Продольная дифференциальная защита: применение и принцип действия, преимущества и недостатки

применение и принцип действия, преимущества и недостатки

Для обеспечения долговременной эксплуатации электрооборудования применяются разнообразные виды защит. Дифференциальная защита получила широкое распространение благодаря высокому быстродействию. Применяется в сетях с глухозаземленной нейтралью для безопасного функционирования линий электропередач, электродвигателей, сборных машин, трансформаторов, автотрансформаторов и генераторов от коротких замыканий, а также для домашнего использования.

Виды и особенности работы

Дифференциальная защита является одним из видов релейной защиты, которая отличается абсолютной селективностью и очень высокой скоростью срабатывания. Существуют такие виды дифзащиты: поперечная и продольная. Выбор соответствующей дифзащиты зависит напрямую от ситуации, а для того чтобы уметь безошибочно ее применять, необходимо знать, в каких случаях она применяется, принцип действия, а также основные недостатки и ограничения.

Продольная защита

Продольную дифзащиту необходимо устанавливать в роли основной для защиты мощных трансформаторов и автотрансформаторов.

Основные требования:

1. Одиночные трансформаторы и автотрансформаторы с мощностью от 6300 кВА.
2. Параллельно работающие трансформаторы и автотрансформаторы с мощностью от 4000 кВа.
3. Надежная и помехозащищенная линия связи между 2-мя трансформаторами.
4. Трансформаторы и автотрансформаторы с мощность от 1000 кВА (токовая отсечка не может добиться необходимой чувствительности при коротком замыкании на выводах с высоким напряжением, при этом максимальная защита должна быть не более 0,5 секунд).

Схема 1 — Продольная дифзащита трансформатора:

Принцип действия дифзащиты сводится к сравнению значений токов фаз, протекающиех по защищенным участкам соответствующих линий. Применяются трансформаторы тока, которые служат для измерения силы тока на защищенном участке цепи. Вторичные обмотки этих трансформаторов соединены с токовыми реле, в результате на обмотку реле попадает разница токов.

При нормальной работе разность значения токов в цепи токового реле будет равна нулю. Однако при коротком замыкании в обмотку реле поступит не разница, а сумма токов. Контакты реле замыкаются, и выдается команда на полное отключение поврежденного участка цепи.

Однако это все прекрасно работает только в теории. В реальном случае через обмотку токового реле будет протекать ток, который не равен нулю. Этот ток называется током небаланса.

Основные причины появления тока небаланса на обмотке токового реле:

1. Характеристики трансформаторов тока чаще имеют немного разные характеристики. На предприятии-изготовителе их выпускают попарно, предварительно проверяют и подгоняют их характеристики (изменение количества витков обмоток для соблюдения соответствия коэффициента трансформации трансформатора, который необходимо защитить).
2. Возникновение намагничивающего тока, который появляется в обмотках защищенного трансформатора. В нормальном режиме значение этого тока достигает до 5% от номинального . При холостом ходе трансформатора этот ток на непродолжительное время может превышать значение номинального в несколько раз.
3. Разные соединения первичной и вторичной обмоток трансформатора (звезда и треугольник). В этой интерпретации вектора токов в первичной и вторичной обмотках будут смещены на 30 градусов, что затруднит подбор количества витков. Это легко компенсировать с помощью соединения обмоток должным образом (на стороне звезды соединяют треугольником, а на стороне треугольника — звездой).

Необходимо учесть, что современные устройства, построенные на базе микропроцессоров, способны компенсировать самостоятельно и для этого нужно просто указать в настройках этого устройства.

Поперечная защита

Применяется только на высоковольтных линия. Поперечная дифференциальная защита выбирает и обесточивает одну поврежденную линию.

Она состоит из токового реле направления мощности, которое подключается, как и в продольной дифзащите, с соответствующего участка на разность токов.

Ток подается на реле через последовательно соединенные контакты для автоматического вывода защиты при отключении проблемной линии, во избежание ее действия при КЗ (коротком замыкании). Вращающий момент у реле направления мощности зависит напрямую от тока, напряжения, а также от угла между этими векторными величинами.

При коротком замыкании значение тока на одной из линий будет больше, чем на другой, и ток в реле будет иметь такое же направление, как и в первой линии. Следовательно, реле замкнет свой контакт (силы тока будет достаточно для притягивания сердечника), и дифзащита отключит линию с большим значением тока. То же самое произойдет и при повешении значения номинального тока во второй линии, но разомкнется уже другая контакторная группа.

Схема 2 — Поперечная дифзащита трансформатора

Принцип действия поперечной защиты примерно такой же, как и у продольной, но есть главное отличие: трансформаторы тока следует установить на концы отдельных линий, которые подключены к данному участку.

Преимущества и недостатки

Несмотря на широкое применение благодаря высокой скорости срабатывания, каждый из видов дифференциальных защит имеет свои плюсы и минусы.

Преимущества продольной дифзащиты:

1. Абсолютная селективность.
2. Возможность применения с другими видами защит.
3. Отлично подходит для линий электропередач (ЛЭП) небольшой длины.
4. Отключение аварийного участка сети без задержки.

К недостаткам продольной защиты можно отнести:

1. Снижается эффективность при проектировании длинных ЛЭП.
2. Необходимы устройства контроля за отказом вспомогательных проводов для корректировки дифзащиты.
3. Возникновение тока небаланса.
4. Высокая стоимость при использовании реле (реле с торможением).
5. Очень сложная реализация (дополнительно сооружаются линии связи для трансформаторов токов).

Преимущества поперечной дифзащиты:

1. Высокая селективность (100%).
2. Не оказывает влияние на работу других реле в схемах.
3. Мгновенное срабатывание.

Недостатки поперечной защиты:

1. Возрастает необходимость повторного запуска защиты при срабатывании.
2. Не применяется в виде основной и единственной защит.
3. Необходимо учитывать мертвые зоны, которых несколько.
4. Не может защитить концы линии и ошиновку подстанции.
5. Не может определить место короткого замыкания.
6. Не применяется для ЛЭП, где требуется отключить лишь поврежденные участки.
7. Не применяется с автоматическими выключателями.
8. Необходимо полностью отключать линию с повреждением.

Применение в быту

Эти виды защиты возможно применять для жилых зданий в сетях напряжением от 230 до 400 вольт, однако эти устройства называются дифаппаратами. Они бывают двух типов: дифференциальные автоматы и устройства защитного отключения. Принцип их действия основан на следствии из закона Кирхгофа (I закон), который подразумевает следующее правило: значения входящего и исходящего токов должны быть равны. Если образуется ток утечки, то величины не совпадают, и происходит отключение защищенного участка.

Основные причины возникновения тока утечки:

1. Прикосновение к частям аппаратуры, которая находится под напряжением человека или животных.
2. Пробои в изоляции линии проводки или аппаратуры.

В некоторых случаях автоматика (дифаппарат) срабатывает при отсутствии нагрузки (подключенных потребителей электроэнергии). Основная причина — неисправность аппарата или утечка тока в самой распределительной коробке. Однако если аппарат исправен, то в этом случае необходимо полное отключение всех автоматов после дифаппарата, и проверяются все элементы цепи на предмет пробоя на корпус. Для выбора дифзащиты необходимо учесть помещения и особенности электрических цепей, которые подлежат защите.

Дифзащита — оптимальный выбор для квартир с проводкой без заземления. Для обеспечения наибольшей эффективности необходимо ставить 3-уровневую защиту (несколько устройств на 10, 30 и100−300мА).

Для обеспечения техники безопасности ее необходимо проверять нажатием кнопки «Тест» не реже 2 раз в месяц, желательно это делать регулярно.

Дифавтоматы — более качественная защита, которая выполняет функции УЗО и выключателя. Если в жилом помещении имеется генератор, который получил широкое распространение, то для него также можно применить этот вид защиты. Схема включает в себя токовое реле, которое подключается к трансформатору тока. Реле необходимо установить на статоре между нулевыми точками, включенными звездой. При нормальной работе защита не срабатывает, но при возникновении межвиткового замыкания появляется разница магнитных потоков токового реле и защита срабатывает.

Дифзащиту можно также применять и для защиты от многофазных КЗ. Для этого необходимо приобрести специальный дифаппарат для многофазной защиты.

Повышение эффективности дифзащиты

Несмотря на огромный ряд преимуществ перед другими видами защит, дифзащита требует повышения эффективности ее срабатывания в аварийной ситуации при эксплуатации генераторов. Для этого необходимо соблюдать следующие правила:

1. Включение добавочных резисторов к измерительным токовым реле.
2. Минимизация апериодических величин и настройка отсечек для переходных токов небаланса.
3. Применение реле с задержкой времени срабатывания.

Таким образом, дифзащита широко применяется для обеспечения стабильной работы электрооборудования и ЛЭП, защиты от пожаров и возгораний, непредвиденных финансовых затрат, а также для сохранения жизни и здоровья человека.

Принцип действия продольной дифференциальной защиты и поперечной токовой дифференциальной защиты

Принцип действия продольной дифференциальной токовой защиты

Эта защита основана на сравнении токов в начале и конце защищаемого элемента. Для выполнения защиты линии на ее концах устанавливаются измерительные трансформаторы тока с одинаковыми  коэффициентами  трансформации.

Вторичные обмотки трансформаторов тока одноименных фаз и обмотка реле соединяются так, чтобы при коротком замыкании вне зоны, ограниченной измерительными трансформаторами, ток в реле отсутствовал, а при повреждении внутри зоны был равен току короткого замыкания.

Применяются две возможные схемы выполнения дифференциальной защиты: с циркулирующими токами и с уравновешенными напряжения. С циркулирующими токами: схема получается путем параллельного соединения вторичных обмоток трансформаторов тока ТАI, ТAII и обмотки реле тока КА. При этом ток в реле İ_р определяется с учетом принятых условных положительных направлений токов İ_1I и İ_1II по концам защищаемой линии Л.

С учетом положительных направлений в нормальном режиме, а также при внешних коротких замыканиях ток в реле равен геометрической разности вторичных токов:

İ_p= İ_2I– İ_2II .                              

При равенстве первичных токов İ_1I и İ_1II и отсутствии погрешностей измерительных трансформаторов вторичные токи İ_2I = İ_2II , поэтому ток в реле I_р = 0 и защита не срабатывает. В этом случае вторичные токи İ_2I и İ_2II циркулируют только по вспомогательным проводам, соединяющим вторичные обмотки трансформаторов тока.

При повреждении в зоне токи İ_1II и İ_2II при показанном условном положительном направлении становятся отрицательными, вследствие чего токи İ_2I и İ_2II в обмотке реле складываются: İр= İ_2I + İ_2II =İ_2к . При одностороннем питании один из токов, например İ_2II , равен нулю. При этом ток İ_2I не может замыкаться через вторичную обмотку второго трансформатора тока, так как трансформатор тока работает в режиме источника тока (сопротивление обмотки реле во много раз меньше внутреннего сопротивления трансформатора тока). Весь ток İ_2I проходит через реле. Таким образом, при коротком замыкании в зоне ток в реле İ_р определяется током İ_к в точке повреждения. При этом защита срабатывает, если I_Р> I_cp.

Следовательно, продольная дифференциальная защита действует при повреждениях в зоне и не реагирует на внешние короткие замыкания и токи нормальной работы, т.е. она обладает абсолютной селективностью. Эта принципиальная особенность дает возможность выполнять защиту без выдержки времени, а при выборке тока срабатывании — не учитывать токов нагрузки.

В действительности трансформаторы тока имеют погрешности. Поэтому, несмотря на равенство первичных токов, вторичные токи İ_2I и İ_2II при нормальной работе и внешних коротких замыканиях не одинаковы по абсолютному значению и не совпадают по фазе и в реле появляется ток, называемый током небаланса I_нб . Для исключения неправильной работы дифференциальной защиты ток срабатывания реле должен выбираться с учетом токов небаланса.

Поперечная дифференциальная токовая защита

Принцип действия защиты и выбор тока срабатывания.

Эта защита основана на сравнении токов одноименных фаз параллельных цепей с мало отличающимися параметрами. Для осуществления защиты используют трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации, установленные со стороны питающих шин А. Реле тока КА включается на разность токов двух одноименных фаз сдвоенной линии по схеме с циркулирующими токами. При принятом условном положительном направлении токов от шин в линию ток в реле İ_р = İ_2I – İ_2II . Поэтому, как и в продольной дифференциальной защите, при нормальной работе и внешних коротких замыканиях (за пределами сдвоенной линии в точке K₁) по обмотке реле проходит только ток небаланса.

Ток срабатывания реле тока выбирается по условию I_с.р = k_зап I_{нб.рсч.max} при k_зап = 1,3. Максимальный расчетный ток небаланса для защиты линий с одинаковыми параметрами определяется по выражению :

I_{нб.рсч.max}= 0,1k_одн k_ап I⁽³⁾_к.вн.max /(2K_I).                         

Учитывая изложенное о возможных погрешностях трансформаторов тока и о апериодической составляющей, можно принять k_однk_ап =1,0.

При коротком замыкании на одной из линий равенство токов İ_2I и İ_2II нарушается, в реле появляется ток. Если İ_р = | İ_2I – İ_2II | > İ_c.p, то реле срабатывает и отключает выключатель Q линии.

Мертвая зона защиты.

