Файл: Сапир Е.Д. Лекция по курсу Релейная защита электрических систем. Высокочастотные защиты линий электропередачи.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.04.2024
Просмотров: 30
Скачиваний: 0
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР ВСЕСОЮЗНЫЙ ЗАОЧНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Кафедра электрических сетей и систем
Е. Д. САПИР
Лекция
по курсу
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ
ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Москва |
1960 |
I |
ПЖ ОУМИЧНДЯ |
S Л f Ц |
I |
*УЧИв-ТЕХЯ.'м«вМАя |
/ О 1 * hh |
j |
БИБЛИдГВКл OOOF |
|Г* V CW |
|
|
д/ |
|
АННОТАЦИЯ |
ftw |
Настоящая лекция предназначается для студентов V кур са электроэнергетического факультета, обучающихся по спе циальности «Электрические станции, сети и системы», а так же для студентов VI курса, специализирующихся по автома
тизации и релейной защите энергетических систем.
Данная лекция является основным учебным пособием для
студентов V курса при изучении темы «Высокочастотные за щиты» курса «Релейная защита электрических систем» и под лежит изучению в объеме первых пяти параграфов. После дующие параграфы — шестой, седьмой и восьмой — подлежат усвоению студентами VI курса при изучении дисциплины «Спецкурс релейной защиты электрических систем».
1. Назначение и виды высокочастотных защит
Высокочастотные защиты являются быстродействующими защитами, работающими без выдержки времени при корот ких замыканиях в любой точке защищаемой линии. Время
срабатывания применяемых в энергосистемах высокочастот ных защит составляет 0,04 ч-0,1 сек. По своему принципу рассматриваемые защиты так же, как и дифференциальные защиты, не действуют при коротких замыканиях вне защищае мой линии.
Высокочастотные защиты применяются на линиях 110 ч- 500 кв в тех случаях, когда быстрое двустороннее отключение поврежденной линии без выдержки времени требуется по условиям устойчивости параллельной работы электростан ций и надежного питания потребителей. Такое действие наря ду с высокочастотными защитами в общем случае обеспечи вают только продольные дифференциальные защиты, исполь зующие вспомогательные соединительные провода для срав нения токов на концах защищаемой линии. По технико-эко номическим соображениям последние, однако, используются только для защиты линий протяженностью до 10 -|- 15 км.
Высокочастотные защиты могут применяться на линиях как малой, так и большой протяженности.
Правилами устройства электроустановок применение высо кочастотных защит, как более сложных и дорогостоящих, до пускается только в тех случаях, когда требования надежнос ти работы энергосистемы и потребителей не могут быть обес
печены при помощи Отсечек и максимальных токовых защит или при помощи дистанционных защит.
Комплекты высокочастотной защиты устанавливаются на каждом конце защищаемой линии и их действие координи
руется при помощи токов высокой частоты, которые nepeJ даются по проводу самой защищаемой линии. Схемы защиты строятся таким образом, что передача токов высокой частоты с одного конца линии на другой используется для блокировки при коротких замыканиях вне защищаемой линии. Комплект
£
высокочастотной защиты содержит, таким образом, две ос
новные части: релейную часть, реагирующую на появление
короткого замыкания, и высокочастотную часть, генерирую щую и принимающую токи высокой частоты.
В энергосистемах применяются два вида высокочастотных защит:
1)направленные с высокочастотной блокировкой, основан ные на сравнении направлений мощности короткого замыка ния на концах защищаемой линии;
2)дифференциально-фазные, основанные на сравнении
фаз токов на концах линии.
Электротехническая и радиотехническая промышленности
СССР выпускают оба вида защит — фильтровую направлен ную защиту с высокочастотной блокировкой типа ПЗ-164, разработанную ВГПИ «Теплоэлектропроект» и дифференци ально-фазную высокочастотную защиту типа ДФЗ-2, разра ботанную ВНИИЭ (бывш. ЦНИЭЛ). На линиях 400 кв в ка честве основной быстродействующей защиты используется
дифференциально-фазная защита типа ДФЗ-400, также раз работанная ВНИИЭ.
