Поперечная дифференциальная защита линии

(восьмерочная)

Эта защит применяется на параллельных линиях с двухсторонним питанием в качестве резервной, а на линиях тупиковых – в качестве основной. Она построена достаточно просто и надежно. Принцип действия заключается в работе пускового органа (в нашем случае – это реле направления мощности двухстороннего действия), на который заводятся токовые цепи двух трансформаторов тока параллельных линий. Токовые цепи заводятся на разность токов (обратите внимание на рисунок, название «восьмерочная» появилось именно из-за этой картинки) двух линий. В случае КЗ на линии 1 ток в трансформаторе тока линии 1 включает в себя основной ток от системы шин и ток подпитки с параллельной линии, поэтому он заведомо больше тока, протекающего в этот момент в трансформаторе тока линии 2. Реле мощности эту разницу вычисляет и срабатывает в сторону отключения линии 1. Такая же ситуация при КЗ на линии 2, в этом случае срабатывает второй контакт нашего реле мощности и отключается линия 2.

 

 

Восьмерочная защита может выводится автоматически сразу после срабатывания на отключение одной из линий для того, что предотвратить излишнее отключение второй линии при переориентации реле при каскадном действии защит:

 

 

И в любом случае защита выводится оперативно накладками при отключенной одной из параллельных линий по любой причине, т.к. в этом случае при внешнем КЗ восьмерочная защита может ложно сработать и отключить оставшуюся линию.

 

 

В схемах предусмотрен автоматический и оперативный вывод восьмерочной защиты из работы при отключении шиносоединительного (секционного) выключателя в случае питания наших линий от разных систем шин. В этом случае при внешнем КЗ возможна также ложная работа защиты на отключение (см. рисунок)

 

 

 

Если линии питаются от одной системы шин, то отключение шиносоединительного выключателя нам не страшно.

Дистанционная защита

От междуфазных КЗ

ДЗ-503

 

Это резервная защита.

I ступень по уставке срабатывания охватывает 80% длины защищаемой линии (это основная ступень, работающая при КЗ на линии);

II ступень защищает всю линию и шины своей и противоположной подстанции (именно она заводится на все виды ускорений);

III ступень используется для дальнего резервирования, т.е. должна работать при отказе защит на смежных присоединениях.

 

Состав защиты:

 

 

У нас появилось новое слово – сопротивление. Что мы знаем о нашей линии?

Мы знаем из какого материала она сделана, и какая у него длина, значит можно вычислить полное сопротивление линии от начала и до конца.

 

 

Зная полное сопротивление линии, можно предположить, что любое КЗ на протяжении линии выглядит так:

 

 

Может быть КЗ чисто металлическое, а может быть через дугу (воздушный промежуток, дерево, проволока). В любом случае, значение сопротивления КЗ на линии будет меньше полного сопротивления линии.

 

Как мы можем узнать, что произошло КЗ?

Дистанционная защита постоянно контролирует сопротивление линии с помощью двух измерительных элементов – трансформатора тока и трансформатора напряжения. И по закону Ома мы вычисляем сопротивление:

 

Z = U: I

 

Осталось провести анализ.

В математической плоскости наша линия выглядит как вектор, угол наклона которого зависит от соотношения активного и реактивного сопротивления линии. Для линий 110кВ – это один угол, для 500кВ – другой. Если КЗ чисто металлическое, его вектор расположится прямо по вектору линии, если с дугой – уйдет в сторону, т.к. дуга всегда активная. Характеристика защиты – это окружность и все векторы, попавшие внутрь этой окружности вызовут срабатывание защиты. Если вектор будет больше этой окружности, то защита будет молчать, значит КЗ дальше, на следующей линии.

 

 

 

Любая из трёх ступеней дистанционной защиты может иметь по две выдержки времени. Ступень с меньшей выдержкой времени не отстроена от синхронных качаний и имеет блокировку при качаниях (синхронные качания продолжаются примерно 4-5 периодов по 20 мс каждый, поэтому, поскольку выдержка времени ступени меньше синхронных качаний, ступень должна быть выведена из работы). Ступень с большей выдержкой времени отстроена от качаний по времени и блокировки при качаниях не имеет. Устройство блокировки дистанционной защиты при качаниях предназначено для её вывода при асинхронном ходе и синхронных качаниях, когда измеряемое защитой сопротивление может оказаться меньше уставки срабатывания.

 

Что такие асинхронный ход и синхронные качания?

 

Когда в системе нормальный режим нагрузки, то две системы (условно – генерирующая и условно – потребляющая находятся в тесной связи друг с другом в смысле синхронной работы генераторов, протекает ток нагрузки, угол между векторами ЭДС по концам нашей линии – небольшой угол синхронизма, примерно от 0 до 45 градусов. В конце линии получается небольшое падение напряжения, а так в целом параметры тока и напряжения нормальные.

 

 

 

Режим синхронных качаний начинается в момент внезапного подключения большого куска активной нагрузки, по величине соизмеримой с всей системой потребителя.

