Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ токовых защит распределительных сетей 10
1.1 Максимальные токовые и направленные защиты 10
1.2 Токовая защита обратной последовательности и дистанционная защита 13
1.3 Дифференциальные токовые защиты линий 18
1.3.1 Продольные и поперечные дифференциальные защиты 18
1.3.2 Дифференциальная поперечная направленная защита, построенная с применением теории релейных устройств 21
1.4 Резервные защиты, основанные на контроле разности токов в фазах... 23
1.5 Недостатки токовых защит распределительных сетей и постановка а» задачи 29
1.6 Выводы 37
2 Повышение чувствительности резервных токовых защит трансформаторов 39
2.1 Повышение чувствительности на основе анализа соотношения токов в фазах 39
2.2 Повышение чувствительности на основе оценки отношения разностей токов разных фаз 46
2.3 Сопоставительный анализ чувствительности резервных токовых защит трансформаторов 54
2.4 Выводы 67
3 Совершенствование токовых защит линий 69
3.1 Устранение недостатков поперечной дифференциальной направленной защиты линий 69
3.1.1 Синтез алгоритма функционирования поперечной дифференциальной направленной защиты 69
3.1.2 Реализация алгоритма 74
3.2 Разработка токовой защиты на герконах с зависимой выдержкой времени без трансформаторов тока 80
3.3 Разработка защиты линий от коротких замыканий на землю 91
3.4 Выводы 97
Заключение 98
Библиографический список использованной литературы
- Дифференциальные токовые защиты линий
- Дифференциальная поперечная направленная защита, построенная с применением теории релейных устройств
- Повышение чувствительности на основе оценки отношения разностей токов разных фаз
- Синтез алгоритма функционирования поперечной дифференциальной направленной защиты
Введение к работе
распределительных сетей, решены во второй половине XX столетия.
Значительный вклад в их решение внесли В.А. Андреев, Я.С. Гельфанд, А.С.
Засыпкин, В.Е. Казанский, М.Я. Клецель, С.Л. Кужеков, Г.С. Нудельман, Г.М.
Павлов, В.В. Платонов, В.Е. Поляков, В.А. Шуин и др. Сложность некоторых
проблем и их количество были так велики, что остались и нерешённые. Так, не
нашла приемлемого для эксплуатации решения задача устранения недостатков
(низкая чувствительность, излишние срабатывания) поперечной токовой
направленной защиты линий, из-за которых она почти перестала применяться.
Не полностью решены вопросы построения защит на магниточувствительных
элементах (катушки индуктивности, датчики Холла, герконы и т.д.), не
использующих трансформаторы тока (ТА). Такие защиты могут принести
экономический эффект (за счёт исключения ТА) и повысить надёжность путём
дублирования традиционных защит и ТА. Уже разработаны и принципы
построения и измерительные органы ряда защит на герконах без ТА. Однако
токовая защита с зависимой выдержкой времени на герконах не предлагалась,
хотя подобные защиты с ТА нашли широкое применение.
Кроме того, в последние 10 лет возникли проблемы, вызванные
значительным износом электрооборудования и начавшимся внедрением
микропроцессорных защит. Одна из них - необходимость в повышении
чувствительности резервных защит трансформаторов к удалённым коротким
замыканиям в связи с участившимися случаями аварий из-за наложения
отказов. Другая - нехватка резервных защит с разными принципами действия
для применения мажорирования, считающегося наиболее эффективным
способом повышения надёжности микропроцессорных защит (сигнал на
отключение подаётся, если сработали хотя бы две из трёх дублирующих друг -
друга защит). Дело в том, что в качестве резервных защит от коротких
замыканий на землю широко апробирована только токовая защита нулевой
последовательности, а от междуфазных — максимальная токовая и
дистанционная. К тому же, как известно, две последние в некоторых случаях не обладают требуемой чувствительностью, а наличие цепей напряжения (пуск по напряжению, обеспечение направленности) уменьшают их надёжность.
