Продольные дифференциальные защиты линий с проводными каналами связи - Принцип действия и классификация ПДЗ с ЛС

Глава первая
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОДОЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ВЛ С ПРОВОДНОЙ ЛИНИЕЙ СВЯЗИ
1.1. Принцип действия и классификация ПДЗ с ЛС
Принципиальная возможность выполнения ПДЗ легко доказывается путем рассмотрения наиболее характерных режимов работы (рис. 1.1): коротких замыканий (КЗ) в зоне защиты и за ее пределами [1]. Пренебрегая в первом приближении влиянием дестабилизирующих факторов (погрешности трансформаторов тока, параметры ЛС и пр.), получаем при внешнем КЗ:—
При КЗ в зоне защитыСо
ответственно ток в дифференциальном реле KAW при внешнем КЗ
а при КЗ в зоне защиты

Условие равновесия схемы при внешнем КЗ (Ikaw= 0) может быть получено как при согласном, так и при встречном включении ЭДС преобразователей тока. В зависимости от этого возможны две схемы ПДЗ: с циркулирующими токами и с уравновешенными напряжениями. С принципиальных позиций обе схемы равноценны.
Отличительной особенностью схемы с циркулирующими токами является малое напряжение между проводами ЛС в рабочих режимах и при внешних КЗ. Это позволяет выполнять характеристики преобразования элементов схемы и всей защиты в целом линейными без риска превысить напряжение, опасное для прочности изоляции кабеля, с помощью которого выполняется ЛС. Линейность характеристик ПДЗ является обязательным условием для применения ее на линиях с ответвлениями. Поэтому схема с циркулирующими токами получила на практике большее распространение.
В дальнейшем, если не будут сделаны специальные оговорки, рассматриваются схемы ПДЗ с циркулирующими токами.
Особенности выполнения ПДЗ с Л С. Наличие ЛС значительной протяженности вносит в защиту ряд особенностей, суть которых заключается в следующем.
а)   Для уменьшения нагрузки на трансформаторы тока защищаемой линии при одновременном уменьшении сечения проводов ЛС комплекты защиты соединяются с ЛС через промежуточные согласующие трансформаторы.

Рис. 1.1. Принципиальная схема ПДЗ с ЛС

Одновременно эти трансформаторы обеспечивают безопасность персонала, обслуживающего ПДЗ, осуществляя гальваническую развязку цепей. Установлено [1—3], что в отдельных режимах в проводах ЛС могут наводиться продольные ЭДС, достигающие 2 кВ. С учетом этого указанные промежуточные трансформаторы называются изолирующими.
б)   С целью уменьшения числа проводов ЛС трехфазная система вторичных токов защищаемой линии преобразуется в однофазную с помощью комбинированного фильтра токов симметричных составляющих (КФСС) или сумматора. Теоретические основы пассивных и активных фильтров симметричных составляющих изложены в [4. 5].
в)   Для уменьшения влияния тока небаланса в режимах нагрузки и внешних КЗ, обусловленного параметрами ЛС, неидентичностью характеристик трансформаторов тока и других элементов защиты в реальных схемах ПДЗ используются торможение реагирующего органа [1, 2] и компенсация параметров ЛС [6]. В последнее время эти способы используются совместно [8, 11, 12].
г)   При повреждении ЛС (обрыв, КЗ) нарушается обмен информацией между комплектами защиты, которая либо отказывает в срабатывании при КЗ в зоне, либо срабатывает ложно под влиянием рабочего тока линии. Для предупреждения неправильного действия ПДЗ снабжается автоматическими устройствами контроля исправности проводов ЛС.

Классификация ПДЗ с ЛС и характеристика основных классификационных признаков. Большинство известных схем ПДЗ описано в [7—17]. Анализ этих схем позволяет классифицировать их по наиболее характерным признакам.