2. Высокочастотная часть защиты
Передача высокочастотных сигналов с одного конца линии на другой производится по каналу, который включает в себя провод защищаемой высоковольтной Линии, аппаратуру об работки и присоединения к линии и высокочастотный прие- мо-передатчик. 'Схема высокочастотного канала защиты по принятой в СССР системе фаза—земля, при которой приемо передатчик включается между одним проводом линии и зем лей, приведена на фиг. 1.
К аппаратуре обработки и присоединения относятся сле дующие элементы:
1) Высокочастотный заградитель ВЗ, ограничивающий распространение токов высокой частоты в пределах защищае мой линии. Индуктивность и емкость заградителя настраи
ваются в резонанс на принятую для защиты данной линии частоту высокочастотного канала. Заградитель включается в провод высоковольтной линии непосредственно у шин подстан ции.
В настоящее время в СССР для каналов высокочастотных
защит используются рабочие частоты в пределах 50-4-300 тыс. гц. В связи с этим заградитель, обладая очень большим
4
сопротивлением для токов высокой частоты, имеет ничтожнб малое сопротивление при частоте 50 гц и он практически не влияет на работу линии электропередачи при токах промыш ленной частоты.
2) Конденсатор связи КС, через который токи высокой
частоты передаются в провод высоковольтной линии, изоли рующий низкочастотный приемо-передатчик от высоковольт
ЗР
Фиг. 1. Принципиальная схема высокочастотного ка нала защиты. ВЗ—высокочастотный заградитель; КС— конденсатор связи; ФП—фильтр присоединения; Р— разрядник; ЗР—заземляющий разъединитель.
ной линии. Он обладает очень большим сопротивлением для токов промышленной частоты, а для токов высокой частоты его сопротивление резко уменьшается.
3) Фильтр присоединения ФП, служащий связывающим
звеном между высокочастотным кабелем и конденсатором связи. Он представляет собой воздушный трансформатор с
ответвлениями, позволяющими изменять самоиндукцию и взаимоиндукцию его обмоток.
Совместно с конденсатором связи фильтр присоединения образует полосовой фильтр, пропуская токи только в опре деленной полосе высоких частот. Фильтр присоединения осу
ществляет кроме того согласование входного сопротивления кабеля с входным сопротивлением линии и через одну из его
5
обмоток заземляется конденсатор связи для образования замкнутого контура для токов высокой частоты.
4) Высокочастотный кабель ВК, служащий для соедине ния приемо-передатчика, устанавливаемого на щите управ ления станции или подстанции, с фильтром присоединения.
Приемо-передатчик защиты состоит из двух основных час тей: передатчика и приемника токов высокой частоты. В вы сокочастотных приемо-передатчиках, применяемых в СССР, передатчики и приемники работают на одной и той же Часто те, и приемники могут принимать сигналы как своего пере датчика, так и передатчика другого конца линии.
Приемо-передатчики питаются напряжением постоянного тока 110 или 220 в от аккумуляторной батареи и выполняют ся с использованием электронных ламп. В 1958 г. во ВНИИЭ был разработан опытный образец приемо-передатчика без электронных ламп с использованием полупроводниковых трио дов. Рядом научно-исследовательских и проектных организа ций СССР ведется также разработка релейных комплектов высокочастотной защиты с использованием полупроводнико
вых диодов и триодов. Успешное завершение этих работ поз
волит создать бесконтактную |
высокочастотную защиту без |
использования электронных |
ламп и с малым потреблением |
по цепям оперативного тока. |
|
3.Принцип действия направленной высокочастотной защиты
Внаправленной высокочастотной защите при помощи то ков высокой частоты сравниваются направления мощности ко роткого замыкания на концах защищаемой линии. Токи высо-
Фиг. 2. Принцип действия направленной защиты с высокочастотной блокировкой.
кой частоты используются в этой защите по существу только для блокировки, т. е. запрета ее действия при коротких замы каниях вне защищаемой зоны.
На фиг. 2 показано, что мощности короткого замыкания на обоих концах направлены от шин в сторону линии только на поврежденной линии БВ. На неповрежденных линиях АБ
б
и ВГ на ближайших к месту повреждения концах мощности короткого замыкания направлены к шинам, что и отличает
короткое замыкание вне зоны действия защиты от поврежде ния на самой защищаемой линии.
