6.4. Дифференциально-фазная высокочастотная защита

Дифференциально-фазной высокочастотной защитой называется защита с косвенным сравнением фаз тока КЗ по концам защищаемой ЛЭП, использующая ВЧ канал для передачи информации о комплексах сравниваемых токов.

Свойства защиты рассматриваются применительно к ее выполнению, приведенному на рис. 6.3. Здесь, как и в случае направленной защиты с ВЧ блокировкой, показан только полукомплект защиты на стороне А ЛЭП W.

Пусковой орган выполняется для каждого полукомплекта защиты с помощью реле тока; КА1-КА4. Реле КА1 и КА2 включены на полный ток одной из фаз, КАЗ и КА4 - на слагающую через фильтр обратной последовательности ZA2. Пусковые органы предназначены для действия защиты соответственно при (КА1 и КА2) и любых несимметричных КЗ - , , (КАЗ и КА4). Реле с одинаковым включением, например, КА1 и КА2, имеют разную чувствительность. Более чувствительные КА1 и КАЗ пускают передатчик GM через вспомогательное реле KL1, а менее чувствительные КА2 и КА4 через вспомогательное реле KL2 подготавливают цепи отключения. Этим, как и у направленных защит с ВЧ блокировкой, исключается возможность излишнего срабатывания защиты при внешних КЗ с токами, близкими к токам срабатывания пусковых органов.

Рис. 6.3. Принципиальная схема дифференциально-фазной высокочастотной защиты

Измерительный орган фаз определяет угол сдвига фаз между током в месте установки полукомплекта защиты и током в полукомплекте защиты противоположного конца ЛЭП. Информация о фазе тока с противоположного конца ЛЭП передается ВЧ сигналами. Для этого в полукомплекте защиты каждой стороны ЛЭП имеется орган управления передатчиком GM, называемый органом манипуляции (ОМ) (манипуляция - частный случай фазовой модуляции). Орган манипуляции разрешает работу передатчика GM лишь в положительные полупериоды токов промышленной частоты 50 Гц. Поэтому передатчик GM посылает в ВЧ канал манипулированный сигнал - пакеты ВЧ сигналов. Длительность и отсутствие каждого из этих ВЧ сигналов равна половине периода промышленной частоты (0,01 с), а их фазы соответствуют фазе тока КЗ со стороны рассматриваемого полукомплекта защиты.

Для того чтобы фаза одного тока с каждой стороны ЛЭП несла информацию о фазах токов трехфазной сети, используются симметричные составляющие токов. На ОМ каждого полукомплекта защиты подаются напряжения с выходов комбинированных фильтров токов прямой и обратной последовательностей ZA1,2. На выходе фильтра ZA1,2 напряжение будет равно:

,

где M - коэффициент взаимоиндукции фильтра ZA1,2.

Следовательно, в защите определяется угол между напряжениями с двух сторон ЛЭП. Сравнение фаз в полукомплектах защиты производится в приемниках DM, подающих сигналы на реагирующие элементы - поляризованные реле KL3. Приемники DM, принимающие ВЧ сигналы как со своего передатчика GM, так и с другой стороны защищаемой ЛЭП, работают (на их выходе появляются напряжение и ток ) только при отсутствии принимаемых ВЧ сигналов. Работа защиты при внешнем и внутреннем КЗ поясняется на рис. 6.4.

Внешнее КЗ для защиты ЛЭП W1 в точке К (см. рис. 6.4). Срабатывают КА1 и КА2 при , КАЗ и КА4 при несимметричных КЗ, KL1 и KL2. Токи по концам неповрежденной ЛЭП W1 при принятых положительных направлениях от шин в ЛЭП, сдвинуты на угол 180°. Поэтому передатчики GM полукомплектов защиты АК1 и АК2 работают неодновременно и посылают ВЧ сигналы, сдвинутые на полпериода. Складываясь, они дают непрерывные блокирующие ВЧ сигналы в приемниках DM полукомплектов защиты АК1 и АК2.

Рис. 6.4. Диаграммы работы дифференциально-фазной высокочастотной защиты

При этом выходные напряжения приемников DM равны нулю и защита ЛЭП W1 не срабатывает. Для обеспечения блокирования передатчики GM пускаются до начала сравнения фаз, а останавливаются только после отключения внешнего КЗ. Первое обеспечивается реле KL2, имеющим замедление при действии, второе - реле KL1, имеющим замедление при отпускании.

Внутреннее КЗ для защиты ЛЭП W2 в точке К. Вначале срабатывают те же реле, что и в предыдущем случае. Токи по концам ЛЭП W2 принимаются совпадающими по фазе (см. рис. 6.4). Поэтому передатчики GM полукомплектов защиты АКЗ и АК4 работают одновременно и посылают ВЧ сигналы, совпадающие по фазе. Результирующие ВЧ сигналы в приемниках DM полукомплектов защиты АКЗ и АК4 имеют скважности. Поэтому на выходе приемников DM появляются импульсы напряжения и ток , проходящий через реле KL3 и вызывающий его срабатывание, а через промежуточное реле KL4 и указательное реле КН происходит срабатывание защиты в целом.

Выбор параметров срабатывания пусковых органов. Параметры срабатывания выбираются одинаковыми для обоих полукомплектов защиты. При симметричных повреждениях ток срабатывания реле пуска передатчика GM отстраивается от максимального тока нагрузки ЛЭП по следующему выражению:

.

Здесь в правой части выражения величины и их значения аналогичны направленной защите с ВЧ блокировкой.

Ток срабатывания реле подготовки цепи отключения выбирают по условию согласования с током срабатывания реле пуска передатчика GM по следующему выражению:

,

где - коэффициент согласования цепей пуска передатчика GM и подготовки отключения полукомплектов защиты при симметричных повреждениях.

При несимметричных повреждениях ток срабатывания фильтр-реле обратной последовательности пуска передатчика GM отстраивается от тока небаланса в максимальном нагрузочном режиме по следующему выражению:

,

где - коэффициент отстройки; - коэффициент возврата фильтра-реле; - приведенный к первичной цепи ток небаланса фильтра обратной последовательности ZA2; - коэффициент небаланса фильтра обратной последовательности ZA2; - ток обратной последовательности при несимметричной нагрузке, приведенный к первичной цепи.

Ток срабатывания фильтр-реле обратной последовательности подготовки цепи отключения выбирается по следующему выражению:

,

где - коэффициент согласования цепей пуска передатчика GM и подготовки отключения полукомплектов защиты при несимметричных повреждениях.

Чувствительность пусковых органов проверяется по КЗ на противоположном конце ЛЭП, коэффициент чувствительности должен быть не менее 1,5-2.

На аналогичном принципе действия основана работа серийно выпускаемых электротехнической промышленностью панелей ДФЗ-201 для ЛЭП 110-220 KB и ДФЗ-501,503,504 для ЛЭП 330-500 кВ.