Тема 4. Защита сборных шин станций и подстанций

(4 часа)

Лекция 13. Дифференциальная защита шин. Неполная защита дифференциальная шин (2 часа).

Назначение защиты шин

Повреждения на шинах подстанций электрических сетей и электростанций могут быть отключены резервными РЗ, установленными на противо­положной стороне элементов, подключенных к этим шинам. Однако резервные РЗ в подобных случаях работают со значительными выдержками времени и не всегда обес­печивают селективное отключение поврежденных шин. В то же время КЗ на шинах по условиям устойчивости энергосистемы и работы потребителей требуют быстрого отключения.

Для прекращения КЗ на шинах РЗ должна действовать на отключение всех присоединений, питающих шины. В связи с этим специальные РЗ шин приобретают особую ответственность, поэтому принцип действия РЗ шин и их практическое выполнение (монтаж) должны отличаться повышенной надежностью, исключающей возможность их ложного срабатывания.

В качестве быстродействующей и селективной РЗ шин полу­чила распространение защита, основанная на дифферен­циальном принципе.

Рисунок 1. Схема подстанции с двумя выключателями на каждом присоединении.

Дифференциальная защита шин

Дифференциальная защита шин (ДЗШ) (рис.2) основывается на сравнении значений и фаз токов, приходящих к защищаемому элементу(в данном случае к шинам ПС) и уходящих от него. Для питания ДЗШ на всех присоединениях устанавливаются ТТ с одинаковым коэффициентом трансформации Кг (независимо от мощности присоединения).

Дифференциальное реле 1 подключается к ТТ всех присо­единений, так чтобы при первичных токах, направленных к шинам, в нем проходил ток, равный сумме токов всех при­соединений, т. е. . Тогда при внешних КЗ и реле не будет действовать, а при КЗ в зоне (на шинах) равна сумме токов КЗ, притекающих к месту повреждения, и ДЗШ работает. При внешнем КЗ (точка К на рис. 2) ток КЗ , идущий от шин к месту КЗ по поврежденной ВЛ W4, равен сумме токов, притекающих к шинам от источников питания (по линиям W1, W2, W3)

а) б)

Рисунок 2. Распределение токов в схеме ДЗШ а) внешнее КЗ б) КЗ на шинах

Из токораспределения, показанного на рис. 2, видно, что вторичные токи , и , соответствующие первичным токам, притекающим к шинам, направлены в обмотке реле противоположно вторичному току (первичный ток которого утекает от шин).

Ток в реле

Выражая вторичные токи через первичные и учитывая ра­венство , получаем, что ток

Следовательно, если пренебречь погрешностями ТТ, то при внешних КЗ ток в реле отсутствует. С учетом токов намагни­чивания вторичные токи ТТ

и т. д.

Подставив эти значения вторичных токов в выражение для Iр, получим

Это выражение позволяет сделать вывод, что вследствие погрешности ТТ в реле появляется ток небаланса , равный геометрической разности токов намагничивания ТТ на повреж­денном присоединении W4 и ТТ всех остальных неповрежден­ных присоединений (W1, W2, WЗ), по которым ток КЗ притекает к шинам. В общем случае

Защита не будет действовать при условии, что ток срабаты­вания реле будет больше максимального тока небаланса, воз­никающего при IKmaxвремя внешнего КЗ:

При КЗ на шинах (рис. 2 а) по всем присоединениям, имеющим источники питания (генераторы), ток КЗ направляется к месту повреждения, т.е. к шинам подстанции. Вторичные токи направлены в обмотке реле одинаково, поэтому ток в реле равен их сумме:

Так как ,то

Выражение показывает, что при КЗ на шинах ДЗШ реагирует на полный ток в месте КЗ. Защита будет дей­ствовать, если

В нормальном режиме сумма токов, приходящих к шинам, всегда равна сумме токов, отходящих от шин, поэтому ток в реле равен нулю: . Из-за погрешности ТТ в реле появляется ток небаланса, который невелик в нормальном режиме и увеличивается при внешнем КЗ.

