Поперечная дифференциальная защита

Применяется на параллельных линиях, имеющих одинаковое сопротивление. Работа защиты основана на сравнении по величине и по фазе токов, протекающих по обеим линиям. Различают поперечные дифференциальные защиты двух типов:

1. Дифференциальная токовая поперечная защита.

2. Направленная токовая дифференциальная защита.

Для защиты двух параллельных линий, присоединяемых к подстанции через один общий выключатель, используется дифференциальная токовая поперечная защита. При одностороннем питании защита устанавливается со стороны источника питания, при двухстороннем питании – с двух концов. Защита устанавливается только на линиях с одинаковым сопротивлением и выполняется по схеме с циркулирующими токами.

На одноименных фазах каждой линии устанавливают трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации. Вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются разноименными зажимами по схеме с циркулирующими токами. Реле тока (KA) включается на разность токов двух линий.

В нормальном режиме работы и при внешнем КЗ (точка K2 рис.46) токи в обеих линиях равны по величине и через защиту течет лишь небольшой ток небаланса :

Рис. 46

При повреждении на одной из линий (точка K1 рис.46) равенство токов нарушается вследствие нарушения баланса сопротивлений до точки КЗ:

Если , то защита срабатывает и отключает общий выключатель обеих линий.

По своему принципу действия защита не реагирует на внешние КЗ, токи нагрузки и качания. Поэтому ее выполняют без выдержки времени.

Ток срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от тока небаланса :

где - ток небаланса вызванный погрешностью трансформаторов тока;

- ток небаланса обусловленный неравенством сопротивлений линий.

При повреждении вблизи приемной подстанции разница токов становится меньше тока срабатывания защиты . Участок линии при КЗ в пределах которого ток в защите недостаточен для ее срабатывания, называется мертвой зоной защиты.

Длина мертвой зоны:

где - ток КЗ. Определяется при КЗ на шинах противоположной подстанции.

Защиту считают эффективной, если мертвая зона не превосходит 10% длины линии.

При отключении одной из линий вторая может быть немедленно отключена защитой. Чтобы этого не произошло, защита здоровой линии блокируется.

Достоинствами защит такого типа являются: простота конструкции и быстрота действия.

Недостатки защиты:

– может применяться лишь для линий с одинаковым сопротивлениям;

– имеет мертвую зону;

– не защищает шины приемной подстанции;

– необходимость выведения из действия при КЗ на одной из линий.

Защита применяется на напряжении 35-220 кВ и требует установки дополнительной защиты, отключающей повреждение в мертвой зоне.

Для защиты параллельных линий, каждая из которых имеет отдельный выключатель, применяется направленная токовая поперечная дифференциальная защита. К защите таких линий предъявляется требование – отключать только ту из двух линий, которая повредилась. Для выполнения этого требования защита дополняется реле направления мощности двухстороннего действия или двумя реле направления мощности одностороннего действия.

Токовые цепи защиты выполняются так же, как и у токовой поперечной дифференциальной защиты. Токовые обмотки реле направления мощности и реле тока соединяются последовательно и включаются параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока на разность токов параллельных линий.

Токовые реле выполняют функции пусковых реле защиты. Реле направления мощности служат для выявления поврежденной линии. Оно замыкает один из контактов в зависимости от того, в какой линии протекает больший ток, подготавливая цепь отключения выключателя поврежденной линии.

Комплекты защиты устанавливаются с обеих сторон параллельных линий.

Напряжение к реле KW подводится от трансформатора напряжения подстанции. Оперативный ток к защите подается через блок-контакты SQ1 и SQ3 выключателей линий W1 и W2. При отключении выключателя блок-контакт размыкает оперативную цепь и автоматически выводит из действия защиту. Такая блокировка необходима для правильной работы защиты в следующих случаях:

а) Если при КЗ на линии, например W2, выключатель Q3 отключится раньше Q4, то реле мощности зашиты подстанции А под действием тока КЗ, протекающего к месту повреждения по линии W1, разрешит защите подстанции А неповрежденную линию W1. Такое неправильное действие защиты предотвращается посредством блок-контактов, автоматически размыкающих оперативную цепь защиты при отключении выключателя Q2.

б) При отключении одной из линий защита превращается в мгновенную направленную защиту и может отключить оставшуюся неповрежденную линию. Она может неправильно работать при внешних КЗ и поэтому должна выводиться из действия.

При равных величинах сопротивлений параллельных линий в нормальном режиме работы и в режиме внешнего короткого замыкания в точке К1 (зона срабатывания ограничена местами установки трансформаторов тока в начале и конце параллельных линий) токи в линиях равны по величине и совпадают по фазе (Рис.47). Токи в обмотках токовых реле равны нулю и защита не работает. Это справедливо для обоих комплектов защиты, установленных по концам линий.

При возникновении повреждения на одной из защищаемых линий токораспределение в них нарушается (Рис.48). Токи короткого замыкания, текущие по линиям к месту повреждения, распределяются обратно пропорционально сопротивлениям от шин передающей подстанции до места повреждения. По поврежденной линии будет протекать больший ток, чем по неповрежденной. В токовом реле комплекта защиты, установленного у шин подстанции А, протекает разность токов двух линий >> 0, а в

токовом реле комплекта защиты установленного у шин приемной подстанции Б будет протекать ток >> 0.

Защиты А и Б сработают и отключат выключатели поврежденной линии.

Рис.47. Распределение токов в направленной поперечной дифференциальной защите при внешнем коротком замыкании (точка К1)

Рис.48. Распределение токов в направленной поперечной дифференциальной защите при повреждении на одной из линий (точка К1)

При повреждении на линии W2 вблизи шин подстанции Б по линиям будут протекать приблизительно равные и комплект защиты подстанции А окажется нечувствительным, так как ток в обмотке токового реле этого комплекта , где . Комплект защиты подстанции Б сработает, так как ток в обмотке токового реле будет достаточным для срабатывания и выключатель поврежденной линии W2 будет отключен. После этой коммутации ток станет значительно меньше по величине тока >> и комплект защиты подстанции А окажется чувствителен к повреждению, так как >> 0, защита сработает и отключит выключатель поврежденной линии со стороны подстанции А. Такое последовательное срабатывание комплектов защиты подстанций А и Б называется каскадным.

Для каждого комплекта защиты имеется зона каскадного действия, расположенная вблизи шин противоположной подстанции по отношению к месту его установки, при возникновении повреждения в которой ток в токовом реле не достаточен для срабатывания защиты. Величина ее не должна превышать четверти длины защищаемой линии.

При КЗ в мертвой зоне реле направления мощности может не подействовать из-за недостаточной величины подводимого напряжения, то есть мертвая зона по напряжению сохраняется.