При удалении точки короткого замыкания от места установки защиты ток в поврежденной линии уменьшается, а в неповрежденной возрастает, вследствие чего ток I_р в обмотке реле уменьшается  так, что  при повреждении вблизи шин противоположной подстанции, он становится меньше тока срабатывания. При этом защита отказывает в действии. Длина участка l_м.з , при повреждении в пределах которого защита не работает из-за недостаточного тока в реле, называется мертвой зоной поперечной дифференциальной токовой защиты.

l_м.з = (İ_с.з / İ_к )l_л .                                                          

Согласно требованиям, длина мертвой зоны не должна превышать l_м.з < 0,1l_л .

Оценка защиты.

Защита по принципу действия не защищает сборки сдвоенной линии и шины подстанции, а в случае отключения одной из цепей должна выводиться из действия, так как ее ток срабатывания в общем случае оказывается не отстроенным от тока оставшейся в работе цепи и защита не имеет выдержки времени. Это, а также наличие мертвой зоны являются недостатком защиты, исключающим возможность ее применения в качестве единственной защиты сдвоенных линий.

Поперечная дифференциальная токовая защита не способна определить, на какой из параллельных цепей имеется повреждение, поэтому она не может быть использована для параллельных линии с выключателями на каждой из них, когда требуется и имеется возможность отключать только поврежденную линию. Такая возможность появляется и на сдвоенной линии, если разъединители в ее параллельных цепях снабжены приводами с дистанционным управлением. В этом случае действие защиты может быть согласовано с работой устройства АПВ линии. При повреждении любой параллельной цепи защита сначала отключает выключатель Q , после этого отключается разъединитель QS1 или QS2 поврежденной цепи, а затем выключатель включается.

принцип действия, устройство, схема. Дифференциальная защита трансформатора. Продольная дифференциальная защита линий

В статье вы узнаете о том, что такое дифференциальная защита, как она работает, какими положительными качествами обладает. Также будет рассказано о том, какие имеются недостатки у дифзащиты линий электропередач. Также вы ознакомитесь с практическими схемами защиты устройств и линий электропередач.

Дифференциальный тип защиты на данный момент считается самым распространенным и быстродействующим. Он способен обезопасить систему от межфазных замыканий. А в тех системах, в которых используется глухозаземленная нейтраль, он может без труда предотвратить возникновение однофазных КЗ. Дифференциальный тип защиты применяется для того, чтобы обезопасить линии электропередач, электродвигатели повышенной мощности, трансформаторы, генераторы.

Всего имеется два типа дифзащиты:

1. С напряжениями, уравновешивающими друг друга.
2. С циркулирующим током.

В этой статье будут рассмотрены оба этих типа дифзащиты, чтобы узнать как можно больше о них.

Дифзащита с использованием циркулирующих токов

Принцип заключается в том, что сравниваются токи. А если быть точнее, то происходит сравнение параметров в начале элемента, защита которого осуществляется, а также в конце. Используется данная схема при осуществлении продольного типа и поперечного. Первые используются для обеспечения безопасности одиночной линии электропередачи, электромоторов, трансформаторов, генераторов. Продольная дифференциальная защита линий очень распространена в современной электроэнергетике. Второй тип дифзащиты применяется при использовании линий электропередач, функционирующих параллельно.

Продольная дифференциальная защита линий и устройств

Чтобы осуществить защиту продольного типа, необходимо с обоих концов установить одинаковые трансформаторы тока. Их вторичные обмотки должны быть соединены друг с другом последовательно при помощи дополнительных электропроводов, которыми необходимо подключать токовые реле. Причем эти токовые реле необходимо соединять со вторичными обмотками параллельно. При нормальных условиях, а также при наличии внешнего короткого замыкания в обеих первичных обмотках трансформаторов будет протекать одинаковый ток, который окажется равным как по фазе, так и по величине. По обмотке электромагнитного тока реле будет протекать немного меньшее его значение. Вычислить его можно по простой формуле:

I_r=I₁-I₂.

Предположим, что токовые зависимости трансформаторов будут полностью совпадать. Следовательно, вышеупомянутая разность значений токов близко или равна нулю. Другими словами, I_r=0, а защита в это время не работает. Во вспомогательной электропроводке, которая соединяет вторичные обмотки трансформаторов, происходит циркуляция тока.

Схема продольного типа дифференциальной защиты

Такая схема дифференциальной защиты позволяет получить по величине равные значения токов, которые протекают по вторичной цепи трансформаторов. Исходя из этого, можно сделать вывод, что эту схему защиты назвали так из-за принципа действия. При этом в зону защиты попадает тот участок, который находится непосредственно между токовыми трансформаторами. В том случае, если имеется короткое замыкание, в зоне защиты при питании с одной стороны от трансформатора по обмотке электромагнитного реле протекает ток I₁. Направляется он во вторичную цепь трансформатора, который установлен на другой стороне линии. Необходимо обратить внимание на то, что во вторичной обмотке очень большое сопротивление. Следовательно, ток практически не протекает через нее. По такому принципу работает дифференциальная защита шин, генераторов, трансформаторов. В том случае, когда I₁ окажется равным или большим, нежели I_r, начинает срабатывать защита, производя размыкания контактной группы выключателей.

Короткое замыкание и защита цепи

В случае короткого замыкания внутри защищенной зоны, с обеих сторон через электромагнитное реле протекает ток, равный сумме токов каждой обмотки. В этом случае также включается защита, размыкая контакты выключателей. Все вышеизложенные примеры предполагают, что все технические параметры трансформаторов полностью одинаковы. Следовательно, I_r=0. Но это идеальные условия, в реальности из-за небольших различий при выполнении магнитных систем первичных токов, электроприборы существенно отличаются друг от друга, даже однотипные. Если имеются различия в характеристиках токовых трансформаторов (когда реализуется дифференциально-фазная защита конструкции), то величины токов вторичных цепей будут различаться, даже если первичные абсолютно одинаковы. Теперь нужно рассмотреть, как работает схема дифференциальной защиты при внешнем коротком замыкании на линии электропередач.

Внешнее короткое замыкание

При наличии внешнего короткого замыкания через электромагнитное реле дифзащиты будет проходить ток небаланса. Его значение напрямую зависит от того, какой ток проходит по первичной цепи трансформатора. В режиме нормальной нагрузки его значение невелико, но при наличии внешнего КЗ он начинает увеличиваться. Его значение зависит также от времени после начала КЗ. Причем максимального значения он должен достичь в первые несколько периодов после начала замыкания. Именно в это время по первичным цепям трансформаторов протекает весь I КЗ.

Стоит также отметить, что сначала I КЗ состоит из двух типов тока – постоянного и переменного. Их еще называют апериодическими и периодическими составляющими. Устройство дифференциальной защиты таково, что при этом наличие в токе апериодической составляющей всегда должно вызывать чрезмерное насыщение магнитной системы трансформатора. Следовательно, разность потенциалов небаланса резко увеличивается. Когда ток короткого замыкания начинает уменьшаться, снижается и значение небаланса системы. По такому принципу осуществляется дифференциальная защита трансформатора.

Чувствительность защитных конструкций

Все типы дифзащиты быстродействующие. И они не работают при наличии внешних КЗ, поэтому необходимо выбирать электромагнитные реле, учитывая максимально возможный ток небаланса в системе при наличии внешнего короткого замыкания. Стоит обратить внимание на то, что у защиты такого типа получается крайне низкая чувствительность. Чтобы ее повысить, необходимо соблюсти множество условий. Во-первых, нужно применять трансформаторы тока, у которых не происходит насыщения магнитопроводов в момент, когда по первичной цепи протекает ток (независимо от его значения). Во-вторых, желательно использовать электроприборы быстронасыщающегося типа. Их нужно подключать к вторичным обмоткам элементов, защита которых производится. Электромагнитное реле подключается к быстронасыщающемуся трансформатору (дифференциальная токовая защита становится максимально надежной) параллельно его вторичной обмотке. Именно так работает дифференциальная защита генератора или трансформатора.

Увеличение чувствительности

Допустим, произошло внешнее КЗ. При этом по первичным цепям защитных трансформаторов протекает некоторый ток, состоящий из апериодической и периодической составляющих. Такие же «компоненты» присутствуют в токе небаланса, который протекает по первичной обмотке быстронасыщающегося трансформатора. При этом апериодическая составляющая тока значительно насыщает сердечник. Следовательно, трансформация тока при этом во вторичную цепь не происходит. При затухании апериодической составляющей происходит значительное уменьшение насыщения магнитопровода, и постепенно во вторичной цепи начинает появляться некоторое значение тока. Но максимальный уровень тока небаланса окажется намного меньшим, нежели в случае отсутствия быстронасыщающегося трансформатора. Следовательно, увеличить чувствительность можно путем установки значения тока защиты меньше или равным максимальному значению разности потенциалов небаланса.

Положительные качества дифференциальной защиты

Во время первых периодов магнитопровод насыщается очень сильно, трансформация практически не происходит. Но после того как затухнет апериодическая составляющая, периодическая часть начинает трансформироваться во вторичной цепи. Стоит обратить внимание на то, что у нее очень большое значение. Следовательно, электромагнитное реле срабатывает и производит отключение защищаемой цепи. Очень низкий уровень трансформации первые примерно полтора периода времени замедляет действие цепи защиты. Но это не играет большой роли при построении практических схем защиты электроцепей.

Дифференциальная защита трансформатора не срабатывает в случаях, если имеются повреждения электрической цепи вне зоны защиты. Поэтому временная выдержка и селективность не требуется. Время срабатывания защиты колеблется в интервале от 0,05 до 0,1 секунды. Это огромное преимущество такого типа дифзащиты. Но есть еще одно преимущество — очень высокая степень чувствительности, в особенности при использовании быстронасыщающегося трансформатора. Среди более мелких преимуществ стоит отметить такие, как простота и очень высокая надежность.

Отрицательные свойства

Но как продольная, так и поперечная дифференциальная защита имеет и недостатки. Например, она не способна защитить электрическую цепь при воздействии коротких замыканий извне. Также она не способна разомкнуть электрическую цепь при воздействии сильной перегрузки.

К сожалению, защита может сработать при повреждении вспомогательной электроцепи, к которой произведено подключение вторичной обмотки. Но все преимущества дифзащиты с циркулирующим током перебивают эти мелкие недостатки. Но они способны защитить линии электропередач очень маленькой протяженности, не более километра.

Они очень часто используются при реализации защиты проводов, с помощью которых запитываются разнообразные устройства, необходимые для функционирования электрических станций, генераторов. В том случае, если длина электролинии очень большая, например составляет несколько десятков километров, защиту по данной схеме выполнить очень сложно, так как необходимо использовать провода с очень большим сечением для соединения электромагнитных реле и вторичной обмотки трансформаторов.

В том случае, если использовать стандартные провода, то нагрузка на трансформаторы тока окажется чересчур большой, равно как и ток небаланса. А вот что касается чувствительности, то она оказывается крайне низкой.

Конструкции реле защиты и область применения схем

В электролиниях очень большой протяженности используется схема, в которой находится защитное реле, имеющие особую конструкцию. С его помощью можно обеспечить нормальный уровень чувствительности, а соединительные провода применить стандартные. Поперечная дифзащита срабатывает при помощи сравнения тока в двух линиях по фазам и величинам.

Дифзащита быстродействующая применяется в линиях электропередач, в которых протекает напряжение в диапазоне 3-35 тыс. вольт. При этом обеспечивается надежная защита от межфазного КЗ. Дифзащита выполняется как двухфазная по причине того, что электросеть с вышеупомянутыми рабочими напряжениями не заземлена нейтралями. Либо же нейтраль соединена с заземлением посредством дугогасящей катушки.

Вспомогательные провода в конструкции защитных цепей

Трансформаторы тока находятся в относительной близости друг к другу. Следовательно, вспомогательные провода имеют довольно малую длину. При использовании проводов маленького диаметра на трансформаторы будет воздействовать относительно низкая нагрузка. Что касается тока небаланса, то он также небольшой. А вот степень чувствительности оказывается весьма высокой. В случае отключения какой-либо линии дифзащита становится токовой, временной выдержки и селективности нет. Чтобы исключить ложные срабатывания, блок-контакты линий разъединяют цепь.

Поперечно направленная дифзащита цепей

Поперечно направленная защита широко используется при разработке систем линий, функционирующих параллельно. С обеих сторон линии устанавливаются выключатели. Суть в том, что такие по конструкции линии очень сложно защитить при помощи простых схем. Причина – невозможно достичь нормального уровня селективности. Чтобы улучшить селективность, необходимо тщательно подбирать выдержку времени. Но в случае использования поперечно направленной дифзащиты выдержка времени не нужна, селективность довольно высокая. У нее есть основные органы:

1. Направление мощности. Зачастую применяются реле направления мощности с двусторонним действием. Иногда используют пару реле дифференциальной защиты с односторонним действием, которые работают при различных направлениях мощности.
2. Пусковой – как правило, в его роли используют быстродействующие реле с максимально возможным током.

Конструкция системы такова, что на линиях производится установка трансформаторов тока со вторичными обмотками, соединенными в схему с циркулирующим током. А вот все токовые обмотки включаются последовательно, после чего их соединяют при помощи дополнительных проводов к трансформаторам тока. Чтобы работала дифференциально-фазная защита, к реле подводится напряжение при помощи сборных шин установок. Именно на них производится монтаж всего комплекта. Если посмотреть на схему включения вторичных цепей трансформаторов и защитного реле, то можно сделать вывод о том, почему ее называют «направленной восьмеркой». Вся система выполнена двумя комплектами. На каждом конце линии находится один комплект, благодаря которому обеспечивается дифференциальная токовая защита линии электропередач.

