Лекция 10. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА СБОРНЫХ ШИН

Повреждения на шинах подстанций электрических сетей и электростанций высокого и сверхвысокого напряжений могут быть отключены резервными РЗ, установленными на противоположной стороне элементов, подключенных к этим шинам (рис. 2.36). Однако резервные РЗ в подобных случаях работают со значительными выдержками времени t рез.з 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. Характерным примером неселективного действия резервных РЗ ЛЭП может служить подстанция с двумя выключателями на каждом присоединении (рис. 2.36). При КЗ, например, на первой (7) системе шин (СШ) РЗ 1 и 2 отключают соответствено выключатели Q1 и Q2, лишая питания обе СШ (I и II), хотя при данной схеме соединений имеется возможность сохранить в работе всю подстанцию, отключив только выключатели Q3 и Q4. Такая л иквидация повреждения может быть обеспечена только с помощью специальной РЗ шин. Для прекращения КЗ на шинах их РЗ должна действовать на отключение всех присоединений, питающих шины. В связи с этим специальные РЗ шин приобретают особую ответственность, так как их неправильное действие приводит к отключению целой электростанции или подстанции либо их секций. Поэтому принцип действия РЗ шин и их практическое выполнение (монтаж) должны отличаться повышенной надежностью, исключающей возможность их ложного срабатывания.

Рисунок 10.1 – Схема подстанции с двумя выключателями на каждом присоединении. Выключатели, отключаемые защитой при КЗ на первой (I) системе шин заштрихованы

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

10.2 Дифференциальная защита шин

Дифференциальная РЗ шин (ДЗШ) основывается на том же принципе, что и рассмотренные ранее дифференциальные РЗ ЛЭП, трансформаторов и генераторов, т. е. 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 Ki (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. I р = E I пр . Тогда при внешних КЗ E I пр = 0 и реле не будет действовать, а при КЗ в зоне (на шинах) EI пр равна сумме токов КЗ, притекающих к месту повреждения, и ДЗШ работает. Первичные обмотки всех ТТ подключаются к шинам одноименными зажимами; все вторичные обмотки ТТ

соединяются параллельно одноименной полярностью, и к ним подключается реле 1.

При внешнем КЗ ток КЗ I 4 , идущий от шин к месту КЗ по поврежденной ЛЭП W4, равен сумме токов, притекающих к шинам от источников питания (по линиям W1, W2, W3):

Из токораспределения, показанного на рис. 10.1, видно, что вторичные токи I 1в , I 2в и I 3в , соответствующие первичным токам, притекающим к шинам, направлены в обмотке реле противоположно вторичному току I 4в (первичный ток которого утекает от шин).

Защита не будет действовать при условии, что ток срабатывания реле будет больше максимального тока небаланса, возникающего при Iк.max во время внешнего КЗ:

При КЗ на шинах 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:

При КЗ на шинах ДЗШ реагирует на полный ток I К в месте КЗ. Защита будет действовать, если I к > I с.з.

В нормальном режиме сумма токов, приходящих к шинам, всегда равна сумме токов, отходящих от шин, поэтому ток в реле равен нулю: / р = 0. Из-за погрешности ТТ в реле появляется ток небаланса, который невелик в нормальном режиме и увеличивается при внешнем КЗ.

10.3 Мероприятия по повышению надежности и чувствительности ДЗШ

Ограничение тока небаланса. Ток небаланса может вызвать неправильную работу РЗ, поэтому принимаются меры к ограничению его значения. Для уменьшения тока небаланса необходимо уменьшить разность между намагничивающим током I4нам ТТ на поврежденном присоединении, по которому проходит наибольший ток КЗ, и суммой намагничивающих токов I1нам + I2нам + I3нам остальных присоединений (W1, W2, W3). I нам ТТ зависит от значения его вторичной ЭДС Е2 (рис. 2.37). Чем больше ток КЗ, проходящий через ТТ, тем больше Е2, а следовательно, и ток Iнам. При внешнем КЗ наибольший ток проходит через ТТ поврежденного присоединения, поэтому его Iнам и погрешность максимальны.