В связи с этим тема диссертации является актуальной. Объектом исследования являются токовые защиты распределительных сетей. Предмет исследования - разработка токовых защит линий и трансформаторов, обладающих более высоким техническим совершенством, чем традиционные.
Связь темы диссертации с общенаучными (государственными) программами и планом работы академии. Работа выполнялась в соответствии: с научными направлениями рабочей группы В5 «Релейная защита и автоматика» Международной конференции по большим энергетическим системам (СИГРЭ), с научной целевой комплексной темой ФГОУ ВПО «НГАВТ» (Гос. регистр № 0188.0004137), раздел «Повышение уровней электромагнитной совместимости технических средств в региональных электроэнергетических системах», с основными направлениями научных исследований этой академии на 2007 - 2010 г.г. (раздел 1.10 «Разработка мероприятий и технологий по модернизации систем теплоэлектроснабжения объектов России»).
Цель работы - повышение чувствительности и надёжности токовых защит линий и трансформаторов распределительных сетей.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
Повышение чувствительности резервных защит трансформаторов к удалённым двухфазным коротким замыканиям.
Устранение недостатков поперечной направленной дифференциальной защиты параллельных линий.
Разработка токовой защиты с зависимой выдержкой времени на герконах без трансформаторов тока.
Разработка способа защиты линий от однофазных коротких замыканий на землю.
Методы исследования. Для решения поставленных задач в диссертации использовались фундаментальные положения теоретических основ электротехники, релейной защиты, теории надёжности, электрических машин, алгебры логики и теории релейных устройств. Проводилось математическое и физическое моделирование. Вычисления выполнены в среде Mathematica 5,0, синтез и тестирование алгоритмов функционирования логической части защит
- в САПР MAX+PLUS П.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: выбранными методами исследований, общепринятыми уровнями допущений при математическом описании явлений; обоснованностью исходных посылок, вытекающих из фундаментальных законов естественных наук; достаточным объёмом выполненных исследований; практической реализацией разработанных устройств; получением 6 патентов (4
- Российской Федерации, 2 - Республики Казахстан).,
Научная новизна.
На основе использования аппарата алгебры логики и теории релейных устройств разработан и запатентован более совершенный алгоритм функционирования поперечной направленной дифференциальной защиты линий, чем известные.
Предложен и запатентован способ повышения чувствительности резервных защит трансформаторов к двухфазным коротким замыканиям, основанный на оценке выявленных соотношений разностей и сумм токов фаз.
Разработан и запатентован способ выявления однофазных коротких замыканий, основанный на оценке отношения модулей максимального тока в фазах линии к минимальному, а также этого отношения на стороне низшего напряжения повышающего трансформатора с соединением обмоток Y/A, питающего линию.
Представлены модели и методы расчёта уставок и чувствительности защит от несимметричных коротких замыканий, реагирующих на соотношения токов.
Создана и запатентована токовая защита на герконах без трансформаторов
тока с зависимой характеристикой, определяющая выдержку времени по длительности замкнутого состояния контактов геркона.
Практическая ценность работы.
Предложенный в работе алгоритм функционирования поперечной направленной защиты линий позволяет повысить чувствительность традиционной защиты, исключить излишние срабатывания при сложных видах повреждений и не использовать вспомогательные контакты выключателей.
Резервные защиты трансформаторов, реализующие способ повышения чувствительности путём оценки соотношения токов фаз, могут реагировать на удалённые двухфазные короткие замыкания с минимальными токами
1кмт ^ (0,19 - 0,33)/я, где 1н - номинальный ток нагрузки.
Запатентованные защиты линий от однофазных коротких замыканий
обеспечивают выявление токов 10 > (0,16 -1,1)///.
Разработанное токовое реле на герконах позволяет реализовать защиту с зависимой выдержкой времени, не используя трансформаторы тока. К защите представляются:
способ повышения чувствительности резервных защит трансформаторов к двухфазным коротким замыканиям и оценка их чувствительности;
алгоритм функционирования поперечной направленной защиты линий;
способ защиты линий от коротких замыканий на землю;
- принцип построения и устройство токовой защиты с зависимой
выдержкой времени на герконах без трансформаторов тока.