Схема с однофазным реле

Напряжение к реле защиты подводится обратным по фазе тому, что нужно для отключения одной линии с повреждением. В нормальной работе (в том числе при наличии внешнего короткого замыкания) по обмоткам реле проходит лишь ток небаланса. Чтобы не произошло ложных отключений, нужно, чтобы пусковые реле имели ток срабатывания больше, нежели ток небаланса. Рассмотрим работу защиты двух линий.

В момент начала короткого замыкания в зоне защиты второй линии протекает некоторый ток. Стоит обратить внимание на то, что:

1. Пусковое реле срабатывает.
2. Со стороны одной подстанции реле направлений мощности размыкает контакты выключателя.
3. Со стороны второй подстанции также происходит отключение линии при помощи выключателей.
4. В реле направления мощности момент вращения отрицательный, следовательно, контакты разомкнуты.

В обмотках реле защиты первой линии изменяется направление движения тока (относительно первой линии) во время короткого замыкания. Реле направлений мощности удерживает контактную группу в разомкнутом состоянии. Выключатели со стороны обеих подстанций размыкаются.

Только такая дифференциальная защита линии может нормально функционировать лишь при параллельной работе обеих линий. В том случае, если отключается одна из них, нарушается принцип работы дифзащиты. Следовательно, в дальнейшем защита приводит к неселективности отключения второй линии во время внешних коротких замыканий. В этом случае она становится обычной направленной токовой, причем она не имеет временной выдержки. Чтобы избежать этого, поперечно направленная защита во время отключения одной линии автоматически выводится при помощи разрыва блок-контактом цепи.

Дополнительные типы защиты

Токи срабатывания пусковых реле должны быть больше, чем токи небаланса во время внешнего короткого замыкания. Чтобы избежать ложных срабатываний при отключении одной из линий и прохождении по оставшейся максимального тока нагрузки, необходимо, чтобы он был больше разности потенциалов небаланса. При наличии на линии дифзащиты поперечно направленного типа необходимо предусмотреть дополнительные степени.

Они позволят проводить защиту одной линии при отключении параллельно работающей. Как правило, они используются для защиты от сверхтока перегрузки во время внешнего короткого замыкания (в этом случае не происходит реагирование дифференциальной защиты). Ко всему прочему, допзащита является резервной к дифференциальной (в том случае, если последняя отказала).

Зачастую применяются направленные и ненаправленные токовые защиты, отсечки и т. д. Поперечно направленная дифференциальная защита проста по конструкции, весьма надежна и получила широкое применение в электросетях с напряжением от 35 тыс. вольт. Вот так и функционирует дифференциальная защита, принцип действия ее довольно простой, но все равно нужно знать хотя бы основы электротехники, чтобы разобраться во всех тонкостях.

Продольная дифференциальная токовая защита — Студопедия

Лекция 12.

ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)

Содержание лекции 12

7. ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ (ПРОДОЛЖЕНИЕ) 1

7.7. Продольная дифференциальная токовая защита. 1

7.8. Защита трансформаторов 10 кВ.. 10

ГИПЕРССЫЛКИ К ЛЕКЦИИ №12. 20

Принцип действия дифференциальной защиты, основанный на сравнении токов на концах защищаемого участка, позволяет выполнить быстродействующую защиту трансформатора. Это объясняется тем, что не требуется согласовывать уставку срабатывания с защитами смежных элементов. Такая защита реагирует на повреждение в обмотках, на выводах и в соединении с выключателем. И только для витковых замыканий обмоток трансформатора защита не всегда обеспечивает требуемую чувствительность.

Продольная дифференциальная токовая защита без выдержки времени устанавливается на трансформаторах мощностью 6,3 МВА и более, а также на трансформаторах мощностью 4 МВА при параллельной работе последних с целью селективного отключения поврежденного трансформатора. Дифференциальная защита может быть предусмотрена на трансформаторах меньшей мощности, но не менее 1 МВА, если токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности, а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 с.

Принцип действия защиты аналогичен дифференциальной защите линий электропередачи. Однако особенности трансформатора как объекта защиты приводят к тому, что ток небаланса в дифференциальной защите трансформатора значительно больше, чем в дифференциальных защитах других элементов системы электроснабжения. Основные факторы, которые необходимо учитывать:

· ток намагничивания трансформатора в нормальном режиме работы невелик и составляет 2—3% номинального тока ;

· после отключения внешнего КЗ, как и при включении трансформатора под напряжение, возникающий бросок тока намагничивания может превышать номинальный ток в 6—8 раз.

Значение тока при броске зависит от момента включения трансформатора под напряжение. Наибольшее значение бросок тока намагничивания имеет при включении трансформатора в момент, когда мгновенное значение напряжения равно нулю. Бросок тока намагничивания может содержать большую апериодическую составляющую, а также значительный процент высших гармоник (прежде всего второй). Затухание броска тока происходит медленнее, чем тока КЗ, что используется при выполнении защиты.

Принцип действия продольной дифференциальной токовой защиты трансформатора показан на рис. 12.1.

а) расчетная схема; б) векторные диаграммы.

Схема включения реле дифференциальной токовой защиты при неодинаковых схемах соединений обмоток защищаемого трансформатора приведена на рис. 12.2.

Если обмотки высшего и низшего напряжения трансформатора имеют схемы соединения Y/D -11, то между токами фаз трансформатора на сторонах высшего и низшего напряжения существует фазовый сдвиг 30 эл. град. Поэтому, если применить одинаковые схемы соединения трансформаторов тока, то даже при равенстве их вторичных токов при отсутствии повреждения будет протекать существенный ток небаланса.

Для выравнивания фазового сдвига вторичные обмотки группы I ТТ соединяются в треугольник, а группы II ТТ — в звезду. Такая схема предотвращает возможное неправильное срабатывание дифференциальной защиты при внешних однофазных КЗ (когда нейтраль трансформатора заземлена), поскольку соединение трансформаторов тока в треугольник на стороне питания предотвращает попадание токов нулевой последовательности в реле защиты. С учетом того, что линейные токи в схеме треугольника для симметричных режимов больше фазных в коэффициент трансформации I ТТ выбирается по соотношению для этого трансформатора тока.

Вследствие того, что трансформаторы тока имеют дискретный ряд коэффициентов трансформации, подобрать их таким образом, чтобы получить равенство токов в плечах защит низкой и высокой стороны не удается. Кроме того, трансформаторы тока высокой и низкой стороны имеют различия в конструкциях, а характеристики намагничивания трансформаторов тока практически никогда не совпадают. Указанные обстоятельства приводят к тому, что для режима нормальной нагрузки или симметричного трехфазного внешнего короткого замыкания возникает неравенство токов плеч защит высокой и низкой стороны. Это означает, что по дифференциальному реле идет некий ток I_р, который принято называть током небаланса. При определении уставки срабатывания защиты руководствуются соотношением:

где — наибольший (расчетный) ток небаланса, А;

К_н – коэффициент надежности отстройки от тока небаланса, принимается в зависимости от типа применяемого реле от 1,2 до 1,5.

Наибольший (расчетный) ток небаланса в дифференциальной цепи защиты может иметь место при включении трансформатора под напряжение или при внешнем КЗ. Поэтому ток небаланса должен определяться в обоих случаях.

При внешнем КЗ, сопровождающемся прохождением через ТТ дифференциальной защиты наибольших токов КЗ, ток небаланса:

где — токи небаланса, обусловленные соответственно погрешностями ТТ, регулированием коэффициента трансформации трансформатора и неравенством токов в цепи циркуляции от различных групп ТТ.

Раскрывая выражения для отдельных составляющих тока небаланса, можно записать:

где — коэффициент однотипности, для отличающихся напряжений первичной и вторичной обмоток защищаемого трансформатора ;

— коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей в первичном токе ТТ при внешнем КЗ;

e = 0,1 — принимаемая допустимая относительная погрешность ТТ;

— относительный диапазон изменения напряжения на вторичной стороне трансформатора при регулировании коэффициента трансформации под нагрузкой устройством регулирования под напряжением (РПН), ;

— относительное значение тока небаланса в дифференциальной цепи защиты, обусловленное несоответствием расчетных и фактических коэффициентов трансформации ТТ, ;

— наибольший ток при сквозном КЗ.

Значения коэффициента, учитывающего наличие апериодической составляющей в первичном токе ТТ при внешнем КЗ, и коэффициента, учитывающего отстройку от броска тока намагничивания, выбираются разными в зависимости от типа применяемого реле.

Схемы и расчет дифференциальной защиты:

Дифференциальная отсечка (рис. 12.3) – дифференциальная защита мгновенного действия, отстроенная от броска тока намагничивания. Для дифференциальной отсечки ток срабатывания определяется по формулам:

(*)

(**)

При этом в (**), а выражение (*) с учетом некоторого затухания переходного значения в течение собственного времени срабатывания электромеханического реле принимает вид:

и, как правило, является определяющим. Ток срабатывания реле дифференциальной токовой отсечки:

если отнесен к стороне Y трансформатора, где вторичные обмотки 1ТТ соединены в треугольник. Дифференциальная отсечка считается приемлемой, если при двухфазном КЗ на выводах низшего напряжения трансформатора . Несмотря на низкую чувствительность дифференциальной отсечки, ее достоинство заключается в обеспечении быстроты срабатывания при наибольших кратностях тока КЗ.

Дифференциальная защита — это… Что такое Дифференциальная защита?

Дифференциа́льная защи́та — один из видов релейной защиты, отличающийся абсолютной селективностью и выполняющейся быстродействующей (без искусственной выдержки времени). Применяется для защиты трансформаторов, автотрансформаторов, генераторов, генераторных блоков, двигателей, линий электропередачи и сборных шин (ошиновок). Различают продольную и поперечную дифференциальные защиты.

Продольная дифференциальная защита

Принцип действия

Дифференциальная защита силового трансформатора

Принцип действия продольной дифференциальной защиты основан на сравнении токов, протекающих через участки между защищаемым участком линии (или защищаемом аппаратом). Для измерения значения силы тока на концах защищаемого участка используются трансформаторы тока(TA1, TA2). Вторичные цепи этих трансформаторов соединяются с токовым реле(KA) таким образом, чтобы на обмотку реле попадала разница токов от первого и второго трансформаторов.

В нормальном режиме (1) значения величины силы тока вычитаются друг из друга, и в идеальном случае ток в цепи обмотки токового реле будет равен нулю. В случае возникновения короткого замыкания (2) на защищаемом участке, на обмотку токового реле поступит уже не разность, а сумма токов, что заставит реле замкнуть свои контакты, выдав команду на отключение поврежденного участка.

В реальном случае через обмотку токового реле всегда будет протекать ток отличный от нуля, называемый током небаланса. Наличие тока небаланса объясняется рядом факторов:

• Трансформаторы тока имеют недостаточно идентичные друг другу характеристики. Чтобы снизить влияние этого фактора, трансформаторы тока, предназначенные для дифференциальной защиты, изготавливают и поставляют попарно, подгоняя их друг к другу еще на стадии производства. Кроме того, при использовании дифференциальной защиты, например, трансформатора, у измерительных трансформаторов тока изменяют число витков, в соответствии с коэффициентом трансформации защищаемого трансформатора.
• Некоторое влияние на возникновение тока небаланса может оказывать намагничивающий ток, возникающий в обмотках защищаемого трансформатора. В нормальном режиме этот ток может достигать 5 % от номинального. При некоторых переходных процессах, например при включении трансформатора с холостого хода под нагрузку, ток намагничивания на короткое время может в несколько раз превышать номинальный ток. Для того, чтобы учесть влияние намагничивающего тока, ток срабатывания реле принимают большим, чем максимальное значение намагничивающего тока.
• Неодинаковое соединение обмоток первичной и вторичной стороны защищаемого трансформатора (например, при соединении обмоток Y/Δ) так же влияет на возникновение тока небаланса. В данном случае во вторичной цепи защищаемого трансформатора вектор тока будет смещён относительно тока в первичной цепи на 30°. Подобрать такое число витков у трансформаторов тока, которое позволило бы компенсировать эту разницу, невозможно. В этом случае угловой сдвиг компенсируют с помощью соединения обмоток: на стороне звезды обмотки трансформаторов тока соединяют треугольником, а на стороне треугольника соответственно звездой.

Следует отметить, что современные микропроцессорные устройства защиты способны учитывать эту разницу самостоятельно, и при их использовании, как правило, вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока соединяют звездой на обоих концах защищаемого участка, указав это в настройках устройства защиты.

Дифференциальная защита трёхфазного трансформатора, обмотки которого соединены по схеме Y/Δ)

Область применения

Дифференциальная защита устанавливается в качестве основной для защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Одним из недостатков такой защиты является сложность её исполнения: в частности, требуется наличие надёжной, помехозащищённой линии связи между двумя участками, на которых установлены трансформаторы тока. В связи с этим, дифференциальную защиту применяют для защиты одиночно работающих трансформаторов и автотрансформаторов мощностью 6300 кВА и выше, параллельно работающих трансформаторов и автотрансформаторов мощностью 4000 кВА и выше и на трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не позволяет добиться необходимой чувствительности при коротком замыкании на выводах высокого напряжения, а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более, чем 0,5 с.

