КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр

Рис. 10-12. Характер изменения тока в обмотке статора (а) и в обмотке ротора (б) синхронного электродвигателя при выходе из синхронизма.

Как правило, защита от асинхронного режима выполняется реагирующей на колебания тока в статоре и обычно выполняется при помощи реле тока с зависимой от тока характеристикой выдержки времени (рис. 10-13, а) или посредством мгновенного реле тока (рис. 10-13, б). Так как ток статора в синхронном электродвигателе при асинхронном режиме пульсирует, мгновенное токовое реле будет то срабатывать, то возвращаться. Для того, чтобы реле времени при этом надёжно работало в схему на рис. 10-13, б введено промежуточное реле, имеющее замедление на отпадание и размыкание контакта.

Рис. 10-13. Защита синхронного электродвигателя от асинхронного режима реагирующая на качания тока статора.

Ток срабатывания защиты от асинхронного режима принимают равным (1,4 1,5) Iном.дв..

Защиту от асинхронного режима можно выполнить на токовом реле, реагирующим на появление переменной составляющей (качаний) в токе ротора синхронного электродвигателя. Схема такой защиты приведена на рис. 10-14.

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

81

Рис. 10-14. Защита синхронного электродвигателя от асинхронного режима, реагирующая на качания тока ротора.

Действие защит синхронного электродвигателя на отключение его от сети дополняется обязательным действием на развозбуждение отключение автомата гашения поля (АГП).

Выводы:

1. Синхронные электродвигатели должны оснащаться теми же защитами, что и асинхронные электродвигатели: токовой отсечкой или диф. защитой – от к.з. в статоре; максимальной токовой защитой нулевой последовательности от замыканий обмотки статора на землю; токовой защитой от перегрузки; защитой минимального напряжения.

Поскольку выход из синхронизма синхронного электродвигателя может привести к его повреждению, они должны оснащаться специальной защитой от асинхронного режима.

2.Защита от асинхронного режима синхронного электродвигателя, как правило, выполняется реагирующей на колебания тока в статоре или роторе электродвигателя, возникающие при выпадении электродвигателя из синхронизма.

3.Защиты синхронных электродвигателей должны действовать не только на отключение его от сети, но также на отключение автомата гашения поля (АГП).

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

82

11.ЗАЩИТЫ СБОРНЫХ ШИН

На сборных шинах распределительных устройств электростанций и подстанций могут возникать такие же повреждения, как и на линиях: однофазные и междуфазные к.з. – в сетях с заземлённой нейтралью; междуфазные к.з. и замыкания на землю – в сетях с изолированной нейтралью. Поэтому, на сборных шинах, как правило, устанавливаются специальные

защиты шин предназначенные для отключения без выдержки времени повреждений, возникающих на шинах.

При отсутствии специальной защиты сборных шин повреждения на шинах будут отключаться с выдержкой времени резервными защитами линий, установленными на соседних подстанциях.

Так, например, при к.з. на шинах подстанции А (рис. 11-1,а) подействуют резервные защита на подстанции Б и отключат выключатель В-2, отделяя повреждённый от остальной части.

Замедление в отключении приведёт к увеличению размеров повреждения в месте к.з., а в кольцевых сетях может привести к нарушению устойчивости параллельной работы. Поэтому сборные шины распределительных устройств напряжением 110 кВ и выше в кольцевых сетях с многосторонним питанием, как правило, оснащаются специальными быстродействующими защитами сборных шин.

На тупиковых подстанциях защита шин распределительных устройств обычно не устанавливается, а повреждения, возхникающие на шинах, отключаются резервными защитами линий на питающих подстанциях.

Специальные защиты шин позволяют селективно отключать повреждённый участок и предотвращать излишние нарушения электроснабжения дополнительных подстанций. так, например, в случае к.з. на шинах подстанции В (в схеме на рис. 11-1, б) при срабатывании резервных защит и отключении выключателя В-4 одновременно с повреждённой подстанцией будет отключён и трансформатор Т, подключённый ответвлением к линии. При наличии на подстанции В специальной быстродействующей защиты шин рассматриваемое повреждение будет отключаться выключателем В-3 и питание трансформатора Т сохранится от подстанции Г.

Рис. 11-1. Схема электрических соединений для пояснений назначения защиты шин.

Таким образом, специальные защиты сборных шин необходимо применять для ускорения отключения повреждений и повышения селективности.

Вкачестве защит шин могут использоваться: токовая отсечка, дистанционная защита, а также продольная дифференциальная защита.

Внастоящее время в качестве быстродействующей и селективной защиты шин наибольшее распространение получила продольная дифференциальная защита.

11.1.Продольная дифференциальная защита шин

Продольная диф. защита шин основывается на том же принципе, что и рассмотренные ранее дифференциальные защиты линий, генераторов и трансформаторов, т.е. на сравнении величины и фазы токов присоединений подключенных к сборным шинам.

