11. Высокочастотные защиты линий

Высокочастотные защиты наиболее современные и быстродействующие из всех суще­ствующих защит ЛЭП. Они применяются тогда, когда по условиям сохранения устойчивости и скорейшей ликвидации к.з. требуется быстрое двухсторонне отключение ЛЭП при к.з. в любой точке защищаемой линии. Данные защиты устанавливаются на длинных линиях на­пряжением выше 220 кВ.

Высокочастотные защиты состоят из двух комплектов, установленных по концам за­щищаемой линии. Высокочастотными защиты называются потому, что связь между ком­плектами защиты, установленными с обеих сторон ЛЭП, осуществляется с помощью токов высокой частоты. Эти токи передаются по проводам защищаемой линии. По принципу действия высокочастотные защиты не реагируют на к.з. вне зоны (на соседних ЛЭП и присоединениях), поэтому их можно выполнять без выдержки времени, т.к. согласо­вания по времени с соседними линиями не требуется. Существует два вида высокочастотных защит ЛЭП:

1. Направленные защиты с высокочастотной блокировкой.

2. Дифференциально-фазные защиты.

Направленная защита с высокочастотной блокировкой. Защита реагирует на на­правление (знак) мощности к.ч. но концам защищаемой ЛЭП.

Рис. 79 Направление мощности s при различных к.з.

При внешнем к.з. (К₁) направления мощности по концам линии разные: S₁(+), a S₂(-) (рис. 79). При к.з. на защищаемой линии обе мощности S₁ и S₂ имеют одинаковое направ­ление (рис. 79). Сравнение направления S₁ и S₂ производится с помощью реле направления мощности. На обеих сторонах линии установлены высокочастотные приемопередатчики, состоящие из генераторов высокой частоты (ГВЧ) и приемников высокой частоты (ПВЧ) (рис. 80). Сигнал ГВЧ1 (ГВЧ2) может воспринимать ПВЧ1 и ПВЧ2. Направление S опреде­ляется в «комплекте защиты». Если S имеет знак «+», то работает реле направления мощно­сти и останавливает ГВЧ своего конца. Если S имеет знак «-», то реле мощности не работает, ГВЧ посылает высокочастотные сигналы по ЛЭП, которые воспринимают оба ПВЧ. Наличие высокочастотного сигнала как от ГВЧ1, так и от ГВЧ2 запрещает работу комплектов защиты 1 и 2. Так при к.з. в точке К₁ (рис. 79) есть высокочастотный сигнал от ГВЧ2, его восприни­мают ПВЧ1 и ПВЧ2, и это служит запретом работы защиты на обоих концах линии. При к.з. в точке K₂ (рис. 79) не работает ни ГВЧ1, ни ГВЧ2 и высокочастотный сигнал запрета отсут­ствует. Срабатывают оба комплекта защиты на отключение ЛЭП с двух сторон.

Рис. 80. Принцип действия направленной защиты с высокочастотной блокировкой

Упрощенная схема направленной защиты с высокочастотной блокировкой приведена на рис. 81.

В данной защите можно выделить две части - высокочастотную и релейную. К высоко­частотной части защиты относятся:

ЗФ - заградительный фильтр, препятствующий протеканию токов высокой частоты за преде­лы защищаемой линии; КС - конденсатор связи, пропускает в высокочастотный приемопередатчик токи высокой

частоты и не пропускает токи с f = 50 Гц;

Ф

Рис. 81. Упрощенная схема направленной защиты с высокочастотной блокировкой

П - фильтр присоединения - воздушный трансформатор с отпайками, служит для возмож­ности подключения ВЧК - высокочастотного кабеля к фазе линии. Через ВЧК подключается высокочастотный приемопередатчик. Канал циркуляции то­ков высокой частоты - «фаза-земля».

Релейная часть защиты состоит из пусковых реле ПО₁ и ПО₂. ПО₁ служит для пуска ГВЧ, а ПО₂ - для подготовки цепей отключения. Реле БР имеет две обмотки - рабочую и тормозную. Условием его срабатывания является наличие тока в рабочей обмотке Р и отсут­ствие тока в тормозной обмотке Т. При другом сочетании токов реле БР не работает. Тор­мозная обмотка Т реле подключена на выход высокочастотного приемника. Наличие тока высокой частоты в линии приводит к наличию тока в тормозной обмотке и запрещает работу защиты на отключение.

При к.з. на линии высокочастотный сигнал отсутствует, тока в тормозных обмотках ре­ле нет и защита отключает поврежденную линию с обеих сторон без выдержки времени. За­щита может быть установлена и на ЛЭП с односторонним питанием. Направленные защиты с высокочастотной блокировкой могут ложно срабатывать при качаниях в энергосистеме, когда электрический центр качаний попадает на защищаемую линию. В такой ситуации нет к.з., но направление мощности по обоим концам защищаемой ЛЭП соответствует направле­нию «из шин в линию». При качаниях направленная защита с высокочастотной блокировкой выводится из действия. Ток срабатывания пускового реле ПО2 должен быть отстроен от тока нагрузки и надежно действовать при к.з. на противоположном конце линии, т.е.

или

где .

Чувствительность защиты проверяется по k_ч, который должен быть не меньше .

Пусковой орган ПО₁по чувствительности в 2 раза выше, чем ПО₂, поскольку от пуска или останова ГВЧ зависит правильность работы защиты.

Дифференциально-фазная защита. Защита основана на сравнении фаз тока по концам защищаемой линии. За «+» принято направление тока от шин в линию.

При к.з. К₁ (рис. 82) токи I₁ и I₂ имеют разные знаки, и можно считать их сдвинуты­ми по фазе на 180°. При к.з. К₂ (рис. 82) токи I₁и I₂ имеют одинаковые знаки и совпадают

Рис. 82. Примеры действия дифференциально-фазной защиты

Рис. 83. Упрощенная схема дифференциально-фазной высокочастотной защиты

по фазе. Сравнение фаз тока по концам ЛЭП выполняется с помощью высокочастотных сиг­налов и может быть пояснено с помощью следующих графиков (рис. 82).

ГВЧ запускаются только в положительную полуволну тока. ПВЧ имеют ток в выходной цепи, если I_в/ч по линии имеет импульсы и паузы. От ПВЧ ток подается на отключающее ре­ле защиты (РО). При к.з. в зоне защиты оба передатчика работают в одинаковые полуперио­ды тока, тем самым обеспечивая отключение ЛЭП с двух сторон.

Схема ДФЗ приведена на рис. 83. Высокочастотная часть защиты аналогична описан­ной выше. Релейная часть состоит из пусковых реле и, реагирующих на трехфаз­ные к.з., и и реагирующих на двухфазные к.з. и к.з. на землю. Реле и включены на фильтр токов обратной и нулевой последовательностей.

ОМ - орган манипуляции, управляет работой ГВЧ, запуская его в положительную полу­волну тока (см. рис. 82).

ОСФ - орган сравнения фаз тока, осуществляет сравнение фаз тока, идущего по ЛЭП на основе совпадения или несовпадения высокочастотных импульсов по времени. В случае сплошного высокочастотного сигнала тока на выходе ОСФ нет и защита не работает.

Реле и служат для запуска ГВЧ, а реле и - для подготовки цепей отключения.

Чувствительность реле, запускающих ГВЧ, должна быть больше, т.к. четкость их за­пуска определяет правильную работу защиты.