<></>== Поперечная дифференциальная защита ==

Принцип действия

Принцип действия поперечной дифференциальной защиты так же заключается в сравнении значений токов, но в отличие от продольной, трансформаторы тока устанавливаются не на разных концах защищаемого участка, а на разных линиях, отходящих от одного источника (например, на параллельных кабелях, отходящих от одного выключателя). Если произошло внешнее короткое замыкание, то данная защита его не почувствует, так как разность значений силы тока, измеряемых на этих линиях, будет практически равна нулю. В случае же короткого замыкания непосредственно на одном из защищаемых кабелей разница токов не будет равняться нулю, что даст основание для срабатывания защиты.

Область применения

Данная защита устанавливается только как дополнительная, что связано с серьёзным её недостатком: в случае выведения из эксплуатации одной из линий, защита перестаёт быть селективной, поэтому её приходится отключать. Однако, этот вид защиты довольно прост в исполнении, а также позволяет производить селективное отключение в тех сетях, где нет возможности установить токовую отсечку. Поперечную защиту применяют для защиты кабельных линий, генераторов

Направленная поперечная защита

Применяется для защиты параллельных линий, присоединенным через самостоятельный выключатель.

Защита выбирает и отключает только одну поврежденную линию.

Защита состоит из пускового органа (токовое реле), которое включается также, как и в поперечной дифференциальной защите с участка направления мощности, включенного на разность токов защищаемых линий и на напряжение шин подстанции.

Оперативный ток подается на реле защиты через последовательное соединение вспомогательных контактов защищаемых линий для того, чтобы защита автоматически выводилась из действия при отключении одной из линий, во избежание ее не селективного действия при внешнем КЗ.

Значение и знак вращающего момента у реле направления мощности зависит от значения тока, напряжения и угла между ними.

При КЗ на линии 1 ток в линии 1 будет больше тока в линии 2, поэтому их разность, т.е. ток в реле, будет иметь такое же направление, как и ток в линии 1. Реле направления мощности замкнет контакт KW1 и защита отключит поврежденную линию 1.

При повреждении на линии 2 ток в ней будет больше тока в линии 1, и ток в реле изменит направление на противоположное. Замкнется контакт KW2 и защита отключит поврежденную линию 2.

Источники

• Голанцов Е.Б., Молчанов В. В. Дифференциальные защиты трансформаторов с реле типа ДЗТ-21 (ДЗТ-23). Москва, Энергоатомиздат, 1990
• «Релейная защита распределительных сетей» Издание второе, переработанное и дополненное. Я. С. Гельфанд Москва. Энергоатомиздат 1987.
• «Релейная защита энергетических систем» Чернобровов Н. В., Семенов В. А. Энергоатомиздат 1998
• «Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13А(Б). Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ» Составитель Т.Н. Дороднова: Энергоатомиздат 1985,-96 с., ил.

Дифференциальная защита трансформатора: принцип ее работы

Дифференциальная защита молниеносно действует и не требует выдерживания по времени. При появлении прецедентов определяется короткое замыкание в области, которая контролируется. Ниже рассказано, что она собой представляет и как работает.

Что такое дифференциальная защита

Дифзащита не нуждается в выдерживании по времени, характеризуется абсолютной селективностью. Применяется в виде автоматики, отключающей трансформаторные станции при коротком замыкании и других неисправностях электрической сети.

Схема дифференциальной защиты

Принцип работы защиты

Структура дифзащиты — сборные шины, генераторы, силовые трансформаторные станции, воздушные или кабельные линии. Она имеет высокую чувствительность, что обеспечивает ее быстродействие.

К сведению! Принцип действия дифференциальной защиты трансформатора заключается в контроле токов начала и конца электроцепи. С этой целью используются трансформаторные станции, которые подключаются к устройству с помощью кабелей при их расположении в области действия одной линии распределения.

Если защищаемый участок большой и его границы размещены далеко друг от друга, то рекомендуется использование двух полукомплектов защиты, для соединения которых применяется вспомогательная кабельная линия. Это характерно при оборудовании воздушных и кабельных линий.

Схема с уравновешенным напряжением

При одинаковых токах в начале и конце участка защиты не срабатывает. Такое наблюдается, если номинальные токи протекают при коротком замыкании за пределами защищаемой зоны. При появлении замыкания, мощность электросети протекает в точку КЗ. Если питание одностороннее, например, как у генераторов и трансформаторов, то большой ток протекает от источника в защищаемую сторону, в результате чего отдается потребителю.

Кабельные и воздушные линии имеют двухсторонние токи, поэтому на точку повреждения ориентир с двух концов. В этом случае срабатывает защита, которая заставляет механизм отключить объект с двух сторон. Чтобы реализовать это, используются дифференциальные прессостаты, которые подбираются в зависимости от особенностей объекта.

Защита трансформаторной станции

Виды дифзащиты

Дифзащита бывает продольной и поперечной. Устройства держат под контролем короткие замыкания.

Поперечная

Используется для одновременной защиты нескольких линий электропередач. Принцип работы заключается в сравнении значения нагрузок трансформаторных станций. Поперечная допускает установку ТТ на разных линиях электропередач, которые отходят от одного источника электрического питания.

Токовые цепи подключаются на разные значения линий электропередач. При коротком замыкании на одной из линий нагрузка увеличивается на второй. Реакция прессостата происходит при разных значениях токовой нагрузки на линиях.

Обратите внимание! При срабатывании поперечной дифференциальной защиты обеспечивается возможность самостоятельного определения поврежденного участка обслуживающим персоналом.

Дифзащита двигателя

Продольная

Этот вид обеспечивает полноценную работу трансформаторных двигателей. Он характеризуется абсолютной селективностью, безотказностью для линий электропередач, которые имеют небольшую длину. Предоставляется возможность применения продольной защиты с другими видами.

Дифзащита сравнивает значения токовых нагрузок, которые протекают на участках линии через устройство. Чтобы замерить силу тока, используются трансформаторные станции. На двух ТТ соединяются цепи точками с прессостатом таким образом, чтобы на него воздействовала разница значений тока.

Продольный вид устройства

В этих схемах может возникать ток небаланса:

• если появляются намагничивающиеся токи в обмотках трансформаторной станции. Такое случается, если переключить режим хх на полную нагрузку, что приводит к повышению номинального значения;
• трансформаторная станция не всегда имеет такие же технические характеристики, как ТТ, с которым он работает в паре. Во избежание негативных последствий после выпуска ТТ проводятся испытания, которые определяют наиболее подходящие трансформаторные станции для работы в паре;
• при отличающихся соединениях обмоток появляются токи небаланса. Уравнять значение электрических токов невозможно, если подбирать витки токовых трансформаторных станций.

К сведению! Устройство компенсации электрического тока небаланса устанавливается в современную микропроцессорную продольную дифференциальную защиту.

Срабатываемое отключение

От чего защищает

Дифференциальная защита устраняет воздействие на моторы электрообъектов токов в результате аварий, которые могут появляться в контролируемой зоне. Защитное устройство монтируют на прессостат электродвигателя. Чтобы обеспечить правильную работу измерительной схемы, рекомендуется следить за тем, чтобы совпадали фазы входящих и выходящих токов.

Поперечную защиту устанавливают на линиях с напряжением от 35 до 220 кВ. Ее используют на параллельных линиях электропередач, которые имеют два источника напряжения. Если питание двухстороннее, то трансформаторные станции нужно установить с двух концов линии.

Продольная дифференциальная защита применяется в трансформаторных и автотрансформаторных станциях. Ее используют для охраны одиночной трансформаторной станции на ПС. Дифзащита применяется на автотрансформаторных станциях мощностью до 6300 кВ. Продольный вид необходим для трансформаторных станций, которые работают параллельно и имеют мощность более 100 кВ при условии корректного выполнения работы токовой отсечки.

Как выглядит и где находится в трансформаторе

Прессостат является реле в трансформаторной станции с тремя стержнями, которые характеризуются наличием обмоток. Исполнительный орган — это выходной токовый прессостат.

На последнем стержне трансформаторной станции расположены выводы вторичной обмотки, к которым подключается термостат. На среднем стержне 2-3 первичные обмотки, которые связаны с трансформаторными токами. Для устройства характерно наличие дополнительных короткозамкнутых обмоток, с помощью которых гасится апериодическая составляющая.

Обратите внимание! Чтобы настроить пресосстат, переключают количество витков в первичной обмотке, в результате чего в магнитопроводе добиваются равенства магнитных потоков.

Токи срабатывания выходного термостата и требуемое торможение при переходном процессе выставляются методом изменения сопротивлений резисторов в компенсирующей и выходной цепи.

Защита генератора

РТН применяется для обеспечения полноценной работы РЗА силовой трансформаторной станции. При подключении к электросети в их сердечнике сразу же наблюдается возникновение мощных намагничивающих токов. При их быстром затухании создается прецедент для защиты двигателя. Это объясняется тем, что мощность на намагничивание остается в трансформаторной станции по типу тора.

Отстройка от намагничивающих токов обеспечивается благодаря устройству РТН. Быстрое намагничивание сердечника трансформаторной станции наблюдается при резком броске тока, в результате чего прессостат не реагирует на подобное явление. Если прессостат устанавливается на мощное сквозное КЗ, то оно может сработать при воздействии токов небаланса.

Дифференциальная охрана предназначена для полноценного функционирования электрической сети. Она обеспечивает регулировку токов и выключение при их нарушении. Не стоит пренебрегать этим устройством во благо безопасности.

Дифференциальная защита трансформатора: типы, принцип действия | ENARGYS.RU

Наиболее совершенный способом защиты трансформаторов из всех, на настоящее время известных, является релейная защита, построенная на дифференциальном принципе.

Для дифференциальной защиты характерна избирательность действия или селективность. Это означает срабатывание защиты в районе электроустановки между трансформаторами тока, на вводе высшего напряжения, до силового трансформатора и на вводе отходящей линии низшего напряжения, после силового трансформатора

К плюсам можно отнести небольшую величину тока срабатывания. Для трансформаторов, которые имеют мощность от 63мВА, ток входит в границы 0,1–0,3А от номинального тока, такая величина тока срабатывания обеспечивает коэффициент чувствительности 1,5 –2,0 к витковым и межкатушечным замыканиям в переплетенных и обычных обмотках. Время срабатывания защиты очень короткое (15–20мс). Высокая степень чувствительности и очень короткое время реагирования дифзащиты, способствует уменьшению величины повреждения и сокращает время на восстановление оборудования.

Продольная дифференциальная защита устанавливается в обязательном порядке для трансформаторов мощностью от 6300кВа, она служит для предупреждения выхода из строя оборудования, вследствие многофазных замыканий внутри обмоток и на выводах.

Дифференциальная защита трансформаторов обязательна к установке и для параллельно работающих трансформаторов мощностью от 4000кВа. Трансформаторы небольшой мощности на 1000кВа, комплектуются дифзащитой, при отсутствии газовой защиты, и в том случае если МТЗ рассчитана на большую выдержку времени от 0,5сек, а токовая отсечка имеет низкую степень чувствительности.

Дифференциальная продольная защита с циркулирующими токами, отключает силовой трансформатор, мгновенно после неисправности, без выдержки времени.

Дифференциальная защита – принцип действия

Рис №1. Схема, поясняющая принцип действия дифференциальной защиты трансформатора, с двусторонним питанием, а) при КЗ снаружи трансформатора, на его выводах, б) при внутреннем КЗ трансформатора

Принцип действия дифференциальной защиты построен на применении первого закона Киргофа. Защищаемый объект принимается за узел, ток фиксируется полностью на всех ветвях, соединяющих объект с внешней электрической сетью.

При повреждении на отходящей ветви, сумма токов, входящих и отходящих из узла, равна нулю.

При повреждении объекта, в случае КЗ, сумма токов в ветвях будет равна токам короткого замыкания.

Диффзащита трансформатора отличается от дифференциальной защиты высоковольтных линий и генераторов наличием неравенства первичных токов разных обмоток трансформаторов и несовпадением по фазе.

Поперечная дифференциальная защита линий электропередач

Защита построена идентично продольной и основана на принципе сравнивания токов, только для защиты ВЛ и КЛ, установка трансформаторов тока выполняется на разных линиях, питание, которых осуществляется от одного источника, например, от одного выключателя нагрузки, а не на концах участка линии. Трансформаторы тока должны быть идентичны по своим параметрам, их коэффициент трансформации должен быть одинаков.

Рис №2. Поперечная дифференциальная токовая защита параллельно расположенных высоковольтных линий, а) схема токовых цепей, б) цепи напряжения, г; д) – схема цепей постоянного тока.

После отключения одной из линий, блок-контактами высоковольтных выключателей, дифференциальная защита выводится из работы, это происходит для того, чтобы осуществить устранение неселективности действия при внешнем КЗ.

Принцип действия поперечной дифференциальной защиты, позволяет обходиться без настройки защиты на замедление действия, значит, при КЗ линии, произойдет мгновенное отключение, при КЗ в противоположных концах линии наблюдается каскадное (поочередное) действие дифференциальной защиты.

Рис№3. Каскадное срабатывание дифференциальной защиты: а) КЗ в начале ВЛ; б) КЗ в конце ВЛ

Основные условия выбора тока срабатывания:

1. При внешних КЗ, не должно происходить срабатывание защиты от максимально высокого тока небаланса.
2. При отключении одной из подключенных параллельно линий электропередач, если вторая линия полностью, на 100% загружена, не должна осуществляться работа защиты.
3. Чувствительность защиты зависит от КЗ на границе каскадного действия рядом с точкой равной чувствительности, в которой наблюдается равенство токов в реле комплектов защит обеих линий.

