ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ С ОБЩИМ КАНАЛОМ СВЯЗИ

In the article, the authors proposed a test procedure for thermal imaging control of electrical equipment of AC electric locomotives. The obtained test results of thermal imaging control of AC electric locomotives show the real state of the equipment during acceptance. The use of thermal imaging control of AC electric locomotives makes it possible to reduce equipment downtime, increase its service life, and obtain a sufficiently quick payback of diagnostic devices. In the presence of thermal images of equipment, the decision to repair / replace becomes more efficient, the total cost is reduced, and the reliability of the equipment is increased. The authors recommend the use of thermal imaging control of electrical equipment of electric locomotives for depot repairs and maintenance.

Key words: electric locomotive, heat control, testing, repair, heating.

Gubarev Pavel Valentinovich, candidate of technical sciences, docent, pavel_gybarev@yandex. ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University,

Shapshal Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, llh@rgups.ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov State Transport University,

Kurochkin Alexander Sergeevich, teacher, a. s. kuro4kin@,mail. ru, Russia, Rostov-on-Don, Rostov law Institute of the Ministry of internal Affairs of the Russian Federation

УДК 621.316

ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ С ОБЩИМ КАНАЛОМ СВЯЗИ

М.А. Швайковский, Е.П. Вишняков, А.В. Ильин

Рассматривается возможность использования высокочастотных или продольных дифференциальных защит параллельных линий с применением одного общего канала связи, а также вопрос обеспечения быстродействия индивидуальных полукомплектов защит с самостоятельными каналами связи, для каждой защищаемой линии электропередачи. Проведен анализ режимов работы различных видов релейных защит для параллельных линий.

Ключевые слова: высокочастотная релейная защита, дифференциальная защита линий электропередачи, балансная защита, балансное реле, высокочастотная блокировка защит, короткое замыкание.

Как любое техническое устройство линии электропередач подвержены неблагоприятным воздействиям, которые могут иметь разную природу происхождения. Поскольку от качества функционирования систем электроснабжения зависит и качество технологического процесса, то актуальными становятся своевременные выявления повреждений и их ликвидация [1].

Для надежности электроснабжения схемы электрических сетей содержат в ряде случаев двухцепное исполнение линий электропередач (ЛЭП). Каждая из параллельных линий укомплектовывается соответствующими устройствами релейной защиты. Для обеспечения быстродействия

147

защит параллельных линий на каждой из них с обеих сторон устанавливаются индивидуальные полукомплекты защит с соответствующими каналами связи, самостоятельными для каждой ЛЭП.

Эффективность использования балансных или поперечных защит для параллельных линий не может быть признана достаточно высокой из-за невыполнения требования по их быстродействию в режиме отключения одной из линий [2]. Вне зависимости от простоты исполнения поперечных защит на параллельных линиях применяются самостоятельные высокочастотные или продольные дифференциальные защиты с дорогостоящим каналом связи на каждой из них.

При таком дополнении полукомплектов защит параллельных линий возникает возможность обеспечить требуемое быстродействие указанных защит на одном общем канале связи. Это в значительной степени удешевляет их исполнение и в ряде случаев повышает функциональные возможности, освобождая при этом дорогостоящие дефицитные каналы связи для других целей.

Балансная защита сравнивает абсолютные значения токов одноименных фаз параллельных линий и действует на отключение той линии, абсолютное значение тока в которой больше [3]. На таких линиях можно использовать поперечные дифференциальные защиты, в частности защиты балансного типа, которые должны выполняться с учетом следующих требований: защита должна быть селективной, чувствительной и надежной для любой из линий; при отключении и включении линий в цепях тока защиты не должно производиться никаких переключений. Для выполнения указанных требований защита может быть реализована посредством индукционного реле.