Неполная дифференциальная защита шин

На электростанциях и подстанциях с реактированными линиями применяются специальные ДЗШ 6-10 кВ, обеспечивающие быст­рое отключение КЗ, возникающих на шинах. В схеме неполной ДЗШ токовые реле КА1, КА2 включены на сумму токов всех источников питания – генераторов, трансформаторов связи с энергосистемой и секционного выключателя (рис. 3,а).

Неполная ДЗШ выполняется двухступенчатой: первая ступень – токовая отсечка (КА1), предназначенная для действия при КЗ на шинах (К1); вторая ступень – МТЗ (КА2), предназначенная для резервирования РЗ отходящих линий при КЗ за реакторами (К2). При КЗ на соседней секции (К3), в генераторе или трансформаторе ДЗШ в действие не приходит, так как эти КЗ являются внешними.

Рисунок 3. Схема неполной дифференциальной защиты шин: а - цепи тока; 6 - цепи оперативного постоянного тока

При КЗ за реактором одной из отходящих линий (К2) в реле ДЗШ будет проходить ток, равный сумме тока КЗ и тока на­грузки остальных, неповрежденных линий данной секции . Для предотвращения срабатывания первой ступени ДЗШ в этом случае ее ток срабатывания выбирается по следующему выражению:

где ; - коэффициент нагрузки, учитывающий увеличение тока самозапуска электродвигателей при КЗ за реактором, принимается равным 1,2-1,3.

Ток срабатывания первой ступени ДЗШ должен быть также отстроен от КЗ за ТСН. Ток срабатывания второй ступени ДЗШ отстраивается от максимального тока нагрузки с учетом само­запуска электродвигателей:

Первая ступень ДЗШ действует без выдержки времени на отключение всех источников питания, за исключением генера­торов, отключение которых осуществляется их МТЗ (рис. 3, б). Вторая ступень ДЗШ действует с выдержкой времени, отстроенной от максимальной выдержки времени РЗ отходящих линий.

Обычно на второй ступени ДЗШ предусматривается также и вторая выдержка времени, с которой она действует на отключение генераторов, подключенных к поврежденной секции шин, если после отключения трансформаторов, секционных и шиносоединительных выключателей КЗ не устранится. Чувствительность первой ступени ДЗШ при двухфазном КЗ на шинах подстанции должна быть не менее 1,5, а второй ступени при КЗ реактором – не менее 1,2.

Если первая ступень неполной ДЗШ не обеспечивает необ­ходимой чувствительности при КЗ на шинах, может применяться неполная дистанционная ДЗШ. При этом обычно используется схема с одним РС, цепи напряжения которого переключаются в зависимости от вида КЗ. Уставка срабатывания РС отстраивается от КЗ за реактором. Пусковые токовые реле используются в качестве второй ступени аналогично рассмотренной выше схеме.

Лекция 14. Защита шин 6 -10 кВ. Логическая защита шин (2 часа).

Защита шин 6-10 кВ

На крупных электростанциях и подстанциях иногда не уда­ется обеспечить необходимую чувствительность при КЗ за реакторами. Предложен ряд способов, позволяющих обеспечить отключение КЗ за реакторами. Так, например, к токовым цепям неполной ДЗШ подключаются ТТ, установленные на линиях, несущих наибольшую нагрузку. Исключение части тока нагрузки позволяет повысить чувствительность второй ступени ДЗШ. При этом для отключения КЗ за реакторами линий, ТТ которых оказались подключенными к цепям ДЗШ, используются специальные МТЗ, установленные на этих ЛЭП. На наиболее длинных линий, чувствительность при КЗ в конце которых неполной ДЗШ неудовлетворительна, используются специальные МТЗ, также действующие на отключение всех присоединений соответствующей секции шин. Такая МТЗ может выполняться как на отдельных линиях, так и общей на несколько линий.

Рисунок 1. Максимальная токовая защита трансформатора с ускорением при отсутствии тока в отходящих линиях:

а – первичная схема; б – схема цепей оперативного тока.

Для быстрого отключения КЗ на шинах 6-10 кВ применяется также ускорение МТЗ питающего трансформатора при отсут­ствии пуска РЗ любого из присоединений, отходящих от шин.