Дифференциальная защита генераторов

Защита генераторов, в статоре машины, действует на погашение магнитного поля генератора (отключением автомата АГП), с его последующим отключением от питающей сети, при помощи выключателя нагрузки самого генератора или выключателя на стороне блока ВН.

Существует 2 типа дифференциальной защиты генераторов:

1. Продольная дифференциальная защита
2. Поперечная дифференциальная защита.

Принцип действия дифференциальной защиты генераторов идентичен принципу действия дифференциальной защиты трансформаторов и линий. Основывается на разности токов, текущих в параллельно подключенных ветвях.

Реле включается в цепь с трансформатором тока, в перемычку между нейтралями параллельных обмоток статора.

Рис №4. Принцип действия поперечной дифференциальной защиты генератора

Рис №5. Продольная дифференциальная защита генератора

Принцип действия построен на сравнивании токов следующих со стороны выводов генератора.

Зона действия защиты распространяется на: обмотки генератора, выводы обмотки статора и на шины, вплоть до распределительного устройства.

Продольная дифференциальная защита линий передачи энергосистем с использованием оптического волновода

1. Введение

Из-за нестабильности энергосистемы при переходных процессах, неисправности на линиях вблизи электростанции или крупных подстанций должны быть быстро отключены. Продольная дифференциальная защита может применяться для быстрой и выборочной защиты линий.

Принцип продольной дифференциальной защиты основан на сравнении токов, находящихся в начале и в конце линии, что приводит к быстрой, чувствительной и простой концепции защиты, которая обеспечивает отключение поврежденной линии от сети.Зона защиты определяется положением трансформаторов тока, от которых сигналы поступают в дифференциальное реле.

Аналоговая продольная дифференциальная защита используется для более коротких одноконтурных линий передачи в сетях с двойным питанием. Пилотная кабельная линия соединяет вторичные трансформаторы тока на противоположных сторонах защищаемой линии. Большим недостатком является наличие контрольного провода, и такая защита ограничивается короткими линиями. Если используются заземляющие провода оптической защиты (OPGW), длина линии перестает быть ограничивающим фактором [1, 2, 3].

OPGW — это кабель двойного действия, выполняющий функции заземляющего провода, а также обеспечивающий коммутацию для передачи сигналов голоса, видео или данных. Он расположен наверху башни ЛЭП.

Во втором разделе представлен классический подход продольной дифференциальной защиты линий электропередачи. Объясняется принцип действия [1, 2, 3].

В третьем разделе рассказывается больше о OPGW. Он описывает две разные конструкции OPGW. Упоминаются и показаны те же их характеристики.Элементы для соединения OPGW с вышкой пронумерованы и показаны [4, 5, 6, 7, 8].

В следующем разделе описана релейная защита, реализованная с помощью контрольных проводов [9, 10, 11].

В пятом разделе обсуждается использование цифровой защиты. Перечислены алгоритмы, упомянутые в последних работах. Выполняется краткий перепросмотр. Конечно, все решения или алгоритмы сложно реализовать без использования OPGW [12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23].

2.Продольная дифференциальная защита: классический подход

На рисунке 1 показан принцип действия продольной дифференциальной защиты. Если короткое замыкание происходит за пределами защищаемой зоны, левый и правый токи имеют одинаковое направление и приблизительную силу, то есть их разница незначительна, и защита не срабатывает. Если короткое замыкание происходит в защищенной зоне, ток на правом конце меняет свое направление, создавая значительный ток через дифференциальное реле M, вызывая его отключение.Дифференциальный ток — это разность токов, которая имеет тенденцию инициировать работу, а ток стабилизации — это ток, пропорциональный мысленному току, который имеет тенденцию препятствовать работе.

Рисунок 1.

Продольная дифференциальная защита линий электропередачи — Принцип действия защиты.

Уравнения (1) и (2) используются для расчета стабилизационного и дифференциального токов индивидуально для каждой фазы [1, 2, 3]:

Istab = IL¯ + IR¯E1

Idiff = IL¯ − IR¯ E2

со следующим пояснением:

I _L — вектор основной гармоники левого фазного тока.

I _R — вектор основной гармоники тока правой фазы.

На рисунке 2 показана характеристика отключения дифференциального реле. Минимальный ток отключения ( Imin ) определяет минимальный порог срабатывания реле и устанавливается на 20–50% от номинального тока трансформатора. Эта величина определена, поскольку в реальной системе в исправном состоянии всегда есть разница между токами, измеренными на противоположных концах линии из-за несовершенства трансформаторов тока и зарядного тока.

Рисунок 2.

Характеристика срабатывания дифференциального реле.

Реле срабатывает, если рабочая точка, определяемая среднеквадратичными значениями дифференциальных токов и токов стабилизации, находится в пределах зоны срабатывания реле (Рисунок 2) [1, 2, 3].

3. Провода заземления оптической защиты (OPGW)

OPGW — это высокотехнологичное оборудование для отправки / приема различных видов данных по линиям электропередачи.

Линии электропередачи, пожалуй, самая важная часть энергосистемы.Он соединяет другие элементы энергосистемы, такие как электростанции и подстанции. Благодаря этим линиям электроэнергия переходит от растений к потреблению. Инженеры-электрики нашли очень простой способ передачи данных с использованием OPGW и упомянутых линий.

Линии электропередачи имеют не менее трех фазных проводов. Эти проводники передают электрическую энергию. Для номинального напряжения выше 110 кВ линейные опоры имеют один или несколько заземляющих проводов наверху. Это может быть металлический провод с защитной функцией.Этот заземляющий провод проводит одну часть тока короткого замыкания и защищает людей вокруг башни от опасного напряжения. Он служит молниезащитой еще и потому, что находится на самой высокой точке башни.

OPGW можно использовать в качестве заземляющего провода. Он имеет те же функции защиты, что и металлический заземляющий провод (от молнии и высоких перенапряжений), но также включает связь, которая особенно важна для релейной защиты. Эта волоконно-оптическая связь обеспечивает надежность защиты энергосистемы и передачи данных.Конструкция OPGW и количество слоев зависят от требований (как механических, так и электрических). Первоначально в трубку помещается волокно. Вокруг трубки расположено несколько металлических прядей.

В настоящее время OPGW находит свое место в электротехнике. Замена металлических заземляющих проводов с помощью OPGW довольно хорошо представлена. Двойная функция этих проводов была выиграна.

На рисунке 3 показано положение OPGW на вершине башни [4, 5, 6, 7, 8].

Рисунок 3.

Положение OPGW.

Однако OPGW может использоваться для быстрой передачи сигнала данных. Эти сигналы могут быть сигналами защиты, данными операционной системы, сигналами тестирования линии и сигналами мониторинга. Вместо этого видеоматериал или голос могут также передаваться с одного конца линии на другой. OPGW — это многофункциональный проводник. Самое главное — отсутствие дополнительных вложений на след. Линии электропередачи уже существуют, поэтому единственная инвестиция заключается в замене старого провода на новый.

3.1. Конструкции кабеля OPGW

Обсуждаются два типа кабелей OPGW. Один из них представляет собой центральную свободную трубку, а другой — многослойную трубку.

3.1.1. Центральная свободная трубка типа

Стальная трубка герметична и водонепроницаема. Волокна расположены в центре трубки и окружены гелем, блокирующим воду. Трубка из нержавеющей стали защищает оптические волокна от возможных повреждений в ненормальных условиях эксплуатации или во время установки.На эту трубку можно было поместить алюминиевый слой. Стальная проволока, плакированная алюминием, создает внешнюю защиту. Эта защита включает в себя один или несколько слоев этих проводов. Эти алюминиевые провода обеспечивают компактную конструкцию. Он выполняет двойную функцию. Один обеспечивает механическую защиту в тяжелых условиях, а другой контролирует повышение температуры в условиях короткого замыкания. На рис. 4 показано поперечное сечение центрального трубчатого типа.

Рисунок 4.

Центральная свободная трубка.

В трубку из нержавеющей стали помещается до 48 волокон. Для облегчения идентификации эти оптические провода окрашены и имеют разную форму. Провода также организованы во многие слои. Такая организация обеспечивает высокую механическую прочность и хорошие характеристики растяжения провисания.

Ядро намного меньше. Это около 9 мкм. Этот тип кабеля подходит для больших расстояний, чем многомодовый. Только одна световая волна может пройти через волокно. В этом причина отсутствия искажений.Параметр затухания для одномодового волокна обычно составляет 0,35 дБ / км на длине волны 1310 нм и 0,23 дБ / км на длине волны 1550 нм. Это волокно оптимизировано для использования в диапазоне 1300 нм и 1550 нм [4].

3.1.2. Многослойная трубка типа

Элементы конструкции практически идентичны. Оптические волокна, окруженные гелем, блокирующим воду, помещаются внутрь трубки из нержавеющей стали. Этот тип имеет более одной трубки. Трубки расположены по спирали вокруг центра кабеля. Вот почему он называется многотрубным.Алюминиевый сплав расположен во внешнем слое, чтобы придать ему большую прочность и устойчивость к коррозии.

Количество волокон до 144. Тип многослойных трубок может удовлетворить требования большой поперечной и большой пропускной способности.

В этом волокне свет проходит по сердцевине во многих лучах, называемых модами. Изготовлен из стекловолокна. Основное применение многомодовых волокон — это системы оптической передачи малой досягаемости, такие как локальные сети (LAN). Параметр затухания для многомодового волокна обычно равен 0.8 дБ / км на длине волны 1310 нм [4].

Телекоммуникационные компании предпочитают этот тип OPGW. Тип многослойной трубки хорош для передачи видеоматериалов, подключения к Интернету и данных для системы SCADA, что наиболее важно для электротехники. Он защищен от случайных порезов при строительных работах [4, 5, 6, 7, 8].

На рис. 5 показано поперечное сечение многослойной трубки.

Рисунок 5.

Многослойного типа.

Таблицы 1–3 дают некоторую информацию о характеристиках кабеля [7, 8].

5

Таблица 1.

Некоторые характеристики однослойного кабеля OPGW с центральной трубкой.

Таблица 2.

Некоторые характеристики двухслойного кабеля OPGW с центральной трубкой.

, 4

Таблица 3.

Некоторые характеристики многотрубного кабеля OPGW.

3.2. Аппаратное обеспечение кабелей OPGW

Кабели OPGW соединены с опорой, и для этого используется множество элементов, таких как натяжной узел, узел подвески и крепежные зажимы и гасители вибрации.Эти элементы обеспечивают механическую прочность OPGW и уменьшают колебания. На рисунках 6–9 показаны указанные элементы.

Рисунок 6.

Двойной тупиковый переходник для кабеля OPGW.

Рисунок 7.

Комплект одинарного тупика для кабеля OPGW.

Рисунок 8.

Подвес в сборе с витым звеном цепи для кабеля OPGW.

Рис. 9.

Демпфер AMG — четырехрезонансный асимметричный мост Стокбриджа.

Иногда расстояние между двумя ближайшими башнями превышает длину OPGW.В этом случае необходимо использовать натяжной узел. Связь с башней также обеспечивается с помощью башенных хомутов [6].

Узел с усиленным подвесным зажимом и внутренним покрытием из неопрена, специально разработанный для кабелей OPGW, показан на рисунке 8.

Демпферы используются для поглощения вибрации кабеля, как показано на рисунке 9. Количество демпферов определяется величиной условия окружающей среды, расстояние между опорами, тип кабеля OPGW и параметры установки.

4.Дифференциальная защита линии передачи с контрольными реле

Контрольные реле включают контрольные провода. Это основная характеристика. Это означает, что существует канал связи между двумя дифференциальными реле, расположенными на противоположных концах линии передачи. На практике используются разные типы. Расстояние между реле является ограничивающим фактором. «Пилотный провод», «Пилот несущего тока» и «Пилотный сигнал СВЧ» — это три различных типа контрольных проводников.

Проводной пилот представляет собой двухпроводную схему телефонного типа.Это простое решение, поскольку эти цепи уже существуют как часть системы местной телефонной компании. Решение с проводным пилотом экономично на расстояниях до 5–10 миль.

За пределами 10 миль пилот-оператор обычно становится более экономичным. Схема состоит из линии электропередачи в качестве проводника для токов низкого напряжения и высокой частоты и заземляющего провода в качестве обратного проводника.

Когда количество требуемых пилотных каналов становится больше, чем экономические возможности, используются микроволновые пилот-сигналы.Это радиосистемы со сверхвысокой частотой.

На Рисунке 10 схематично показан принцип передачи сигнала между проводом и пилотом.

Рис. 10.

Схематическое изображение принципа встречного напряжения в реле управления проводом переменного тока.

Это также может быть соединение постоянного тока, но необходимо использовать больше элементов. На рисунке 11 показано подключение постоянного тока управляющего провода к трансформаторам тока. Это соединение осуществляется через сети с чередованием фаз и насыщающие трансформаторы.Сети с чередованием фаз напрямую подключены к трансформаторам тока. В сеть протекают трехфазные токи, а из сети вытекает однофазное напряжение [9, 10, 11].

Рис. 11.

Упрощенное расположение контрольного провода.

Полное сопротивление релейных цепей отличается от полного сопротивления управляющего провода. Изолирующие трансформаторы соответствуют этим сопротивлениям.

