На основе принципов, изложенных в гл. 5 и в [18], в Рижском политехническом институте совместно с ВГП и НИИ «Энергосетьпроект» (г. Москва) разработана ПДТЗ, в равной мере пригодная как для двухконцевых линий, так и для линий с ответвлениями [12]. Защита выполнена по схеме с циркулирующими токами и ориентирована на работу с телефонным кабелем марок ТЗБ и ТЗСБ. Структурная схема защиты приведена на рис. 7.16.
Так как защита односистемна, то для преобразования трехфазной системы токов в однофазную применен активно-индуктивный фильтр типа h+kh с отрицательным коэффициентом k. Комплекты защиты устанавливаются на всех концах линии. Каждый комплект соединяется с проводами ЛС через изолирующий трансформатор TVL. Измерительный орган ЕА представляет собой схему сравнения напряжений Up (рабочего) и Uт (тормозного) по абсолютному значению.
Рис. 7.16. Структурная схема УДЗЛ
Рабочее напряжение снимается с уравновешенного при внешнем КЗ моста, плечами которого являются источники напряжений U1 и U2, сопротивление элемента компенсации УК и входное сопротивление закороченных в месте разветвления проводов ЛС с учетом сопротивления элемента настройки параметра В. Тормозное напряжение, пропорциональное току в ЛС, снимается с вторичной обмотки промежуточного трансформатора тока TAL. Реагирующий орган срабатывает, если Up≥kTUT, где kT — коэффициент торможения.
Рис. 7.17. Схема цепей переменного тока
Устройство контроля исправности проводов линии связи AS выводит защиту из действия (блокирует) при их неисправности (обрыве и замыкании). Устройство контроля изоляции АК сигнализирует о появлении такой несимметрии проводов ЛС относительно земли (оболочки кабеля), при которой защита может ложно сработать при внешнем КЗ на землю под влиянием ЭДС, наведенной в проводах токами нулевой последовательности. При появлении такого сигнала защита может быть выведена из действия персоналом.
Узел ограничения DS определяет максимальное напряжение на ЛС при КЗ в зоне защиты. При внешних КЗ напряжение не доходит до порога ограничения и характеристики защиты остаются линейными во всем диапазоне изменения тока.
Выполнение отдельных узлов и органов защиты. Цепи переменного тока (рис. 7.17). Первичные обмотки трансформатора комбинированного фильтра имеют отводы, рассчитанные на максимальный вторичный ток 50, 100 и 150 А (в пятиамперном исполнении). Ток срабатывания защиты при переключении отводов трансформатора изменяется в отношении 1:2:3. Устройство компенсации падения напряжения на сопротивлении проводов ЛС представляет собой регулируемое комплексное сопротивление (R80—R85, С15). Резисторами R82 и R83 устанавливается нужное значение реактивной составляющей эквивалентного сопротивления, а резисторами R80 и R81 регулируется активная составляющая. Компенсация осуществляется в режиме, эквивалентном внешнему короткому замыканию, т. е. при закороченной ЛС в месте ее разветвления (для двухконцевой линии — в середине линии связи). Резисторы R84 и R85 служат для выравнивания параметров В четырехполюсников при различной длине лучей ЛС.
Стабилитроны VD16 и VD17 ограничивают напряжение на ЛС при КЗ в зоне защиты до расчетного значения.
Со вторичных обмоток промежуточного трансформатора тока TAL снимается тормозное напряжение Uт и напряжение Uб, используемое для запуска блокировки (СКВ).
Сравнение Up и Uт в измерительном органе может быть выполнено как по схеме с циркулирующими токами, так и по схеме с уравновешенными напряжениями. В опытном образце защиты, выполненной в соответствии с излагаемым принципом, предпочтение отдано схеме с уравновешенными напряжениями, так как при этом меньше нагружается элемент компенсации. Напряжения Up и Uт выпрямляются с помощью трехфазных мостовых выпрямителей с использованием расщепления. При применении более простых схем выпрямления чувствительность защиты становится зависимой от угла между векторами рабочего и тормозного напряжений.
Несрабатывание защиты при внешних КЗ с любым распределением тока между концами линии (в том числе и при токе со стороны ответвления, равном нулю) достигается с помощью блокировки (КВ), разрывающей цепь протекания тока контроля. Блокировка действует при одновременном выполнении двух условий: несрабатывания реагирующего органа комплекта защиты и достижения током данного конца линии значения (контролируется по напряжению Uб), превышающего максимальный рабочий ток с учетом перегрузки. Обычно устройство блокировки работает на конце ВЛ, где протекает суммарный ток. Этого достаточно для срабатывания устройств контроля исправности проводов ЛС на всех концах и вывода из действия всех комплектов защиты. Для четкого блокирования защиты на выходе каждого комплекта должна иметься задержка по времени, учитывающая время разрыва цепи постоянного тока контроля контактом реле блокировки, время изменения тока до уставки срабатывания устройства контроля и собственное время действия устройства контроля.