Таблица 1.1. Классификация ПДЗ с ЛС

В основу классификации заложены признаки, которые в значительной степени влияют на область применения защиты и развитие которых может существенно улучшить основные параметры ПДЗ с ЛС. Такие различия, как схема с циркулирующими токами или с уравновешенными напряжениями, как способ контроля исправности проводов ЛС, как наличие или отсутствие пусковых органов и т. п., в предлагаемой классификации не берутся в учет, так как это второстепенные признаки, могущие привести к ограниченным преимуществам в определенных конкретных условиях. Классификация ПДЗ с ЛС дана в табл. 1.1.
Линейность характеристик защиты. Для правильного функционирования ПДЗ на обычной (двухконцевой) линии форма характеристик (зависимость

ЭДС на выходе комбинированного фильтра, тока в проводах ЛС и др. от тока линии) не имеет значения, если характеристики обоих комплектов защиты идентичны. Это обстоятельство позволяет выбирать форму характеристик из дополнительных соображений, например напряжения между проводами ЛС при КЗ на защищаемой линии (для схемы с циркулирующими токами). В этом режиме напряжение достигает наибольшего значения и его уменьшение позволяет использовать для выполнения ЛС дешевый телефонный кабель с низким уровнем изоляции. Понизить напряжение можно, придав характеристикам защиты нелинейный или ограниченно-линейный характер.
Информация о токе линии. Информация о токе по концам защищаемой линии, которой обмениваются между собой комплекты защиты, делит все известные ПДЗ на две большие группы: продольные дифференциальные токовые защиты (ПДТЗ) и продольные дифференциально-фазные защиты (ПДФЗ). В ПДТЗ используется двухпараметрический информационный признак — модуль и фаза тока; в ПДФЗ — однопараметрический — только фаза тока. В настоящее время наиболее распространены ПДТЗ, как более простые с точки зрения их реализации на традиционной элементной базе.
Внедрение в технику релейной защиты интегральных микросхем и микро-ЭВМ существенно расширяет возможности практической реализации ПДФЗ.
Способ передачи информации. В настоящее время все ПДЗ осуществляются на основе аналоговых способов передачи информации о токе противоположного конца защищаемой линии. В то же время в технике связи преимущественно применяются дискретные системы передачи информации, обеспечивающие высокую пропускную способность канала связи (КС). Использование дискретных способов передачи информации является перспективным для ПДЗ. Действительно, если в результате кодирования сигнал несет п сообщений, например о модулях токов всех трех фаз, их аргументах и т. д., то количество информации

В существующих ПДЗ сигнал несет лишь одно сообщение, например о модуле или аргументе тока одной фазы.

В этом случае

Если вероятности появления сообщений одинаковы, т. е. Ρ1 = Ρ2= · · · =Рп=Р, то Н' — пН". Информативность системы увеличивается в п раз. В этом случае можно отказаться от применения комбинированных фильтров токов симметричных составляющих, которые, как известно, отрицательно влияют на многие показатели ПДЗ [1].
Одним из наиболее простых и доступных способов кодирования сигналов является формирование из контролируемых токов прямоугольных импульсов длительностью в полпериода промышленной частоты. Этот способ позволил выполнить ПДЗ, не срабатывающую ложно при повреждении ЛС [19]. Использование более сложных кодов даст возможность выполнять ПДЗ с новыми оригинальными свойствами.
Способы разделения каналов связи. При пространственном разделении КС применяются отдельные физические цепи. Этот способ широко используется в ПДЗ сосредоточенных объектов. Для каждой фазы защищаемого объекта предусматривается свой провод. В [16] дается описание ПДЗ линии, где фазы токов сравниваются с помощью раздельных каналов, которые организуются по двум проводам защищаемой линии. В защитах [17] производится пофазное сравнение токов с использованием трех высокочастотных КС.
Для защит линий пространственный способ разделения КС неприемлем по экономическим соображениям.
Частотный способ разделения КС использован в ПДЗ, описанной в [15]. Сигналы с противоположных концов линии передаются на частотах 450 Гц и 2,4 кГц. Сравнение сигналов осуществляется в дифференциальном реле после их выпрямления, сглаживания и коррекции погрешности, вносимой параметрами ЛС.
При временном разделении КС используется поочередно через определенные интервалы времени, а при амплитудном разделение сигналов осуществляется с помощью пороговых элементов, имеющих различные параметры срабатывания. Эти способы разделения КС, а тем более комбинированные, пока практического применения в технике релейной защиты не получили. В то же время, как показывают результаты исследований и разработок, они могут быть эффективными в схемах ПДЗ коротких линий.