Контрольный провод имеет некоторые требования и ограничения оборудования, такие как способность изоляции. Может возникнуть высокое напряжение.Изоляционная способность зависит от максимально возможных значений. Основная проблема пилотных проводов — это их длина. Это зависит от сопротивления шлейфа. Требуется максимальное значение. Это 2000 Ом. Шунтирующая емкость также имеет предельное значение. Рекомендуется, чтобы эта емкость была менее 1,5 мкФ.

Соединение с пилотным проводом постоянного тока означает, что необходимо использовать множество элементов. Это один из недостатков. Соединение a-c не имеет этих проблем. Кроме того, соединение переменного тока невосприимчиво к перепадам мощности.Хорошая вещь в подключении постоянного тока — это наличие этих проводов из-за телефонных компаний [10, 11].

5. Дифференциальные реле цифровой линии передачи, использующие цифровую связь

Стихийные бедствия могут иметь значительное влияние на воздушные линии электропередачи и вызывать нарушения связи, связанные с защитой пилотов.

Выделенное оптоволоконное соединение полагается исключительно на оптику, находящуюся внутри реле, для двунаправленной передачи сигналов IEEE C37.94, обычно по паре одномодовых волоконно-оптических кабелей от одного реле к другому.Потенциальные источники проблем для схем дифференциальных реле постоянного тока обычно можно отнести к одному из следующих:

Большинство дифференциальных реле линейного тока используют интерфейс связи 64 кбит / с, хотя конструкции с более высокой пропускной способностью (n × 64 кбит / с) больше общий. Длина кадра данных зависит от различных конструкций реле. Он варьируется от 15 бит до 200 или 400 бит. Иногда это могло выходить за эти рамки. Текущая передача данных также имеет большой диапазон — от одного до четырех за цикл, иногда даже больше.Существует несколько дифференциальных реле линейного тока, которые обычно используются для защиты распределительных линий, которые используют низкоскоростную асинхронную последовательную связь. В настоящее время использование связи Ethernet не получило широкого распространения для дифференциальной реле линейного тока, но ожидается в будущих проектах.

Канал связи может быть через выделенное волокно или через мультиплексную сеть, как показано на рисунке 12. В выделенном оптоволоконном соединении обычно используются светодиоды или лазер, в зависимости от расстояния до волокна.Опция лазера обычно применяется на расстоянии до 100 км. Для более длинных волокон могут потребоваться повторители [12].

Рис. 12.

Защитная релейная связь.

Чтобы гарантировать безопасную и стабильную работу высоковольтных линий электропередачи, дифференциальная защита принята в качестве основной защиты благодаря функциям выбора фазы и невосприимчивости к колебаниям мощности и режимам работы.

В недавней литературе опубликовано множество различных принципов реализации дифференциальной защиты.Необходима быстрая связь между реле, установленными на противоположных концах линии [12].

Существует ряд различных принципов измерения реле, используемых дифференциальными реле тока:

Эти принципы кратко описаны в следующих подразделах.

5.1. Процентное дифференциальное реле

Это больше всего похоже на классический подход. На рисунках 1 и 2 показано базовое устройство. На каждом терминале выполняется оценка суммы локальных и удаленных значений тока, чтобы вычислить дифференциальный ток.При нормальных условиях эксплуатации или внешних неисправностях ток, входящий на один конец защищаемой цепи, практически такой же, как на выходе на другом конце. Следовательно, значение дифференциального тока практически равно нулю и срабатывания защиты не произойдет. При повреждении защищенной линии электропередачи значение дифференциального тока превысит пороговое значение срабатывания, и защита сработает для устранения неисправности. Так много модификаций классического подхода. В некоторых из них используются токовые компоненты обратной или нулевой последовательности.

Существует два типа алгоритмов дифференциальной защиты: алгоритмы, использующие векторы [13, 14, 15, 16], и алгоритмы, использующие мгновенные значения электрических величин [17, 18].

5.2. Принцип работы сравнения зарядов

Ток заряда — это емкостной ток утечки в линии передачи. Принципы работы сравнения заряда аналогичны принципам работы более распространенного типа защитного реле с дифференциалом процентного тока ограничения. Реле дифференциального тока сравнивают полные токи на входе и выходе из зоны первичной защиты.Они сработают, если разница между этими токами превысит заранее определенный предел ограничения. Для этого сравнения дифференциальное реле тока на местной станции должно знать идентичный фазный ток, зарегистрированный на удаленной станции (станциях) за тот же интервал, который рассматривается на локальной станции. Это требует точного измерения и компенсации задержки связи. В токовых дифференциальных реле, которые сравнивают мгновенные значения, любая ошибка компенсации вызывает ошибку в сравнении и приводит к изменению точки срабатывания.Кроме того, на удаленную станцию ​​отправляется множество выборок за цикл, что создает нагрузку на канал связи [12].

Предполагается простая система, показанная на рисунке 13.

Рисунок 13.

Компенсация зарядного тока.

Компенсация зарядного тока — это решение, которое удаляет зарядный ток из измеренного тока и, следовательно, исключает зарядный ток из расчета дифференциального тока. Зарядный ток ( Ic ) можно оценить на основе рабочей емкости:

IC = 2 × π3 × Un × fn × cd × L × 10−6E3

где:

Ic — ток заряда ( A),

Un — номинальное напряжение сети (кВ),

fn — номинальная частота (Гц),

кд — продольная рабочая емкость (нФ / км),

L — линия длина (км).

Тогда скомпенсированный ток можно рассчитать следующим образом:

Ix = Ix′-ICE4

где:

Ix — компенсированный ток на клемме x,

Ix ‘ — измеренный ток на клемме x .

Ток с более высоким значением должен быть скомпенсирован. Это зависит от направления потока нагрузки. Более высокое значение соответствует току, измеренному в терминале, куда поступает энергия.

Предполагая идеальное выравнивание между локальным и удаленным токами, допускается погрешность компенсации ± 4 мс.Учитывая, что емкость линии вызовет небольшое рассогласование токов и что любая компенсация будет иметь некоторое разрешение, практично использовать ± 3 мс в качестве предела того, насколько задержка канала связи может изменяться во время нормальной работы, не влияя на реле. . Это находится в пределах нормальных рабочих пределов большинства каналов связи в выделенной оптоволоконной среде, даже в неблагоприятных условиях.

5.3. Силовые дифференциальные реле

В дополнение к классическому подходу, который использует исключительно токовые сигналы, существуют решения, требующие ввода напряжения [19, 20, 21].

Зарядный ток во многих публикациях рассматривается как основная причина неправильной работы дифференциального реле. Этот ток можно компенсировать по принципу дифференциала мощности. Этот метод предлагает измерение токов и напряжений на обоих концах линии передачи. Первоначальный принцип дифференциала сохранен. Значения срабатывания и ограничения сравниваются, но вместо токов учитываются активные мощности на обоих концах.

В этом случае время расчета сокращается, и длина строки не является ограничивающим фактором.Это большие преимущества. Неправильная работа при КЗ с низким сопротивлением и отсутствие выбора фазы КЗ — это недостатки упомянутой техники.

Существует другой метод реализации этой защиты, основанный на определении потерь мощности. Это также требует измерения токов и напряжений на каждом конце линии. Местонахождение неисправности можно было легко определить. Этот метод сравнивает разницу в реальной мощности на каждом конце линии передачи с максимальными потерями мощности в защищаемом элементе.Каждая неисправность может быть обнаружена, а защита надежна и надежна. Очень важна быстрая связь между реле [19, 20, 21].

5.4. Реле альфа-плоскости

Принцип дифференциальной защиты по току в альфа-плоскости сравнивает отдельные величины и углы токов. Измеряются амплитуда и фазовый угол каждого тока на противоположных концах линии. По этим значениям определяется вектор r (его величина и угол). Альфа-плоскость изображает комплексное соотношение I _R / I _L , и это показано на рисунке 14.

Рисунок 14.

Плоскость комплексного коэффициента токов (α-плоскость).

Зоны действия и ограничения представлены на рисунке 15. Сравнение амплитуд и углов приводит к одному из этих решений.

Рисунок 15.

Плоскость коэффициента текущей ликвидности.

Переменная a горизонтальной оси является действительной частью комплексного отношения I _R / I _L , а переменная вертикальной оси b является мнимой частью комплексное соотношение I _R / I _L .В элементе альфа-плоскости установка угла α [°] и установка радиуса R определяют область ограничения. Первый позволяет компенсировать ошибки трансформатора тока и настройки тока, а второй изменяет чувствительность.

Задержка передачи данных должна быть скомпенсирована. Текущее измерение и сравнение зависят от канала связи. Задержки бывают в двух направлениях — при передаче и приёме. Эти задержки иногда бывают разными. Системы SONET / SDH могут быть причиной этой асимметрии.Один из методов решения этой проблемы, так называемый пинг-понг, включает в себя измерение задержки канала туда и обратно. Разница в задержках тракта связи обычно составляет менее 2 мс. Задержки 3–5 мс встречаются редко [12].

Статьи, в которых подчеркивается важность этого метода, написаны Almedia и Silva [22, 23].

6. Заключение

В этой главе описывается использование оптического волновода для связи между двумя дифференциальными реле на противоположных концах линии передачи энергосистемы.Использование контрольных проводов ограничивает использование этой защиты только для коротких линий. Если вместо контрольных проводов используются заземляющие провода оптической защиты, длина линии перестает быть ограничивающим фактором. В этой главе рассказывается больше о конструкции, сборке и использовании оптических волноводов в дифференциальной защите. Также упоминаются новейшие алгоритмы этой защиты.

В разделах представлен классический подход к продольной дифференциальной защите линий электропередачи, более подробно рассказывается о конструкции и установке кабелей OPGW и обсуждаются алгоритмы цифровой защиты.Все алгоритмы сложно реализовать без использования OPGW.

.Система дифференциальной защиты генератора

— точка назначения

Обзор дифференциального реле:

Хотя перегрузка по току, напряжение, расстояние и направленность являются мощными методами, все они предполагают некоторый компромисс между целями надежности, безопасности, скорости и т.д. избирательность и экономичность. Дифференциальная защита бывает разной. Это в высшей степени простое, безопасное, высоконадежное, быстрое и достаточно экономичное решение. В результате дифференциальная защита является наиболее важным понятием защиты.Эта концепция является прямым продолжением действующего закона Кирхгофа — сумма всех токов в области должна быть равна нулю. Трансформаторы тока размещаются на каждом электрическом выводе защищаемой зоны и соединяются вместе, как указано внутри зоны. Для внешних КЗ, когда ток КЗ проходит через оба ТТ с одинаковым коэффициентом.

Зона, ток циркулирует во вторичной обмотке трансформатора тока, не проходя через реле. Если неисправность является внутренней по отношению к зоне, то токи, вводимые во вторичную обмотку трансформатора тока, противостоят друг другу и вынуждены протекать через реле.Основы дифференциального применения включают:

• ТТ на каждом силовом подключении к защищаемой зоне
• Все ТТ имеют одинаковый номинал
• Тщательное внимание к обеспечению правильного подключения ТТ
• Дифференциальная защита является первичной защитой: она не может обеспечить резервную защиту для удаленных зон [Справка-1]

Введение:

Синхронный генератор — важнейший элемент энергосистемы. В генераторах действительно возникают короткие замыкания и аномальные электрические условия.Во многих случаях повреждение оборудования в результате этих событий можно уменьшить или предотвратить с помощью надлежащей защиты генератора. Генераторы, в отличие от некоторых других компонентов энергосистемы, нуждаются в защите не только от коротких замыканий, но и от ненормальных условий эксплуатации.

Примеры таких ненормальных условий: перегрузка, перевозбуждение, перенапряжение и потеря поля, несимметричные токи, обратная мощность и аномальная частота. В этих условиях повреждение или полный отказ могут произойти в течение нескольких секунд, что потребует автоматического обнаружения и отключения.Все отказы, связанные с синхронными генераторами, могут быть классифицированы как нарушения изоляции или ненормальные условия работы. Нарушение изоляции в обмотке статора приведет к межвитковому замыканию, замыканию фазы или замыканию на землю, но чаще всего к последнему, поскольку в большинстве случаев нарушения изоляции в конечном итоге приводят к прямому контакту обмотки с сердечником. Дифференциальные реле, в частности цифровые, используются для обнаружения повреждений статора генераторов.

Электроэнергетические предприятия и промышленные предприятия традиционно используют электромеханические и твердотельные реле для защиты синхронных генераторов [3].С появлением цифровых технологий исследователи и конструкторы добились значительного прогресса в разработке систем защиты, основанных на цифровых и микропроцессорных технологиях [4], [5]. Было предложено несколько микропроцессорных алгоритмов обнаружения неисправностей обмотки статора.

[Ссылка-2]

Теория

Дифференциальная защита сравнивает два (или более) тока для определения места повреждения; что фактически делает текущую защиту. По сравнению с другими типами защиты, дифференциальная токовая защита обладает абсолютной избирательностью в том смысле, что она работает разумно только в тех случаях, когда повреждение находится в пределах защищаемой зоны, и не срабатывает вообще, если повреждение находится вне свою зону.Зона дифференциального реле ограничена частью электрической цепи между трансформаторами тока (ТТ), к которой подключено реле. Благодаря такой высокой селективности защиты нет необходимости активировать задержку срабатывания реле, поэтому все дифференциальные реле высокоскоростные. При этом отличительными особенностями дифференциальной защиты являются исключительно высокая селективность и высокая скорость работы.

