ИЭ / 9 сем (станции+реле) / Экзамен / РЗ 9

Защита срабатывает, если полные мощности КЗ на обоих концах участка направлены от шин в линию (для мощностей нулевой и обратной последова-

тельностей — от линии к шинам), что характерно только для поврежденного участка (на рис. 2 мощности к′ и к′′ на среднем участке 34).

На неповрежденных участках сети (12, 56) мощности КЗ с одной сто-

роны обязательно направлены к шинам (2, 5), и их защиты не срабатывают,

хотя с другой стороны мощности направлены от шин (1, 6).

Такое действие защит обеспечивается за счет наличия логической связи между их полукомплектами, осуществляемой по каналам связи.

По характеру использования каналов защиты разделяются на 4 группы:

1)с разрешающими сигналами (РС), когда приходящий с противоположной стороны сигнал разрешает отключение;

2)с блокирующими сигналами (БС), когда приходящий с противоположной стороны сигнал препятствует отключению;

3)с нормально отсутствующим током (НО) в канале;

4)с нормально присутствующим в нем током (НП).

«Нормально» - в отсутствие входного сигнала на передатчике (генера-

торе высокочастотных сигналов).

Отсюда, четыре основных вида сигналов: РС с НО, РС с НП, БС с НО и БС с НП.

Для защит с ВЧ каналами целесообразно применение блокирующих сигналов, передаваемых по неповрежденным участкам (12, 56, см. рис. 2), и

предотвращающих срабатывание полукомплектов защиты, через которые мощность КЗ направлена от шин в линию (1 и 6 на рис. 2). На поврежденном участке 34, где канал может быть нарушен, БС не требуется (то есть наруше-

ние канала связи при использовании схем с БС в каком-то смысле даже «по-

могает» отключению, БС не приходит и поврежденный участок гарантиро-

ванно отключается). Это исключает отказы защит поврежденного участка,

если ВЧ сигнал не проходит через место КЗ (что было бы в схемах с РС: при

261

нарушении канала связи пропадали бы РС → отказ обоих полукомплектов и

защиты в целом).

Схемы целесообразно строить с нормально отсутствующим током

в канале, что обеспечивает работу как при одностороннем, так и при двусто-

роннем питании (в случае схемы с НП и одностороннего питания при внутрен-

нем повреждении ПО приемной стороны не сработает и не сбросит БС, посту-

пающий на питающую сторону → отказ защиты).

Направленными защитами с ВЧ блокировкой называются защиты с кос-

венным сравнением направлений мощности по концам защищаемого участка,

использующие ВЧ каналы, по которым при внешних КЗ передаются блокиру-

ющие сигналы, обеспечивающие в этих режимах их несрабатывание.

При нормальной работе сети БС не используют для предотвращения сра-

батывания защиты, поскольку есть вероятность кратковременных нарушений канала (за счет помех), при которых возможно ложное срабатывание.

Для отстройки от рабочих режимов используются отдельные пусковые органы.

ОНМ чаще всего реагирует на сумму мощностей прямой и обратной по-

следовательностей 1 + 2.

Способы пуска передатчиков (генераторов ВЧ сигналов):

1) при возникновении КЗ, расположенных в любых местах сети, - от быстро-

действующих ненаправленных ПО, передатчики затем останавливаются ОНМ при повреждении в защищаемой зоне;

Преимущество – увеличение надежности несрабатывания при внешних КЗ за счет быстрой посылки БС.

Недостаток – возможность отказа защиты, если при КЗ на защищаемой линии на одном из ее концов имеются условия для срабатывания ПО, а уро-

вень воздействующих величин ОНМ недостаточен для его надежного сраба-

тывания. Это характерно для двухили многоконцевых линий при отсутствии источника мощности на одном из ее концов.

262

2) только при направлении мощности КЗ от линии к шинам.

Преимущество – увеличение надежности срабатывания, так как при внутреннем КЗ пуск не производится.

