Поперечная дифференциальная токовая направленная защита

Основные органы и принцип действия. Поперечная дифферен­циальная токовая защита приобретает способность определять поврежденную линию после включения в ее схему органа направ­ления мощности. Таким образом, защита имеет два органа — из­мерительный орган тока (пусковой) и направления мощности (из­бирательный). Реле тока пускового органа, как и в дифференци­альной токовой защите, срабатывает при коротких замыканиях на любой из защищаемых параллельных линий. Орган направления мощности позволяет защите определять поврежденную линию. В органе направления мощности используется, например, индук­ционное реле направления мощности двустороннего действия, об­мотка тока которого включается последовательно с обмоткой реле тока на разность токов одноименных фаз параллельных линий, а к обмотке напряжения подводится напряжение шин, обычно соответствующее 90-градусной схеме включения реле. Защита устанавливается с обеих сторон двух параллельных линий, при­соединенных к шинам через отдельные выключатели (рис. 10.7, а).

Из рассмотрения векторных диаграмм токов и напряжений (рис. 10.7, б, в) следует, что при коротких замыканиях на защи­щаемых линиях реле направления мощности четко определяют поврежденную линию. Так, при повреждении линии Л1 в точке К₁ оба реле направления мощности KW1 и KW2 имеют положитель­ные вращающие моменты (рис. 10.7, б), под действием которых они замыкают контакты в цепях промежуточных реле KL1 и KL3, действующих с двух сторон на отключение линии Л1.

При повреждении линии Л2 в точке К₂ углы между токами и напряжениями, подводимыми к реле, изменяются на угол π (рис. 10.7, в), вследствие чего оба реле мощности под действием отрицательных

Рис. 10.7. Поперечная дифференциальная токовая направлен­ная защита

моментов замыкают контакты в цепях промежу­точных реле KL2 и KL4, действующих с двух сторон на отключе­ние линии Л2. При наличии источников питания с двух сторон за­щищаемой линии поведение реле аналогично.

Зона каскадного действия и мертвая зона защиты. Пусковые органы защиты, как и реле тока поперечной дифференциальной то­ковой защиты (см. § 10.6), не срабатывают из-за малых токов в их обмотках при коротких замыканиях у шин противоположной подстанции. Так, если точка К₁ расположена у шин подстанции Б, то не срабатывает реле пускового органа защиты подстанции А. Однако при этом, как следует из векторных диаграмм (рис. 10.7, б), достаточным для срабатывания оказывается ток в реле пускового органа защиты подстанции Б. Эта защита отключает выключа­тель Q3. После этого весь ток в точку К₁ от подстанции A идет только по поврежденной линии Л1, благодаря чему пусковой орган срабатывает и защита подстанции А отключает выключатель Q1. Таким образом, происходит поочередное (каскадное) отключение выключателей поврежденной линии. Для расчета зоны каскадного действия можно использовать выражение

 l _к.д = (I _с.з / I _к) l _л,                                                       (10.7)

аналогичное (10.6).

Поперечная дифференциальная токовая направленная защита, как и любая дифференциальная защита, является быстродейст­вующей, однако наличие зоны каскадного действия увеличивает время отключения поврежденной линии примерно в два раза (при повреждении в указанной зоне). Зона каскадного действия для каждого комплекта защиты не должна превышать l _к.д = 0, 25l _л длины защищаемой линии. Орган направления мощности также

имеет зону каскадного действия. Она обычно меньше зоны кас­кадного действия пускового органа и поэтому на работу защиты влияния не оказывает.