Реализация результатов работы. Разработанное устройство токовой защиты с зависимой выдержкой времени без трансформаторов тока внедрено в промышленную эксплуатацию в сетях системы электроснабжения насосной станции ТОО «Павлодарводоканал» (Казахстан). Годовой экономический эффект от внедрения составляет около 10 тыс. рублей при сроке окупаемости менее 3 лет.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: XIV международной научно-технической конференции
студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (г.Москва, 2008г.), XII международной конференции «Электромеханика, электротехнологии, электрические материалы и компоненты» (Украина, г.Алушта, 2008г.), республиканской научно-технической конференции «II Чтения Ш. Шокина» (Казахстан, г.Павлодар, 2006г.), двух международных научных конференциях молодых учёных, студентов и школьников «VII Сатпаевские чтения» и «VIII Сатпаевские чтения» (Казахстан, г.Павлодар, 2007г., 2008г.), международной научно-технической конференции «Энергосистема: исследование свойств, управление, автоматизация» (г.Новосибирск, 2009г.), заседаниях научных семинаров кафедры «Автоматизация и управление» Павлодарского государственного университета им. С.Торайгырова (Казахстан, г.Павлодар, 2008г.) и кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Омского государственного технического университета (г.Омск, 2009г.), заседаниях постоянно действующего научно — технического семинара кафедры «Электроэнергетические системы и электротехника» ФГОУ ВПО «Новосибирская государственная академия водного транспорта» (г.Новосибирск, 2009г.).
Публикации. Результаты исследований нашли отражение в 16 научных трудах, в том числе: 3 статьи по перечню ВАК, 4 патента Российской Федерации, 2 патента Республики Казахстан, 7 статей в периодических научных изданиях. В публикациях в соавторстве личный вклад соискателя составляет не менее 50%, за исключением патента RU 2333584 С1, где личный \ вклад около 33%.
Личный вклад. Основные научные результаты и положения, изложенные в диссертации, постановка задач и методы их решения разработаны и получены автором самостоятельно.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав и заключения, изложенных на 126 страницах машинописного текста. Содержит 38 рисунков, 5 таблиц, список использованных источников из 83 наименований и 6 приложений.
Дифференциальные токовые защиты линий
Продольная защита основана на сравнении токов в начале и конце защищаемого элемента. Для выполнения защиты линии на её концах устанавливаются измерительные трансформаторы тока (ТА) с одинаковым коэффициентом трансформации. Вторичные обмотки трансформаторов тока одноимённых фаз и реле соединяются так, чтобы при коротком замыкании вне защищаемой зоны, ограниченной измерительными трансформаторами, ток в реле отсутствовал, а при повреждении внутри зоны был равен току короткого замыкания.
Продольная дифференциальная защита не реагирует на внешние короткие замыкания, токи качаний и токи нормальной работы, то есть она обладает абсолютной селективностью. Это обстоятельство даёт возможность выполнять её без выдержки времени.
К недостаткам продольной дифференциальной защиты относится ограниченная длина вспомогательного кабеля, а так же сравнительно высокая его стоимость. Нарушение исправности кабеля, при несовершенстве устройств контроля, может приводить к длительному выходу защиты из работы, отказам функционирования и ограничивать быстродействие [14]. Кроме того, существующие схемы защиты затруднительно применять для линий с ответвлениями. Из-за перечисленных недостатков, она применяется в качестве основной на линиях длиной до нескольких километров [14].
Для расширения области применения и повышения надёжности продольной дифференциальной защиты вместо соединительного кабеля в ней целесообразно использовать оптоволоконный канал связи [3,4]. При этом существенно увеличивается и допустимая длина защищаемой линии. Так, быстродействующая комбинированная дифференциальная и дистанционная защита протяжённых В Л [17] обеспечивает быстродействующее трёхфазное селективное отключение двух — и многоконцевых объектов (до шести концов) при удалённости комплектов защиты, соединенных оптоволоконным кабелем, до 120 км. Решение об отключении принимается защитой самостоятельно на каждом из концов линии [17].
