книги / Тяговые подстанции городского электрического транспорта

и обеспечивает мгновенное отключение, но обычно защищает не более 80% длины линии. Поэтому для мгновенного отключения поврежденного участка часто применяют так называемые диф­ ференциальные защиты, которые подразделяются на продоль­ ные и поперечные.

Действие продольных дифференциальных защит основано на сравнении величины и фазы токов в начале и в конце линии.

Поперечные дифференциальные защиты применяются на параллельных линиях с одинаковыми их сопротивлениями и ра­ ботают на принципе сравнения величины и фазы токов, проте­ кающих по обеим параллельным линиям.

Продольные дифференциальные защиты выполняются в двух принципиально отличных вариантах: с циркулирующими тока­ ми и с уравновешенными напряжениями.

Продольная дифференциальная защита с циркулирующими токами применяется в основном для защиты коротких линий и установок длиной до нескольких сотен метров. Для длинных линий (ПО и 35 кв) эта защита применяется со специальным ре­ ле РДЛ (реле длинных линий) и соединительными контрольны­ ми проводами нормального сечения.

Защита выполняется на оперативном постоянном или пере­ менном токе.

Схема с уравновешенными напряжениями менее удобна, чем схема с циркулирующими токами, поэтому она не получила ши­ рокого распространения.

Применение дифференциальной продольной защиты с цирку­ лирующими токами для защиты генератора показано на рис. 69-1. В схеме применяются трансформаторы тока с одина­ ковым коэффициентом трансформации, поэтому при внешнем коротком замыкании (/С2) в токовом реле будет циркулировать разность токов. Ввиду неравенства погрешностей трансформа­ торов тока эта разность тока может быть больше нуля, она но­

применяют специальные трансформаторы тока, в обозначении типа которых включена буква Д, например ТПФМД-10. У транс­ форматоров тока, предназначенных для дифференциальных за­ щит, обеспечивается совпадение характеристик и способность стали сердечника не насыщаться при широких пределах изме­ нения сквозного тока к. з.

При внутренних коротких замыканиях в обмотках статора генератора (/Ci) ток пройдет только через трансформатор тока 7УЬ в результате токовое реле сработает и отключит генератор.

Аналогичным образом работает продольная дифференциаль­ ная защита трансформатора Тр (рис. 69-2). Чтобы дифференци­ альная защита трансформаторов имела меньший ток небаланса, коэффициенты трансформации трансформаторов тока ТТ\иТТ2>

установленных на стороне высшего и низшего напряжений, долж­ ны иметь равные вторичные токи.

В дифференциальных защитах трансформаторов важную роль играет схема соединений обмоток на высшей и низшей сто­ ронах. Если схемы соединений обмоток силового трансформатора одинаковы, то и схемы вторичных обмоток трансформатора тока должны быть одинаковыми. Если же высшая обмотка, напри­ мер, будет соединена в звезду, а низшая в треугольник, то при

одинаковом соединении вторичных обмоток трансформатора то­ ка токи, протекаемые в реле, будут сдвинуты по фазе на 30 эл. град. Для компенсации сдвига токов по фазе вторичные обмотки трансформаторов тока на стороне обмоток силового трансформатора, соединенных в звезду, собираются в треуголь­ ник, а при соединении в треугольник силового трансформато­ ра— в звезду.

В схемах дифферёнциальной защиты шин комплекты транс­ форматоров тока устанавливают на всех подходящих и отходя­ щих линиях (рис. 69-3). При этом коэффициенты трансформа­ ции всех трансформаторов тока должны быть одинаковыми вне зависимости от рабочих токов линий. Принцип работы диффе­ ренциальной защиты шин аналогичен защите генераторов и трансформаторов.

Поперечные дифференциальные защиты параллельных линий подразделяются на: 1) дифференциальные токовые; 2) диффе­ ренциальные направленные и 3) балансные токовые защиты, последние применяются в основном в сетях с напряжением

35кв.

