16. Защита шин станций и подстанций. Уров

Короткие замыкания на сборных шинах станций и подстанций возникают:

1) из-за перекрытия шинных изоляторов и вводов выключателя;

2) повреждения трансформаторов тока и напряжения;

3) поломка изоляторов разъединителей и воздушных выключателей;

4) ошибок оперативного персонала при переключениях.

Отключение повреждений на шинах может производиться защитами элементов, питающих эти шины. Это, как правило, резервные защиты трансформаторов, генераторов, линий, двигателей. Они имеют большие выдержки времени и иногда не могут обеспечить селективного отключения повреждения на шинах. Для защиты шин используют специальные защиты с высокими показателями по надежности и чувствительности.

Для шин 110 кВ и выше используется дифзащита, принцип действия которой основан на первом законе Кирхгофа. Сумма токов, притекающих к шинам равна сумме токов, уходящих из шин. В нормальном режиме и в режиме внешнего к.з. это условие всегда выполняется. Если же к.з. происходит на шинах, то весь ток течет в точку к.з., а ток протекающий по реле отличен от нуля (рис. 111). Таким образом, записанное ниже условие выполняется в нормальном режиме и в режиме внешнего к з.

.

Рис. 111 Принцип действия дифзащиты шин

При к.з. К1 ток и, т.е. при к.з. на отходящих присоединениях защита не работает.

При к.з. К2 на системе шин все токи текут в точку к.з. и , защита работает и действует на отключение всех присоединений данной системы шин без выдержки времени. Дифзащита шин выполняется с помощью реле типа РНТ (реле с быстронасыщающимся трансформатором). Все трансформаторы тока принимаются одинаковыми с одинаковым коэффициентом трансформации. Ток срабатьтания защиты выбирается, исходя из двух условий:

1. ,;-наибольшее значение тока небаланса, протекающего по реле при внешнем к.з.

2. ;-нагрузочный ток наиболее мощного присоединения.

Выполнение схемы защиты шин определяется схемой выполнения сборных шин станции или подстанции. Рассмотрим в качестве примера релейную защиту шин для подстанции с двумя системами шин и фиксированным распределением элементов.

Структурная схема защиты приведена на рис. 112. В данной схеме обязательно наличие трех комплектов токовых реле (реле типа РНТ). Комплекты 1 и 2 называются избирательными, а комплект 3 - пусковым. Избирательные комплекты определяют на какой системе шин возникло к.з. Пусковой комплект работает при к.з. на любой из систем шин. Наличие комплекта 3 необходимо для того, чтобы при нарушениях фиксации (например, элемент 2 присоединен ко II системе шин (--)) и внешних к.з. (К1) защита ложно не отключала все присоединения на подстанции. Отключение присоединений системы шин произойдет только при условии работы пускового комплекта и одного из избирательных. При нарушениях фиксации (---) и к.з. К1 работают оба избирательных комплекта, но не работает пусковой, вследствие чего не происходит ложного отключения подстанции.

Рис. 112 Защита шин для подстанции с двумя системами шин и фиксированным

Распределением элементов

В схеме присутствуют 2 чувствительных комплекта (4 и 5), которые работают после неуспешного АПВ шин. АПВ шин включает элементы, отключенные дифзащитой шин поочередно, начиная с наиболее мощного питающего элемента. Если к.з. было устойчивое, то включенный элементы вновь отключается защитой с помощью чувствительного комплекта ()" подается сигнал «запрет АПВ» на остальные элементы данной системы шин.

Дифзащита называется полной, когда трансформаторы тока установлены на всех присоединениях. Такая защита применяется для шин 110 кВ и выше. Принципиальная схема полной дифзащиты приведена на рис. 113. Избирательные комплекты выполнены на реле КАТ1 и КАТ2, пусковой комплект - на реле КАТ3. В схеме предусмотрен вывод защиты из действия при обрывах вторичных цепей ТА – реле КА1, КТ, КL4.

При обрывах вторичных цепей ТА в реле КА1 появляется ток, оно сработает и с выдержкой времени записывает реле КL4, которое снимает «+» оперативного тока с контактов реле КАТ3, чем и выводит дифзащиту из действия. Выдержка времени нужна для отстройки от бросков при к.з. на шинах, когда защита должна подействовать на отключение.

При к.з. на первой системе шин работают реле КАТ1 и КАТ3. При срабатывании реле КАТ3 записывается реле КL3, отключающее секционный выключатель Q7 и подающее «+» оперативного тока на контакт реле КАТ1, которое отключает выключатели Q1-Q3 через реле КL1.

При наличии устойчивого к.з. на первой системе шин приходит в действие ее чувствительный комплект. После работы защиты шин АПВ включает самый мощный питающий элемент. Если к.з. не установилось, то величина тока будет меньше, чем в первый момент возникновения аварии, когда были включены все присоединения. Следовательно, реле КАТ1 и КАТ3 не сработают, а сработает реле КА2. Реле КL6 работает после срабатывания реле КL1, отключающего присоединения первой системы шин. Реле КL6 имеет размыкающийся с выдержкой времени контакт, который остается замкнутым после отключения выключателей Q1-Q3. Если к.з. устойчиво и работает реле КА2, то сигнал на отключение подается через контакт реле КL6. АПВ всех остальных элементов запрещается.

Неполная дифзащита – если трансформаторы тока установлены только на питающих элементах. Данная защита применяется для защиты шин 6-35 кВ. Схема защиты приведена на рис. 114.

