Lektsii_po_RZ_ch_2_20_01_12_studentam

Приемопередатчик 6 получает от релейной части защит сигналы на запуск и передает полученные по ВЧ тракту сигналы в релейную часть защиты. Приемопередающая аппаратура выпускается различных типов.

На сегодня наиболее известны приемопередатчики типов ПВЗУ, ПВЗУ-Е, ПВЗУ-М (Уралэнергосервис) и ETL600 (ООО "АББ Энергосвязь"). Наряду с этими системами действуют предыдущие поколения каналообразующей аппаратуры.

Количество информации, которое может быть передано, ограничивается полосой ВЧ сигнала, которая обычно составляет 4 кГц или кратна 4 кГц. Данная полоса частот называется номинальной полосой аппаратуры ВЧ связи. Для организации канала в обратном направлении используется сигнал с другой полосой частот. Эта полоса часто является смежной полосе прямого канала, однако эти полосы могут быть удаленными.

С ростом частоты и длины канала затухание, естественно, возрастает. Особенно сильно затухание при изморози, гололеде, мокром снеге вследствие диэлектрических потерь в слое покрытия. При особенно сильном гололеде затухание может даже превысить допустимое (обычно запас по затуханию 1 – 1,5 Нп) и возникнет вопрос о выведении защиты из работы.

Также на канал ВЧ связи действуют помехи от коронного разряда, электрической дуги, других ВЧ каналов, радиостанций и атмосферных разрядов.

Частоты ВЧ каналов избираются централизованно, сейчас держателем частот является ОАО "ФСК ЕЭС".

Достоинством ВЧ каналов является отсутствие необходимости прокладки специальных линий связи, в качестве канала используется сам провод защищаемой линии. Недостатки ВЧ связи – малая емкость канала (несущественно для целей релейной защиты), большие помехи и затухание, резкий рост затухания при повреждении линии, коротком замыкании.

Значительным недостатком является невозможность организации ВЧ канала на малых расстояниях (десятки и сотни метров) в связи с невозможностью согласования входных сопротивлений линии и приемника ВЧ сигнала. Это затрудняет реализацию ВЧ защит для отпаечных подстанций. В этом случае используется проводной или оптоволоконный (редко) канал связи.

3.3.3 Радиоканалы

Для связи в энергетике используются каналы УКВ диапазона. В основном это метровые (γ =10 - 1 м, f = 30 – 300 МГц), дециметровые (γ =100 - 10 см, f = 300 – 3 000 МГц) и сантиметровые (γ =10 - 1 см, f = 3000 – 30 000 МГц) волны. В связи с малой длиной волны УКВ радиосвязь действует практически только при прямой видимости приемника и передатчика. Для увеличения дальности связи ставятся промежуточные усилители сигнала. Таким образом, получаем радиорелейные линии.

Каналы сотовой и спутниковой телефонии не обладают достаточной надежностью и плотностью покрытия для использования в релейной защите. Могут служить резервными.

3.3.4 Оптоволоконные каналы

Оптоволоконная связь может осуществляться как по специально подвешенным многожильным оптоволоконным кабелям, подвешенным на опорах линии (ВОЛС-ВЛ) (рис. 3.5, а) или уложенным в земле, так и по отдельным волокнам, встроенным в грозозащитный трос (ОКГТ) или фазный провод линии. Порой встречаются решения с использованием оптоволокна в качестве сердечника композитного провода (рис. 3.5, б). Для существующих линий возможна навивка оптоволокна вокруг грозозащитного троса.

Рисунок 3.5 – Примеры внешнего вида волоконнооптической линии связи: (а) – магистральная линия связи, (б) – сечение провода (грозозащитного троса) с оптоволоконной линией в сердечнике.

Достоинством оптоволоконных каналов связи является их высокая емкость (возможность передачи данных систем диспетчерско-технологического управления, противоаварийной автоматики, релейной защиты в одном канале), неподверженность помехам от проводов защищаемой линии, достаточно высокая надежность (при надежной аппаратуре приема-передачи).

Среди недостатков оптоволоконных каналов их относительно высокая стоимость, порой затрудненная подвеска на старых линиях. Оптоволокно со временем может мутнеть, тем самым увеличивая затухание и снижая пропускную способность канала. Для современного оптоволокна производители гарантируют от 15 до 25 лет качественной работы канала.

В связи с затуханием сигнала в волоконнооптических линиях связи на дальних расстояниях устанавливаются промежуточные усилительные пункты (в среднем 4050 км, участок без усиления на сегодня может быть до 300 км).