Дифференциальная защита электрогенератора подразделяется на продольную защиту и поперечную защиту.Первый относится к защите продольных участков одиночных линий (поэтому, конечно, он называется «продольными»), а второй — к защите параллельных линий (сравнивая токи в этих параллельных линиях).

Продольная дифференциальная защита работает по принципу сравнения магнитного замираний и фаз токов, входящих и выходящих из защищаемого участка цепи или элемента. Для обеспечения дифференциальной защиты два трансформатора тока (CT1 и CT2) с одинаковыми коэффициентами трансформации вставляются в цепь на обоих концах защищаемого элемента схемы.Эти C-Ts имеют вторичные соединения, соединенные соединительными выводами, как показано для одной фазы на Рисунке 4. 1.

[Reference-3]

Дифференциальное реле Реле устроено таким образом, что его вторичные обмотки параллельны (соединительные провода трансформаторов тока) с сохранением правильной полярности. Эта схема, основанная на циркуляции токов, была впервые установлена ​​в конце 19 века Мерцем и Прайсом и получила название «дифференциальная схема Мерца-Прайса». Этот фундаментальный принцип лег в основу многих высокоразвитых защитных устройств.Если вторичные токи ТТ CT ₁ и CT ₂ обозначены, соответственно, I ₁ и I ₂ , а положительное направление тока в реле принимается за направление тока I ₁ , при нормальных рабочих условиях на линии AB (здесь и далее векторные значения):

I _REAL = I ₁ -I ₂

Это соотношение действительно в силу того, что Импеданс обмотки реле (обычно реле тока) значительно меньше, чем у вторичных обмоток трансформатора тока, и, следовательно, можно считать, что вторичные токи протекают через соединительные провода и замыкают свой контур через обмотку реле.В идеальном случае при нормальных условиях эксплуатации и в случае внешних коротких замыканий (вне зоны защиты) вторичные токи трансформаторов тока CT ₁ и CT ₂ будут равными по величине и противоположными направлениями. Из-за этого ток не будет течь в цепи дифференциального реле или:

В реальной цепи ток несимметрии будет течь в цепи реле из-за неодинаковой величины токов трансформаторов тока при одном и том же первичном токе.Более подробно этот вопрос будет рассмотрен ниже. Когда короткое замыкание происходит в зоне защиты и питание поступает с одного конца (Рисунок 1.b), по цепи реле проходит ток:

[ Ссылка-4]

Реле затем срабатывают для передачи импульс на отключение автоматического выключателя со стороны питания. Когда короткое замыкание происходит в зоне защиты и питание подается с обоих концов (рисунок 1.c), сумма вторичных токов протекает через реле,

Рисунок: Трехфазный вариант схемы дифференциала защита статора генератора с помощью высокоомных дифференциальных реле.а) защита от замыканий на землю и фазы; (b) Ограниченная защита от замыканий на землю.

Эти токи обычно различаются по величине. Реле в этом случае работает для передачи импульсов для отключения автоматических выключателей на обоих концах поврежденной линии.

Рассматриваемая здесь дифференциальная схема называется «цепью циркулирующего тока» из-за того, что ток непрерывно циркулирует в соединительных выводах этой цепи. Если две идентичные линии электропередачи проходят параллельно от одной подстанции к другой и соединены

с шинами с помощью общего автоматического выключателя, общая защита устанавливается для обеих линий и отключает автоматический выключатель при коротком замыкании на любой из них. одна из строк.Для защиты двух параллельных высоковольтных линий широкого применения реализована защита от поперечного дифференциального тока, основанная на сравнении величины и фазы токов в параллельных линиях (рисунок 2). Как уже было сказано выше, дифференциальная защита применяется не только (или защита сегментов линий, но и для защиты таких важных компонентов системы, как трансформаторы, реакторы, генераторы, распределительные устройства, силовые двигатели и т. Д.) (Рисунок 3.)

[ Ссылка-5]

Дифференциальная защита генератора

Дифференциальная защита — очень надежный метод защиты генераторов, трансформаторов, шин и линий электропередачи от воздействия внутренних неисправностей.Реле, работа которых зависит от превышения тока, менее чувствительны, потому что они не могут правильно отличить условия нагрузки от условий незначительной неисправности. Для преодоления этой трудности используются дифференциальные реле.

Рисунок: Нормальная дифференциальная защита и процентное дифференциальное реле.

Дифференциальное реле — это реле, которое срабатывает, когда разность фаз двух или более одинаковых электрических величин превышает заданное значение.Таким образом, дифференциальное реле тока — это реле, которое сравнивает ток, входящий в секцию системы, с током, выходящим из секции.

В нормальных рабочих условиях два тока равны, но как только возникает неисправность, это условие больше не применяется. Разница между входящим и выходящим токами проходит через рабочую катушку реле. Если эта разница равна или больше значения срабатывания, реле сработает и откроет автоматический выключатель и изолирует неисправный участок.

Реле любого типа при определенном подключении можно заставить работать как дифференциальное реле. Это не конструкция реле, а способ его включения в цепь, что делает его дифференциальным реле.

В схеме дифференциальной защиты на приведенном выше рисунке сравниваются токи на обеих сторонах оборудования. На рисунке показано подключение только для одной фазы, но подобное подключение обычно используется на каждой фазе защищаемого оборудования. В нормальных условиях или при КЗ за пределами защищаемой зоны ток I ₁ равен току I ₂ .Следовательно, токи во вторичной обмотке трансформаторов тока также равны, т.е. i ₁ = i ₂ , и ток через реле тока не течет.

Если повреждение происходит внутри защищаемой зоны, токи I ₁ и I ₂ больше не равны, поэтому i ₁ и i ₂ не равны, и через реле тока протекает ток .

[Reference-6]

Процентные дифференциальные реле

Недостатком дифференциальной защиты по току является то, что трансформаторы тока должны быть идентичными; в противном случае через реле тока будет протекать ток при неисправностях за пределами защищаемой зоны или даже при нормальных условиях.Чувствительность к дифференциальному току из-за ошибок трансформатора тока снижается с помощью процентных дифференциальных реле.

В процентных дифференциальных реле ток от каждого трансформатора тока протекает через сдерживающую катушку. Назначение удерживающей катушки — предотвратить нежелательное срабатывание реле из-за ошибок трансформатора тока. Рабочий ток катушки | i ₁ — i ₂ | Требуемый для отключения — это процент от среднего тока через удерживающие катушки.

Где k — это отношение рабочего тока катушки к току удерживающей катушки. Например, если k = 0,1, рабочий ток катушки должен быть более 10% от среднего тока удерживающей катушки, чтобы реле сработало. Дифференциальное реле процентного соотношения (, электроника, тип ), функции которого заключаются в том, что разница между двумя величинами одинаковой природы превышает фиксированный процент от меньшего количества. Также это известно как реле смещения; реле баланса или дифференциального реле.

[Ссылка -2]

Дифференциальная защита

«Дифференциальное реле реагирует на разность векторов между двумя или более одинаковыми электрическими величинами». Из этого определения известны следующие аспекты:

Дифференциальное реле имеет по крайней мере две исполнительные величины, например I ₁ , I ₂ .

• Две или более исполнительные величины должны быть одинаковыми. То есть Текущий / Текущий.
• Реле реагирует на разность векторов между двумя i.e.- на I ₁ — I ₂ , который включает разность величин и / или фазовых углов.

Дифференциальная защита — это обычно защита агрегата. Защищенная зона точно определяется расположением ТТ или ТН. Разность векторов достигается соответствующими подключениями трансформатора тока или вторичной обмотки трансформатора напряжения.

[ Ссылка-7]

Рабочие характеристики

Характеристики, которые определяют рабочие характеристики: (a) текущая уставка; и (б) время работы.Подробности следующие:

Этот параметр определяет его чувствительность к внутренним сбоям. Нормальный диапазон настройки тока составляет от 10 до 100 процентов номинального тока.

• Рабочие характеристики:

Это зависит от типа реле и величины дифференциального тока

Выражается как , кратное этой настройке тока. Это время варьируется от 25 до

500 мс при двукратном увеличении тока в зависимости от типа реле.

Ограничивающие характеристики

Используются следующие ограничивающие характеристики — одна, две или все три, в зависимости от требований, указанных ниже:

• Устойчивость к внешним повреждениям.
• Стабильность при броске тока намагничивания.
• Устойчивость при броске избыточного возбуждения.

• Устойчивость к внешним сбоям:

Дифференциальное реле может работать неправильно при внешних сбоях из-за C.T. saturation или C.T. несоответствие. В идеале трансформаторы тока с обеих сторон защищаемой секции не должны насыщаться из-за внешних повреждений. Однако из-за разных уровней напряжения, уровней неисправностей, соотношений и производителей трансформаторы тока с одной стороны могут насыщаться и вызывать протекание тока утечки через рабочее реле, что приводит к нежелательной работе.

Идеальное совпадение ТТ на обеих сторонах может оказаться практически невозможным во всех случаях. Кроме того, диапазон переключения ответвлений на защищаемом трансформаторе автоматически приведет к C.Т. несоответствие. Это также может привести к нежелательному срабатыванию при внешних неисправностях.

Для обеспечения стабильности, как указано выше, при внешних сбоях, он снабжен функцией смещения, обычно выражаемой в процентах смещения, определяемой следующим образом:

Обычно предоставляемые настройки смещения варьируются от 5 до 50 процентов в зависимости от конкретного приложения.

Также доступны дифференциальные реле с самосмещением, в которых смещение автоматически регулируется в соответствии с текущим значением. Характеристика этого типа реле такова, что оно имеет высокую чувствительность при низких значениях ограничивающего тока, чтобы гарантировать положительное отключение при легких внутренних повреждениях.Он будет иметь более низкую чувствительность при высоких значениях тока торможения, чтобы позволить трансформаторам тока отклоняться от своего истинного отношения в условиях насыщения, а также для предотвращения работы в условиях сквозного отказа. Характеристика смещения этого типа реле после примерно двукратного увеличения номинального тока представляет собой почти вертикальную линию и не зависит от настройки тока, это называется вилочной характеристикой.

[ Ссылка-7]

• Стабильность пускового тока намагничивания:

Когда первичная обмотка трансформатора подключается к источнику питания, а вторичная обмотка остается разомкнутой, протекает только переходный пусковой ток намагничивания. на первичной стороне, которая проявляется как внутренняя неисправность дифференциально подключенных реле.Современные трансформаторы изготавливаются из холоднокатаной стали со сравнительно низким гистерезисом при намагничивании, пусковой ток может приближаться к уровням короткого замыкания, то есть в 10–12 раз при полной нагрузке с довольно длительными постоянными времени от 40 до 60 секунд. Постоянные времени могут варьироваться от 10 циклов для очень маленьких единиц до одной минуты для очень больших единиц.

Влияние индуктивности источника заключается в уменьшении величины пускового тока за счет уменьшения величины напряжения возбуждения. Постоянная времени затухающего броска тока является функцией общего сопротивления источника плюс сопротивление обмотки трансформатора.Следовательно, трансформаторы рядом с генерирующим источником имеют более длительное явление броска тока, в то время как на подстанциях, удаленных от генерирующих источников, броски тока не столь серьезны, поскольку увеличенные индуктивность и сопротивление линии уменьшают пиковую величину и ослабляют ток.

• Стабильность при перенапряжении при перевозбуждении

С появлением холоднокатаной стали с ориентированной зернистой структурой в производстве трансформаторов современные силовые трансформаторы рассчитаны на работу примерно при 90% плотности потока насыщения при номинальном напряжении. .Следовательно, в ненормальных условиях системы могут возникать кратковременные условия перенапряжения, приводящие к насыщению сердечников трансформатора, вызывая увеличение тока возбуждения трансформатора от 10 до 100 раз по сравнению с нормальным значением для повышения напряжения от 20 до 30 процентов. Это проявляется как внутренняя неисправность дифференциального реле. Иногда некоторые производители предусматривают дополнительные ограничения, и это будет описано позже.

[ Ссылка-7]

Базовый блок

Характеристики и характеристики

Стандартное оборудование

• Модульная конструкция с автоматическим коротким замыканием C.T.-input
  • Обработка сигналов и данных в отдельном цифровом сигнальном процессоре (32 выборки за цикл)
  • Цифровая фильтрация измеренных величин
  • Три возможности настройки параметров и вызова данных:
  • Клавиатура и дисплей
  • Интерфейс RS232 на на передней панели (ноутбук)
  • Интерфейс RS485 для интеграции в системы управления на задней панели
  • Защитная блокировка, предотвращающая настройку параметров одновременно различными способами
  • Расширенная внутренняя проверка достоверности измененных параметров
  • Регистратор событий для записи системных сообщений
  • Регистратор отказов для записи измеренных данных о неисправностях
  • Четыре независимых программируемых набора параметров
  • Энергонезависимая память для наборов параметров, событий и данных о неисправностях
  • Индикация измеренных рабочих значений и результирующих величин
  • Автоматические самодиагностики с широким диапазоном значений
  • Малое реле размером
  • Thr ee возможности для сброса реле
  • Индикация функции реле оптически или через отдельное реле самоконтроля
  • Все интерфейсы данных гальванически изолированы
  • Выбор номинальной частоты: 50 Гц / 60 Гц

[Ссылка-2]

Функции, которые может программировать пользователь

• Защита и системные параметры
• Фиксированное положение или минимальная длительность сигнала для каждого из выходных реле

Дифференциальная защита генератора

• Стабилизация от ошибок измерения ТТ
•  Отсутствует полная блокировка дифференциального элемента, а только снижена чувствительность. Независимый дифференциальный элемент с высокой уставкой для тяжелых неисправностей

Дифференциальные реле с высоким импедансом

Самая простая конструкция этого типа — так называемая «высокая» импедансные дифференциальные реле »us ed для защиты сосредоточенных объектов, таких как распределительное устройство, шины, генераторы, реакторы и силовые двигатели.Для применения этих реле требуются следующие ограничения на трансформаторы тока:

Все трансформаторы тока в дифференциальной цепи должны иметь одинаковое соотношение.

