Техническая учеба по теме: Продольная дифференциальная защита линий

Принцип действия продольной дифференциальной защиты основан на непосредственном сравнении векторов токов по концам защищаемого объекта.
Для этой цели по концам ЗО устанавливаются ТТ1 и ТТ2 с одинаковыми Ктт.
Из рисунка видно, что при внешнем КЗ токи направлены в одну сторону и равны по величине, при внутреннем КЗ они направлены в разные стороны и, как правило, не равны друг другу.
Вторичные обмотки ТТ соединяются при помощи соединительного кабеля и подключаются к дифференциальному реле таким образом, чтобы при внешних КЗ ток в реле был равен , а при внутренних . .
Продольная дифференциальная защита линий

Первичные токи в начале и в конце линии равны по величине и направлены в одну сторону. Вторичные токи каждого ТТ замыкаются через обмотку реле Р и проходят по ней в противоположных направлениях.
Ток в реле равен геометрической разности вторичных токов:
Аналогичными образам токи протекают через защиту при качаниях и токах нагрузки.
Соответственно, по принципу действия защита не реагирует на внешние КЗ, токи нагрузки и качания.
В действительности ТТ работают с погрешностью, поэтому в реле появляется ток небаланса:
Внешнее КЗ и нормальный режим

Первичные токи I1, I2 направлены от шин в линию (к месту КЗ). При этом направление первичного тока на одном из концов линии меняется на противоположное (по сравнению с его направлением при внеш. КЗ). Соответственно меняется и направление вторичного тока в ТТ на этом конце линии. Вторичные токи проходят в обмотке реле в одном направлении, поэтому ток в реле равен их сумме.
Под влиянием этого тока защита срабатывает. Ее зона действия охватывает участок между ТТ1 и ТТ2.
Устойчивость функционирования при внутренних КЗ оценивается Кч.
КЗ на защищаемой линии

Продольная ДЗЛ состоит из двух полукомплектов, установленных на разных концах защищаемой ВЛ и соединенных цифровыми каналами связи.
В терминалах, установленных на разных концах ВЛ осуществляется синхронизация моментов взятия цифровых отсчетов аналоговых сигналов (прежде всего фазных токов) и синхронизация цифровой обработки сигналов.
В результате, в терминах полукомплектов образуется единая система векторов. Точность синхронизации положения векторов в устройствах на разных концах линии определяется разностью времени передачи данных по каналу связи в прямом и обратном направлениях.
Продольная дифференциальная защита линии на базе шкафов ШЭ 2607 091 и 7SD522

Принцип действия ДЗЛ двухконцевой линии основан на пофазном сравнении модуля суммы векторов токов по концам защищаемой линии , величина которого находится в пределах (0,2– 2,0)·IБ, где IБ – базисный ток, одинаковый для обоих полукомплектов в первичных величинах. Величина базисного тока IБ(вторичного) регулируется в диапазоне (0,1 – 16) А.
Для отстройки от небалансов, вызванных неодинаковостью измерительных трансформаторов тока и условий их работы, применено торможение – увеличение порога сравнения дифференциального тока в зависимости от тормозной величины.
Отличительной особенностью ДЗЛ на базе ШЭ2607 09Х является возможность выбора тормозной характеристики:
от суммы модулей векторов токов (используется в ОЗ ВРДУ):
от модуля разности векторов токов:
с использованием специальной «секторной» характеристики блокирования в комплексной плоскости отношений сравниваемых фазных токов.
Для всех трех типов характеристик блокирования ДЗЛ координаты точек А1 и А2 одинаковы и определяются коэффициентом торможения kT:
Принцип действия продольной дифференциальной защиты линии на базе шкафов ШЭ 2607 091 и 7SD522

На КВЛ-110-3 используется торможение от суммы модулей векторов токов. В этом случае величина торможения не зависит от угла сдвига фаз между токами по концам линии и одинакова для внутренних и внешних КЗ
Торможение от суммы модулей векторов токов

Зависимость тормозной величины от сдвига фаз токов по концам линии. Торможение максимально при внешних повреждениях и минимально при внутренних КЗ.
Торможение от модуля разности векторов токов

Торможение с использованием «секторной» характеристики блокирования

Работа ДЗЛ на линиях с ответвлениями
В связи с наличием на КВЛ-110-3 ответвлений с трансформаторами (ПС 110 кВ Строительная, ПС 110 кВ Жилпоселковая), уставка срабатывания дифференциальной защиты отстроена от тока, протекающего при номинальной нагрузке ответвления.
Для исключения срабатывания ДЗЛ при КЗ за трансформаторами ответвления в ДЗЛ, установленной на КВЛ-110-3 применяется комплект измерительных органов сопротивления, состоящий из трех реле междуфазного сопротивления и реле направления мощности нулевой последовательности, отстроенного от броска тока намагничивания трансформаторов.

