Лекция 10
10.1. Принцип действия и виды поперечных дифференциальных защит параллельных линий
10.2. Токовая поперечная дифференциальная защита
10.2.1. Принципы действия защиты
10.2.2. Мертвая зона защиты
10.2.3. Схема защиты
10.3. Оценка направленных поперечных дифференциальных защит
Принцип действия и виды поперечных дифференциальных защит параллельных линий
Поперечные дифференциальные РЗ применяются на параллельных ЛЭП, имеющих одинаковое сопротивление, и основаны на сравнении значений и фаз токов, протекающих по обеим ЛЭП. Благодаря равенству сопротивлений ЛЭП в нормальном режиме и при внешнем КЗ токи в них равны по значению и фазе (I I = I II) (рис.10.15). В случае КЗ на одной из ЛЭП равенство токов нарушается. На питающем конце ЛЭП А токи I I и I II совпадают по фазе, но различаются по значению, а на приемном В – противоположны по фазе, что следует из токораспределения, приведенного на рис.10,15 б. Таким образом, нарушение равенства токов в параллельных ЛЭП по значению или фазе является признаком повреждения одной из них. Поперечные дифференциальные РЗ применяются двух видов: на параллельных ЛЭП, включенных под один общий выключатель – токовая поперечная дифференциальная РЗ; на параллельных ЛЭП с самостоятельными выключателями – направленная поперечная дифференциальная РЗ [2].
 |
Токовая поперечная дифференциальная защита
Принципы действия защиты
Токовая поперечная дифференциальная РЗ предназначена для параллельных ЛЭП с общим выключателем. При одностороннем питании параллельных ЛЭП РЗ устанавливается только со стороны источника питания, а в сети с двусторонним питанием – с обеих сторон параллельных ЛЭП.
Схема РЗ для одной фазы изображена на рис.10.16. На одноименных фазах каждой ЛЭП устанавливаются ТТ с одинаковым коэффициентом трансформации КI I = КI II= KI. Вторичные обмотки трансформаторов тока I и II соединяются разноименными зажимами по схеме с циркуляцией токов в соединительных проводах, и параллельно к ним включается обмотка токового реле 1. Из токораспределения, приведенного на рис.10.16 для нормального режима, внешнего КЗ и качаний, видно, что ток вреле
(10.20)
В этих режимах I I = I II,поэтому при отсутствии погрешностей ТТ I р = 0, и РЗ не работает. Следовательно, по своему принципу действия рассматриваемая РЗ не реагирует на внешние КЗ и нагрузку. Поэтому ее выполняют без выдержки времени и не отстраивают от токов нагрузки. В действительности в реле протекает ток небаланса I нб, вызванный погрешностью ТТ I' нб и некоторым различием первичных токов 
, обусловленным неточным равенством сопротивлений ЛЭП. Ток срабатывания реле I с.р должен быть больше максимального тока небаланса:
(10.21)
В случае повреждения одной из параллельных ЛЭП, например WI (рис.10.16, б), ток I I в поврежденной ЛЭП становится больше тока во второй ЛЭП (I I > I II),и в реле появляется ток
(10.22)
При токе в реле I p > I c.pРЗ действует и отключает общий выключатель обеих ЛЭП.
Мертвая зона защиты
По мере удаления точки КЗ от места установки РЗ (рис.10.17) соотношение токов I Iи I IIпо поврежденной и неповрежденной ЛЭП изменяется. Эти токи направляются к точке К по двум параллельным ветвям и распределяются по ним обратно пропорционально их сопротивлениям Z Iи ZII:
I I /I II= ZI/ZII,
где Z I = Z л – Z BK, a ZII = Z л + Z BK.
 |
При перемещении точки К в сторону подстанции В сопротивление Z I возрастает, a Z II снижается, соответственно этому I I уменьшается, I II увеличивается, а ток в реле РЗ I р = I I – I II постепенно понижается и при КЗ на шинах В становится равным нулю (рис.10.17, б). В результате этого, при повреждениях на некотором участке вблизи подстанции В (рис.10.17, а, б) ток I р оказывается меньше тока срабатывания РЗ I с.з, и она перестает работать. Границей действия РЗ является точка КЗ, отстоящая от шин противоположной подстанции В на расстояние т, где I р = I с.з (рис.10.17, б). Таким образом, РЗ, реагирующая на разность токов параллельных ЛЭП I I – I II, не может охватить своей зоной действия защищаемые ЛЭП полностью. Участок ЛЭП вблизи шин противоположной подстанции, при КЗ в пределах которого ток в реле недостаточен для его срабатывания, называется мертвой зоной РЗ. Наличие мертвой зоны является недостатком поперечной дифференциальной РЗ. Для отключения КЗ в мертвой зоне требуется дополнительная РЗ.
Длина мертвой зоны m определяется на основе следующих соображений. Токи по WI и WII (рис.10.17) обратно пропорциональны сопротивлениям или длинам ветвей от шин, где установлена РЗ, до точки КЗ. При КЗ на границе мертвой зоны в точке M I I/ I II = (l + т)/(l – т), где l – длина ЛЭП.
Преобразуя это выражение, находим m (I I + I II) = l (I I – I II). Учитывая, что I I + I II = I ки что при КЗ на границе мертвой зоны ток в реле равен I I – I II = I с.э, получаем тI к= l I с.э, откуда длина мертвой зоны
(10.23)
Для упрощения расчета мертвой зоны ток I к определяется при КЗ на шинах противоположной подстанции, а не на границе мертвой зоны. Защиту принято считать эффективной, если мертвая зона ее не превосходит 10%. При отключении одной из параллельных ЛЭП поперечная дифференциальная защита должна выводиться из действия.
Схема защиты
В сетях с малым током замыкания на землю (т.е. с изолированной нейтралью или заземленной через ДГР) РЗ выполняется на двух фазах. В сетях с глухозаземленной нейтралью РЗ устанавливается на трех фазах. В этом случае ТТ на каждой ЛЭП соединяются по схеме полной звезды с нулевым проводом. Для отключения РЗ при отключении одной из параллельных ЛЭП устанавливается отключающее устройство (SX на рис.10.18). В дополнение к отключающему устройству можно предусматривать автоматическое отключение РЗ вспомогательными контактами SQ1 и SQ2 на разъединителях.
Оценка защиты. Токовая поперечная дифференциальная РЗ относится к числу простых и надежных устройств, важным достоинством ее является быстродействие. Недостатком РЗ являются наличие мертвой зоны и необходимость отключения РЗ при отключении одной из параллельных ЛЭП. Кроме поперечной дифференциальной РЗ на параллельных ЛЭП необходимо предусматривать дополнительную РЗ, действующую при КЗ на шинах противоположной подстанции, в мертвой зоне, а также при выводе из работы одной ЛЭП.
Оценка направленных поперечныз дифференциальных защит
Положительными особенностями РЗ являются простота схемы, меньшая стоимость по сравнению с продольной дифференциальной РЗ, отсутствие выдержки времени, нереагирование на качания, простота выбора параметров.
К недостаткам РЗ нужно отнести каскадное действие, вызывающее замедленное отключение КЗ в зоне каскадного действия, мертвую зону по напряжению, необходимость вывода из действия РЗ при отключении одной ЛЭП, в связи с чем требуется дополнительная полноценная РЗ для оставшейся в работе ЛЭП; неправильную работу РЗ при обрыве провода ЛЭП с односторонним заземлением.
Защита применяется в сетях 110-220 кВ как дополнительная к основной быстродействующей защите. В сетях 6-10 кВ эта защита используется как основная, ускоряющая отключение повреждения.