• Все трансформаторы тока должны работать с полной обмоткой (т. Е. Соединения ответвлений должны быть особо учтены).
• Уровни тока на входе и выходе объекта защиты должны быть эквивалентными.
• Никакое другое оборудование, включая никакие другие типы защитных устройств, не может быть подключено к трансформатору тока, используемому для высокоомных дифференциальных реле.

Как уже упоминалось выше, в условиях внешнего повреждения, если ТТ не имеет ошибки, ток во вторичной обмотке ТТ в поврежденной линии равен и противоположен векторной сумме токов во вторичной обмотке оставшегося ТТ в та же фаза. В реле нет тока, и напряжение, которое появляется в точках параллельного подключения, равно нулю. К сожалению, в условиях неисправности трансформаторы тока не всегда работают идеально, поскольку насыщение сердечника может вызвать нарушение соотношения.Такое насыщение сердечника обычно является результатом переходного процесса постоянного тока в токе первичного замыкания и может усугубляться остаточным магнитным потоком, оставшимся в сердечнике из-за предыдущего замыкания.

Наихудшее состояние несимметричных вторичных токов реализуется, когда ТТ в неисправной цепи полностью насыщен, и ни один из других ТТ не страдает пониженным коэффициентом. В этом случае вторичная обмотка насыщенного трансформатора имеет импеданс, практически равный его сопротивлению постоянному току, поскольку реактивным сопротивлением утечки полной s-защитной оболочки тороидально намотанного ТТ можно пренебречь, и вторичный ток будет протекать через насыщенный ТТ, равный сумме вторичных токов в оставшихся параллельно включенных как, за вычетом тока через реле с высоким сопротивлением, которым можно пренебречь.Таким образом, максимальное напряжение на реле в условиях внешнего повреждения будет падением сопротивления теоретического вторичного тока, протекающего через выводы и вторичную обмотку насыщенного ТТ в неисправной линии.

Очевидно, что в условиях внешнего повреждения не может быть более высокого напряжения, чем это, поскольку либо уменьшение коэффициента передачи любого из других ТТ, либо отвод тока через реле уменьшит ток через насыщенную вторичную обмотку трансформатора.Независимо от того, какое вторичное напряжение генерируется магнитным потоком в сердечнике насыщенного ТТ, это также снижает напряжение в точках параллельного подключения. Поэтому, чтобы предотвратить неправильную работу при экстремальных значениях внешних неисправностей, необходимо только установить срабатывание реле выше этого максимального напряжения сквозного короткого замыкания4, которое можно легко рассчитать по сопротивлению проводов ТТ и этого режима. , чего достаточно для срабатывания реле. С одной стороны, эти сопротивления эффективно ограничивают напряжение во вторичных цепях ТТ при использовании высокоомного дифференциального реле (рисунок 4), а с другой стороны, они обеспечивают срабатывание реле, шунтируемого этим сопротивлением, при определенном напряжении. уровень.

Рабочим элементом такого высокоомного дифференциального реле является реле напряжения. Многие компании выпускают такие реле как электромагнитного, так и электронного типа. [Ссылка-2]

Рисунок: Схема подключения для высокоомного дифференциального реле.

Дифференциальные реле со смещением

В современных энергосистемах трансформаторы с номинальной мощностью более 1000 кВА защищены от внутренних коротких замыканий с помощью дифференциальной защиты.В основе этой формы защиты лежит дифференциальное реле, в котором ток на первичной и вторичной сторонах защищаемого трансформатора сравнивается по величине и соотношению фаз. [Ссылка-2]

Рисунок: Типичные характеристики смещения процентного дифференциального реле.

В нормальном режиме работы соотношение между первичным и вторичным токами является постоянным в любой момент, за исключением намагничивающего тока, который появляется на одной стороне, но составляет лишь несколько процентов от номинального тока трансформатора, в зависимости от коэффициент трансформации трансформатора.Фазовое соотношение между двумя токами фиксируется векторной группой трансформатора. При возникновении короткого замыкания внутри защищаемой зоны, ограниченного расположением трансформаторов тока, необходимых для подключения дифференциальной защиты на стороне высокого и низкого напряжения трансформатора, этим соотношением токов и, в некоторых случаях, их соотношением фаз, нарушен Несбалансированный ток может быть оценен непосредственно как критерий неисправности. Дифференциальное реле реагирует на этот ток, замыкая свои отключающие контакты, в результате чего размыкаются автоматические выключатели на стороне высокого и низкого напряжения трансформатора.

Даже в нормальных рабочих условиях появляются несбалансированные токи (токи утечки), величина которых зависит от индивидуального соотношения и фазовых угловых погрешностей используемых ТТ

. Обычно они увеличиваются при увеличении нагрузки на трансформатор. Они достигают особенно высоких значений, когда из-за КЗ за пределами защищенной зоны трансформаторы тока имеют тенденцию насыщаться; а также в случае трансформаторов с переключением ответвлений, когда (как обычно) ТТ не регулируются при изменении коэффициента трансформации мощности.Чтобы компенсировать эти влияния, дифференциальное реле стабилизировано, то есть реле получает характеристику, в основном аналогичную показанной на рисунке 12.13. Он показывает небалансный (дифференциальный) ток I ₄ , необходимый для срабатывания дифференциального реле, по отношению к циркулирующему току I. Иными словами, увеличение циркулирующего тока приводит к снижению чувствительности реле к дифференциальному току,

При низких значениях кривая циркулирующего тока не поднимается круче, чем это необходимо с учетом перелива, и меняет наклон только тогда, когда циркулирующие токи таковы, что они приближаются к насыщению.

В ранних электромагнитных дифференциальных реле (например, QS4 производства AEG) сравнение векторных сумм:

И разности векторов:

Рисунок: Принципиальная схема электромагнитного процентного дифференциального реле Тип QS4.

Общий идеальный вид

Дифференциальная защита — это строгая селективная защита объекта, основанная на принципе измерения тока на входе и выходе защищаемого объекта.В зависимости от используемого метода заземления нейтраль также может быть включена в измерения и балансировку.

Область между входными и выходными ТТ объекта классифицируется как зона защиты, контролируемая реле. В зону защиты также входят трансформаторы тока и провод подключения трансформатора тока к реле. [Ссылка-2]

Рисунок: Определение зоны защиты

Реле постоянно проверяет, соответствуют ли входящие токи обмотки соответствующим выходным токам.Если баланс токов проводников показывает разницу, это может указывать на неисправность в зоне защиты.

Следует отметить, что:

Двигатели и генераторы должны управляться от дифференциальной защиты таким же образом. Основная цель дифференциальной защиты — различать ошибки, возникающие внутри (внутри) или вне (снаружи) зоны защиты, поскольку при внутренних повреждениях реле дифференциальной защиты должно срабатывать, но не при внешних повреждениях.

Внешняя неисправность

Во время короткого замыкания в сети ток короткого замыкания протекает через генератор. Разница между входящим и исходящим токами всех клемм генератора мала (в идеальных случаях = ноль) I1-I2 = 0. Реле дифференциальной защиты не срабатывает (отключение в таких случаях, вероятно, должно осуществляться реле максимального тока) .

[Ссылка-2]

Внутренняя ошибка

Когда происходит внутренняя ошибка, баланс тока меняется.В зависимости от типа повреждения может наблюдаться дефицит суммы входящих токов. Например, короткое замыкание обмотки может быть запитано с двух сторон, даже если с разной интенсивностью. Но это короткое замыкание не проходит через генератор; он подается с обеих сторон в генератор. Таким образом, текущий баланс показывает разницу.

Рисунок: Внутренняя неисправность (пример короткого замыкания с двух сторон)

Из-за выбранного направления контрольной стрелки ток I2 протекает здесь в отрицательном направлении.

Дифференциальные реле обнаруживают разность токов I1-I2 = Id и срабатывают, когда Id превышает установленный порог. В первом приближении этот идеализированный взгляд применим только к стационарным состояниям. На самом деле другие эффекты, особенно ошибки ТТ, могут привести к увеличению установленной разности токов, даже если нет внутренней неисправности. В таких случаях по ошибке сработает простое статическое дифференциальное реле, и для предотвращения этого должны быть приняты меры по стабилизации. Возможные источники ошибок измерения систематичны и могут быть должным образом приняты во внимание.Стабилизация реле всегда означает действие, делающее реле более нечувствительным.

Фундаментальный анализ Коэффициенты искажения для измерения дифференциального тока:

• Погрешности измерения угла и значения используемых трансформаторов тока
• Недостаточное согласование номинальных данных трансформатора тока с номинальными данными генератора этими факторами вызывает ток короткого замыкания, который в основном зависит от ток смещения. Этот ток повреждения измеряется как дифференциальный ток, хотя неисправность генератора не обязательно должна иметь место.Когда ток срабатывания установлен на очень чувствительное значение, каждый из этих факторов может вызвать непреднамеренное отключение. С увеличением тока смещения ток срабатывания должен корректироваться в сторону увеличения. Следующая характеристика срабатывания (точная характеристика) дает подробное исследование отдельных факторов повреждения и результирующего тока повреждения.

На рис. 4.10 показана зависимость ожидаемого тока короткого замыкания от характеристики отключения. В случае реальной неисправности измеренный дифференциальный ток превышает ток смещения, вызванный условиями эксплуатации.Следовательно, характеристика срабатывания должна превышать характеристику тока смещения на требуемое значение чувствительности.

Точный курс может быть аппроксимирован упрощенной характеристикой, состоящей из двух линейных участков (I и II). Чем выше начинается характеристика, тем выше допустимый дифференциальный ток. Если характеристика начинается с очень низкой точки, это означает максимальную чувствительность. Если характеристика срабатывания ниже характеристики смещения, систематические эффекты могут вызвать непреднамеренные отключения. [Reference-8]

Рисунок: Типичная характеристика срабатывания (без учета переходных процессов)

Расчет дифференциального тока и тока стабилизации, возникающих в результате основного колебания (тока системы прямой последовательности фаз), дает точка на характеристике. Если эта точка находится в пределах диапазона отключения, срабатывает выходное реле.

Процедура отключения

Программа защиты постоянно проверяет измерения, которые обеспечивает DSP (процессор цифровых сигналов).Когда DSP выдает новый дифференциальный ток, задача защиты проверяет, находится ли он в пределах пределов отключения. В этом случае реле находится под напряжением. Отключение происходит, когда рассчитанный разностный ток три раза подряд выходит за пределы срабатывания. Чтобы предотвратить слишком быстрый сброс состояния под напряжением, запрограммирован гистерезис 75%. Это означает, что вновь рассчитанный разностный ток должен быть меньше 75% от текущего характеристического значения срабатывания для сброса состояния под напряжением.Общее время срабатывания реле менее 35 мс. [Ссылка-3].

Выводы:

В данной статье был представлен цифровой дифференциальный метод для обнаружения внутренних неисправностей обмотки статора генератора. Программное обеспечение ATP-EMTP использовалось для генерации данных о неисправностях и затем обрабатывалось в MATLAB для получения векторов тока основной частоты. Эти текущие векторы на обоих концах вычисляются с использованием алгоритма рекурсивного дискретного преобразования Фурье. Векторы тока на обоих концах обмоток статора используются в дифференциальном алгоритме для реализации релейной логики.Представлены результаты тематических исследований одиночных замыканий на землю и между линиями.

Результаты тематического исследования показывают, что используемый метод правильно распознает внутренние и внешние повреждения обмотки статора. Результаты применимы и к другим внутренним несимметричным неисправностям.

Ссылка:

1. М. С. Сачдев, Д. В. Винд, «Дифференциальная защита генератора с использованием гибридного компьютера», IEEE Trans. Система силовых аппаратов , ПАС-92 (1973) 2063-2072.

2. http://www.wikipedia.org.

3. Сачдев М.С. (координатор) «Микропроцессорные реле и системы защиты», текст учебного курса IEEE, Special Publ. № 88 EH0269-1-PWR, IEEE, Piscatway, NJ, USA, 1988.

4. К. Дж. Мозина, Учебное пособие IEEE по защите синхронных генераторов, Учебный курс IEEE, Специальная публикация IEEE Power Engineering Society, No. 95 TP102, 1995.

5. «Руководство по применению защитных реле», The English Electric Company Limited, Relay Division, Stafford, 1975.

6. Габриэль Бенмуял, Серж Барселу и Роллан Пеллетье, «Полевой опыт использования цифрового реле для синхронных генераторов», IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 7, вып. 4, October 1992.

7. http: // www. google.com.

8. (I) http://www.wikipedia.org/w/index.php?title=Special%3ASearch&redirs=1&search=internal+fault+of+generator&fulltext=Search&ns0=1 (II) «Руководство по применению реле защиты. , ”The English Electric Company Limited, Relay Division, Stafford, 1975.

.