Моделирование дифференциальной токовой защиты линии электропередачи
3.1.Цель работы: изучение принципиальной электрической схемы участка цепи, алгоритм работы защиты, электрической схемы соединений.
3.2.Основные понятия:
На линиях отходящих от шин электростанций или узловых подстанций, часто по условиям устойчивости требуется обеспечить отключение КЗ в пределах всей защищаемой линии без выдержки времени. Это требование нельзя выполнить с помощью мгновенных токовых отсечек, защищающих только часть линии. Кроме того, отсечки неприменимы по условию селективности, на коротких ЛЭП, где токи КЗ в начале и в конце линии примерно одинаковы. В этих случаях используются дифференциальные защиты (ДЗ), обеспечивающие мгновенное отключение КЗ в любой точке защищаемого участка и не действующие при КЗ за пределами зоны действия.
Дифференциальные защиты подразделяются на: продольные – для защит как одинарных, так и параллельных линий; поперечные – для защиты только параллельных линий.
Измерительный орган продольной дифференциальной токовой защиты включается на разность токов по концам защищаемого объекта (рис.3.1.)
Рисунок 3.1. Принципиальная электрическая схема
В реле защиты проходит ток Iр, равный разности вторичных токов измерительных трансформаторов тока ТА1 и ТА2 I12 и I22. При внешнем коротком замыкании в точке К2 токи I1 и I2 по концам защищаемого объекта одинаковы, и ток Iр = I12 – I22 принципиально равен нулю. При коротком замыкании на защищаемом объекте в точке К1 в реле защиты проходит практически арифметическая сумма вторичных токов короткого замыкания от источников питания ЭС1 и ЭС2 и защита срабатывает. Теоретически ток срабатывания защиты мог бы быть равен нулю. Однако, если учитывать наличие погрешностей измерительных трансформаторов тока защиты, ток в реле защиты при отсутствии короткого замыкания на защищаемом объекте равен току небаланса, значение которого тем больше, чем больше ток в первичных обмотках трансформаторов тока. Поэтому ток срабатывания защиты отстраивается от тока небаланса, имеющего место при максимальном токе, проходящем через защищаемый объект при внешнем КЗ:
(3.1)
Различные модификации продольной дифференциальной токовой защиты широко используются для защиты от коротких замыканий генераторов, трансформаторов, сборных шин, мощных электрических двигателей и других объектов. Реализация такой защиты на линии электропередачи встречает серьезные трудности, связанные с большой протяженностью этого защищаемого объекта. Необходимость прокладки вдоль защищаемой линии электропередачи проводной линии связи, требуемой для объединения вторичных обмоток трансформаторов тока защиты, усложняет и удорожает защиту, а также значительно снижает ее надежность. Поэтому продольная дифференциальная токовая защита используется для защиты линий электропередачи протяженностью не более 15 км и только в случае необходимости отключения короткого замыкания без выдержки времени.
Алгоритм работы защиты показан на рис.3.2. При подаче напряжения на схему загорается зеленая сигнальная лампа HLG1. При нажатии на кнопку включения SB1 включаются контакторы КМ1 и КМ2 и на защищаемую линию подается напряжение. Загораются красные сигнальные лампы HLR1 и HLR2 , получая питание через контакт КМ1.2 и КМ2.2 соответственно. Зеленая сигнальная лампа HLG1 гаснет. При отпускании кнопки SB1 обмотки контакторов получают питание через нормально разомкнутый контакт этого контактора КМ1.1.При нажатии на кнопку SB2 контактор КМ1 и КМ2 отключается. Напряжение с линии снимается. Красные сигнальные лампы гаснут, зеленая загорается.
Рисунок 3.2.Алгоритм работы защиты
При коротком замыкании в т.К1 обмотка реле тока, включенная на разность токов в начале и конце линии, получает питание, и контакт КА1.1 токового реле размыкает цепь питания контактора КМ1.
При коротком замыкании в т.К2 токи в начале и конце линии одинаковы, разность этих токов мала, токовое реле не срабатывает. Таким образом, защита действует только при кз на защищаемой линии.
При исчезновении напряжения питающей сети контакторы отключаются. При восстановлении напряжения в сети контакторы остаются отключенным. В эксперименте рассмотренный алгоритм реализован на основе программируемого контроллера.
1.3. Порядок выполнения работы:
· Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания (прил.1,2).
· Соедините блоки А5 и А6 шнурами питания с однофазным источником G1.
· Соедините гнезда защитного заземления « » устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» источника G1.
· Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.
· Коэффициент трансформации однофазного трансформатора А1 установите равным 1,1.
· Регулировочные рукоятки моделей линий электропередачи А3 и А10 переведите в крайнее по часовой стрелке положение.
· Приведите в рабочее состояние персональный компьютер, запустите программу Logo!Soft Comfort V5 и введите логическую схему (рис.3.3).
· Задайте параметры блока SF001, например, такие, как указано на блок-схеме.
· Включите источник G1. О наличии напряжений на его выходе должен сигнализировать светящийся светодиод. Включите выключатели «СЕТЬ» блоков А5, А6 и P1.
· Загрузите программу в контроллер и запустите ее на исполнение.
· Нажмите кнопку «Пуск» поста управления A8. При этом контакторы А2 и А10 должны включиться.
· Нажмите кнопку «Стоп» поста управления А8. При этом контактор А2 и А10 должны отключиться.
· Вновь нажмите кнопку «Пуск» поста управления А8 и смоделируйте короткое замыкание на защищаемой линии, соединив точки К0 и К1 схемы. Контакторы А2 и А10 должны отключиться, устранив короткое замыкание.
· C индикаторов измерителя Р1 считайте значения тока короткого замыкания и времени работы защиты.
· Вновь нажмите кнопку «Пуск» поста управления А8 и смоделируйте короткое замыкание вне защищаемой линии, точки К0 и К2 схемы. Защита не должна отреагировать на это короткое замыкание. В противном случае защита по какой-то причине работает неселективно, найдите причину и устраните ее.
· C индикаторов измерителя Р1 считайте значения тока короткого замыкания и времени его существования.
· По окончании эксперимента отключите выключатель «СЕТЬ» блоков А5, А6 и P1. Отключите однофазный источник питания G1.
Рисунок 3.3. Логическая схема и ее описание
| Блок логической схемы | Описание блока |
| AI1 | Вход аналогового датчика |
| I1 | Контакт кнопки «ПУСК» |
| I2 | Контакт кнопки «СТОП» |
| Q1 | Выход/контакт контактора |
| SF001 | Аналоговый пороговый выключатель / его контакт |