4 ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ЛИНИИ

Принцип действия ДЗЛ двухконцевой линии основан на пофазном сравнении модуля суммы векторов токов по концам защищаемой линии.

Для отстройки от небалансов, вызванных неодинаковостью измерительных трансформаторов тока и условий их работы, применяется торможение – увеличение порога сравнения дифференциального тока в зависимости от тормозной величины. Торможение может формироваться:

-в зависимости от модуля разности векторов токов,

-в зависимости от суммы модулей векторов токов,

-с использованием специальной «секторной» характеристики блокирования в комплексной плоскости отношений сравниваемых фазных токов.

Впервом случае имеется зависимость тормозной величины от сдвига фаз токов по концам линии. Торможение максимально при внешних повреждениях и минимально при внутренних.

Во втором случае величина торможения не зависит от угла сдвига фаз между токами по концам линии и одинакова для внутренних и внешних коротких замыканий.

Для третьего типа характеристики зона блокирования определяется модулем отношения векторов токов по концам линии и взаимным углом между ними.

Коэффициент возврата пускового органа дифференциального тока не менее 0,9. Ориентировочное время срабатывания ДЗЛ не превышает 0,025 с (без учета задержки в канале связи).

При наличии на линии ответвления с трансформаторами, уставка срабатывания дифференциальной защиты должна быть отстроена от тока, протекающего при номинальной нагрузке ответвления. При малой длине защищаемой линии и небольшой мощности трансформаторов ответвления, отстройка от короткого замыкания на стороне низкого напряжения трансформатора может осуществляться использованием пуска ДЗЛ по напряжению обратной последовательности и по минимальному напряжению прямой последовательности. В других случаях может применяться до-

полнительный комплект измерительных органов, состоящий из трех реле междуфазного сопротивления и реле направления мощности нулевой последовательности, отстроенного от броска тока намагничивания трансформаторов.

Емкостной ток кабельной линии длиной более 20 км и воздушных линий напряжением 330-500 кВ длиной более 150 км вызывает дополнительный небаланс ДЗЛ при внешних повреждениях, что требует отстройки путем загрубления пускового органа дифференциальной защиты. Выравнивание токов по концам защищаемой линии при внешних повреждениях производится путем компенсации половины емкостного тока линии по «П» - образной схеме замещения, отражающей частотные свойства проводимости линии по прямой и нулевой последовательности. Компенсация емкостного тока линии позволяет не учитывать эту составляющую небаланса в расчетах уставок ДЗЛ и тем самым повысить чувствительность к внутренним КЗ.

Каналы связи между полукомплектами ДЗЛ обеспечиваются по оптоволоконным линиям связи. Физическим интерфейсом каждого из каналов связи являются два оптических преобразователя (длина волны 850 нм) с разъемом типа ST для подключения многомодового оптического кабеля.

Связь между полукомплектами ДЗЛ может осуществляться:

-по выделенному оптическому каналу с использованием двух жил оптического кабеля (многомодовое или одномодовое волокно);

-с использованием стандартного 64 Кбит/с синхронного канала (с подключением к мультиплексору через электрический интерфейс Х21 или G703). При необходимости, скорость передачи между устройствами может быть увеличена до 512 Кбит/с (до 8 тайм – слотов по 64 Кбит/с).

Основным требованием к синхронному каналу связи является ограниченная задержка в передаче данных, которая должна быть не более (2´26) мс, и симметричность времени передачи и приема в обоих направлениях.

В терминалах, установленных на разных концах защищаемой линии осуществляется синхронизация моментов взятия цифровых отсчетов аналоговых сигналов (прежде всего фазных токов) и синхронизация цифровой обработки сигналов. В результате терминалы, при наличии каналов связи, представляют собой одно устройство с единой системой векторов сигналов.

Определение среднего значения времени передачи данных по каналу связи в прямом и обратном направлениях осуществляется непрерывно. Точность синхронизации положения векторов в устройствах на разных концах линии определяется разностью времени передачи данных по каналу связи в прямом и обратном направлениях. Если указанная разность имеет стационарный характер, то она может быть скомпенсирована путем задания параметра (уставки) несимметричности канала.

Для двухтерминального применения каналы связи могут дублироваться с использованием разных трасс для прокладки оптического кабеля или с применением каналов разного типа, например, с выделенным оптоволокном и с применением мультиплексоров. Эти мероприятия повышают надежность передачи команд.