Для линий относительно небольшой протяженности обычно применяются полукомплекты продольной дифференциальной защиты линии (ДЗЛ) типа ДЗЛ-1 [4] с кабелем связи между ними. Для двух параллельных линий возникает необходимость использовать четыре полукомплекта защиты и две пары кабельных линий связи. Возможно использование и одного полукомплекта указанной защиты с каждой стороны параллельных линий, соединенных между собою одной парой жил кабеля связи при условии включения его на сумму токов параллельных линий с дополнительным балансным реле, включенным на разность выпрямленных токов этих линий [4].

Схема подключения полукомплекта ДЗЛ для избирательной защиты двух параллельных линий представлена на рис. 1. Контакты балансного реле вместе с магнитоэлектрическим реле, включенным в цепи разделительного конденсатора, управляют взаимно сблокированными реле - повторителями, переключающими дополнительный конденсатор на линии связи и выходные цепи действия защиты на отключение выключателей соответствующей линии.

При коротком замыкании (КЗ) на любой из параллельных линий происходит действие полукомплектов ДЗЛ на отключение выключателей повредившейся линии через реле-повторители соответствующего срабаты-

148

вания балансного реле. Если КЗ произошло в конце одной из линий при недостаточной чувствительности балансного реле своей стороны, однозначно срабатывает аналогичное реле противоположной стороны, которое, кроме избирательного отключения своего выключателя, также через реле-повторитель подключает определенной полярностью дополнительный конденсатор к линии связи, от разряда которого, через последнюю на катушку магнитоэлектрического реле другой стороны происходит также избирательное отключение выключателя повредившейся линии.

Магнитоэлектрическое реле действует от тока разряда конденсатора, а от постоянного тока в цепи контроля не работает из-за включения его последовательно с разделительным конденсатором, при этом от переменного тока оно отстроено своей инерционностью и соответствующей чувствительно стью.

Рис. 1. Подключение полукомплекта ДЗЛ для избирательной защиты двух параллельных линий: АО - полукомплект продольной дифференциальной защиты с изолирующим трансформатором ТЬ и раздельным конденсатором С2; КО - балансное реле, работающее от разности выпрямленных токов линий I, II;

КМ - магнитоэлектрическое реле, срабатывающее от разряда дополнительного конденсатора С1; К.Ь1, К.Ь2 - реле повторителя

избирания действия защиты

При внешнем КЗ полукомплекты ДЗЛ не работают, балансные реле также отстроены. В режиме отключения одной из линий за счет срабатывания балансных реле защита автоматически сохраняет свое действие на включенную линию. В результате защита работает избирательно и в основном без какой-либо задержки, за исключением возможных зон каскадного действия балансных реле при двухстороннем питании и случаев кас-

149

кадного действия при одностороннем питании со стороны подстанции без источника питания. Необходимая быстрота избирательного действия защиты достигается при всех возможных режимах параллельных линий с минимальным числом используемых полукомплектов защиты и жил кабелей связи.

Для более протяженных линий используется высокочастотная блокировка их защит, позволяющая обеспечить быстродействие за счет взаимного контроля срабатывания полукомплектов защит с обеих сторон каждой линии. Вместо взаимосвязи между подстанциями с помощью приемопередатчиков с высокочастотной обработкой каждой из параллельных линий достаточно общего высокочастотного канала на одной из них для ускорения защит обеих параллельных линий.

Обычная высокочастотная блокировка защит одной линии может обеспечить избирательность ускорения защит второй, если передатчик будет передавать не сплошной, а манипулированный сигнал от тока второй линии, на защите которой цепь ускорения создается органом сравнения фаз. Катушка исполнительного реле этого органа подключена разделительным трансформатором к приемопередатчику не непосредственно, а через триод, управляемый током защищаемой линии [4].

Для ускорения защиты второй линии от высокочастотной блокировки первой, кроме обычной взаимосвязи приемопередатчика по цепям пуска и останова от защиты своей линии, дополнительно к токовым цепям второй линии включается комбинированный фильтр тока, от которого осуществляются манипуляция передатчика и управление триода органа сравнения фаз. При срабатывании исполнительного реле этого органа ускоряются защиты второй линии, изображенной на рис. 2.

