что такое дфз защита
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНОЙ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ЗАЩИТЫ
Принцип действия. Дифференциально-фазная ВЧЗ (ДФЗ) основана на сравнении фаз тока по концам защищаемой ЛЭП. Считая положительными токи, направленные от шин в ЛЭП, находим, что при внешнем КЗ в К1 (рис. 13.3, а) токи Im и In по концам защищаемой ЛЭП имеют различные знаки и, следовательно, их можно считать сдвинутыми по фазе на 180°. В случае же КЗ на защищаемой ЛЭП (рис. 13.3,6) токи на ее концах имеют одинаковые знаки и их можно принять совпадающими по фазе, если пренебречь сдвигом векторов ЭДС Еm и En по концам электропередачи и различием углов полных сопротивлений Zm и Zn [28].
Принцип действия. Дифференциально-фазная ВЧЗ (ДФЗ) основана на сравнении фаз тока по концам защищаемой ЛЭП. Считая положительными токи, направленные от шин в ЛЭП, находим, что при внешнем КЗ в К1 (рис. 13.3, а) токи Im и In по концам защищаемой ЛЭП имеют различные знаки и, следовательно, их можно считать сдвинутыми по фазе на 180°. В случае же КЗ на защищаемой ЛЭП (рис. 13.3,6) токи на ее концах имеют одинаковые знаки и их можно принять совпадающими по фазе, если пренебречь сдвигом векторов ЭДС Еm и En по концам электропередачи и различием углов полных сопротивлений Zm и Zn [28].
Таким образом, сравнивая фазы токов по концам ЛЭП, можно установить местоположение КЗ. В обычных схемах дифференциальных РЗ сравнение фаз токов осуществляется путем непосредственного сравнения токов, проходящих в начале и конце ЛЭП. В ВЧЗ (ДФЗ) сравнение фаз осуществляется косвенным путем посредством ВЧ-сигналов. Упрощенная схема, иллюстрирующая работу ДФЗ, и диаграмма, поясняющая принцип ее действия, приведены на рис. 13.4 и 13.5.
Рис 13.3. Принцип действия дифференциально-фазной ВЧЗ
Защита состоит из приемопередатчика (см. рис. 13.4), включающего в себя генератор ГВЧ, приемник ПВЧ, реле отключения РО, питающегося током приемника, и двух пусковых реле П01 и П02, одно из которых пускает ГВЧ, а второе контролирует цепь отключения ДФЗ.
Рис. 13.4. Упрощенная принципиальная схема дифференциально-фазной ВЧЗ
Рис. 13.5. Диаграммы токов в дифференциальио-фазной ВЧЗ
При КЗ в зоне (рис. 13.5, б) передатчики на обоих концах ЛЭП работают одновременно, поскольку фазы токов по концам ЛЭП совпадают. Высокочастотные сигналы, поступающие при этом в приемники, будут иметь прерывистый характер с интервалами времени, равными полупериоду промышленного тока. В этом случае приемник работает в промежутки времени, когда ток ВЧ отсутствует, и заперт (не работает) во время его прохождения. В выходной цепи приемника появляется прерывистый ток, который сглаживается специальным устройством и подается в реле РО. Последнее срабатывает и отключает ЛЭП. Таким образом, сдвиг фаз между токами, проходящими по обоим концам ЛЭП, определяется по характеру ВЧ-сигналов (сплошные или прерывистые), на которые с помощью приемника реагирует реле РО.
По принципу своего действия ДФЗ не реагирует на нагрузку и качания, так как в этих режимах токи на обоих концах ЛЭП имеют разные знаки.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ФАЗНОЙ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ЗАЩИТЫ
Принцип действия. Дифференциально-фазная ВЧЗ (ДФЗ) основана на сравнении фаз тока по концам защищаемой ЛЭП. Считая положительными токи, направленные от шин в ЛЭП, находим, что при внешнем КЗ в К1 (рис. 13.3, а) токи Im и In по концам защищаемой ЛЭП имеют различные знаки и, следовательно, их можно считать сдвинутыми по фазе на 180°. В случае же КЗ на защищаемой ЛЭП (рис. 13.3,6) токи на ее концах имеют одинаковые знаки и их можно принять совпадающими по фазе, если пренебречь сдвигом векторов ЭДС Еm и En по концам электропередачи и различием углов полных сопротивлений Zm и Zn [28].
Принцип действия. Дифференциально-фазная ВЧЗ (ДФЗ) основана на сравнении фаз тока по концам защищаемой ЛЭП. Считая положительными токи, направленные от шин в ЛЭП, находим, что при внешнем КЗ в К1 (рис. 13.3, а) токи Im и In по концам защищаемой ЛЭП имеют различные знаки и, следовательно, их можно считать сдвинутыми по фазе на 180°. В случае же КЗ на защищаемой ЛЭП (рис. 13.3,6) токи на ее концах имеют одинаковые знаки и их можно принять совпадающими по фазе, если пренебречь сдвигом векторов ЭДС Еm и En по концам электропередачи и различием углов полных сопротивлений Zm и Zn [28].
Таким образом, сравнивая фазы токов по концам ЛЭП, можно установить местоположение КЗ. В обычных схемах дифференциальных РЗ сравнение фаз токов осуществляется путем непосредственного сравнения токов, проходящих в начале и конце ЛЭП. В ВЧЗ (ДФЗ) сравнение фаз осуществляется косвенным путем посредством ВЧ-сигналов. Упрощенная схема, иллюстрирующая работу ДФЗ, и диаграмма, поясняющая принцип ее действия, приведены на рис. 13.4 и 13.5.
Рис 13.3. Принцип действия дифференциально-фазной ВЧЗ
Защита состоит из приемопередатчика (см. рис. 13.4), включающего в себя генератор ГВЧ, приемник ПВЧ, реле отключения РО, питающегося током приемника, и двух пусковых реле П01 и П02, одно из которых пускает ГВЧ, а второе контролирует цепь отключения ДФЗ.
Рис. 13.4. Упрощенная принципиальная схема дифференциально-фазной ВЧЗ
Рис. 13.5. Диаграммы токов в дифференциальио-фазной ВЧЗ
При КЗ в зоне (рис. 13.5, б) передатчики на обоих концах ЛЭП работают одновременно, поскольку фазы токов по концам ЛЭП совпадают. Высокочастотные сигналы, поступающие при этом в приемники, будут иметь прерывистый характер с интервалами времени, равными полупериоду промышленного тока. В этом случае приемник работает в промежутки времени, когда ток ВЧ отсутствует, и заперт (не работает) во время его прохождения. В выходной цепи приемника появляется прерывистый ток, который сглаживается специальным устройством и подается в реле РО. Последнее срабатывает и отключает ЛЭП. Таким образом, сдвиг фаз между токами, проходящими по обоим концам ЛЭП, определяется по характеру ВЧ-сигналов (сплошные или прерывистые), на которые с помощью приемника реагирует реле РО.
По принципу своего действия ДФЗ не реагирует на нагрузку и качания, так как в этих режимах токи на обоих концах ЛЭП имеют разные знаки.