Недостаток – дополнительная задержка для согласования по времени блокирующих и отключающих ОНМ по концам линии.

Принципы действия схем направленных защит с ВЧ блокировкой

1. Схема с пуском от ненаправленных ПО (для одного полуком-

плекта)

Рисунок 3. Схема с пуском от ненаправленных ПО

Пуск осуществляется для каждого из полукомплектов двумя органами ПО1 и ПО2 (например, органами тока 2). Они имеют разную чувствитель-

ность. Более чувствительные (пускаются при меньшем с.р. ) ПО1 служат только для пуска ВЧ передатчиков, генерирующих ВЧ БС. Более грубые ПО2

предназначаются для отключения выключателей линии через выходной орган ВО, при срабатывании ОНМ, через логические элементы ЗАПРЕТ, используе-

мые для блокирования защиты при внешних КЗ. Элемент ЗАПРЕТ ( = ОНМ ∙

своего полукомплекта. При наличии сигнала, получаемого через ВЧ приемник с противоположной стороны линии ( приемник) или с обеих сторон, ВО не срабатывает. Для обеспечения недействия передатчиков при КЗ на защищаемом участке используется логический элемент НЕ (ОНМ выключает передатчик).

Схемы блоков ЗАПРЕТ и НЕ (фактически представляют собой И-НЕ):

263

Приемник соединяет входные сигналы по схеме «ИЛИ».

Дополнительная информация, необходимая для более глубокого пони-

мания, но которую не нужно расписывать на экзамене (Попов может об этом спросить), помечена *.

*Исполнение защиты обеспечивает ее правильное функционирование как при двустороннем, так и при одностороннем питании места повреждения,

если невозможны случаи, когда ПО срабатывает, а ОНМ — нет, например, из-

за низкого уровня напряжения на входе ОНМ.

*Работа защиты не искажается при нарушении ВЧ связи на защищаемом участке в случае его повреждения, так как правильное функционирование ка-

нала, как уже указывалось, требуется только при внешних КЗ. В последних случаях, сопровождаемых нарушением канала, защита может сработать из-

лишне. Практическая вероятность этого с учетом наличия контроля канала мала. В практике эксплуатации, однако, имели место случаи увеличения зату-

хания в ВЧ канале сверх расчетного, например вследствие очень сильных го-

лоледов. Для предотвращения возможности излишнего срабатывания защита при этом должна выводиться из работы устройством автоматического кон-

троля ВЧ канала.

ПО1 на каждом из концов защищаемой линии (одного полукомплекта)

должен быть более чувствительным, чем ПО2 на противоположном конце ли-

нии (другого полукомплекта). В противном случае, при внешнем КЗ может возникнуть ситуация, когда ПО2 (стороны, где мощность направлена от шин

264

в линию) пустится, сработает ОНМ и отдаст сигнал на ЗАПРЕТ, а ПО1 на про-

тивоположном конце (стороны, где мощность направлена от линии к шинам)

не пустится и не запустит передатчик (БС не отправится) → произойдет из-

лишнее срабатывание.

Параметры срабатывания более чувствительных органов, включаемых на составляющие нулевой или обратной последовательности, отстраиваются от расчетных небалансов. Токи небаланса в цепях тока возрастают при возрас-

тании токов фаз (например, при внешних КЗ и качаниях). Отстройка от них ПО1 может резко загрубить защиту. С напряжениями небаланса этого обычно не происходит. Поэтому оказывается целесообразным для пуска использовать

комбинированные ПО с сочетанием органов напряжения (ОН) и тока (ОТ),

действующих по схеме И (см. рисунок 4).

Еще один вариант схемы (рисунок 5) была предложен ВНИИР н ВНИИЭ для направленной защиты с ВЧ блокировкой линий 110—333 кВ. Вольт-ам-

перные характеристики более чувствительного пускового органа ПО1 и ОНМ,

срабатывающего при КЗ на защищаемой линии и прекращающего пуск ВЧ сигнала, и более грубого пускового органа ПО2 показаны на рис. 4.