При КЗ на первой линии или вне ее высокочастотная блокировка защит работает в соответствии с общими принципами. Для ускорения защит второй линии требуется срабатывание исполнительного реле органа сравнения фаз, которое возможно при совпадении положительных полупериодов на обоих входах органа сравнения фаз при КЗ непосредственно на линии. При этом в зависимости от направления тока в первой линии возможна остановка одного из приемопередатчиков или работа обоих при отсутствии в ней тока, достаточного для срабатывания реле остановки.

Во всех случаях манипуляция передатчиков дает сигналы, совпадающие по полярности с сигналами своего комбинированного фильтра тока, что создает условия для ускорения защит второй линии с обеих ее сторон при КЗ на ней.

При КЗ на первой линии ввиду остановки ее обоих передатчиков орган сравнения фаз второй линии не имеет источника питания для срабатывания. При внешнем КЗ сохраняется работа одного из передатчиков на подстанции с КЗ за «спиной», где направленные защиты второй линии не действуют, а для противоположной стороны полярность высокочастотных импульсов с полярностью комбинированного фильтра тока находится в противофазе, поэтому защита от органа сравнения фаз не ускоряется.

150

Рис. 2. Подключение второй параллельной линии для ускорения ее защит от высокочастотной блокировки первой линии: 1АК, 2АК - релейная защита линий I и II с ВЧ-блокировкой приемопередатчиком АА; KAZ - комбинированный фильтр токов

линии II; ZL - фильтр промышленной частоты; А8 — орган сравнения фаз исполнительным реле Ш, включенным от разделительного трансформатора П через триод УТ и диод УБ

Для ускорения защиты в случае недостаточной величины тока для пуска передатчиков возможен дополнительный их пуск и по напряжению. При недостаточной чувствительности органов останова при внешнем КЗ совместная работа двух передатчиков с разной фазой манипуляции исключает излишнее действие органа сравнения фаз от сплошного высокочастотного сигнала в связи с его питанием через разделительный трансформатор. Включение через фильтр промышленной частоты дает возможность расширить число ускоряемых защит за счет использования кратных гармоник промышленной частоты.

Использование аналогичных органов сравнения фаз в дифференциальной защите типа ДФЗ позволяет обеспечить избирательное быстродействие этой защиты с одним высокочастотным каналом для двух параллельных линий [3]. Для этого пусковой орган и манипуляция общего приемопередатчика включаются от разности токов параллельных линий, а от их индивидуальных токов включены свои органы отключения с направленностью действия по отношению к сумме токов этих линий. Схема включения защиты изображена на рис. 3.

Комбинированные фильтры токов каждой линии питают «свои» датчики тока (шунт; трансреактор), к разности токов включены пусковые органы передатчика, а к сумме токов через, промежуточные трансформаторы тока - индивидуальные отключающие органы, состоящие из обычных пусковых органов диффазной защиты с дополнением их реле мощности, поляризующая обмотка включена на ток «своей» линии, которое срабатывает при совпадении фаз суммарного тока и тока «своей» линии.

151

Рис. 3. Включение защиты ДФЗ с общим высокочастотным каналом для двух параллельных линий: КА11, КА22 - комбинированные фильтры токов линий I и II; ТА1, ТА2 - датчики токов линий I и II; А&1, АБ2 - органы сравнения фаз линий I и II (исполнение аналогично рис. 2); АЬ1, АЬ2 - индивидуальные отключающие органы линий I и II; АМ - общий пусковой орган приемопередатчика АА; КЬ1, КЬ2 - промежуточные реле взаимной блокировки и отключения линий I и II

Индивидуальные органы сравнения фаз аналогичного исполнения замыкают цепь промежуточного реле отключения определенной линии при совместном срабатывании и соответствующего отключающего органа. Выходные реле действуют со взаимной блокировкой цепей отключения выключателей и задержкой их на отпадание для исключения возможной неселективности в режиме каскадного отключения. Задержка на ступень селективности также создает возможность резервирования действия защиты в случае ее отказа с другой стороны.