Дифференциально-фазная высокочастотная защита линий 110–220 кВ
20 сентября 2011 в 10:00
В России традиционно в качестве основной быстродействующей защиты ЛЭП при всех видах коротких замыканий, в том числе и при неполнофазном режиме в цикле автоматического повторного включения, используется дифференциально-фазная защита (ДФЗ).
Средний коэффициент правильной работы ДФЗ составляет 0,985. Однако, несмотря на известный и десятилетиями опробованный принцип, дифференциально-фазная защита еще не достигла предела своего совершенства и может быть улучшена. Останавливаться на достигнутом не следует, считает Михаил Геннадьевич Пирогов, начальник отдела системотехники ООО «НТЦ «Механотроника», г. Санкт-Петербург.
Способы повышения избирательности работы
Многолетний опыт эксплуатации в ряде энергосистем [1] показывает, что панели ДФЗ имели случаи излишней работы при отключении внешних КЗ защитами смежных линий. Во времена СССР такие случаи исследовались в Иркутской и Свердловской энергосистемах – была установлена связь между излишними действиями защит ДФЗ и изменением направления тока, протекающего по линии. Также было выявлено, что неправильное действие защит происходит из-за появления одиночного импульса тока в цепи органа сравнения фаз (ОСФ) ДФЗ, достаточного для срабатывания защиты. Поскольку явление связано с изменением направления тока, оно получило название «переворот фазы» (или «реверс мощности»).
Из практики эксплуатации известно, что случаи излишней работы ДФЗ, связанные с переворотом фазы, редки. Одна и та же защита при большей части внешних коротких замыканий (КЗ) отрабатывает избирательно и лишь иногда может сработать излишне. Ввиду редкости таких случаев их объясняют «некоторыми различиями характеристик блоков манипуляции, а также трансформаторов тока по концам линии, что в условиях переходного процесса в сети при отключениях КЗ вызывает в совокупности кратковременную неидентичность переходного процесса на выходе блоков манипуляции».
Для предотвращения излишних действий защиты предлагалось вводить замедление защиты либо с помощью блока автоматического замедления БФКЦ, разработанного ВНИИЭ, либо просто увеличением времени срабатывания выходного реле ДФЗ. Из этого можно сделать предварительный вывод, что для срабатывания защиты достаточно различий в настройке органов манипуляции в пределах допусков, указанных в инструкции по наладке. Поэтому считается, что устранить причину появления импульса тока приема нельзя, можно лишь предотвратить излишнее срабатывание при появлении одиночного импульса ценой снижения быстродействия защиты. Аналогичные меры производители применяют и в современных цифровых устройствах ДФЗ.
Однако ввод замедления ухудшает параметры ДФЗ, что может привести к невыполнению п. 3.2.108 ПУЭ [2]. Поэтому целесообразным способом улучшения работы ДФЗ при всех видах КЗ является не ее замедление, а совершенствование работы алгоритмов и ключевых узлов: органа манипуляции и ОСФ, каналов измерения и передачи.
Хотя статья и посвящена ДФЗ, перечень вопросов, требующих рассмотрения для совершенствования известного принципа очень широк, поэтому далее будут кратко рассмотрены лишь некоторые из них.
Точность срабатывания
Рассмотрим доступные способы повышения точности работы ДФЗ. В цифровых ДФЗ ЛЭП 110–220 кВ мгновенное значение тока манипуляции на текущем шаге дискретизации может быть выражено следующим универсальным выражением:
После преобразования с учетом перехода к мгновенным отсчетам фазных токов качественный результат работы органа манипуляции (без задержки) дает выражение:
Из выражений (1) видно, что применяемые в настоящее время частоты дискретизации (ЧД) (N = 24, 48) в цифровых устройствах РЗА будут формировать значение фазы тока манипуляции в момент его перехода через ноль с дополнительной задержкой по времени. Например, при частоте 48 отсчетов на периоде максимально возможная задержка изменения фазы тока манипуляции будет составлять 7,5 электрических градусов (360/48). С учетом асинхронной работы полукомплектов эта дополнительная погрешность относительно уставки ОСФ, равной 30÷55 электрическим градусам, очень существенна. Разница в один дискретный отсчет приводит к искажению фазы тока манипуляции, в том числе и при переходных процессах в энергосистеме. Таким образом, одним из качественных способов повышения точности формирования фазы 
в момент перехода через ноль и, как дальнейшее условие, возможности повышения точности работы ОСФ является увеличение частоты дискретизации органа манипуляции и самого органа сравнения фаз.
Условия срабатывания
Рассмотрим индивидуальные условия, обеспечивающие срабатывание ОСФ по углу блокировки Фбл каждого полукомплекта с относительной погрешностью не более d ± 2,5% (в настоящий момент d ОСФ отечественных цифровых ДФЗ составляет ±20% и более).
Оценку суммарной паузы (ВЧ-прием) на периоде необходимо выполнять со следующей частотой дискретизации (не менее):
Повышение точности формирования фазы за счет снижения нижнего предела измерений РЗА (Рис. 1)
Формирование тока манипуляции соответственно должно производиться при частоте дискретизации не менее fd.
Разнотипные характеристики измерительных аналоговых трактов обоих полукомплектов (применение разных устройств РЗА, разных типов трансформаторов тока) повышают погрешность формирования фазы тока , органа манипуляции (ОМ). В этом случае в цифровом устройстве РЗА должен быть предусмотрен дополнительный механизм компенсации этой погрешности с шагом 0,75 эл. град, что соответствует fd. Отметим, что данная возможность необходима и для решения других задач, например, применение полукомплектов разных производителей.
Частота дискретизации современных цифровых устройств РЗА при измерении 
составляет 1200, 2400, 4800 Гц, что значительно ниже 24000 Гц. Данный фактор не позволяет осуществлять качественное формирование и, как следствие, делает невозможным выполнение высокоточного качественного интегрального ОСФ.
Ток манипуляции
На аппаратную точность формирования тока манипуляции влияет погрешность измерения аналоговых сигналов самим устройством. Необходимо отметить, что системы, имеющие меньшую погрешность измерения фазных токов, конечно же, формируют ток манипуляции точнее.
Динамический диапазон измерения органа формирования также имеет большое значение. Под динамическим диапазоном аналогового тракта понимают отношение верхнего предела измерения к нижнему. В цифровой защите – это всегда компромиссный параметр. С одной стороны, существуют задачи, в которых необходимо измерять низкий уровень тока (например, реле минимального тока УРОВ или сторона ВН силовых трансформаторов при реализации дифференциальной защиты), а с другой стороны – увеличение верхнего предела для выполнения корректной цифровой обработки сигналов при КЗ. Применительно к ДФЗ для повышения точности формирования фазы тока манипуляции необходимо как снижение нижнего предела измерения каналов токов, так и повышение верхнего предела измерения. Среди отечественных устройств РЗА наилучшим динамическим диапазоном является 1000 (например, 0,25÷250 А или 0,5÷500 А).