Поперечные дифференциальные направленные защиты применяются на параллельных линиях, подключаемых к шинам через отдельные выключатели. Принцип действия основан на том, что токи в параллельных линиях при нормальной работе и внешних КЗ приблизительно одинаковы, а при возникновении КЗ на одной из них ток в повреждённой линии превышает ток в неповреждённой [18]. Защита должна отключать только повреждённую линию, оставляя вторую в работе. Это достигается установкой двух комплектов защиты на обеих сторонах линий и использованием в них реле направления мощности (РНМ), включаемых на разность вторичных токов линий W1 и W2 и напряжение на шинах (рисунок 1.3 А) [3]. Разность вторичных токов опережает либо отстаёт от вектора напряжения в зависимости от того, на какой линии возникло КЗ. Если она превышает определённую величину, срабатывает пусковой орган тока (реле КА), а РНМ KW каждого из комплектов выбирает повреждённую линию, подавая сигнал на её отключение.
При внешнем КЗ токи в фазах обеих линий равны по абсолютной величине и имеют одинаковое направление. В обмотке реле протекает ток le -LB\ LB2 = 0, защита не действует. Если КЗ произошло на линии W1, то ток її в её поврежденной фазе будет больше тока І2 в одноимённой фазе линии W2 (рисунок 1.3 А). Комплекс тока 1РЛ=1В\-1вг В обмотках реле КА и KW комплекта защиты подстанции А будет направлен в сторону вторичного тока Іві первой линии (рисунок 1.3 Б) [3]. Сработает пусковой орган тока, а РНМ подаст сигнал на отключение выключателя Q1 повреждённой линии. Одновременно комплект защиты противоположной подстанции В также подействует на отключение повреждённой линии, так как вторичные токи 1вг и !вз направлены в одну сторону, и знак комплекса 1РВ=1вз+1в2 совпадает с током Івз повреждённой линии (рисунок 1.3 В). Аналогично защита работает и при КЗ на линии W2 [18].
Пусковой орган защиты должен срабатывать только при возникновении повреждения на одной из защищаемых линий. Для обеспечения этого, параметр срабатывания выбирается исходя из следующих требований: пусковой орган не должен срабатывать при внешних коротких замыканиях, от тока нагрузки при нормальной работе только одной линии (для предотвращения срабатывания защиты при отключении одной из линий с противоположной стороны), а также от тока в неповреждённой фазе при каскадных отключениях несимметричных КЗ [19]. В соответствии с указанными выше требованиями, ток срабатывания 1СЗ пускового реле выбирается наибольшим из трёх условий:
Дифференциальная поперечная направленная защита, построенная с применением теории релейных устройств
При больших токах нагрузки и относительно малых токах короткого замыкания чувствительность защиты в традиционном исполнении может оказаться недостаточной, поскольку параметр срабатывания необходимо отстраивать от тока нагрузки при работе одной линией (1.7) и от токов в неповреждённых фазах при каскадных отключениях несимметричных КЗ (1.8). Чувствительность защиты можно повысить, если отстраивать пусковой орган только от токов небаланса при КЗ на шинах приёмной подстанции, выполнив логическую часть защиты так, чтобы она автоматически выводилась из работы при отключении одной из линий с противоположной стороны и не действовала на отключение неповреждённой линии при каскадных отключениях несимметричных КЗ на другой линии, как это сделано в [20]. При этом одновременно достигается уменьшение зоны каскадного действия.