Однофазная схема такой РЗ приведена на рис. 1. При КЗ на шинах низшего напряжения подстанции (в точке К1) сработают токовые реле КА1 МТЗ трансформатора и не сработает ни одно из токовых реле МТЗ отходящих ЛЭП (КА2, КАЗ, КА4). При этом после замыкания быстродействующего контакта реле времени КТ1.1 через остающийся замкнутым контакт КL2.1 будет подан "плюс" на обмотку промежуточного реле КL1, которое, сработав, подает команду на отключение выключателя трансформатора.

В случае повреждения на одной из отходящих линиях (напри­мер, в точке К2) подействуют соответствующие токовые реле (в рассматриваемом случае КА2) и реле времени КТ2, которое быстродействующим контактом КТ2.1 замкнет цепь обмотки промежуточного реле КL2. Последнее, сработав, разомкнет контакт КL2.1, предотвращая действие МТЗ трансформатора без выдержки времени.

Логическая защита шин

Логическая защита шин (ЛЗШ) широко используется на подстанциях распределительных сетей без синхронной нагрузки и синхронных генераторов. Логическая защита шин (ЛЗШ) может использоваться как в открытых, так и в комплектных распредустройствах.

Принцип действия логической защиты шин заключается в следующем. На вводном выключателе секции МТЗ (максимальную токовую защиту) выполняют либо с двумя выдержками времени (при применении электромеханических защит), либо используют два комплекта МТЗ (при применении цифрового терминала). Первая ступень («быстрый» комплект) имеет выдержку времени 0,15-0,2 с и выполняет функции ЛЗШ.

Она вводится в работу, если через защиту протекает ток повреждения и нет блокирующего сигнала от пусковых органов защиты отходящих от шин линий. Этот блокирующий сигнал передается от защит отходящих линий к комплекту ЛЗШ с помощью общей шинки блокировки EBZ, расположенной вдоль всех ячеек секции.

Если повреждена отходящая линия, то срабатывают пусковые органы защиты этой линии и ЛЗШ на вводе блокируется (не работает), а МТЗ ввода работает с обычной селективной выдержкой времени, резервируя защиту линии. Блокировка выполняется с помощью общего выходного реле. Если повреждены шины, то блокирующий сигнал со стороны отходящих линий отсутствует и срабатывает ЛЗШ, отключая через 0,15-0,2 с выключатель ввода.

На рисунке 1 приведена простейшая схема логической защиты шин в комплексе с МТЗ на вводе 10 кВ. При КЗ на шинах или на отходящей линии пускается защита на вводе от питающего трансформатора (срабатывает реле KA). МТЗ на вводе отстроена по времени от защит отходящих линий и действует на отключение выключателя в двух случаях:

- отказе защит или выключателя отходящей линии;

- коротком замыкании на сборных шинах.

Рисунок 1. Схема логической защиты шин

При коротком замыкании на любой отходящей линии (КЛ1 – КЛn) срабатывает токовое реле KA1 в ее схеме и токовое реле KA в схеме ввода. Контактами KA1 блокируется действие защиты на реле KL.

При КЗ на шинах срабатывает реле KA в схеме ввода и нет срабатывания ни одного из реле KA1 в схемах отходящих линий. Реле KL срабатывает и действует на отключение выключателя ввода с запретом АПВ.

Схема достаточно простая, но имеет ряд недостатков:

1. При выводе в проверку защиты любого присоединения разрывается вся цепь, защита выводится из работы.

2. Большое количество последовательно соединенных элементов снижает надежность схемы в целом. Нарушение контакта в любом токовом реле или в соединительных проводах приводит к отказу защиты.

Более удобна и надежна схема, приведенная на следующем рисунке. Токовые реле всех отходящих линий соединены параллельно. Для исключения случайного срабатывания защиты при проверках РЗА присоединений включается последовательно с контактами собственных выключателей. В данном случае реле KL выступает в роли блокирующего.

Рисунок 2. Схема логической защиты шин

Недостатки ЛЗШ. На подстанциях с мощными синхронными электродвигателями (СД) или генераторами логическая защита шин не применяется из-за возможности ложных срабатываний при внешних КЗ в питающей сети, когда через ввод проходит ток подпитки от СД или генераторов.

Дата добавления: 2014-11-08