Применительно к ДФЗ нижний предел измерения 0,25 А означает, что, например, при снижении мгновенного значения тока фазы А ниже 0,25 А величина 
, участвующая в расчетах , отклоняется (или вообще не измеряется, а приравнивается к нулю) от нормированных для конкретного цифрового устройства РЗА погрешностей, находится в области S1, что вносит отрицательный вклад в формирование фазы тока манипуляции (рис. 1). Устройство с более низким пределом измерений имеет меньшую площадь неопределенности S2 и вносит меньший отрицательный вклад в . Таким образом, еще одной дополнительной мерой повышения качества работы ДФЗ является увеличение динамического диапазона измерения каналов тока для органа формирования тока манипуляции.
Измерение фазы тока манипуляции
Помимо точного формирования фазы тока манипуляции должен быть рассмотрен вопрос точности и качества ее измерения. ОСФ должен иметь механизм корректной работы в условиях наличия помех. На основании [4, 5] помехи при коммутационных операциях имеют значительный уровень и обуславливаются переходными процессами, возникающими при пробое промежутка между контактами выключателя и разъединителя, при восстановлении изоляционных свойств этого промежутка.
Особенности работы интегрального ОСФ в условиях единичной помехи на входе (Рис. 2)
При горении дуги может произойти образование помех, при этом следует выделять три фазы:
Уровень возможных помех сопоставим с уровнем сигнала приема, и этим пренебрегать нельзя. Длительность единичной помехи, вносящей искажение во входной сигнал ОСФ, в каждом из приведенных режимов не превышает 2–3 мс (≈ 30°).
Рассмотрим некоторые способы повышения качества работы ОСФ.
1. Повышение частоты дискретизации входного сигнала ОСФ. Для срабатывания ОСФ по углу блокировки 
каждого полукомплекта с относительной погрешностью не более 
частота дискретизации ОСФ должна быть не менее 24 кГц (2).
2. Выполнение ОСФ на интегральном принципе позволит правильно работать защите при всех видах КЗ, как в зоне действия, так и вне ее. Интегральный ОСФ может быть выражен как:
где N – число отсчетов дискретизации входного сигнала на период основной частоты;
B – сигнал быстродействующего входа «ПРИЕМ ВЧ» (1 = есть сигнал, 0 = нет сигнала) длиной, равной шагу дискретизации, эл. град;
– расчетная пауза на входе ОСФ, эл. град.
Из выражения (3) видно, что чем выше частота дискретизации, тем точнее определяется .
Особенностью принципа интегрального ОСФ, выполненного на высокой частоте дискретизации, является минимизация влияния кратковременных помех как аддитивного, так и субтрактивного характера, что представлено на рис. 2. Дополнительным плюсом является то, что высокоточное интегрирование не приводит к замедлению действия защиты (на время интегрирования).
Необходимо отметить, что косвенным ограничением ЧД цифровой ДФЗ является время задержки и погрешность задержки приемопередатчика (время реакции). Для современных цифровых устройств этот параметр составляет порядка 100 мкс. Это является стимулом к совершенствованию существующих приемопередатчиков, составляющих неотъемлемую часть ДФЗ.
3. Отсутствие дополнительных источников питания в цепи приемопередатчика и ДФЗ, применение экранированного кабеля с заземленным с обеих сторон экраном.
4. Повышение качества функционирования аппаратной части входов/выходов РЗА, предназначенных для взаимодействия с приемопередатчиком (уменьшение времени реакции, улучшение ЭМС, применение универсальных входов/выходов, работающих с разными типами передатчиков).
5. Применение системы цифровой передачи информации по оптическому каналу между устройством РЗА и приемопередатчиком (в настоящее время данная идея обсуждается очень активно).
Несмотря на известный и десятилетиями опробованный принцип, дифференциально-фазная защита еще не достигла предела своего совершенства и в цифровых устройствах РЗА ДФЗ может быть улучшена. Останавливаться на достигнутом не следует.
Конечно, выполнение вышеописанных требований является сложной инженерной задачей и для некоторых производителей может оказаться недосягаемой, так как потребует смены применяемой элементной базы, аппаратной архитектуры, программного обеспечения.
Однако предпосылки для следующего шага отечественных производителей уже созданы: ООО «НТЦ «Механотроника»» разработало новый серийно выпускаемый блок БМРЗ-ДФЗ, в котором реализованы вышеописанные принципы: частота дискретизации ОМ и интегрального ОСФ N = 768 отсчетов на период промышленной частоты с динамическим диапазоном измерений 4000 с допускаемой относительной основной погрешностью измерения фазного тока 
и абсолютной погрешностью срабатывания по угловым величинам 
, 
. Для цифровых РЗА совокупность этих параметров является первым мировым серийным прецедентом, а особенности устройства заслуживают рассмотрения в отдельной статье.
Выводы
При применении ДФЗ необходимо обращать внимание на точность функционирования органа сравнения фаз и органа формирования тока манипуляции.
Замедление ДФЗ с целью компенсации кратковременной неидентичности переходного процесса на выходе блоков манипуляции для цифровых РЗА является не оптимальной мерой.
Повышение качества принципиального функционирования ДФЗ целесообразно решать за счет повышения точности измерений, а также через совершенствование работы органа манипуляции и органа сравнения фаз.
• Применение более высоких частот дискретизации для органа манипуляции и интегрального ОСФ, увеличение динамического диапазона измерений, снижение погрешности измерений фазных токов повышают избирательность действия ДФЗ в сложных переходных режимах и без ущерба для быстродействия.
Дифференциально-фазная высокочастотная защита линий
20 сентября 2011 в 10:00
В России традиционно в качестве основной быстродействующей защиты ЛЭП при всех видах коротких замыканий, в том числе и при неполнофазном режиме в цикле автоматического повторного включения, используется дифференциально-фазная защита (ДФЗ).
Средний коэффициент правильной работы ДФЗ составляет 0,985. Однако, несмотря на известный и десятилетиями опробованный принцип, дифференциально-фазная защита еще не достигла предела своего совершенства и может быть улучшена. Останавливаться на достигнутом не следует, считает Михаил Геннадьевич Пирогов, начальник отдела системотехники ООО «НТЦ «Механотроника», г. Санкт-Петербург.
Способы повышения избирательности работы
Многолетний опыт эксплуатации в ряде энергосистем [1] показывает, что панели ДФЗ имели случаи излишней работы при отключении внешних КЗ защитами смежных линий. Во времена СССР такие случаи исследовались в Иркутской и Свердловской энергосистемах – была установлена связь между излишними действиями защит ДФЗ и изменением направления тока, протекающего по линии. Также было выявлено, что неправильное действие защит происходит из-за появления одиночного импульса тока в цепи органа сравнения фаз (ОСФ) ДФЗ, достаточного для срабатывания защиты. Поскольку явление связано с изменением направления тока, оно получило название «переворот фазы» (или «реверс мощности»).
Из практики эксплуатации известно, что случаи излишней работы ДФЗ, связанные с переворотом фазы, редки. Одна и та же защита при большей части внешних коротких замыканий (КЗ) отрабатывает избирательно и лишь иногда может сработать излишне. Ввиду редкости таких случаев их объясняют «некоторыми различиями характеристик блоков манипуляции, а также трансформаторов тока по концам линии, что в условиях переходного процесса в сети при отключениях КЗ вызывает в совокупности кратковременную неидентичность переходного процесса на выходе блоков манипуляции».