Вывод защиты из работы происходит в случае одновременного срабатывания реле тока (РТ), отстраиваемых только от внешних двухфазных КЗ по (1.6), и реле направления мощности всех фаз. Схема подключения измерительных органов защиты показана на рисунке 1.4. Чтобы защита не выводилась при трёхфазных КЗ, когда все реле также срабатывают одновременно, вводится дополнительное РТ, отстраиваемое по (1.7) и (1.8). Ток, достаточный для срабатывания РТ, отстроенного от токов небаланса по (1.6), может протекать в неповреждённой фазе первой линии при двухфазном
КЗ на второй линии в режиме каскадного отключения. При этом срабатывают все РТ, отстроенные по (1.6), и если РНМ неповреждённой фазы будет указывать, что КЗ на первой линии, а повреждённых фаз - на второй, то действие защиты на отключение первой линии блокируется [20].
Условия срабатывания (алгоритм действия логической части защиты) формулируется в соответствии с [21] следующим образом: защита должна сработать на отключение первой линии, если есть сигнал о срабатывании токового реле фазы А И РНМ фазы А указывает, что КЗ произошло на первой линии И нет сигнала о срабатывании токового реле фазы В, когда реле мощности этой фазы указывает, что КЗ произошло на второй линии, И сигнала о срабатывании токового реле фазы С когда реле направления мощности фазы С указывает, что КЗ произошло на второй линии, ИЛИ есть сигнал о срабатывании токового реле фазы С И РНМ фазы С указывает, что КЗ произошло на первой линии И нет сигнала о срабатывании токового реле фазы А, когда реле мощности этой фазы указывает, что КЗ произошло на второй линии И сигнала о срабатывании токового реле фазы В, когда реле мощности фазы В указывает, что КЗ произошло на второй линии, И нет сигнала, что сработали токовые реле всех фаз, когда все реле мощности указывают, что КЗ произошло на первой линии, ИЛИ есть сигнал о срабатывании дополнительного токового реле, например, фазы В, когда реле мощности фазы В указывает, что КЗ произошло на первой линии. Аналогично формулируются условия срабатывания защиты на отключение второй линии [20]. Затем они записываются аналитически в символах алгебры логики. Например сигнал от пускового органа фазы А (реле КА1) обозначается как ТА, при этом ТА принимает значение логической 1 при его срабатывании и значение 0 при отсутствии срабатывания. Аналогично сигнал от РНМ фазы А (реле KW1), что КЗ произошло на первой линии - как МХА и так далее, союзы «И» и «ИЛИ» записываются как знак логического умножения и сложения. По полученным формулам логическая часть защиты может быть построена на элементах любой природы, например на диодных сетках [22]. Работа этой защиты в различных режимах подробно рассмотрена в [20].
При коротких замыканиях за трансформаторами и автотрансформаторами, для токов со стороны питания, в отличие от места повреждения, могут измениться как фазные соотношения, так и их значения. Это необходимо учитывать, в частности при построении резервных защит линий, которые должны реагировать на КЗ за трансформаторами и автотрансформаторами.
Для трансформаторов со схемой соединения Y/A токи в подводящих проводах со стороны треугольника LAA LBA LCA связаны с токами со стороны звезды LAY,LBY LCY следующими соотношениями [23]: ІАА JZ\ AY IBY)- ВА = 7Г (/ВГ CY ) - СД = TZ\/cY AY) (Д ") при этом коэффициент трансформации, равный отношению напряжений холостого хода принят равным 1, что соответствует приведению напряжений и токов к одной стороне. Число витков обмоток, соединённых в треугольник в раз больше числа витков обмоток, соединённых в звезду [14]. В свою очередь, при питании трансформатора со стороны звезды, соотношения между токами следующие [23]: AY = Щ\ ЛА СА) BY 7Г\/ЯД АА) CY = —7z 1/сД ВА ) (Д- Ч) На основе выражений (1.9, 1.10) на рисунке 1.5 [14] изображено распределение IS-о 1Р 1% -і&іЯ JTTL , 21% ІЯ -Ig/уІЗ L_rv-Y _ А А В в с с i(B2llf -21%/Л =о I If, TftJ I ron. X Рисунок 1.5 токов при коротком замыкании между фазами В и С за трансформатором со схемой Y/A. Из рисунка видно, что ток в одной из фаз со стороны питания направлен противоположно двум другим и превосходит их в два раза по величине.