Рисунок 4. ВАХ ОНМ и ПО тока и напряжения обратной последовательно-

сти, соединенных по схеме И При этом структура схемы на рис. 3 изменяется таким образом, чтобы

для прекращения пуска ВЧ сигнала от ОНМ не требовалось срабатывание ПО2. Пуск ВЧ сигнала от ПО1 — ненаправленный, однако ток и напряжение,

требуемые для пуска, заведомо больше, чем необходимо для срабатывания

265

ОНМ (см. рис. 4). Поэтому при исправной защите невозможен случай, когда при КЗ на защищаемой линии не будет остановлен блокирующий ВЧ сигнал.

Отключение поврежденной линии осуществляется при отсутствии блокирую-

щего ВЧ сигнала и срабатывании грубого органа ПО2.

Рисунок 5

2. Схема с пуском, контролируемым ОНМ (для одного полуком-

плекта)

Рисунок 6. Схема с пуском, контролируемом ОНМ В схеме используются ОНМ двустороннего действия или два ОНМ, сра-

батывающие при разных направлениях мощности КЗ. При направлении мощ-

ности КЗ от шин в защищаемую линию ОНМ действует через более грубый ПО2 на отключение через логический элемент ЗАПРЕТ, а при направлении мощности КЗ к шинам — через второй более чувствительный ПО1 на пуск ВЧ передатчика. Функционирование элемента ЗАПРЕТ, использование двух ПО и их сочетание имеют такое же назначение, как и в предыдущей схеме (см. рис.

3).

266

3. Схема с пуском, осуществляемым самим ОНМ (для одного полу-

комплекта)

Рисунок 7. Схема с пуском, осуществляемым самим ОНМ Совмещение функций пуска и установления направления мощности КЗ

для ОНМ принципиально допустимо, так как в нормальных рабочих режимах составляющих обратной и нулевой последовательностей практически нет и от-

стройку необходимо осуществлять в основном только от небалансов в цепях напряжения и тока. Обеспечение же разной чувствительности при пуске ВЧ передатчика (нижний ОНМ) и работе на отключение (верхний ОНМ) может производиться соответствующим выполнением ОНМ.

Схема работает аналогично предыдущей схеме при отсутствии отдель-

ных ПО.

*Схема на рис. 7 более эффективна при использовании электромехани-

ческих ОНМ с разной мощностью срабатывания. Если применяются ОНМ на микроэлектронной элементной базе, то необходимо, чтобы ВАХ ОНМ, дей-

ствующих на пуск и на отключение, были расположены соответственно как ВАХ ПО1 и ПО2 на рис. 4.

*Недостатком фильтровых направленных защит с ВЧ блокировкой яв-

ляется трудность обеспечения чувствительности ОНМ по напряжению при близких КЗ. Для повышения чувствительности ОНМ по напряжению приме-

няются в основном два способа (при малом U и большом I ОНМ сработает): 1) использование комбинированного напряжения, например, 2 − 2к 2, что обеспечивает получение ВАХ ОНМ, показанной на рис. 8, а;

267

2) использование дополнительного ОТ 2 или 0, уставка которого выбирается таким образом, чтобы при близких внешних КЗ действие защиты надежно бло-

кировалось ОНМ одного из концов линии (т.е. гарантированно отправлялся БС). Результирующая ВАХ ОНМ и ОТ показана на рис. 8, б.

