значения и фазы токов İ _1Iи İ _1II, а при больших кратностях тока к.з. за счет насыщения TLAT сравниваются, как указывалось, только фазы токов. Защита имеет быстродействующий автоматический контроль, выводящий ее из действия при повреждении вспомогательных проводов, а так­же автоматический и периодический контроль сопротивления изо­ляции вспомогательных проводов относительно земли. Защита ти­па ДЗЛ-2 предназначена для использования в качестве основной при всех видах короткого замыкания линия электропередачи про­тяженностью до 20 км (без ответвлений) в сетях с глухозаземленными нейтралями. Для использования защиты в сетях с изолиро­ванными или заземленными через дугогасящие реакторы нейтра­лями производят соответствующие переключения цепей фильтра тока, обеспечивающие повышение чувствительности защиты и пре­имущественное отключение одной поврежденной линии при двой­ных замыканиях на землю [51].

Оценка продольной дифференциальной защиты линий. Продоль­ная дифференциальная защита не требует отстройки по току и времени от защит смежных участков, не реагирует на качения, обеспечивает селективное и без выдержки времени отключение поврежденного участка в сети любой конфигурации. Для участков небольшой длины защита получается сравнительно простой, доста­точно надежной и удовлетворяющей требованиям чувствитель­ности.

С увеличением длины защищаемой зоны защита приобретает отрицательные свойства, которые обусловлены влиянием на ее ра­боту большой длины вспомогательных проводов: резко возрастает стоимость защиты в связи с большими затратами на соединитель­ный кабель и его прокладку; увеличивается возможность повреж­дения вспомогательных проводов и, как следствие, неправильная работа или отказ защиты. Поэтому возникает необходимость в спе­циальном устройстве, контролирующем исправность вспомогатель­ных проводов. Кроме того, появляется дополнительный ток неба­ланса, обусловленный неравным распределением вторичных токов между двумя реле, включенными на концах защищаемой линии;

для повышения чувствительности защиты приходится использо­вать дифференциальные реле с торможением. Все это приводит к усложнению защиты.

Продольная дифференциальная защита по принципу действия не реагирует на внешние короткие замыкания, поэтому не может осуществлять резервирования при повреждении на смежных эле­ментах. В связи с этим установка дифференциальной защиты в ка­честве единственной недопустима. Отмеченные недостатки ограни­чивают применение продольной дифференциальной защиты на ли­ниях электропередачи. В распределительных сетях требуемая чувствительность, селективность и быстрота действия часто обес­печиваются более простыми токовыми и токовыми направленными защитами в сочетании со средствами автоматики.