Дифференциальная поперечная токовая защита применяется

для защиты параллельных (сдвоенных) линий, когда обе линии присоединяются к сборным шинам через один выключатель (рис. 69-4,а, б).

Рис. 69-3. Продольная дифференциальная защита шин

Трансформаторы тока, устанавливаемые в фазах линий, должны иметь одинаковый коэффициент трансформации. Вто­ ричные обмотки трансформаторов одноименных фаз включаются по дифференциальной схеме с циркуляцией токов. Такую схему соединения называют токовой восьмеркой.

В нормальном режиме или при токе к. з. во внешней линии токи в каждой из параллельных линий практически равны, по­ этому ток в реле

Если коэффициенты трансформации трансформаторов тока и токи в обеих линиях равны, ток реле равен нулю.

Поскольку защита не реагирует на нагрузку и на внешние короткие замыкания, она может быть мгновенного действия и не нуждаться в отстройке от токов нагрузки. Необходимо лишь отстроиться от тока небаланса, который может возникнуть

вследствие некоторого различия в сопротивлениях линий и коэф­ фициентах трансформации.

Если осуществляется одностороннее питание, то при корот­ ком замыкании в одной из линий достаточно отключить выклю­ чатель лишь со стороны шин питания и установить дифференци­ альную токовую защиту лишь со сторону шин питания.

При отключении одной из сдвоенных линий небаланс токов в дифференциальном реле превысит ток срабатывания и защи­ та, отключив выключатель, нарушит нормальную работу. Для

Рис. 69-4. Дифференциальная поперечная защита сдво­ енной линии:

а — принципиальная схема; б — схе.\га включения реле на опера­ тивном постоянном токе

устранения этого защита при одиночной работе одной из сдво­

зависит от точки короткого замыкания. Если точка К\ короткого замыкания будет расположена слишком близко к шинам на дальнем конце линии, то сопротивление обеих линий до точки короткого замыкания будет близким и дифференциальная защи­ та на головном участке не сработает. Если короткое замыкание произойдет в точке К2, достаточно близкой к шинам головного

Для уменьшения мертвой зоны необходимо уменьшить ток сра­ батывания реле, а это зависит от величины тока небаланса при внешних коротких замыканиях. Определение мертвой зоны диф­ ференциальной поперечной защиты можно произвести на осно­ вании следующих соображений.

Согласно принципиальной схеме (см. рис. 69-4, а) падение напряжения в линии до точки короткого замыкания К\

Например, при токе срабатывания реле / ср = 1 а, коэффици­ енте трансформации трансформаторов тока krr =200/5 и токе короткого замыкания / к =4000 а мертвая зона составит

Согласно ПУЭ предельная мертвая зона не должна быть бо­ лее 10% длины защищаемой линии.

К достоинствам рассматриваемой дифференциальной защиты относятся простота устройства и быстрота действия. Недостат­ ками являются: 1) наличие мертвой зоны; 2) возможность при­ менения сдвоенных линий только при одинаковом их сопротив­ лении; 3) необходимость дополнения максимальной токовой за­ щитой для защиты от внешних коротких замыканий и перегру­ зок, а также для защиты одной работающей линии; 4) наличие одного общего выключателя для двух линий, вследствие чего подобная схема может применяться лишь в случае, если шины тяговой подстанции, кроме сдвоенной линии, имеют еще другой источник питания.

Дифференциальная направленная поперечная защита приме­ няется также для двух параллельных линий, но каждая из па­ раллельных линий присоединена к шинам через свой выключа­ тель (рис. 69-5).

Так как защита устанавливается на обоих концах линий, то при коротком замыкании один из кабелей отключается двумя выключателями, а другой остается в работе. В этом существен­ ное преимущество направленной поперечной защиты перед поперечной токовой.