Для предотвращения излишних действий защиты предлагалось вводить замедление защиты либо с помощью блока автоматического замедления БФКЦ, разработанного ВНИИЭ, либо просто увеличением времени срабатывания выходного реле ДФЗ. Из этого можно сделать предварительный вывод, что для срабатывания защиты достаточно различий в настройке органов манипуляции в пределах допусков, указанных в инструкции по наладке. Поэтому считается, что устранить причину появления импульса тока приема нельзя, можно лишь предотвратить излишнее срабатывание при появлении одиночного импульса ценой снижения быстродействия защиты. Аналогичные меры производители применяют и в современных цифровых устройствах ДФЗ.
Однако ввод замедления ухудшает параметры ДФЗ, что может привести к невыполнению п. 3.2.108 ПУЭ [2]. Поэтому целесообразным способом улучшения работы ДФЗ при всех видах КЗ является не ее замедление, а совершенствование работы алгоритмов и ключевых узлов: органа манипуляции и ОСФ, каналов измерения и передачи.
Хотя статья и посвящена ДФЗ, перечень вопросов, требующих рассмотрения для совершенствования известного принципа очень широк, поэтому далее будут кратко рассмотрены лишь некоторые из них.
Дифференциально-фазная высокочастотная защита линий
Дифференциально-фазные защиты применяются в сетях 220 кВ и выше в качестве основных защит
от всех видов повреждений. Защиты, имеющие абсолютную селективность, то есть отключающие только защищаемый участок, называются основными.
Работая в пределах установленных полукомплектов по концам линий, защиты ДФЗ являются основными. Способность дифференциально-фазных защит реагировать на все виды симметричных и несимметричных повреждений, основывается на сравнении комплексных токов по обоим концам линии. Учитывается фаза токов прямой и обратной последовательности.
При настройке защит принимают положительное направление токов от шин в линию, и отрицательное от линии к шинам. При коротком замыкании в защищаемой зоне, токи коротких замыканий (КЗ)
стекаются к месту замыкания, при этом они положительны и имеют одинаковую фазу. В этом случае происходит отключение линии.
При повреждении вне защищаемого участка, направление токов по обоим концам линии совпадает, они сдвинуты по фазе на электрический угол 180º. Таким образом, место повреждения и работа устройства определяется сравнением фаз токов.
Так как защищаемые высоковольтные линии имеют достаточно большую протяженность, появляется необходимость в мгновенном обмене информации между полукомплектами. Для этого используют высокочастотную связь, каналы которой организуются по проводам защищаемой линии.
Для обмена сигналами между полукомплектами защиты применяют приемо-передатчики типа АВЗК или ПВЗУ. Они предназначены для обработки сигналов высокой частоты, по средствам которых полукомплекты обмениваются блокирующими или отключающими сигналами. Для контроля исправности тракта ВЧ канала на каждой стороне линии устанавливают аппаратуру контроля типа АК или КВЧ.
С периодичностью в 5,5 часов аппаратура проверяет уровень прохождения сигнала и запас по затуханию. При высоком уровне затухания сигнала по ВЧ каналу, имеется возможность ввести ускоренную проверку через каждые 33 минуты.
Каждый полукомплект ДФЗ состоит из следующих основных устройств: пусковой орган, генератор высокочастотных импульсов, орган сравнения фаз, орган манипуляции и приемник ВЧ сигналов. Принцип и последовательность работы устройств, следующая: при коротком замыкании в защищаемой зоне, передатчики начинают работать одновременно, в момент положительной полуволны тока КЗ
На приемники обоих сторон действует прерывистый сигнал, так как фазы токов совпадают, и положительные полуволны накладываются друг на друга. При прерывистом сигнале на входе приемников, на их выходе появляется ток, и реле органа сравнения фаз подает импульс на отключение выключателей.
При повреждении вне защищаемой линии, токи по концам линии сонаправлены и сдвинуты по фазе на 180º. На приемниках появляется сплошной сигнал, так как промежутки импульсов одного передатчика, заполняются серией импульсов второго комплекта. При сплошной серии импульсов на входе приемника, ток на выходе отсутствует, и реле органа сравнения фаз не действует на отключение выключателей.
Пусковой орган, при любых возмущениях в электрической сети, запускает генератор высокочастотных сигналов, активизирует орган сравнения фаз и готовит цепи к предстоящему отключению. Орган манипуляции обеспечивает избирательную работу передатчиков только при положительной полуволне токов КЗ
Для защиты линий, имеющих два конца, устанавливают два полукомплекта. Для более разветвленной линии устанавливают столько комплектов, сколько у линии питающих концов. На тупиковых отпайках устанавливаются неполные полукомплекты, которые не имеют выходных цепей на отключение коммутационных аппаратов.
Токи нагрузки и токи качаний в энергосистеме не приводят к срабатыванию защиты, так как направление их по концам линий совпадает, что равносильно внешнему КЗ
. В случаях, когда линия находится под напряжением только с одной стороны, то есть работает в режиме холостого хода, и на ней возникает
КЗ
, происходит ее отключение одним полукомплектом, находящимся в работе. Отключение происходит, так как отсутствует блокирующий сигнал второго полукомплекта.
Некоторые виды дифференциально-фазных защит сравнивают токи обратной и нулевой последовательности; к ним относятся ДФЗ-2, ДФЗ-201, ДФЗ-402, ДФЗ-504. При неисправности цепей напряжения эти защиты загрубляются по отношению к симметричным повреждениям, однако ложного срабатывания не происходит.
Защиты оставляют в работе. На время повреждения цепей напряжения, необходимо организовать временные защиты от симметричных замыканий, или ввести резервные, при наличии. ДФЗ-2 и ДФЗ-504 имеют блокировку от ложного срабатывания при потере оперативного тока, ДФЗ-2 и ДФЗ-402 такой блокировки не имеют, поэтому при потере опертока они должны быть выведены немедленно.
Надежность основных дифференциально-фазных защит очень высока. Ложное срабатывание может произойти лишь в случае нарушения непрерывности входного сигнала на приемнике. Причиной такого нарушения может стать релейная часть или нарушения в работе ВЧ части.
Точность срабатывания
Рассмотрим доступные способы повышения точности работы ДФЗ. В цифровых ДФЗ ЛЭП 110–220 кВ мгновенное значение тока манипуляции на текущем шаге дискретизации может быть выражено следующим универсальным выражением:
После преобразования с учетом перехода к мгновенным отсчетам фазных токов качественный результат работы органа манипуляции (без задержки) дает выражение:
Из выражений (1) видно, что применяемые в настоящее время частоты дискретизации (ЧД) (N = 24, 48) в цифровых устройствах РЗА будут формировать значение фазы тока манипуляции в момент его перехода через ноль с дополнительной задержкой по времени. Например, при частоте 48 отсчетов на периоде максимально возможная задержка изменения фазы тока манипуляции будет составлять 7,5 электрических градусов (360/48). С учетом асинхронной работы полукомплектов эта дополнительная погрешность относительно уставки ОСФ, равной 30÷55 электрическим градусам, очень существенна. Разница в один дискретный отсчет приводит к искажению фазы тока манипуляции, в том числе и при переходных процессах в энергосистеме. Таким образом, одним из качественных способов повышения точности формирования фазы в момент перехода через ноль и, как дальнейшее условие, возможности повышения точности работы ОСФ является увеличение частоты дискретизации органа манипуляции и самого органа сравнения фаз.