Для выполнения продольной диф. защиты шин на каждом присоединении устанавливаются

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

83

трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации, их вторичные обмотки соединяются между собой параллельно и к ним подключается токовое (дифференциальное) реле.

Принцип действия дифференциальной защиты шин показан на рис. 11-2.

Рис. 11-2. Схемы поясняющие принцип действия дифференциальной защиты шин а) токораспределение в цепях защиты при к.з. на шинах;

б) токораспределение в цепях защиты при внешнем к.з.

При к.з. на шинах (в зоне действия диф. защиты) в реле протекает суммарный ток, под действием которого реле срабатывает:

		1
Ip		nT	I1	I2	I3
где:
nT		-		коэффициент трансформации трансформаторов тока
I1,I2, I3					токи в линиях (присоединениях)

При внешнем к.з. и в нормальном режиме по части присоединений токи направлены к шинам, по другой части – от шин, а суммарный ток равен нулю. Однако, в реальных условиях через реле будет протекать ток небаланса, вызываемый погрешностями трансформаторов тока. Поскольку токи нагрузки меньше токов к.з. величина тока небаланса в нормальном режиме значительно меньше, чем при внешнем к.з.

Поэтому ток срабатывания защиты должен выбираться больше максимального тока небаланса при внешнем к.з.:

Iс.з.>Iнб.макс.

Ток, намагничивания трансформатора тока зависит от величины его вторичной э.д.с. Е2, что характеризуется кривой намагничивания (рис. 11-3).

Рис. 11-3. Характеристика намагничивания трансформаторов тока.

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

84

Чем больше ток к.з., проходящий через трансформатор тока, тем больше будет Е2, а следовательно, и ток Iнам. При внешнем к.з. наибольший ток к.з. будет проходить через трансформаторы тока повреждённого присоединения, поэтому токи намагничивания этих трансформаторов тока и, следовательно, их погрешности будут максимальными. По трансформаторам тока остальных присоединений будет проходить только часть этого тока и следовательно, их токи намагничивания будут меньше. Для уменьшения тока небаланса диф.

защиты шин необходимо подбирать трансформаторы тока используемые в защите так, чтобы

при внешних к.з. они работали в ненасыщенных (прямолинейных) частях характеристик намагничивания (применяют однотипные ТТ класса Р (Д); уменьшают значения вторичных токов ТТ за счёт увеличения коэффициента трансформации; уменьшают нагрузку ТТ увеличивая сечение и уменьшая длину соединительных проводов токовых цепей; выбор ТТ осуществляют по кривым предельной кратности токов при 10% погрешности).

Кроме того, для улучшения отстройки диф. защиты шин от токов небаланса при внешних к.з. применяют дифференциальные реле с быстронасыщающимися трансформаторами (БНТ) типа РНТ, которые не пропускают в реле апериодическую составляющую тока небаланса.

Для исключения неправильной работы защиты шин при неисправностях токовых цепей (обрывах или шунтированиях фазы вторичной цепи ТТ любого присоединений) дифференциальные реле отстраивают также от тока нагрузки наиболее нагруженного присоединения. Поэтому:

Iс.з.>Iн.макс.

В некоторых схемах диф. защит шин используют устройства контроля за исправностью токовых цепей – в нулевом проводе диф. реле устанавливают чувствительное токовое реле, которое выводит из работы диф. защиту при обрыве или шунтировании любой фазы вторичной цепи защиты. Устройство контроля дополняется миллиамперметром для периодического контроля дежурным персоналом исправности токовых цепей диф. защиты шин.

Таким образом, ток срабатывания продольной дифференциальной защиты шин должен выбираться исходя из 2-х условий:

1.Отстройки от токов небаланса при внешних к.з.:

Iс.з.= Кн Iнб.макс.

2.Отстройки от максимального тока нагрузки наиболее загруженного присоединения:

Iс.з.= Кн Iн.макс.

где:
Кн	коэффициент надёжности, принимаемый равным 1,2 1,25

При использовании реле с БНТ (типа РНТ) ток небаланса определяется погрешностями только тех трансформаторов тока, по которым проходит суммарный ток к.з. При этом при максимальном значении тока к.з. не превышают 10%, то расчёт тока небаланса ведётся по формуле:

Iнб.макс.=0,1 Iк.макс.

где:
Iк.макс	максимальный ток внешнего к.з.

Окончательный ток срабатывания диф. защиты шин принимается равным большему значению из полученных расчётных значений по 1 и 2 условию выбора тока срабатывания защиты.

Чувствительность защиты шин, как обычно, характеризуется коэффициентом:

Кч Iк.мин 2 ,

Iс.з.