Все команды передаются и принимаются параллельно. Максимальное время передачи-приема – 0,005 с без учета времени задержки канала связи. Каждая принятая команда имеет возможность продления на индивидуально регулируемое время

(0,0 – 1,0) с.

5 ЗАЩИТЫ С КОСВЕННЫМ СРАВНЕНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

ВЕЛИЧИН

5.1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Токовыми и направленными защитами с косвенным сравнением электрических вели-

чин называются защиты с абсолютной селективностью, основанные на сравнении электрических величин по концам защищаемой линии или на линиях, присоединенных к общим шинам посредством передаваемых по каналам связи сигналов от срабатывающих измерительных реле.

Защиты делятся на продольные, сравнивающие величины по концам защищаемого участка, и поперечные, сравнивающие величины разных присоединений шин одной подстанции.

В связи с тем, что защиты с косвенным сравнением величин обладают абсолютной селективностью, они обладают следующим основным достоинством: выполняются и работают без выдержки времени. Соответственно, их основной недостаток – не могут быть резервными.

Данные защиты используют те же элементы, что и защиты с относительной селективностью, поэтому иногда эти элементы являются общими (KA, KW, …).

Важнейшим видом защит с косвенным сравнением электрических величин являются защиты, использующие в качестве каналов связи передачу высокочастотных сигналов по проводам защищаемых линий электропередачи. Это дифференциальнофазная высокочастотная защита и направленная защита с высокочастотной блокировкой.

5.2 ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНАЯ ВЧ ЗАЩИТА

Защита основана на сравнении фаз токов защищаемого объекта. На рис. 5.1 показана схема линии электропередачи. Очевидно, что при внешнем коротком замыкании K2 ток IK2 будет направлен вне линии, для измерительных органов 1 и 2 он будет направлен противоположно. При внутреннем коротком замыкании К1 ток будет направлен от концов линии к точке короткого замыкания и сонаправлен для органов 1 и 2. Сравнение происходит не в релейной схеме, а путем передачи блокирующих сигналов по ВЧ каналу в защищаемой линии.

Рисунок 5.1 – Принцип действия дифференциальной защиты с ВЧ блокировкой.

Дифференциально-фазная защита имеет два полукомплекта по концам защищаемой линии. В каждом полукомплекте имеется два пусковых органа. Один из них, более чувствительный, пускает в действие генератор высокой частоты (ГВЧ), который модулируется током промышленной частоты и посылает сигнал на удаленный полукомплект.

Более грубый пусковой орган создает цепь на отключение, которая срабатывает при прекращении блокирующего сигнала от удаленного полукомплекта или совпадении его по фазе со своим сигналом. Принципы модуляции сигнала можно видеть на рис. 5.2.

срабатыванию защиты. Именно для уменьшения вероятности такого события защита не включена постоянно и имеет отдельный пусковой орган, который вводит ее в действие. Также в связи с этим к каналам связи для защит предъявляются высокие требования по надежности и пропускной способности.

В качестве пусковых органов используются токовые реле, фильтры нулевой и обратной последовательностей.

Реально, в отличие от рис. 5.2, сдвиг фаз не равен 180º, что обусловлено погрешностями.

5.3 НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА С ВЧ БЛОКИРОВКОЙ

Представляет собой усовершенствованный вариант направленной защиты. Селективность срабатывания достигается применением блокирующего (разрешающего) ВЧ сигнала.

Оснащена двумя пусковыми органами. Первый, более чувствительный, пускает генератор высокой частоты, второй создает цепь на отключение. При качаниях и асинхронных режимах такая защита может сработать неселективно, поэтому, как и дистанционная защита, оснащается устройством блокировки от неправильных действий при качаниях.

Если обратиться к рисунку 5.1, то условием срабатывания защиты будет срабатывание направленной защиты 1 и отсутствие блокирующего сигнала с противоположной стороны 2.

Принципиальным отличием от дифференциально-фазной ВЧ защиты является возможность работы направленной защиты с ВЧ блокировкой даже при выведенной ВЧ части на противоположной стороне. При этом защита действует как обычная направленная с относительной селективностью. Полукомплекты дифференциальнофазной защиты не могут действовать поодиночке.

Достоинством данной защиты по сравнению с обычной направленной является то, что ее не надо отстраивать от токов самозапуска.

5.4 ОЦЕНКА ВЧ ЗАЩИТ

Высокочастотные защиты являются высоконадежными и быстродействующими защитами с абсолютной селективностью. Они применяются в качестве основных