Устройство «Бреслер-0117.52X» предназначено для обеспечения основной защиты с абсолютной селективностью двухконцевых линий электропередачи напряжением 110‑220 кВ и содержит полукомплект дифференциально-фазной защиты линии.
Функциональный состав устройства
Каждый полукомплект защиты включает в себя:
Принцип действия
Принцип действия защиты основан на косвенном сравнении фаз токов манипуляции Iм, получаемых от комбинированных фильтров по концам защищаемой линии:
Информация о фазе тока передаётся с одного конца защищаемой линии на другой посредством ВЧ‑сигналов по каналу связи, в качестве которого используется защищаемая линия.
Взаимодействие полукомплектов защиты
ВЧ‑передатчик, которым управляет орган манипуляции, генерирует токи высокой частоты пакетами, длительность которых приблизительно равна интервалам перехода мгновенного тока манипуляции через ноль. Таким образом, фаза этих ВЧ‑пакетов соответствует фазе сигнала на выходе комбинированного фильтра.
При внешних замыканиях токи по концам линии направлены в одну сторону, а токи, измеряемые полукомплектами, сдвинуты относительно друг друга почти на 180°. При этом ВЧ‑передатчики работают неодновременно, и их ВЧ‑пакеты образуют на входах ВЧ‑приемников практически сплошной сигнал.
Действие ДФЗ при внешнем КЗ
При внутренних замыканиях ВЧ-передатчики работают одновременно, и ВЧ‑пакеты по концам линии практически совпадают по фазе. При этом паузы в сигналах на входах ВЧ‑приемников могут достигать половины периода промышленной частоты.
Действие ДФЗ при внутреннем КЗ
В начальный момент возникновения повреждения срабатывают блокирующие измерительные органы, обеспечивая тем самым ускоренный пуск приемопередатчика, который посылает информацию о фазе тока манипуляции на противоположный конец линии. Далее срабатывают отключающие ИО, имеющие более грубые уставки по сравнению с блокирующими, и подготавливают цепь отключения линии. Одновременно с этим работает орган сравнения фаз, который по длительности паузы в сигнале ВЧ‑приемника определяет разность фаз токов манипуляции по концам линии электропередачи. При превышении разности фаз уставки органа сравнения фаз и готовности цепи отключения принимается решение об отключении линии.
Особенности
Для отстройки от замыканий за трансформаторами ответвлений используется специальный орган, основанный на трёх реле сопротивления, которые включены на междуфазные замеры.
В качестве канала связи выступает сама линия электропередачи. Блокирующие сигналы передаются с помощью высокочастотных приемопередатчиков. Терминалы ВЧ‑защиты могут работать совместно с приемопередатчиками разных производителей.
Типы исполнений комплектов
Аппаратный состав терминалов
| Наименование терминала | Бреслер 0107.500 | Бреслер 0107.520 | Бреслер 0107.530 | |
| Аналоговые входы | Каналы измерения 3 фазных напряжений | ◼ | ◼ | ◼ |
| Каналы измерения 2 напряжений цепи разомкнутого треугольника | ◼ | ◼ | ◼ | |
| Каналы измерения 3 фазных токов | ◼ | ◼ | ◼ | |
| Канал измерения тока нулевой последовательности | ◼ | ◼ | ◼ | |
| Канал измерения тока, цепи отбора напряжения с линии | ◼ | ◼ | ||
| Резервные миллиамперные входы | 3 | 3 | 3 | |
| Резервные аналоговые входы | 3 | 4 | 3 | |
| Дискретные входы | 34 | 34 | 34 | |
| Наличие резервных свободно программируемых входов | ◼ | ◼ | ◼ | |
| Дискретные выходы | 26 | 26 | 26 | |
| Наличие резервных свободно программируемых выходов | ◼ | ◼ | ◼ | |
| Возможность установки дополнительного блока дискретных входов или выходов | 1 | 1 | 1 | |
| Конструктив терминала | ½ 19” | ½ 19” | ½ 19” | |
Функциональный состав шкафов
| Наименование шкафа | Бреслер 0117.500 | Бреслер 0117.520 | Бреслер 0117.530 |
| Функции защит 110-220 кВ | |||
| Высокочастотная направленная защита | ◼ | ||
| Дифференциально-фазная защита | ◼ | ||
| Продольная дифференциальная защита | ◼ | ||
| Функции резервных защит | |||
| Дистанционная защита от междуфазных и земляных замыканий | ◼ | ||
| — количество ступеней | 3 | ||
| — оперативное ускорение ДЗ | ◼ | ||
| — ускорение ДЗ при включении выключателя | ◼ | ||
| — ускорение с использованием каналов связи | ◼ | ||
| Токовая направленная защита нулевой последовательности | ◼ | ||
| — количество ступеней | 4 | ||
| — направленность ступеней определяется уставками | ◼ | ||
| — реле направления мощности по параметрам нулевой последовательности | ◼ | ||
| — смещение точки подключения ТН для органа направленности | ◼ | ||
| — блокировка ТНЗНП при броске тока намагничивания | ◼ | ||
| — оперативное ускорение ТНЗНП | ◼ | ||
| — ускорение ТНЗНП при включении выключателя | ◼ | ||
| — ускорение с использованием каналов связи | ◼ | ||
| Токовая отсечка | ◼ | ||
| — ускорение ТО при включении выключателя | ◼ | ||
| Вспомогательные функции | |||
| Блокировка при качаниях и асинхронном ходе | ◼ | ◼ | |
| Блокировка при броске тока намагничивания | ◼ | ◼ | ◼ |
| Блокировка при неисправностях цепей напряжения | ◼ | ◼ | ◼ |
| Функция резервирования отказа выключателя | ◼ | ◼ | ◼ |
| 4 группы уставок защиты | ◼ | ◼ | ◼ |
| Дистанционное управление терминалом | ◼ * | ◼ * | ◼ * |
| Двухстороннее модельное определение места повреждения | ◼ * | ◼ * | ◼ * |
* – по желанию заказчика
Условия срабатывания
Рассмотрим индивидуальные условия, обеспечивающие срабатывание ОСФ по углу блокировки Фбл каждого полукомплекта с относительной погрешностью не более d ± 2,5% (в настоящий момент d ОСФ отечественных цифровых ДФЗ составляет ±20% и более).
Оценку суммарной паузы (ВЧ-прием) на периоде необходимо выполнять со следующей частотой дискретизации (не менее):
Повышение точности формирования фазы за счет снижения нижнего предела измерений РЗА (Рис. 1)
Формирование тока манипуляции соответственно должно производиться при частоте дискретизации не менее fd.
Частота дискретизации современных цифровых устройств РЗА при измерении составляет 1200, 2400, 4800 Гц, что значительно ниже 24000 Гц. Данный фактор не позволяет осуществлять качественное формирование и, как следствие, делает невозможным выполнение высокоточного качественного интегрального ОСФ.