В применяемых на практике направленных высокочастот ных защитах пуск высокочастотных передатчиков, как прави ло, осуществляется от специальных пусковых органов неза висимо от ^рго, появилось ли короткое замыкание на защи щаемой линии или на каком-либо другом элементе электри ческой сети. Поврежденная линия при этом выявляется с по мощью реле направления мощности, которые при направлении мощности короткого замыкания от шин в сторону защищае мой линии срабатывают и останавливают работу высокочас тотных передатчиков.
При повреждении в точке К фиг. 2 срабатывают реле на правления мощности комплектов 1; 3; 4 и 6. Ток высокой час тоты при этом будет отсутствовать только в линии БВ, так
как на обоих ее концах реле направления мощности, срабо тав, остановят работу высокочастотных передатчиков, что обеспечит отключение поврежденной линии БВ с обеих сто рон.
На неповрежденных линиях АБ и ВГ реле направления мощности комплектов 2 и 5 не сработают, так как мощности короткого замыкания здесь направлены к шинам. Благодаря этому комплекты 2 и 5 будут посылать ток высокой частоты на другие концы линий соответственно к комплектам 1 и 6,
обеспечивая таким образом их блокировку.
Высокочастотные сигналы, принятые приемниками комп лектов 1 и 6, выпрямляются, усиливаются и подаются в об мотки блокирующих реле, которые при наличии тока в их об мотках блокируют цепь отключения защиты. При коротком замыкании на защищаемой линии токи высокой частоты не
циркулируют по высокочастному каналу, обмотки блоки рующих реле не обтекаются током приемника и защита поэ тому срабатывает, отключая выключатели линии.
Наряду с высокочастотными защитами, сравнивающими направления мощности в фазах линии, применяются также защиты, сравнивающие направления мощностей нулевой или
обратной последовательности. Реле направления мощности
при этом включаются через соответствующие фильтры сим метричных составляющих на токи и напряжения нулевой или обратной последовательностей.
7
4. Схема направленной высокочастотной защиты
На фиг. 3 приведена упрощенная схема, характеризующая принцип выполнения и работу направленных защит с высо кочастотной блокировкой.
Релейный комплект схемы фиг. 3 содержит три основных элемента: пусковой орган Ti и Т2, орган направления мощнос
ти М и блокирующее реле Б.
Пусковой орган защиты выполняется при помощи двух комплектов реле, из которых более чувствительное реле пус кает высокочастотный передатчик, а более грубое реле уп-'
равляет цепью отключения защиты.
Уставки одноименных пусковых реле на комплектах за щиты обоих концов линии принимаются одинаковыми. Такое
выполнение пускового органа обеспечивает при внешних ко ротких замыканиях уверенный пуск высокочастотного пере
датчика на конце линии, ближайшем к месту короткого за мыкания и блокировку комплекта защиты другого конца ли нии. При выполнении обеих функций при помощи одного ре ле имелась бы опасность неселективного действия защиты при внешнем коротком замыкании, если электрическая величина,
подведенная к зажимам реле, оказалась бы равной или близ кой к уставке его срабатывания.
При выполнении защиты в соответствии с фиг. 3 для пус ка защиты при междуфазных коротких замыканиях приме няются токовые реле, включенные на ток фазы. Из-за невоз можности обеспечения достаточной чувствительности посред
ством таких реле во многих случаях в качестве пусковых ор ганов применяют реле сопротивления. Пуск защиты в комп лектах от замыканий на землю обычно осуществляется при помощи реле, реагирующих на ток нулевой последователь ности.
В качестве реле направления мощности М в высокочастот ных защитах, реагирующих на междуфазные и однофазные короткие замыкания, применяются такие же реле и схемы их включения как в соответствующих токовых направленных за щитах. Для действия защиты при всех видах несимметрич ных коротких замыканиях в некоторых схемах используются реле направления мощности, включаемые на ток и напряже
ние обратной последовательности.
Блокирующее реле Б выполняется с двумя обмотками: ра бочей и тормозной. Условием срабатывания этого реле яв ляется наличие тока в рабочей обмотке при его отсутствии
8