который должен быть больше 2, т.к. защита является основной и должна надёжно срабатывать при к.з. на защищаемых шинах при минимальном токе к.з.

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

85

Выводы:

1.В качестве защит шин могут использоваться: токовая отсечка, дистанционная защита и продольная дифференциальная защита.

2.Основными достоинствами продольной дифференциальной защиты шин являются быстродействие, селективность и высокая чувствительность, поэтому она нашла широкое применение в качестве защиты шин подстанций в сетях напряжением 110 кВ и выше.

11.2.Разновидности схем дифференциальной защиты шин

Распределительные устройства высокого напряжения электростанций и подстанций имеют различные по сложности схемы первичных электрических соединений. Дифференциальные защиты сборных шин для различных первичных схем также отличаются по степени сложности и по количеству релейной аппаратуры используемой для реализации защит.

Дифференциальная защита шин для распределительных устройств с одной рабочей и второй резервной системами шин

Для распределительных устройств напряжением 110-220 кВ нормально работающих на одной системе сборных шин (вторая система шин находится без напряжения) применяется наиболее простая схема продольной диф. защиты шин (рис. 11-4).

Рис. 11-4. Упрощённая принципиальная схема диф. защиты шин для РУ

содной рабочей и второй резервной системами шин.

Всхему диф. защиты шин входят три токовых реле Т (типа РНТ) с быстро насыщающимися трансформаторами (БНТ), каждое из которых включено на разность токов

ТТодноимённых фаз всех присоединений.

Реле Т, срабатывая при к.з. в зоне защиты, действуют на промежуточные реле П5 и П7, первое из которых отключает шиносоединительный выключатель В-3, а второе – выключатели В-1 и В-2 остальных присоединений.

Трансформаторы тока шиносоединительного выключателя нормально не подключены к токовым цепям диф. защиты шин поэтому при подаче напряжения на резервную систему шин включением шиносоединительного выключателя В-3 вторая система шин автоматически попадает в зону действия защиты. Для того, чтобы при опробовании резервной (второй) системы шин не отключалась рабочая (первая) система шин в схеме защиты предусмотрена блокировка с помощью размыкающего контакта промежуточного реле П-6 включаемого в цепь обмотки промежуточного реле П-7, действующего на отключение всех выключателей, кроме шиносоединительного В-3. При опробовании резервной системы шин включением шиносоединительного выключателя В-3 от ключа управления КУ промежуточное реле П-6 приходит в действие и выводит из действия

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

86

промежуточное реле П-7 (с обмотки реле П-7 снимается минус нормально замкнутыми контактами реле П-6. В качестве реле П-6 обычно применяют промежуточное реле типа РП-252, имеющее замедление на возврат порядка 1-2 с.

Трансформаторы тока шиносоединительного выключателя подключаются к токовым цепям защиты шин только при переводе какого-либо присоединения на работу через шиносоединительный выключатель (при выводе в ремонт выключателя одного и з присоединений подстанции).

В схеме предусмотрено устройство контроля исправности токовых цепей защиты при помощи токового реле Т0 включённого в нулевой провод токовых цепей диф. защиты. В случае обрыва провода одной из фаз трансформатора тока любого из п рисоединений происходит срабатывание реле Т0, которое подаёт плюс на обмотку реле времени В, последнее отработав установленную на нём выдержку времени воздействует на промежуточное реле П-4. Это реле самоудерживается, а размыкающими контактами снимает плюс с контактов диф. реле Т, выводя защиту шин из действия. Кроме того, для контроля за исправностью токовых цепей предусматривается миллиамперметр, установленный в нулевом проводе токовых цепей защиты. При помощи кнопки 11 дежурный персонал периодически (обычно один раз в смену, производит измерения тока небаланса в нулевом проводе защиты).

Трансформаторы тока присоединений, как правило, подключаются к токовым цепям диф. защиты шин через испытательные блоки (в схеме защиты не показаны), которые предназначены для отсоединения от защиты токовых цепей выключателей при их ремонтах.

Дифференциальная защита шин для распределительных устройств с двумя рабочими системами шин

На распредустройствах, работающих нормально на 2-х системах шин с двумя выключателями на присоединения (полуторная схема, схема «4/3», схема с двумя выключателями на присоединение, схема многоугольника) для каждой системы шин устанавливается отдельный комплект диф. защиты шин по схеме аналогичной рис. 11-

3. При к.з. на одной из систем шин срабатывает только одна из защит, которая отключает все выключатели, подключённые к повреждённой системе шин. Вторая система сборных шин остаётся в работе, так как второй комплект диф. защиты шин не сработает.