Ток манипуляции
На аппаратную точность формирования тока манипуляции влияет погрешность измерения аналоговых сигналов самим устройством. Необходимо отметить, что системы, имеющие меньшую погрешность измерения фазных токов, конечно же, формируют ток манипуляции точнее.
Динамический диапазон измерения органа формирования также имеет большое значение. Под динамическим диапазоном аналогового тракта понимают отношение верхнего предела измерения к нижнему. В цифровой защите – это всегда компромиссный параметр. С одной стороны, существуют задачи, в которых необходимо измерять низкий уровень тока (например, реле минимального тока УРОВ или сторона ВН силовых трансформаторов при реализации дифференциальной защиты), а с другой стороны – увеличение верхнего предела для выполнения корректной цифровой обработки сигналов при КЗ. Применительно к ДФЗ для повышения точности формирования фазы тока манипуляции необходимо как снижение нижнего предела измерения каналов токов, так и повышение верхнего предела измерения. Среди отечественных устройств РЗА наилучшим динамическим диапазоном является 1000 (например, 0,25÷250 А или 0,5÷500 А).
Измерение фазы тока манипуляции
Помимо точного формирования фазы тока манипуляции должен быть рассмотрен вопрос точности и качества ее измерения. ОСФ должен иметь механизм корректной работы в условиях наличия помех. На основании [4, 5] помехи при коммутационных операциях имеют значительный уровень и обуславливаются переходными процессами, возникающими при пробое промежутка между контактами выключателя и разъединителя, при восстановлении изоляционных свойств этого промежутка.
Особенности работы интегрального ОСФ в условиях единичной помехи на входе (Рис. 2)
При горении дуги может произойти образование помех, при этом следует выделять три фазы:
Уровень возможных помех сопоставим с уровнем сигнала приема, и этим пренебрегать нельзя. Длительность единичной помехи, вносящей искажение во входной сигнал ОСФ, в каждом из приведенных режимов не превышает 2–3 мс (≈ 30°).
Рассмотрим некоторые способы повышения качества работы ОСФ.
1. Повышение частоты дискретизации входного сигнала ОСФ. Для срабатывания ОСФ по углу блокировки каждого полукомплекта с относительной погрешностью не более частота дискретизации ОСФ должна быть не менее 24 кГц (2).
2. Выполнение ОСФ на интегральном принципе позволит правильно работать защите при всех видах КЗ, как в зоне действия, так и вне ее. Интегральный ОСФ может быть выражен как:
где N – число отсчетов дискретизации входного сигнала на период основной частоты; B – сигнал быстродействующего входа «ПРИЕМ ВЧ» (1 = есть сигнал, 0 = нет сигнала) длиной, равной шагу дискретизации, эл. град; – расчетная пауза на входе ОСФ, эл. град.
Особенностью принципа интегрального ОСФ, выполненного на высокой частоте дискретизации, является минимизация влияния кратковременных помех как аддитивного, так и субтрактивного характера, что представлено на рис. 2. Дополнительным плюсом является то, что высокоточное интегрирование не приводит к замедлению действия защиты (на время интегрирования).
Необходимо отметить, что косвенным ограничением ЧД цифровой ДФЗ является время задержки и погрешность задержки приемопередатчика (время реакции). Для современных цифровых устройств этот параметр составляет порядка 100 мкс. Это является стимулом к совершенствованию существующих приемопередатчиков, составляющих неотъемлемую часть ДФЗ.
3. Отсутствие дополнительных источников питания в цепи приемопередатчика и ДФЗ, применение экранированного кабеля с заземленным с обеих сторон экраном.
4. Повышение качества функционирования аппаратной части входов/выходов РЗА, предназначенных для взаимодействия с приемопередатчиком (уменьшение времени реакции, улучшение ЭМС, применение универсальных входов/выходов, работающих с разными типами передатчиков).
5. Применение системы цифровой передачи информации по оптическому каналу между устройством РЗА и приемопередатчиком (в настоящее время данная идея обсуждается очень активно).
Несмотря на известный и десятилетиями опробованный принцип, дифференциально-фазная защита еще не достигла предела своего совершенства и в цифровых устройствах РЗА ДФЗ может быть улучшена. Останавливаться на достигнутом не следует.
Конечно, выполнение вышеописанных требований является сложной инженерной задачей и для некоторых производителей может оказаться недосягаемой, так как потребует смены применяемой элементной базы, аппаратной архитектуры, программного обеспечения.
Дифференциальная фазная защита (ДФЗ)
Защиты трансформаторов.
Все основные виды защит можно разделить на две группы:
Основная защита – это защита с абсолютной селективностью, обычно дифференциальная.
Основная защита есть только на напряжении 35 кВ и выше, т.е. на присоединениях 0,4-10 кВ есть только резервные защиты
Есть присоединения, для которых нет резервных защит, только основные
Основная защита только одна, а резервных может быть несколько
Основная защита присоединения
Согласно определению ПУЭ (п. 3.2.14) – “На каждом из элементов электроустановки должна быть предусмотрена основная защита, предназначенная для ее действия при повреждениях в пределах всего защищаемого элемента с временем, меньшим, чем у других установленных на этом элементе защит.”
Таким образом на любом присоединении всегда есть основная защита. Это любая защита, которая защищает весь участок и действует быстрее, чем другие защиты. Все просто и понятно. Теперь примеры.
Для линии 0,4, 6 или 10 кВ основная защита – это максимальная токовая защита (МТЗ). Защищает всю линию и работает быстрее остальных защит. Токовая отсечка срабатывает быстрее, чем МТЗ, но она защищает только часть линии, т.е. не может являться основной защитой. То же самое с защитой от перегрузки – хоть и реагирует на повреждения на всем участке, но срабатывает намного медленнее, чем МТЗ.
Пример с защитой силовых трансформаторов. Трансформаторы мощностью до 6,3 МВА имеют в качестве основной защиты МТЗ, а вот начиная с 6,3 МВА и выше добавляется дифференциальная. Она и становится основной вместо МТЗ, а МТЗ переходит в разряд резервных.
Может ли быть несколько основных защит на одном присоединении? Да, может.
Например, для масляных силовых трансформаторов 6,3 МВА и больше обычно 2 основных зашиты – дифференциальная и газовая. Обе подходят под определение по п.3.2.14 потому, что работают без выдержки времени и на всем защищаемом участке. Иногда на присоединении ставят по 3 основных защиты, например, для АТ 220 кВ и выше большой мощности (две дифференциальные и газовая)
Резервная защита
Опять же давайте сначала посмотрим определение (ПУЭ п.3.2.15) – “Для действия при отказах защит или выключателей смежных элементов следует предусматривать резервную защиту, предназначенную для обеспечения дальнего резервного действия.
Если основная защита элемента обладает абсолютной селективностью (например, высокочастотная защита, продольная и поперечная дифференциальные защиты), то на данном элементе должна быть установлена резервная защита, выполняющая функции не только дальнего, но и ближнего резервирования, т. е. действующая при отказе основной защиты данного элемента или выведении ее из работы…”
Таким образом резервная защита присутствует также всегда и для любого присоединения.