Рис. 7.18. Схема устройства контроля проводов ЛС
Контроль исправности проводов AS ЛС основан на измерении постоянного тока в цепи ЛС (рис. 7.18). В защите с компенсацией опасен как обрыв проводов ЛС, так и их замыкание, так как компенсация расстраивается в обоих случаях. Поэтому устройство контроля реагирует как на уменьшение, так и на увеличение тока контроля. На линии с ответвлениями такая работа устройства контроля необходима еще и потому, что при обрыве проводов на одном из приемных концов ток контроля на питающем конце уменьшается, а на неповрежденных приемных концах возрастает.
Относительное изменение тока контроля при обрыве проводов приемного конца невелико и зависит от соотношения сопротивлений постоянному току питающего и приемных концов. Наибольшее изменение тока контроля имеет место при
где п — число концов линии.
Регулировка сопротивления приемных концов с целью выполнения указанного равенства осуществляется резисторами R59.
При таком соотношении сопротивлений обрыв проводов на приемном конце приводит к уменьшению тока контроля на питающем конце и увеличению его на каждом из неповрежденных приемных концов в
раз.
Например, для трехконцевой линии (п=3) ток меняется в √2 раз. Этим же определяется и необходимая чувствительность устройства контроля.
В данной защите вместо разделительных конденсаторов установлены резонансные LC-фильтры (см. гл. 5), настроенные на частоту первой гармоники (L2, С6). При этом переменный ток, пропорциональный напряжению на сопротивлении фильтра, ответвляется в цепь контроля. Для уменьшения в токе контроля составляющей первой гармоники используется фильтр-пробка L4, С16. Фильтр L3, С7 служит для уменьшения третьей гармоники.
С резистора R57 снимается постоянное напряжение, пропорциональное току контроля. Это напряжение сравнивается со стабилизированным напряжением, снимаемым с резисторов R53, R54. Схема настраивается так, что при номинальном токе контроля оба сравниваемых напряжения одинаковы, а напряжение на выходе моста VS4 равно нулю. Отклонение тока контроля от номинального значения в любую сторону приводит к появлению небаланса одинаковой полярности. Резистор R55 предназначен для регулировки ширины зоны нечувствительности устройства контроля.
Контактами реле 1К разрывается цепь тока контроля при действии блокировки AS во время внешних КЗ. Время блокировки защиты после снятия запускающего сигнала желательно продлить до успокоения переходных процессов, связанных с отключением внешнего короткого замыкания. Опыты показали, что если деблокировка защиты происходит раньше, чем затухнет переходный процесс, то защита кратковременно срабатывает. В то же время запоминающее устройство не должно действовать от возможного кратковременного срабатывания устройства контроля ЛС из-за переходного процесса при включении на КЗ в зоне защиты.
Защита питается постоянным током от блока питания, подключенного к трансформаторам тока защищаемой линии и к линейному или шинному трансформатору напряжения. Блок питания обеспечивает нормальное напряжение на выходе при питании только по цепям тока уже при 5А (в пятиамперном исполнении), что гарантирует работу защиты при включении линии на КЗ со значительным снижением напряжения.
Ток срабатывания защиты при работе ее на трехконцевой линии при трехфазном КЗ и питании места повреждения только с одного конца равен ЗА (в пятиамперном исполнении). При работе защиты на двухконцевой линии ток срабатывания уменьшается в 1,5 раза.
Устройство контроля исправности ЛС выводит защиту из действия, если ток контроля увеличивается или уменьшается больше чем на 20 % его номинального значения.
Рис. 7.19. Тормозные характеристики защиты УДЗЛ
Устройство контроля изоляции проводов ЛС срабатывает, если сопротивление изоляции провода относительно земли становится меньше 250 кОм. При такой чувствительности контроля изоляции не требуется принятия специальных мер для отстройки защиты от ложного срабатывания под влиянием ЭДС, наводимых токами нулевой последовательности.
На рис. 7.19 приведены экспериментально полученные тормозные характеристики защиты для одного возможного токораспределения при внешнем коротком замыкании на трехконцевой линии с длиной каждого ответвления 10 км.
Технические характеристики защиты. Защита предназначается в качестве основной для двухконцевых ВЛ длиной до 30 км и трехконцевых линий при длине линии связи каждого конца до места разветвления до 10 км. Параметры линии связи: R0=70 Ом/км, С0=0,05 мкФ/км. Характеристики, представленные на рис. 7.19, сняты при коэффициенте фильтра k=—4 и угле сдвига между векторами токов I1 и I2+I3, равном ±25°. Все три комплекта срабатывают при одинаковых условиях, поэтому их состояние отражается одной характеристикой.
Время срабатывания защиты при работе ее на трехконцевой линии значительно увеличивается из-за необходимости введения задержки на время, большее времени действия блокировки, и равно 80 мс. При установке защиты на двухконцевой линии блокировка остается для предупреждения ложного действия при отключении внешних КЗ, но задержка защиты уменьшается. В этом случае время срабатывания защиты равно 40 мс.
Максимальное напряжение между проводами линии связи 400 В.
Защита установлена в системе Днепрэнерго.