Повышение чувствительности на основе оценки отношения разностей токов разных фаз
Основная идея данного параграфа — найти соотношения токов, которые позволили бы получить значительную чувствительность защиты. На основе анализа соотношения токов в фазах при несимметричных КЗ за ТР Y/A разработан алгоритм, заключающийся в сравнении отношений разностей токов фаз с граничным коэффициентом кРР, который является своеобразной уставкой защиты. Срабатывание происходит, если выполняется хотя бы одно из условий: \LA-LB\ г Д \1в-1с\ У А \1С-1А\ , Д П 7ч I I — "ТР 5 1 I — "ТР 5 1 I — "ТР \ " I LB Lc\ \Lc LA\ \LA LB\
Величина коэффициента kPP определяется по допустимой несимметрии фазных токов в безаварийных режимах с учётом погрешностей Єї и S2- Если наибольший и наименьший вектора токов в фазах А, В, С по амплитуде будут отличаться на 20 % (ЇА=ІН5 їв О? , IC MIHX ЧТО В несколько раз превосходит величину предельно допустимой несимметрии по ПУЭ, то наибольшее из отношений в (2.7) равно 1,1. Поэтому с учётом коэффициента запаса кздп ЬЬ примем кРР = 1,1 1,1«1,2.
При двухфазном КЗ (например между фазами В и С) за ТР на стороне низшего напряжения через ТА защиты протекают токи (1.12). Тогда, учитывая погрешность Єі=0Д, для максимального из соотношений (2.7) в данном режиме получим: = 28 »1,2; (2.8) Соотношение (2.8) более чем в 20 раз превосходит граничный коэффициент крР, полученный по условию отстройки от несимметрии токов в нормальном режиме, что свидетельствует о высокой чувствительности защиты.
Отметим, что условия (2.7) выбраны как дающие наибольшее значение (в сравнении к р) из результатов аналогичных расчётов всех отношений различных комбинаций разностей и сумм двух токов фаз, причём для каждого нового соотношения определялся свой граничный коэффициент.
Структурная схема устройства, реализующего предложенный алгоритм, изображена на рисунке 2.4. Устройство содержит трансреакторы 1,
2, 3, включенные на токи фаз А, В, С, соответственно; вычитатели 4, 5, 6, выпрямители 7, 8, 9, делители 10, 11, 12, максиселектор 13, источник опорного напряжения (ИОН) 14, усилитель 15, компаратор 16, элемент И 17, реле времени 18, исполнительный орган 19, элемент ИЛИ-НЕ 20 (Общие принципы выполнения вычитателя, максиселектора, компаратора и делителя на операционных усилителях подробно изложены в [59]).
Устройство работает следующим образом. В любом режиме напряжения на выходах преобразователей 1, 2, 3 пропорциональны токам Ід їв, Іс в фазах А, В, С на стороне высшего напряжения защищаемого трансформатора. Вычитатели 4, 5, 6 находят разности напряжений, соответствующих токам Іл и їв, їв и їс, Іс и Ід. Напряжения, полученные в результате вычитаний, выпрямляются выпрямителями 7, 8, 9, после чего делители находят их отношения. На выходе делителей 10, 11 и 12 появляются напряжения, пропорциональные значениям выражений (2.7). Максимальное из этих напряжений подаётся максиселектором 13 на вход усилителя 15, где оно линейно увеличивается до значения, удобного для дальнейших операций (к примеру, если максимальное из выражений (2.7) равно 1, на выходе усилителя 15 появляется напряжение 1В). Компаратор 16 сравнивает полученное напряжение с опорной величиной Цион- Если оно превышает опорную величину, компаратор подаёт сигнал на вход элемента И 17. Последний запускает реле времени 18 (если есть сигнал от элемента ИЛИ-НЕ 20), которое спустя 1,5-3 секунды подаёт сигнал на исполнительный орган 19, действующий на отключение выключателя защищаемого трансформатора.