При КЗ на одной из параллельных линий от разности токов запускаются передатчики с обеих сторон или с одной при КЗ близко от шин подстанции. Индивидуальные органы сравнения фаз срабатывают только на той линии, где фаза тока совпадает с фазой высокочастотного сигнала, т. е. на поврежденной линии, где с двух сторон срабатывают также индивидуальные органы отключений.

При внешнем КЗ пуск и манипуляция высокочастотных передатчиков не происходят из-за отстройки от небаланса сквозного КЗ. При отсутствии высокочастотных сигналов органы сравнения фаз не действуют.

152

В режиме включения только одной из двух параллельных линий при внутреннем КЗ происходит обычное срабатывание защиты с двух сторон, а при сквозном КЗ манипуляция высокочастотных сигналов на противоположных сторонах линии не совпадает, что вызывает появление сплошного сигнала, от которого органы сравнения фаз блокируются.

Рассмотренное исполнение защиты обеспечивает мгновенное избирательное отключение КЗ на одной из поврежденных линий вдоль всей ее длины с сохранением необходимой работоспособности и в режиме одной линии. При этом требуется только один высокочастотный канал для защиты двух параллельных линий. Защита от такого совмещения даже улучшает свои функциональные возможности, так как при наиболее частом повреждении высокочастотного канала в нормальном режиме защита не теряет свою работоспособность и действует правильно по всей длине любой линии с каскадным отключением только на концевых участках, а при отказе срабатывания возможно селективное резервирование с противоположной стороны.

Объединение принципов продольных и поперечных дифференциальных защит в общих защитах параллельных линий вызывает ряд особенностей их эксплуатационных характеристик. Так, например, при обрыве с односторонним КЗ на одной из параллельных линий общая диффазная защита вообще не срабатывает из-за возникновения противофазы ВЧ-импульсов, поэтому такое повреждение отключается резервными защитами, которые без подпора питания КЗ с противоположной стороны имеют достаточную чувствительность и соответствующее быстродействие.

Аналогичное повреждение на параллельной линии, защиты которой ускоряются ВЧ-блокировкой другой линии, отключается с правильным действием ускорения, а при КЗ с обрывом на линии с ВЧ-блокировкой, кроме ускоренного отключения своей линии, возможно также излишнее ускорение защиты параллельной.

Продольные дифференциальные защиты с балансным реле полностью сохраняют недостаток поперечных защит в части возможного отключения неповрежденной воздушной линии (ВЛ) при одностороннем КЗ с обрывом одной из параллельных ВЛ, но, учитывая малую длину этих линий, повышение качества их монтажа и эксплуатации, вероятность таких повреждений настолько мала, что надобность в специальных средствах блокировки от неправильных действий защиты отпадает.

Для защит с использованием самостоятельного кабеля связи вывод в ремонт любой параллельной линии не влияет на состояние общей защиты, а для защит с ВЧ-каналами связи их сохранение при выводе в ремонт линии, по которой реализован ВЧ-канал, возможно путем переключения ВЧ-приемопередатчиков с одного фильтра присоединения на резервный разделительный фильтр ВЧ-обработки второй линии, используемой для других целей.

Такое переключение не требует дорогостоящих элементов ВЧ-обработки параллельных линий и обеспечивает ограниченное число ВЧ-каналов для релейной защиты, что повышает возможности телемеханизации и автоматизации электрических сетей за счет дополнительных ВЧ- каналов для этих целей.