Защита имеет две ступени: 1-я ступень – основная, действует при к.з. на шинах, а 2-я ступень – резервная – действует при к.з. на отходящих линиях. В 1-ю ступень входит реле КА1, включенное на сумму токов всех источников питания. Все ТА имеют одинаковые . При внешних к.з. (точка К1 на Л1) в реле КА1 токи не сбалансированы, по реле протекает от источников питания и суммарный ток нагрузки линий (линии Л2 для рассматриваемой схемы). Для исключения срабатывания защиты в этом режиме необходимо, чтобы

; .

При к.з. на соседней секции (точка К5), а также при к.з. в точках К2 и К3 токи в реле уравновешены и защита не работает.

В нормальном режиме по реле КА1 протекает ток , но т.к. к защите не подключен ток по линиям Л1 и Л2, то токпо реле КА1 в нормальном режиме будет меньше, чем при внешних к.з., и защита работать не будет.

Рис. 113 Дифференциальная защита сборных шин подстанций с двойной системой и фиксированным распределением элементов

Рис. 114 Неполная дифференциальная защита сборных шин напряжением 6(10) кВ

При к.з. на шинах (точка К6) защита сработает, если . В этом случае сигнал на отключение подается с выдержкой времени, установленной на реле КТ.

Основная ступень защиты выполнена на реле КА1- это токовая отсечка, которая действует на отключение выключателей источников питания без выдержки времени через реле KL2 и KL1.

Таким образом, реле КА2 резервирует действие реле КА1, а также токовых защит линий Л1 и Л2.

Ток срабатывания реле КА1 выбирается по следующим условиям:

1. ; .

2. Условие отстройки от увеличения тока при действии АВР на Q7

,

где - нагрузка на своей секции;- нагрузка, подключаемая к секции при действии АВР наQ7; ,.

Ток для реле КА2 выбирается по следующим условиям:

1. Условие возврата реле после отключения поврежденной ЛЭП своей защитой

,

где - коэффициент, учитывающий увеличение тока при самозапуске двигателей.

2. Условие недействия защиты при работе АВР на Q7

,

где - коэффициент, учитывающий самозапуск двигателей на соседней линии; .

Рассмотренная схема неполной дифференциальной защиты шин может быть применена для защиты шин генераторного напряжения электростанций.

Резервирование действия защиты и отказа выключателя (УРОВ). При автоматической ликвидации повреждений встречаются случаи отказа в действии релейной защиты или выключателей. Подобные случаи могут привести к тяжелым авариям, поэтому необходимо резервировать действие релейной защиты и выключателей. Применяется 2 способа резервирования:

1) дальнее резервирование;

2) ближнее резервирование.

Дальнее резервирование выполняется резервными ступенями основных защит (III ступень дистанционной защиты) или резервными защитами (МТЗ трансформаторов, генераторов). Ближнее резервирование осуществляется защитами с выключателями той же подстанции, где произошел отказ.

Достоинство дальнего резервирования в том, что основная и резервная защиты находятся на разных подстанциях и не зависят друг от друга. Но в сложных сетях резервные защиты часто обладают низкой или недостаточной чувствительностью. Устройство ближнего резервирования (УРОВ) (рис. 115) при к.з. К1 и поломке выключателя действует на отключение всех присоединений, т.е.,,. То же самое происходит при наличии к.з. и поломкелюбого из выключателей данной системы шин.

Рис. 115 Принцип действия УРОВ

Для запуска схемы УРОВ выполняются специальные токовые реле, установленные на каждом присоединении. Поскольку в результате действия УРОВ могут произойти многочисленные отключения, то время действия УРОВ выбирается больше, чем время самой большой ступени резервной защиты всех присоединений. Запуск УРОВ осуществляется при выполнении следующих условий:

- сработала защита присоединения (самая грубая по времени ступень);

- выключатель присоединения остался во включенном положении;

- находятся в сработанном состоянии пусковые реле УРОВ.

Схема УРОВ имеет большое количество блокировок, запрещающих ее работу, при неисправностях цепей защиты, исчезновении напряжения, неисправностях источников питания оперативных цепей. Пример выполнения схемы УРОВ приведен на рис. 116. Реле устанавливается на каждое присоединение, сигнал на отключение неповрежденных присоединений подается через реле КТ, KL.

Рис. 116 Устройство резервирования при отказе выключателей:

а- с дополнительным пусковым органом напряжения; б- с дополнительными пусковыми токовыми органами

На рисунке 116, а пусковой орган УРОВ выполнен с помощью реле напряжения. В нормальном режиме реле держит свои контакты разомкнутыми. При возникновениитрехфазных к.з. работает реле (реле минимального напряжения), которое замыкает сиойконтакт и подает питание на реле . При двухфазных к.з. работает реле, подключенное на фильтр напряжений обратной последовательности ZF. Контакт размыкается и снимается питание с реле , которое замыкает свой контакт и подает питание на реле . При однофазных к.з. работает реле . При появленииразмыкается контакт и снимается питание с катушки реле .

Реле KQC - реле положения «ВКЛЮЧЕНО». Оно контролирует включенное положение выключателя. При срабатывании реле , работе защиты и включенном выключателе одного из элементов, подключенных к системе шин, получает питание реле КТ (рис. 116, а) и с выдержкой времени подается сигнал на отключение всех элементов системы шин.

На рисунке 116, б представлена схема УРОВ с токовыми пусковыми органами. Реле КА_П установлено на каждом присоединении. При к.з. на любом из элементов работает реле КА_П данного элемента, работает защита этого элемента KL₃. Включенное положение выключателя присоединения контролируется замкнутым положением реле KQC. Затем получает питание реле КГ и с выдержкой времени подается сигнал на отключение.

Реле КА_П подключено к ТА через трансформатор TL, имеющий три первичных обмотки, которые подключены на токи фаз А, В, С. Данное реле позволяет увеличить чувствительность УРОВ и снизить вероятность ложной работы реле КА_П.