Отличия ДЗЛ на базе ШЭ2607 09X и Siemens 7SD522
Основным принципиальным отличием ДЗЛ на базе терминалов Siemens от ДЗЛ на базе терминалов ЭКРА (ШЭ2607 09X) является способ формирования тормозной характеристики.
Для терминалов Siemens 7SD522 используется адаптивный принцип торможения. Данный принцип торможения основан на расчёте каждым из терминалов ДЗЛ максимально возможных значения дифференциального тока, обусловленных насыщением ТТ при текущих токах внешнего КЗ. Далее с учетом других возможных погрешностей (отклонение частоты, погрешности измерения) формируется тормозная величина, обеспечивающая несрабатывание защиты при внешних КЗ.
Торможение обеспечивают следующие величины:
- порог срабатывания IДИФФ> как постоянная величина;
- погрешность синхронизации;
- погрешность отклонения частоты;
- погрешности ТТ.
Значения погрешности измерения ТТ, определяемые на одном конце линии, передаются на все другие концы посредством обмена данными по каналу связи, таким образом, что каждое устройство может рассчитать величину полной погрешности измерения.

Каждый терминал имеет два независимых входа для организации КС, позволяющих реализовать их полное дублирование.
Связь между полукомплектами ДЗЛ в ОЗ Воронежского РДУ осуществляется посредствам двух независимых оптических каналов с использованием двух жил оптического кабеля для каждого из каналов.
Основным требованием к синхронному каналу связи является ограниченная задержка в передаче данных и симметричность времени передачи и приема в обоих направлениях.
В терминалах, установленных на разных концах защищаемой линии осуществляется синхронизация моментов взятия цифровых отсчетов аналоговых сигналов (прежде всего фазных токов) и синхронизация цифровой обработки сигналов.
Определение среднего значения времени передачи данных по каналу связи в прямом и обратном направлениях осуществляется непрерывно.
В устройствах ДЗЛ на базе Siemens 7SD522 в ОЗ Воронежского РДУ реализованы команды ТО и ТУ:
команда телеотключения (ТО) трех фаз противоположного конца с запретом ТАПВ линии при срабатывании УРОВ или АЛАР;
команда телеотключения (ТО) трех фаз противоположного конца линии без запрета ТАПВ при трехфазном действии защит с контролем пуска защит на приемном конце;
команда телеускорения (ТУ) ДЗ выполнены от ступени Z1B с полным охватом линии;
команда телеускорения (ТУ) 3 ступени ТЗНП.
Каналы связи между полукомплектами ДЗЛ

Логическая схема ДЗЛ обменивается сигналами от трех независимых дифференциальных измерительных органов тока (фазы А, фазы В, фазы С).
ДЗЛ постоянно контролирует достоверность передаваемых по ВОЛС данных. В случае обнаружения ошибок или рассинхронизации, например, при повреждении канала связи, ДЗЛ автоматически блокируется с обеих сторон.
При этом если происходит только рассинхронизация по времени и предаваемая по КС информация достоверна (контрольная сумма соответствует заданной), то возможность передачи логических сигналов (команд ТО и ТУ) сохраняется.
ДЗЛ автоматически вводится в работу в случае, если в течении 100 мс не будет новых ошибок в КС и синхронизация терминалов восстановится.
Для контроля целостности токовых цепей используется встроенная функция защиты. Устройство контроля автоматически выводит защиту из работы, разрывая цепи отключения и передавая соответствующий сигнал по каналу связи на противоположную сторону.
Контроль исправности канала связи и
целостности токовых цепей

Достоинства:
Принцип действия защиты прост и надежен. Высокая надежность обеспечивается отсутствием необходимости использования в логике отключения цепей напряжения (при отсутствии на линии отпаек);
Защита по принципу действия отстроена от качаний и токов нагрузки (при отсутствии на линии отпаек);
Защита обладает минимальной задержкой на срабатывание и действует без выдержки времени при КЗ на линии;
Наличие двух взаиморезервируемых каналов связи;
Возможность применения двухстороннего замера для целей ОМП.
Основной недостаток - возможность ложной работы при повреждении обоих каналов связи.
Достоинства и недостатки продольной дифференциальной защиты на базе шкафа ШЭ 2607 091 и 7SA 522