При близком двухфазном КЗ на соседнем присоединении (со стороны высшего напряжения защищаемого трансформатора) разница между токами фаз может достигнуть 50% из-за глубокой посадки напряжения на питающих шинах. Например, если 1А=1Н, 1В= -0,5 /я, /с = -0,5 I_H, то: 1л-Ь\_ +0 5/я »1,2, 1в-1с\ -0,5-/я + 0,5(1- є2)ін\ условие срабатывания выполняется. Напряжение на выходе усилителя 15 превышает UHOH) компаратор 16 подаёт сигнал на вход элемента И 17. Но реле 18 времени не запускается, так как на входе элемента ИЛИ-НЕ 20 появится сигнал от РНМ ОП о направлении мощности обратной последовательности к защищаемому трансформатору.
Структурная схема алгоритма в программном виде представлена на рисунке 2.5. Мгновенные токи iA(t), iB(t), ic(t) фаз А, В, С фильтруются, после чего находятся соответствующие им комплексы Ід, Ів їс- Далее последовательно находится и сравнивается с граничным коэффициентом кГР каждое из соотношений (2.7). Если любое из них превышает кп , то проверяется условие блокировки от БНТ. Дальнейшая последовательность операций не отличается от алгоритма защиты, оценивающей отношение токов, приведённого выше.
Синтез алгоритма функционирования поперечной дифференциальной направленной защиты
Условия срабатывания защиты сформулируем следующим образом: защита должна сработать на отключение первой линии (Л1), если есть сигналы о срабатывании пускового органа И реле направления мощности (РНМ) фазы А о том, что КЗ произошло на линии Л1, И есть сигнал от контрольных органов тока второй линии (Л2), что хотя бы в одной её фазе имеется ток, И есть сигнал от контрольных органов тока, что ток проходит в трёх фазах Л2 ИЛИ ток одновременно отсутствует хотя бы в одной из фаз А, В, С первой и второй линии; ИЛИ если есть сигнал о срабатывании пускового органа И реле направления мощности (включенного на разность токов фаз В обеих линий и междуфазное напряжение Цел)--- Далее формулировка полностью совпадает с условиями срабатывания для фазы А, затем повторяется для фазы С [61].
Подключение измерительных органов защиты изображено на рисунке 3.1. Реле КА1-КА6 отстраиваются от тока холостого хода линии: 1Съ отс хх Реле КА7, КА8, КА9 отстраиваются по (1.6) от тока небаланса при внешних трёхфазных коротких замыканиях. Реле направления мощности KW1, KW2, KW3 включаются по 90-градусной схеме.
В соответствии с формулировкой, условия срабатывания записываются аналитически в символах алгебры логики: О, = ТАМХЛЧА + TBMlBY,Y, + ТСМХС,7А; (3.1) 02 = TAM2AY2YX + TBM2BY2YX + TCM2CY2Y,, (3.2) Y TA+T TXC; Y2=7A-A +42 +T .T2 + 3; Уз =7Л -т! + тІ-т +7 т2 +Т2Т2Т2; Y4=T2 + T2 + T2, где О і (Ог) - сигналы на запуск выходного реле, действующего на отключение Л1(Л2); ТА, Тв, Тс - сигналы о срабатывании пусковых реле тока КА7, КА8, КА9 (рисунок 3.1) фаз А, В, С соответственно; Мд1, Мв\ Мс! (МА2, Мв2, Мс2) сигналы о повреждении на ЛІ (Л2), выдаваемые реле направления MOIHHOCTHKWI, KW2, KW3 двухстороннего действия, включенными на разность токов фаз А, В, С и напряжения UBC, ПСА, ПАВ соответственно; Y3(Y2) - сигнал от контрольных реле тока, что ток проходит в трёх фазах Л2 (Л1) ИЛИ ток одновременно отсутствует хотя бы в одной из фаз А (В, С) линии Л1 и Л2; Y4(Yi) - сигнал о наличии тока хотя бы в одной из фаз Л2 (Л1); Тд1, Тв1, Тс1 и Тд2, Тв2, Тс2 - сигналы от контрольных токовых реле КА1, КА2, КАЗ и КА4, КА5, КА6 о наличии тока в фазах А, В, С линии Л1 и Л2 соответственно. Они, как и все остальные символы, принимают значение логической 1 при наличии соответствующего сигнала и значение логического 0 при отсутствии.