Рисунок 8. ВАХ ОНМ с компенсацией напряжения (а) и дополнительным ор-

ганом тока (б)

Обеспечение работы схем защит при К(3)

Этот вопрос возникает при использовании схем с включением на состав-

ляющие обратной последовательности, когда стремятся иметь односистемную схему защиты, реагирующую на все виды КЗ, в том числе и на К(3). При этом учитывается, что практически почти всякое К(3) характеризуется хотя бы крат-

ковременной несимметрией, достаточной для срабатывания ОНМ. В настоя-

щее время ОНМ обычно контролирует сумму мощностей прямой и обратной последовательностей 1 + 2, что обеспечивает чувствительность при любых видах КЗ.

Одним из основных недостатков направленных защит с ВЧ блоки-

ровкой является их неприспособленность для защиты линии в неполнофазном режиме, возникающем, например, в цикле ОАПВ. Для этого применяют диф-

ференциально-фазные защиты.

268

26. Использование канала связи с Дистанционными защитами и ТЗНП. [Л6 8.2]

Примечание. Схемы выучиваем, они не будут предоставлены на эк-

замене.

Основным недостатком ступенчатых защит является невозможность

100%-ного охвата защищаемой линии первой ступенью с минимальной вы-

держкой времени вследствие необходимости отстройки этой ступени от КЗ на соседней ВЛ. Особенные затруднения вызывает при этом защита коротких ВЛ,

когда учет возможных погрешностей приводит к необходимости существен-

ного сокращения зоны действия первой быстродействующей ступени.

Обмен информацией между защитами, установленными по концам за-

щищаемой линии, о действии отдельных защитных функций позволяет осуще-

ствить быстродействующее отключение КЗ на всей линии, обеспечивая при этом абсолютную селективность (отсутствие срабатывания при КЗ на сосед-

них участках).

Данный обмен сигналами обеспечивается системой передачи сигналов,

состоящей из передатчика команд (Пер.), приемника команд (Пр.), устанавли-

ваемых по концам защищаемого объекта, и канала передачи, в качестве кото-

рого чаще всего используется оптический канал (оптоволокно).

Такие защиты называются защитами с обменом быстродействующих сигналов.

Данные функции являются обычно дополняющими функциями ступен-

чатых защит ВЛ: дистанционной защиты (ДЗ) и токовой защиты нулевой по-

следовательности (ТЗНП) и используют сигналы, генерируемые защитами при возникновении КЗ.

Виды защит с обменом быстродействующих сигналов

Все рассмотренные ниже принципы рассматривают ДЗ с обменом быст-

родействующих сигналов. Но они аналогично могут быть применены в ТЗНП.

Использование измерительных органов 0 и 0 в совокупности с ОНМ нуле-

вой последовательности позволяет выявить направление мощности при КЗ на

269

землю на линии и вне ее и отстроиться от возможных небалансов в режимах

нагрузки.

1. Защиты на основе контроля приема отключающих сигналов (с об-

меном отключающих сигналов)

Рисунок 1. Вариант защиты на основе контроля приема отключающих сигна-

лов В данном случае используются сигналы отключения, генерируемые

направленными быстродействующими первыми зонами защит (1) по концам линии. Эти зоны должны быть надежно отстроены от внешних КЗ на смежных линиях («за спиной» и на соседней линии, подходящей к противоположному концу). Эффективность защиты (отсутствие замедления при сохранении се-

лективности) обеспечивается, если каждая их первых зон защит по концам ли-

нии охватывает с запасом более 50% линии, что обеспечивает взаимное пере-

крытие зон → защита не действует на коротких линиях. Защита обеспечи-

вается передачей отключающего сигнала первой зоны каждой защиты на про-

тивоположный конец. При перекрытии зон одна из защит всегда работает без замедления и передачей отключающего сигнала обеспечивает быстродейству-

ющее отключение КЗ на противоположной стороне. Для обеспечения надеж-

ности правильного отключения (предотвращения ложного срабатывания при возникновении помехи в канале передачи, соответствующей приходу отклю-

чающего импульса), отключение от приходящего импульса контролируется по факту пуска при КЗ отдельных органов защиты приемного конца ( ( 1В)).

270