Просто запомните одну простую вещь – на любом участке энергосистемы, на любом классе напряжения, есть как минимум 2 защиты – основная и резервная. Всегда!
Чаще всего резервной защитой присоединения является основная защита вышестоящего присоединения. Получается последовательная цепочка защит в которой все ступени “наползают” друг на друга.
Однако, если основная защита присоединения выполняется в виде дифференциальной или дифференциально-фазной защиты, то нужна еще одна защита, чтобы выполнить резервирование нижестоящего участка. Эта защита должна быть ступенчатой потому, что только ступенчатые могут выполнять дальнее резервирование.
На любом присоединении есть как минимум одна основная защита
На любом присоединении есть как минимум одна резервная защита
Основной может быть защита, выполненная на любом принципе (МТЗ, ДЗ ДЗТ, ДФЗ и т.д.)
Резервной может быть только ступенчатая защита (МТЗ или ДЗ)
На присоединении может быть несколько основных и резервных защит
1. Дифференциальная защита (ДЗТ)
применяется в качестве основной защиты трансформаторов при повреждениях их обмоток, на вводах и ошиновке. Ввиду ее сравнительной сложности дифференциальная защита устанавливается лишь на одиночно работающих трансформаторах 6300 кВА и выше, на параллельно работающих трансформаторах мощностью 4000 кВА и выше и на трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает защитное действие, а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 1 с.
Дифференциальная защита основана на принципе сравнения величин токов в начале и в конце защищаемого участка, например и начале и конце обмоток силового трансформатора, генератора и т. п. В частности, участок между трансформаторами тока, установленными на высшей и низшей сторонах силового трансформатора, считается защищаемой зоной.
Действие дифференциальной защиты поясняется рис.1. С обеих сторон трансформатора устанавливаются трансформаторы тока TT1 и ТТ2, вторичные обмотки которых включены последовательно. Параллельно им подключается токовое реле Т. Если характеристики трансформаторов тока будут одинаковы, то в нормальном режиме, а также при внешнем коротком замыкании токи во вторичных обмотках трансформаторов тока будут равны, разность их будет равна нулю, ток через обмотку токового реле Т протекать не будет, следовательно, защита действовать не будет.
Рис. 1. Дифференциальная защита трансформатора: а — токо-распределение при нормальном режиме, б — то же при коротком замыкании в трансформаторе.
При коротком замыкании в трансформаторе и в любой точке защищаемой зоны, например в обмотке трансформатора, по обмотке реле Т будет протекать ток, и если его величина будет равна току срабатывания реле или больше его, то реле сработает и через соответствующие вспомогательные приборы произведет двустороннее отключение поврежденного участка. Эта система будет действовать при междуфазных и межвитковых замыканиях.
Дифференциальная защита обладает высокой чувствительностью и является быстродействующей, так как для нее не требуется выдержки времени, она может выполняться с мгновенным действием, что и является ее главным положительным свойством. Однако она не обеспечивает защиты при внешних коротких замыканиях и может вызывать ложные отключения при обрыве в соединительных проводах вторичной цепи.
Дифференциальная фазная защита (ДФЗ)
Дифференциально-фазная ВЧЗ (ДФЗ) основана на сравнении фаз тока по концам защищаемой ЛЭП. Считая положительными токи, направленные от шин в ЛЭП, находим, что при внешнем КЗ в К1 (рис. 13.3, а) токи Im и In по концам защищаемой ЛЭП имеют различные знаки и, следовательно, их можно считать сдвинутыми по фазе на 180°. В случае же КЗ на защищаемой ЛЭП (рис. 13.3,6) токи на ее концах имеют одинаковые знаки и их можно принять совпадающими по фазе, если пренебречь сдвигом векторов ЭДС Еm и En по концам электропередачи и различием углов полных сопротивлений Zm и Zn
Принцип действия защиты основан на сравнении фаз токов присоединений. Токи, направленные от шин в линию, считаются положительными. Эти токи сравниваются защитой, и, если они совпадают по фазе, подается импульс на отключение выключателей.
При внешнем КЗ токи по концам линии имеют разные фазы и сдвинуты на угол, близкий к 180°. В этом случае защита блокируется и на отключение не действует.
Фазы токов сравниваются при помощи ВЧ сигналов, передаваемых по защищаемой линии. На каждом конце линии защита имеет однотипные органы — полукомплекты, действующие на ее пуск и отключение выключателей.
Устройства данной защиты контролируют величину силы тока на защищаемом участке. В случае увеличения силы тока выше определённого значения защита срабатывает на отключение этого участка. Значение величины силы тока, при котором срабатывает защита, называется
уставка.
Уставку обычно выбирают таким образом, чтобы цепь обесточилась быстрее, чем в ней произойдут какие-либо разрушения. Чаще всего для отключения применяют электромагнитные реле тока, в которых под воздействием электромагнитной силы замыкаются контакты, выдавая сигнал на отключение выключателя защищаемого элемента. По тому же принципу действуют различные автоматические выключатели.
Величина электрического тока, протекающего через цепь во время короткого замыкания, зависит от того, в каком месте это замыкание произошло. Чем это место ближе к источнику тока, тем больше величина силы тока. Это свойство позволяет обеспечивать данной защитой требование селективности. Для того, чтобы защита срабатывала непосредственно на том участке, на котором она установлена, её уставку принимают большей, чем значение силы тока короткого замыкания вне защищаемого участка. В этом случае защита не сработает, если короткое замыкание произойдёт вне защищаемого участка. Благодаря этому, токовую отсечку называют защитой с абсолютной селективностью.
В отдельных случаях токовая отсечка может быть выполнена неселективной. В этом случае она защищает не отдельный участок линии, а всю линию целиком. Выполнение такой защиты оправдано тем, что сразу после её действия начинает работать устройство автоматического повторного включения (АПВ). Если АПВ оказывается неуспешным, то срабатывает дифференциальная защита шин.
3. Газовая защита (Бухгольцовое реле) —
Газовая защита трансформаторов является наиболее чувствительной и универсальной защитой от внутренних повреждений. Она устанавливается на трансформаторах с масляным охлаждением, имеющих расширитель для масла. Этот вид защиты основан на том, что любые повреждения в трансформаторе, включая повышенный нагрев масла, приводят к химическому разложению трансформаторного масла, а также органических материалов изоляции обмотки, в результате чего внутри трансформатора происходит выделение газа. Этот газ воздействует на специальные приборы газовой защиты, которые подают сигнал предупреждения или производят отключение трансформатора.
Газовая защита
реагирует на такие повреждения, как междувитковое замыкание в обмотках трансформатора, на которые дифференциальная и максимально-токовая защита не реагирует; так как в подобных случаях величина тока замыкания оказывается недостаточной для срабатывания защиты. Характер повреждения в трансформаторе и размеры повреждения сказываются на интенсивности образования газа. Если повреждение развивается медленно, чему соответствует медленное газообразование, то защита дает предупреждающий сигнал, но отключение трансформатора не производит. Интенсивное и даже бурное газообразование, свидетельствующее о коротком замыкании, создает в системе газовой защиты сигнал такой величины, который помимо предупреждения вызывает отключение неисправного трансформатора. Газовая защита трансформаторов вызывает предупреждающий сигнал и в том случае, когда понижается уровень масла в баке.