Рассмотрим работу защиты, построенной по предложенному алгоритму.
В режиме нагрузки или внешнего трёхфазного КЗ токи в защищаемых линиях приблизительно равны, реле КА7, КА8, КА9 сигналов ТА, Тв, Тс не выдают. Реле КА1-КА6 находятся в сработанном состоянии (по линиям протекают токи нагрузки), выдавая сигналы ТА -Тс соответственно. Реле направления мощности KW1 - KW3 (из-за возможного неравенства сопротивлений линий Л1 и Л2, либо погрешностей ТА) могут указывать, что мощность направлена как по первой, так и по второй линии, или вообще не выдавать сигналов. Однако это не вызывает ложного срабатывания защиты, поскольку в логических выражениях (3.1), (3.2) переменные, соответствующие сигналам от РНМ, умножаются на Тд, Тв, Тс , которые равны 0, и поэтому О і и 02 равны 0. Независимо от того, на каких логических элементах выполняется защита, её выходные реле не срабатывают, и обе линии остаются в работе [61].
При ошибочном или самопроизвольном отключении, например Л1 с противоположной стороны, реле КА1-КАЗ возвращаются в исходное положение, переставая выдавать сигналы Тд1, TBJ, Тс! (при нагрузке реле КА1-КАЗ сработаны). КА4 - КА6 остаются в сработанном состоянии, выдавая сигналы Тд2, Тв2, Тс2. В результате переменные Yj и Y2 принимают значение 0, отключения Л2 не происходит, несмотря на то, что реле КА7-КА9 под действием тока нагрузки, проходящего только по линии Л2, подают сигналы ТА, Тв, Тс, а РНМ сигналами МА , Мв , Мс указывают, что КЗ на Л2 (хотя его нет).
Если, например, на Л2 вне «мёртвой» зоны РНМ произойдёт трёхфазное КЗ, то по Л1 будет протекать часть тока КЗ, и реле КА1-КАЗ останутся в сработанном состоянии. Реле КА7-КА9 замыкают контакты, подавая сигналы Тл, Тв, Тс. РНМ сигналами МА2, Мв2, Мс2 указывают, что повреждена Л2. Поэтому появится сигнал 02, линия Л2 отключится.
Если трёхфазное КЗ произойдёт в мёртвой зоне РНМ, то оно работать не будет. Линия Л2 отключается отсечкой, как и при использовании традиционных поперечных защит.
При возникновении двухфазного КЗ, например между фазами В и С на Л1, когда в неповреждённой фазе тока нет, контрольные реле КАЛ и КА4, подключенные к трансформаторам тока неповреждённой фазы, отпадут, снимая сигналы Тд1 и Тд2. Под действием тока КЗ, реле КА8 и КА9 замкнут контакты, подавая сигналы Тв, Тс, а реле KW2, KW3 укажут, что повреждение произошло на первой линии (сигналы Мв1, Мс1). Переменные YrY4 в данном режиме будут иметь значение 1, появится сигнал Оі на отключение Л1.
Если в неповреждённой фазе Л1 есть ток, то он приблизительно равен току в неповреждённой фазе Л2, так как сопротивление этих фаз практически равны. Тогда реле КА1 и КА4 сработаны. Остальные сигналы соответствуют варианту двухфазного КЗ, приведённому выше. Поэтому переменные Yi-Y4 также примут значение 1, появится сигнал Q\. Л1 отключится.
