Глава 6
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ЗАЩИТЫ
6.1. Назначение и виды высокочастотных защит
На ЛЭП 110 кВ и выше средней и большой длины (несколько десятков и даже сотен километров) в качестве основной защиты применяются высокочастотные защиты (ВЧЗ). Они предназначены для быстрого отключения ЛЭП при КЗ в любой ее точке с целью обеспечения устойчивости параллельной работы электрических станций и энергосистем в целом, а также в связи с ростом требований со стороны потребителей для сохранения устойчивости технологического процесса.
Рассматриваемые ВЧЗ состоят из двух полукомплектов, расположенных по концам защищаемой ЛЭП. Особенность ВЧЗ заключается в том, что для их селективного действия необходима связь между полукомплектами защиты, осуществляемая по защищаемой ЛЭП с помощью специального высокочастотного канала.
По принципу своего действия ВЧЗ не реагируют на КЗ вне защищаемой ЛЭП и поэтому, так же как и дифференциальные токовые защиты, не имеют выдержки времени и являются защитами с абсолютной селективностью. В отечественных энергосистемах применяются два вида ВЧЗ:
направленные защиты с высокочастотной блокировкой, основанные на сравнении направления полной мощности КЗ по концам защищаемой ЛЭП;
дифференциально-фазные высокочастотные защиты, основанные на сравнении фаз токов КЗ по концам защищаемой ЛЭП.
В заключение отметим, что особенностью перечисленных ВЧЗ является наличие двух частей - релейной и высокочастотной.
6.2. Принципы выполнения и работа высокочастотной части защиты
Высокочастотные каналы, как правило, выполняются с использованием проводов защищаемой ЛЭП, по которым передается энергия промышленной частоты 50 Гц. На рис. 6.1 показана схема организации высокочастотного канала по ЛЭП W. Ток высокой частоты (ВЧ) в этой схеме передается по одной из фаз ЛЭП и возвращается через землю. Для высокочастотных каналов ВЧЗ
|
Рис. 6.1. Принципиальная схема высокочастотного канала |
используются частоты в пределах 40-500
кГц. На каждом конце ЛЭП устанавливается
высокочастотный аппарат (ВЧА) 1,
состоящий из передатчика (генератора)
ВЧ сигналов (ГВЧ) GM
и принимающего их приемника (ПВЧ)
.
Выходные цепи ВЧА подключаются одним
зажимом к земле, а вторым - к ЛЭП W
через кабель 2, фильтр
присоединения 3 и конденсатор
связи 4.
Заградители 5 устанавливаются
за выключателями Q1
и Q2,
а также ТТ защиты ТА1 и ТА2,
что препятствует выходу токов ВЧ за
пределы защищаемой ЛЭП W.
Заградители образуют резонансный контур
из параллельно соединенных силовой
индуктивной катушки
и элемента настройки в виде регулируемого
конденсатора
.
Контур настраивается в резонанс токов
на принятую высокую частоту
и представляет для токов этой частоты
очень большое сопротивление. Для этого
необходимо выполнить следующее условие:
,
тогда
,
где
- резонансная угловая частота. При
этом резонансное сопротивление
заградителя должно быть не меньше 1000
Ом. Индуктивность катушки
,
по которой проходят рабочий ток и
возможные токи КЗ, выбирается малой,
практически не влияющей на работу ЛЭП.
Конденсаторы связи 4 включаются за заградителями в сторону ЛЭП. Сопротивление конденсатора связи, через который ВЧА подключается к ЛЭП, зависит от частоты проходящего через него тока. Для токов промышленной частоты 50 Гц оно велико (больше 1 МОм) и поэтому ток утечки весьма мал. При высоких частотах (больших 10 кГц) сопротивление конденсатора С1 резко уменьшается. В результате ток высокой частоты, проходящий по ЛЭП, будет ответвляться в конденсатор С1 и дальше через фильтр присоединения проходить в ВЧА. Одновременно конденсатор С1 изолирует ВЧА от рабочего напряжения ЛЭП.
Фильтры присоединения 3 представляют собой воздушные трансформаторы с индуктивностями обмоток L1 и L2, во вторичную обмотку которых включен конденсатор С2. Фильтр совместно с конденсатором связи, около которого он устанавливается, образует полосовой фильтр, пропускающий только токи необходимой полосы частот ВЧА. С помощью фильтра согласовывается (уравнивается) входное сопротивление высокочастотного кабеля 2 и ЛЭП. В качестве высокочастотного кабеля используется одножильный концентрический экранированный кабель с малым затуханием ВЧ сигналов (кордельный или радиокабель). Параллельно обмотке с индуктивностью L1 фильтра подключен разрядник FV, который срабатывает и создает надежный путь для отвода в землю токов КЗ в случае пробоя конденсатора связи или перекрытия его изоляции.
Приемопередатчики ВЧА 1 генерируют и принимают сигналы токов ВЧ. Передатчики (генераторы) GM пускаются в работу и останавливаются сигналами релейной части ВЧЗ. Сигналы, получаемые на выходе приемников DM, вводятся в релейные части ВЧЗ для их правильного функционирования. Рабочая частота приемопередатчиков обеих сторон ЛЭП, как правило, выбирается одинаковой. Приемники DM могут принимать ВЧ сигналы как передатчика GM противоположной стороны ЛЭП, так и своей, если это требуется.