По ТТ остальных присоединений проходит лишь часть этого тока , благодаря чему их токи намагничивания значительно меньше. Особенно неблагоприятным является такое соотношение вторичных ЭДС, при котором ТТ поврежденного присоединения работают в насыщенной части (точка 4 на рис. 2.37), а все остальные – в прямолинейной части характеристики намагничивания (точки 1, 2 и 3). При этих условиях разница токов намагничивания имеет наибольшее значение. Поэтому для уменьшения небаланса нужно обеспечить условия, при которых все ТТ работают при внешних КЗ в ненасыщенной части характеристики.

Рисунок 10.2 – Характеристика намагничивания трансформатора тока дифференциальной защиты

С этой целью необходимо: а) применять однотипные ТТ , у

которых насыщение происходит при возможно больших токах Iк; наилучшими с этой точки зрения являются ТТ класса Р(Д), которые и рекомендуется применять для ДЗШ; б) уменьшать кратность тока Iк к номинальному току ТТ, увеличивая их коэффициент трансформации К1; в) уменьшать нагрузку на ТТ, уменьшая ZH и вторичный ток Iв; первое достигается за счет увеличения сечения и сокращения длины соединительных проводов, а второе – применением одноамперных ТТ или вспомогательных трансформаторов, понижающих ток в соединительных проводах. Выбор ТТ и определение допустимой нагрузки Zн на них производится по кривым предельной кратности токов при 10 %-ной погрешности.

Отстройка дифференциальных реле от тока небаланса.

Для улучшения отстройки от повышенных токов небаланса в неустановившемся режиме, когда они могут достигать больших значений за счет влияния апериодической составляющей тока КЗ, сильно намагничивающей сердечник ТТ, в ДЗШ, так же как и в других дифференциальных РЗ, применяются реле с насыщающимися ТТ. Последние не пропускают в реле апериодическую составляющую Iнб. Защита выполняется с помощью реле типа РНТ-565 – при одинаковых коэффициентах трансформации ТТ или типа РНТ-567 – в схемах с ТТ, имеющими разные коэффициенты трансформации. Реле РНТ567 имеет две независимые рабочие обмотки W1 и W2 и выполняется в двух модификациях – на 5 и 1 А вторичного тока. Разработана схема более совершенной ДЗШ с торможением типа ДЗШТ, которая обеспечивает лучшую отстройку от 1нб при внешних КЗ и может применяться, когда простая ДЗШ не удовлетворяет требованиям чувствительности. Контроль исправности токовых цепей. В случае обрыва или шунтирования фазы вторичной цепи ТТ одного из присоединений ток от оборванной или зашунтированной фазы не поступает в дифференциальные реле, в результате чего ДЗШ может неправильно сработать и отключить всю подстанцию или электростанцию. Для предупреждения неправильной работы

ДЗШ под влиянием тока нагрузки оборванной фазы дифференциальные реле отстраиваются от тока нагрузки наиболее загруженного присоединения. Кроме того, в нулевом проводе дифференциальных реле устанавливается чувствительное токовое реле КАО, которое, срабатывая, при обрыве или шунтировании фазы вторичной цепи с выдержкой времени выводит ДЗШ из действия и подает предупредительный сигнал. Реле КАО дополняется миллиамперметром Ртп А, при помощи которого можно обнаружить не только обрыв, но и ухудшение контакта в цепи какой-нибудь фазы или витковое замыкание в ТТ, вызывающее увеличение тока небаланса в нулевом проводе.

1. Виды защит сборных шин и требования к ним.

2. Дифференциальная защита сборных шин. Выбор тока срабатывания.

3. Мероприятия по повышению надежности дифференциальной защиты шин.

4. Схемы дифференциальных защит шин.

5. Защита сборных шин с помощью отсечки и дистанционной защиты.

6. Защита сборных шин с трансформаторами тока, имеющими повышенную погрешность.