Селективность отключения в дифференциальной поперечной направленной защите осуществляется применением реле направ­ ления мощности. На рис. 69-5,6 изображена такая защита на

Рис. 69-5. Дифференциальная поперечная направленная защита:

а — принципиальная схема; б — схема включения реле на оперативном перемен­ ном токе

оперативном переменном токе с промежуточным реле РП-341. Так же как и в дифференциальной поперечной токовой за­ щите, короткое замыкание вблизи шин противоположного конца линии может не вызвать отключения выключателя вследствие небольшой разности токов. В этом случае при дифференциаль­ ной направленной защите имеет место так называемое каскад­

ное действие.

Например, при коротком замыкании в точке К (рис. 69-5, а) h —lu «О, поэтому выключатель В2 отключиться не может. Но

Подобное каскадное отключение выключателей нежелательно вследствие удваивания времени отключения короткого замы­ кания.

Дифференциальная поперечно направленная защита может правильно действовать лишь при параллельной работе линий. Поэтому, если одна из линий отключается, то дифференциаль­ ная защита работает в ненормальном режиме и должна быть отключена. Это осуществляется обычно* автоматически размы­ канием оперативной цепи блок-контактами масляных выключа­ телей МВХ и МВ2 (рис. 69-5,6). Но автоматическая блокировка защиты с выключателями может быть произведена лишь на каж­ дой из подстанций в отдельности. Сблокировать защиту подстан­ ции П-1 с выключателями токовой подстанции Т-1 практически невозможно. Поэтому при оперативном отключении какой-либо линии с одного конца со стороны противоположного конца неко­ торое время защита остается в работе, хотя в одной из линий ток и отсутствует. Исходя из этого случая, ток уставки токового реле дифференциальной защиты выбирают не из условия тока небаланса, а из условия

срабатывания токовых реле и по мощности срабатывания реле направления мощности с учетом посадки напряжения.

Мертвая зона, обусловленная током срабатывания пусковых токовых реле, определяется так же, как и для поперечной токо­ вой защиты. Но в направленной защите при коротком замыка­ нии в мертвой зоне произойдет каскадное отключение. С учетом каскадного отключения мертвая зона при направленной защите допускается с каждой стороны линии до 25% ее длины. Когда необходимо уменьшить мертвую зону или отказаться от каскад­ ного отключения, применяют блокировку с реле минимального напряжения.

Мертвые зоны органа направления мощности обусловливают­ ся током и напряжением. Мертвая зона по току расположена у противоположного конца линии, а по напряжению — вбли­ зи шин.

Мертвая зона по току, так же как и мертвая зона пусковых органов, не должна быть более 25% длины линии, так как в этом случае возможно каскадное отключение. Мертвая зона по на­ пряжению исключает каскадное отключение, поэтому не должна превосходить 10% длины линии.

Мертвую зону для реле направления мощности, включенных по 90-градусной схеме и установленных на стороне питания, определяют из следующего уравнения:

[обозначения величин в приведенной формуле см. на рис. 69-5, а и в выражении (68-3)].

Решение уравнения (69-4) дает два положительных значения корней. Меньшее значение /2т —это длина мертвой зоны по току, расположенная с противоположной стороны участка. Большее значение /2„ позволяет определить мертвую зону /„ по напря­

Мертвая зона для реле направления мощности, установлен­ ного на приемном конце (тяговая подстанция Т-1, см. на рис. 69-5,а), определяется аналогичным образом. Но поскольку входящие в выражение (69-4) величины могут быть иного зна­ чения, мертвая зона по напряжению и току может отличаться.

Пример 69-1. Определить длину мертвой зоны для реле направления мощ­ ности на стороне тяговой подстанции Т-l (см. рис. 69-5, а).

тельные. Для этого случая применяем тригонометрическое решение уравнения, в котором

Получим следующие корни уравнения: /21=4,96; /22= —2,9; /23= 0,07. Таким образом, мертвая зона по току /2т = 0,07 км,, или

/2T= WZ.100 = 1,4%.