Высокочастотные защиты ЛЭП

На линиях электропередачи напряжением 110 кВ и выше средней и большой длины (несколько десятков и даже сотен километров) продольные дифференциальные защиты с соединительными проводами не могут быть применены вследствие высокой стоимости и недопустимого увеличения сопротивления соединительного кабеля. В связи с этим на таких линиях в качестве быстродействующих защит, обеспечивающих отключение без замедления повреждений на всем протяжении линии, используются высокочастотные защиты. В этих защитах обмен информацией между комплектами, установленными по концам защищаемой линии, осуществляется с помощью организованного по ней специального высокочастотного канала.

На рис. 49 показана схема организации высокочастотного канала по линии электропередачи. Ток высокой частоты в этой схеме передайся по одной из фаз линии и возвращается через землю. На каждом конце линии устанавливается высокочастотный аппарат (ВЧА) 1, состоящий из передатчика (генератора) сигналов высокой частоты ГВЧ и принимающего их приемника ПВЧ. Выходные цепи ВЧА подключаются одним зажимом к земле, а вторым - к линии электропередачи через кабель 2, фильтр присоединения 3 и конденсатор связи 4.

Сопротивление конденсатора связи, через который ВЧА подключается к линии электропередачи, зависит от частоты проходя­щего через него тока. Для токов промышленной частоты 50 Гц оно велико (больше 1 МОм) и поэтому ток утечки весьма мал. При высоких частотах (больших 10 кГц) сопротивление конденсатора резко уменьшается. В результате ток высокой частоты, проходящий по линии, будет ответвляться в конденсатор и дальше через фильтр присоединения проходить в ВЧА.

Для того чтобы токи высокой частоты не выходили за пределы защищаемой линии, по концам ее устанавливаются специальные заградители 5. Заградитель представляет собой резонансный контур, состоящий из силовой индуктивной катушки L и элемента настройки (регулируемой емкости С_к). Значение емко­сти подбирается так, чтобы контур заградителя был настроен в резонанс (тока) на частоту настройки ВЧА. Такой заградитель называется резонансным, или одночастотным. При резонансной частоте сопротивление контура имеет максимальное значение, благодаря чему предотвращается растекание тока высокой частоты. Резонансное сопротивление заградителя должно быть не меньше 1000 Ом. Для защиты конденсатора С_к от грозовых и коммутацион­ных перенапряжений предусматривается разрядник FV.

В качестве высокочастотного кабеля 2 используется кордельный кабель типа ФКБ, входное сопротивление которого близко к 100 Ом.

Рис. 49. Принципиальная схема высокочастотного канала

С помощью фильтра присоединения согласовывается (уравнивается) входное сопротивление высокочастотного кабеля и линии. Фильтр присоединения образует замкнутый контур для токов высокой частоты и компенсирует емкость конденсатора связи, что позволяет уменьшить до минимума сопротивление конденсатора для токов высокой частоты. Фильтр присоединения представляет собой воздушный трансформатор с отпайками, позволяющими менять самоиндукцию его обмоток и взаимную индуктивность между ними.

Высокочастотными защитами оснащено большинство линий напряжением 220 кВ и выше, а также большое число линий 110 кВ. Наибольшее распространение получили дифференциально-фазные высокочастотные защиты.

Принцип действия дифференциально-фазной высокочастотной защиты (ДФЗ) основана на сравнении фаз токов по концам защищаемой линии. На рис.50 показаны схемы токораспределения при внешнем КЗ (точка К.1 на рис.50а) и при повреждении на защищаемой линии (точка К2 на рис.50б). Считая положительными токи, направленные от шин в линию, можно сказать, что при внешнем КЗ токи и сдвинуты на 180° (имеют противоположные знаки), а при КЗ в зоне - совпадают. Последнее утверждение справедливо, если пренебречь сдвигом по фазе между векторами ЭДС и по концам электропередачи и различием углов полных сопротивлений и .

Таким образом, сравнивая фазы токов по концам защищаемой линии, можно определить место повреждения. В отличие от обычных дифференциальных защит, в которых значения токов сравниваются непосредственно в реле, в дифференциально-фазной защите для передачи информации о фазе токов, проходящих по концам защищаемой линии, используется канал высокой частоты.

Структурная схема защиты показана на рис.51. Защита состоит из высокочастотного аппарата ВЧА, включающего в себя ГВЧ и ПВЧ, реле отключения РО, питающегося током приемника, и пусковых реле ПО1 и П02, первое из которых пускает ГВЧ, а второе замыкает цепь отключения.

Особенность ДФЗ как высокочастотной защиты состоит в том, что ГВЧ управляется непосредственно током промышленной частоты. Генератор высокочастотных колебаний включен так, что при положительной полуволне промышленного тока он работает, посылая в канал ток высокой частоты, а при отрицательной - запирается, прекращая выдачу высокочастотных сигналов. Приемник ВЧА выполнен таким образом, что при наличии токов высокой частоты, поступающих в его входной контур, выходной ток, питающий реле РО, равен нулю, а при отсутствии высокоча­стотного сигнала появляется выходной ток, поступающий в реле РО.

При внешнем КЗ (рис.50а), когда фазы первич­ных токов по концам линии противоположны, ГВЧ на конце т линии работает в течение первого полупе­риода промышленного тока, а на конце п — в течение следующего полупериода. В результате по линии не­прерывно проходит ток вы­сокой частоты, питая прием­ники, установленные на обе­их сторонах защищаемой ли­нии. При этом в выходных цепях ПВЧ ток отсутствует, реле РО не работает и защита на отклю­чение не действует. При КЗ в зоне (рис.50б) ГВЧ на обоих концах линии работают одновременно, поскольку фазы токов промышленной частоты совпадают. Высокочастотный ток, поступающий при этом в приемники, будет иметь прерывистый характер с интервалами, рав­ными полупериоду промышленного тока. В этом случае приемник рабо­тает в промежутки времени, когда ток высокой частоты отсутствует и заперт во время его прохождения. В выходной цепи приемника появляется прерывистый ток, который сглаживается и поступает в реле РО, последнее срабатывает и замыкает цепь вклю­чения. Таким образом, сдвиг фаз токов промышленной частоты, проходящих по обоим концам защищаемой линии, определяется по характеру высокочастотных сигналов, принимаемых ПВЧ (сплош­ные или прерывистые). По принципу действия ДФЗ не реагирует на нагрузку и качания, так как в этих режимах фазы сравниваемых токов по концам защищаемой линии противоположны.

Рис.50. Диаграмма токов ДФЗ

Правильное поведение защиты при внешних КЗ будет обеспечено лишь в случае работы ГВЧ на обоих концах защищаемой линии. Если один из ГВЧ не будет за­пущен или окажется неисправным, защита подействует неправильно и отключит неповрежденную линию, так как ПВЧ будут принимать прерывистый ток только одного передатчика. Для предотвращения этого в схеме защиты (см. рис.51) имеются два пусковых органа разной чувствительности: П01 — более чувствительный, осуществ­ляющий пуск ГВЧ, и П02 - более грубый, замыкающий цепьотключения.

Рис.51. Структурная схема ДФЗ

Достоинства высокочастотных защит:

- возможность использования в сетях любой конфигурации;

- высокая чувствительность;

- достаточная надежность;

- высокое быстродействие.

Основной недостаток высокочастотных защит – высокая стоимость.

Берешь учебник по химии и учишь

Ниже есть ответы

Все ответы в учебнике!!!