 

В этот момент получается неравенство между энергией, выдаваемой от генерации и энергией, необходимой потребителю, и вектор ЭДС 2 начинает очень сильно отставать от вектора ЭДС 1 и начинает колебаться вокруг нового положения из-за того, что генерация добавляет мощности, но не сразу, а постепенно, и пока равенство вновь не будет восстановлено, вектор будет неустойчивым. Когда равенство восстановиться, вектор займет новое положение с углом синхронизма больше, чем был, но в пределах допустимого. Период синхронных качаний продолжается 4-5 периодов, как уже было сказано, потом восстанавливается нормальный режим нагрузки.

Во время качаний, если мы мысленно соединим вершины векторов ЭДС, то увидим, что происходит падение напряжения на линии, и возрастает ток нагрузки из-за нового потребителя, таким образом по закону Ома, сопротивление тоже уменьшается. Значение сопротивления, которое постоянно вычисляет дистанционная защита, может стать равным или меньшим сопротивлению уставки, и защита ложно сработает на отключение.

 

Более тяжелый режим – это асинхронный режим, когда по какой-то причине генерация не может справится с возросшей нагрузкой и системы выходят из синхронизма. Выглядит это таким образом, что вектор ЭДС 2 опрокидывается и не может принять устойчивое положение, а начинает вращаться по окружности вокруг вектора ЭДС 1.

Правая половина окружности (зеленые линии) соответствуют времени разгона генераторов, левая половина (красные линии) соответствуют времени торможения генераторов.

Если мы мысленно соединим вектора ЭДС в их крайних точках, то увидим, что на нашей линии появилась очень интересная точка, которая характеризуется напряжением, равным нулю и током, равным практически току КЗ. Эта точка получила название электрического центра качаний. Она гуляет по половинке линии по мере того, как крутится вектор ЭДС 2. Физически это означает, что линия подвегается перегрузкам, при чем достаточно продолжительное время.

Асинхронный ход сам не исчезнет. Его можно прекратить только разорвав две системы и включив потом с соблюдением синхронизма.

Вернемся к нашей дистанционной защите.

Итак, она может ложно сработать при качаниях или асинхронном ходе.

Но это не КЗ, поэтому надо ее выводить в этих режимах.

Для этого в состав защиты входит блокировка при качаниях, Она быстродействующая, чувствительная и отключает защиту до окончания периода качаний. Затем, после восстановление нормального режима нагрузки, блокировка автоматически включает защиту в работу.

 

 

Кроме этой блокировки есть еще одна, также очень важная.

Для исключения ложной работы при потере цепей напряжения дистанционная защита имеет блокировку при неисправности цепей напряжения.

 

Реле сопротивления имеет следующую структуру. На исполнительный орган подводятся цепи тока и цепи напряжения, причем, цепи тока образуют усилие на срабатывание реле, а цепи напряжения – усилие на возврат реле. В нормальном режиме, когда все цепи исправны, на исполнительном органе существует небольшое усилие на возврат и реле молчит. Если же у нас пропадают цепи напряжения (например, выбивается автомат цепей ТН), на реле оказывается одно большое усилие на срабатывание от цепей тока и исполнительные органы всех фаз срабатывают. Однако блокировка при неисправностях цепей напряжения очень чувствительна и успевает сработать быстрей и снимает «+» оперативного тока со всей схемы дистанционной защиты.

 

I ступень ДЗ действует на отключение линии через ОАПВ, II и III ступени действуют на отключение трёх фаз линии без запрета ТАПВ.

 

Так построена защита на ПС Белый Раст. У нас 1 ступень работает при однофазных КЗ, поэтому и действует наравне с другими защитами на отключение одной фазы, хотя называется она, как вы помните защитой от междуфазных КЗ.

 

 

Оперативные указания по обслуживанию ДЗ-503:

 

Нормально все три ступени дистанционной защиты должны быть введены в работу, введено также автоматическое ускорение II ступени ДЗ. Оперативное ускорение II ступени нормально выведено и вводится в работу при одновременном отключении ДФЗ и хотя бы одного из двух устройств ТО и ТУ резервных защит линии.

 

Дистанционная защита переводится на сигнал в следующих случаях:

· при неисправности защиты;

· при неисправности цепей напряжения или на время перевода на резервный ТН;

· при неисправности токовых цепей;

· при работе на защите по оперативным заявкам.

 

Токовая направленная защита

Нулевой последовательности

ТНЗНП

Самая надежная и в месте с тем простая защита линии. Это логическая цепочка из контакта токового реле, реле направления мощности и реле времени (начиная со второй ступени).

Первая ступень действует без выдержки времени, охватывает 40-60% длины линии, остальные ступени имеют выдержки времени.

Вторая ступень охватывает 90-100% длины линии.

Третья ступень надежно охватывает линию до шин противоположной подстанции.

Четвертая (пятая ступень) применяется для обеспечения дальнего резервирования.

Ступени ТНЗНП, не отстроенные от максимальной нагрузки цикла ОАПВ по току и по времени, имеют блокировку в цикле ОАПВ. На разных линиях число ступеней, имеющих блокировку в цикле ОАПВ, различно.

У нас на всех линиях 1 ступень и ускоренная до 0с с помощью телеускорения (ТУ) III ступень земляной защиты действуют на отключение через панель ОАПВ. Остальные ступени и III ступень с выдержкой времени действуют на отключение трёх фаз через выходные реле резервных защит без запрета ТАПВ.

 

Токовая отсечка