Газовая защита трансформаторов
осуществляется при помощи
специальных газовых реле
, монтируемых в металлический кожух, врезанных в маслопровод между баком и расширителем.
Рис. 2. Газовое реле поплавкового типа: 1 — корпус, 2,5 — контакты, 3 — стержень, 4 — изоляция выводов, 6 — крышка, 7 — рамка, 8 — ось, 9 — верхний поплавок, 10 — нижний поплавок.
Нормально реле заполнено маслом. Кожух реле имеет смотровое стекло со шкалой, указывающей количество скопившегося и реле газа. В верхней части реле имеются кран для выпуска газа и зажимы для подключения проводов к контактам, расположенным внутри реле.
Конструкция и установка наиболее распространенного газового реле типа ПГ-22 показана на рис 1. У газовых реле этого типа внутри кожуха на шарнирах укреплены два поплавка, представляющие собой полые металлические цилиндры, а на них — ртутные контакты, соединенные гибкими проводниками с выводными зажимами на крышке реле. Верхний поплавок является сигнальным элементом защиты.
В нормальном состоянии, когда реле полностью заполнено маслом, поплавок всплывает и его контакт при этом разомкнут. При медленном газообразовании газы, поднимающиеся к расширителю, постепенно заполняют реле и вытесняют масло. С понижением уровня масла поплавок, опускаясь, поворачивается на своей оси, при этом происходит замыкание ртутных контактов и посылается предупреждающий сигнал.
При дальнейшем медленном газообразовании реле подействовать на отключение не может, так как оно заполняется газом лишь до верхней кромки отверстия, после чего газы будут проходить в расширитель.
Нижний поплавок, расположенный напротив отверстия маслопровода, является отключающим элементом. Если газообразование происходит бурно, то возникает сильный поток газов из трансформатора в расширитель через газовое реле, при этом нижний поплавок опрокидывается, замыкает ртутные контакты, что приводит в действие аппарат, отключающий трансформатор.
Так как при коротких замыканиях внутри бака трансформатора сразу возникает бурное газообразование, отключение трансформатора происходит быстро, через 0,1—0,3 с. Несколько позже, уже после отключения трансформатора срабатывает и сигнализация.
Для трансформаторов мощностью 6,3 тыс. кВА и выше установка газовой защиты обязательна. Для трансформаторов мощностью от 1000 до 4000 кВА она обязательна только при отсутствии дифференциальной или максимально-токовой защиты с выдержкой времени 0,5—1 с. Для трансформаторов мощностью 400 кВА и выше, устанавливаемых внутри цеха, газовая защита обязательна.
4. Максимальная токовая защита (МТЗ) —
Конструктивно МТЗ состоят из двух важных узлов: автоматического выключателя и реле времени. Они могут быть объединены в одной конструкции либо размещаться отдельными блоками.
Благодаря тому, что в конструкциях МТЗ предусмотрены реле времени, задерживающие срабатывание механизмов отсечения, они кратковременно игнорируют перепады напряжений. Кроме того, токовые реле сконструированы таким образом, что они возвращаются в исходное положение после ликвидации причины, вызвавшей размыкание контактов.
Между узлом задержки и токовым реле существует зависимая связь, благодаря которой отключение происходит не на начальной стадии возрастания тока, а спустя некоторое время после возникновения нештатной ситуации. Данный промежуток времени слишком короткий для того, чтобы величина тока достигла критического уровня, способного навредить защищаемой цепи. Но этого хватает для предотвращения возможных ложных срабатываний защитных устройств.
Принцип действия систем МТЗ напоминает защиту токовой отсечки. Но разница в том, что токовая отсечка мгновенно разрывает цепь, а МТЗ делает это спустя некоторое, наперёд заданное время. Этот промежуток, от момента аварийного возрастания тока до его отсечения, называется выдержкой времени. В зависимости от целей и характера защиты каждая отдельная ступень времени задаётся на основании расчётов.
Наименьшая выдержка времени задаётся на самых удалённых участках линий. По мере приближения МТЗ к источнику тока, временные задержки увеличиваются. Эти величины определяются временем, необходимым для срабатывания защиты и именуются ступенями селективности. Сети, построенные по указанному принципу, образуют зоны действия ступеней селективности.
Такой подход обеспечивает защиту поврежденного участка, но не отключает линию полностью, так как ступени селективности увеличиваются по мере удаления МТЗ от места аварии. Разница величин ступеней позволяет защитным устройствам, находящимся на смежных участках, оставаться в состоянии ожидания до момента восстановления параметров тока. Так как напряжение приходит в норму практически сразу после отсечения зоны с коротким замыканием, то авария не влияет на работу смежных участков.
· с целью локализации и обезвреживания междуфазных КЗ;
· для защиты сетей от кратковременных перегрузок;
· для обесточивания трансформаторов тока в аварийных ситуациях;
· в качестве протектора при запуске мощного, энергозависимого оборудования.
5. Защита от замыканий на корпус трансформатора —
Для выполнения защиты от замыканий на корпус в заземляющую шину между корпусом трансформатора (автотрансформатора) и контуром заземления подстанции врезается трансформатор тока ТТ, к вторичной обмотке которого подключается токовое реле Т. При повреждениях обмоток или вводов трансформатора (автотрансформатора), при которых возникают к.з. на корпус, по заземляющей шине проходит почти весь ток к.з., и лишь незначительная часть его замыкается непосредственно через железобетонный фундамент, на котором установлен трансформатор (автотрансформатор).
Рисунок 3 – Принцип действия защиты от замыканий на корпус.
При внешних однофазных к.з. в сети, связанной с защищаемым трансформатором (автотрансформатором), вследствие растекания тока к.з. часть его замыкается через фундамент, корпус и заземляющую шину, в которую врезан трансформатор тока ТТ. Для того чтобы защита не действовала при внешних к.з., ее ток срабатывания должен быть больше тока, проходящего через защиту при этих к.з. В нашей стране эта защита распространения не получила и имеется на трансформаторах (автотрансформаторах) зарубежной поставки.
6. Защита от перегрузки трансформатора
— на трансформаторах, находящихся под наблюдением оперативного персонала, РЗ от перегрузки выполняется действующей на сигнал посредством одного токового реле. Чтобы избежать излишних сигналов при КЗ и кратковременных перегрузках, в схеме РЗ предусматривается реле времени, обмотка которого должна быть рассчитана на длительное прохождение тока.
Выводы
При применении ДФЗ необходимо обращать внимание на точность функционирования органа сравнения фаз и органа формирования тока манипуляции. Замедление ДФЗ с целью компенсации кратковременной неидентичности переходного процесса на выходе блоков манипуляции для цифровых РЗА является не оптимальной мерой. Повышение качества принципиального функционирования ДФЗ целесообразно решать за счет повышения точности измерений, а также через совершенствование работы органа манипуляции и органа сравнения фаз. • Применение более высоких частот дискретизации для органа манипуляции и интегрального ОСФ, увеличение динамического диапазона измерений, снижение погрешности измерений фазных токов повышают избирательность действия ДФЗ в сложных переходных режимах и без ущерба для быстродействия.