Кроме зоны каскадного действия реле направления мощности, как и в схеме токовой направленной защиты, имеет мертвую зону l _м.з по напряжению, т. е. отказывает в действии вследствие недо­статочного напряжения, подводимого к нему при металлических трехфазных коротких замыканиях у места установки защиты. Как указывалось, мертвая зона не должна превышать l _м.з < 0,1 l _л длины линии. В действительности для существующих реле направ­ления мощности она значительно меньше. Наличие мертвой зоны обусловливает возможность отказа поперечной дифференциальной токовой направленной защиты с двух сторон защищаемой линии в случае трехфазного короткого замыкания в этой зоне. Это объяс­няется тем, что мертвая зона данного комплекта защиты распо­лагается в зоне каскадного действия защиты противоположного конца линий.

Известны способы ликвидации мертвых зон. Один из них состоит в выпол­нении цепей напряжения реле направления мощности в виде резонансного кон­тура, настроенного на промышленную частоту (реле обладает так называемой «памятью»). Указанный способ широко применяется для устранения мертвых зон реле сопротивления. Однако разработанная схема поперечной дифференциальной направленной защиты с таким органом направления мощности применения не получила. При втором способе используются принципиальные особенности попе­речных дифференциальных токовых направленных защит, позволяющие применять реле направления мощности с вращающим моментом вида [52]

M _вр = | İ _2I – İ _2II|| Ů _p + k(İ _2I + İ _2II ) | cos(φ _p + α).             (10.8)

Коэффициент k выбирается так, чтобы при повреждении в мертвой зоне к обмотке напряжения реле подводилось напряжение, достаточное для сраба­тывания. Однако для защиты, установленной на приемной подстанции, состав­ляющая напряжения k (İ _2I + İ _2II) при повреждении на любой линии в любой точке равна нулю и мертвая зона не устраняется.

Учитывая, что мертвая зона l _м.з , как правило, весьма мала, малую вероятность возникновения трехфазных металлических ко­ротких замыканий в этой зоне, а также наличие на линиях токовых отсечек без выдержек времени от многофазных коротких замыка­ний, никаких мер, направленных на устранение мертвой зоны по­перечной дифференциальной направленной защиты, обычно не предусматривают.

Цепи оперативного тока защиты. Поперечная дифференциаль­ная направленная защита при отключении одной из линий теряет способность работать селективно. Поэтому одновременно с отклю­чением линии защита автоматически выводится из действия. Это обеспечивается подведением оперативного тока к защите через последовательно включенные вспомогательные контакты выключа­телей Q1 и Q2 (рис. 10.7, а). При отключении одного из них соот­ветствующий вспомогательный контакт размыкается, и защита вы­водится из действия. Аналогичным образом используются вспомо­гательные контакты выключателей Q3 и Q4.

 Такое выполнение цепей оперативного тока исключает также возможность неправильной работы защиты в режиме каскадного отключения, например короткого замыкания на линии Л2 в зоне каскадного действия защиты подстанции Б (точка К₃). Первым отключается выключатель Q2. При этом оперативный ток с защи­ты снимается. После отключения выключателя Q2 весь ток к.з. направляется от шин подстанции А через неповрежденную ли­нию Л1. При этом пусковой орган продолжает оставаться в со­стоянии после срабатывания, а орган направления мощности за­мыкает контакт в цепи отключения выключателя Q1. Отсутствие оперативного тока предотвращает неправильное отключение этого выключателя. Следует иметь в виду, что в режиме каскадного дей­ствия защита срабатывает правильно только в том случае, если вспомогательные контакты размыкают цепь оперативного тока с некоторым опережением относи­тельно размыкания главных кон­тактов выключателей, что не всег­да достигается. Схема блокиров­ки получается более надежной, если к защите подвести оператив­ный ток через последовательно включенные контакты реле KQC1, KQC2 включенного положения выключателей Q1, Q2 (рис. 10.8). Обмотки указанных реле включа­ются последовательно со вспомо­гательными контактами Q1.1, Q2.1 в цепях электромагнитов YAT1, YAT2 отключения выключателей. Реле положения возвращается и размыкает контакт, выводя защиту из действия сразу же при по­даче плюса оперативного тока от защиты на соответствующий электромагнит отключения.