Существенным преимуществом общих защит параллельных линий является возможность отстройки их излишнего срабатывания от внешнего КЗ в случаях нарушения исправности канала связи за счет отстройки балансного или пускового органа защиты от токов небаланса по методике [5], т. е. ток срабатывания пуска защиты

где /КЗвн - суммарный ток внешнего КЗ; Л/// - относительная разность токов параллельных линий из-за их разного сопротивления.

Неисправность ВЧ-канала исключает также возможность срабатывания ускорения защит параллельной линии от ВЧ-блокировки первой линии при внешнем КЗ, так как орган сравнения фаз не срабатывает при отсутствии ВЧ-сигнала, а возможность излишнего срабатывания защиты линии с ВЧ-блокировкой может быть предотвращена вводом автоматического контроля исправности ВЧ-каналов релейной защиты

Предлагаемое использование общих защит параллельных линий допускает и их раздельную работу, так как при КЗ ток повреждения значительно превышает ток нагрузки другой линий; и определяет поведение защиты с ограничением зоны ее действия местом установки трансформаторов тока.

В результате в общих защитах проявляются преимущества продольных и поперечных защит и исключаются в основном характерные недостатки каждого отдельного вида защит.

Выводы. Модернизация основных защит параллельных линий может быть осуществлена незначительным изменением схем на основе серийной выпускаемой аппаратуры.

Использование одного канала связи вместо двух для параллельных линий существенно удешевляет исполнение и облегчает эксплуатацию их защит, дает возможность расширить сферу использования быстродействующих защит без изыскания дополнительных каналов связи, число которых на узловых подстанциях резко ограничено необходимостью использования для других целей.

Дополнительные функциональные возможности общих защит параллельных линий создают условия для учета изложенных модификаций и при их проектировании.

1. Швайковский М.А., Вишняков Е.П., Ильин A.B. Диагностика обрыва фазы воздушной линии электропередачи под напряжением // Труды Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского. СПб.: BKA имени А.Ф. Можайского. 2017. Вып. 656. С. 114 - 117.

Список литературы

2. Чернобровов Н.В. Релейная защита. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Книга по требованию, 2013. 624 с.

3. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: учебник для вузов. 5-е изд. М.: Высшая школа, 2007. 639 с.

4. Киреева Э.А., Цырук С. А. Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем. М.: Академия, 2014. 147 с.

5. Кузник Ю.С. Балансная защита параллельных линий // Электрические станции. 1977. № 7.

Швайковский Михаил Александрович, канд. техн. наук, доцент, заместитель начальника кафедры, mixas_sh@,mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского,

Вишняков Евгений Павлович, канд. техн. наук, доцент, vishep44@,gmail. com, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского,

Ильин Антон Викторович, канд. техн. наук, старший преподаватель, antvic9@gmail. com, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского

FEA TURES OF CONSTRUCTION OF DIFFERENTIAL PROTECTION OF PARALLEL ELECTRIC TRANSMISSION LINES WITH A COMMON CHANNEL

M.A. Shvaikovsky, E.P. Vishnyakov, A. V. Ilin

The article considers the possibility of using high-frequency or longitudinal differential protection of parallel lines using one common communication channel. The issue of ensuring the speed of individual protection half-sets with independent communication channels for each protected transmission line is considered. The analysis of the operating modes of various types of relay protection for parallel lines.

Key words: high-frequency relay protection, differential protection of power lines, balancedprotection, balanced relay, high-frequency blocking of protection, short circuit.

Shvaikovsky Mikhail Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, depute head of chair, mixas_sh@,mail. ru, Russia, St. Petersburg, Military-space academy of A.F. Mozhajsky,

Vishnyakov Evgeny Pavlovich, candidate of technical sciences, docent, associate proffeor, vishep44@,gmail. com, Russia, St. Petersburg, Military-space academy of A.F. Mozhajsky,

Ilin Anton Viktorovich, candidate of technical sciences, senior lecturer, antvic9@gmail. com, Russia, St. Petersburg, Military-space academy of A.F. Mozhajsky