В распределительных устройствах с 2-мя системами шин с фиксированным распределением присоединений по системам сборных шин выполнение диф. защиты шин имеет свои особенности. В этой схеме первичных соединений каждое присоединение имеет один выключатель на присоединение и два разъединителя, с помощью которых можно подключать (фиксировать) каждое присоединение на определённую (свою) систему шин. В процессе эксплуатации фиксация может изменяться т.к. любое присоединение можно переключать на другую систему сборных шин. Для обеспечения правильной работы защиты шин дежурный персонал подстанции должен производить переключения не только в первичной схеме коммутации распредустройства, но и в токовых и оперативных цепях обеих комплектов диф. защиты шин. При этом на время переключений защита каждой системы шин будет неселективной так как может сработать неселективно при к.з. на другой системе сборных шин.

На рис. 11-5 представлена диф. защита шин распредустройства с двумя рабочими системами сборных шин с фиксированным распределением присоединений выполненная при помощи 3-х комплектов диф. реле: индивидуальных (Т1 и Т2) включённых на сумму токов присоединений своей системы шин для каждой системы сборных шин и общий комплект (Т3) включенный на сумму токов всех присоединений подстанции.

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

87

Рис. 11-5. Упрощённая принципиальная схема дифференциальной защиты шин с фиксированным распределением присоединений между шинами.

При фиксированном режиме работы присоединений все три комплекта защиты находятся в работе и при внешнем к.з. не срабатывают т.к. ток срабатывания защиты отстроен от этого режима.

При к.з. на одной из систем сборных шин срабатывает общий комплект и один из индивидуальных комплектов защиты шин при этом отключается только повреждённая система сборных шин.

При нарушении фиксации присоединений индивидуальные комплекты (Т1 и Т2 становятся неселективными и на время переключений их временно выводят из работы с помощью рубильника Р1, шунтирующего контакты диф. реле индивидуальных комплектов защиты. Функции защиты обеих систем шин в этом случае осуществляет общий комплект Т3, который подействует на отключение всех присоединений при к.з. на любой из систем сборных шин.

Для уменьшения нагрузки на трансформаторы тока и снижения токов небаланса при внешних к.з. в режимах с нарушением фиксации целесообразно объединять вторичные цепи трансформаторов тока всех присоединений с помощью рубильника Р2.

Замкнутое положение обоих рубильников сигнализируется, предупреждая дежурный персонал о нарушении фиксации защиты.

Обычно на шиносоединительном выключателе трансформаторы тока устанавливаются со стороны одной системы шин. При таком расположении трансформаторов тока в случае к.з. между ними и выключателем сработает один индивидуальный комплект диф. защиты (на схеме рис. 11-4 - индивидуальный комплект первой системы шин) однако, это не приведёт к ликвидации к.з., которое остается связанным со второй системой сборных шин. Второй индивидуальный комплект защиты при этом повреждении не сработает, так как повреждение находится вне зоны его действия. В этом случае ликвидация к.з. будет осуществляться специальным устройством резервирования отказа выключателей (УРОВ), которым обычно оснащаются подстанции и которое в данном случае с небольшой выдержкой времени порядка 0,3-0,5 с отключить все присоединения второй системы сборных шин.

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

88

Выводы:

1.Дифференциальные защиты сборных шин для различных первичных схем отличаются по степени сложности и по количеству комплектов защиты используемых для реализации защиты шин.

2.Для распределительных устройств подстанций напряжением 110-220 кВ с одиночной несекционированной системой сборных шин, а также для подстанций с одной рабочей и второй резервной системой шин обычно применяют один комплект диф. защиты шин с использованием реле с БНТ типа РНТ.

3.Для распределительных устройств подстанций напряжением 110 кВ и

выше, работающих нормально на 2-х системах сборных шин (с двумя выключателями на присоединение, полуторные схемы, схемы «4/3», схемы многоугольников) для каждой системы сборных шин предусматривается отдельный (индивидуальный) комплект диф. защиты шин, а также общий комплект диф. защиты, осуществляющий защиту шин в режимах нарушения фиксации присоединений.

11.3.Защита шин генераторного напряжения

На электростанциях с шинами генераторного напряжения и на подстанциях с реактированными линиями и напряжением 6-10 кВ применяются специальные схемы защит шин, обеспечивающие быстрое отключение к.з., возникающих на шинах.

Наиболее просто защита шин осуществляется с помощью неполной дифференциальной защиты, выполненной токовыми реле, включаемыми на сумму токов всех источников питания. На схеме, представленной на рис. 11-6, токовые реле защиты шин подключены к трансформаторам тока генератора, трансформатора связи с энергосистемой и секционного выключателя.

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

89

Рис. 11-6. Схема неполной дифференциальной защиты шин.

Неполная диф. защита обычно выполняется в 2-х фазном 2-х релейном исполнении, так как сети напряжением 6-10 кВ работают с изолированной нейтралью. Защита имеет две ступени:

первая ступень выполняется в виде токовой отсечки, действующей без выдержки времени, вторая ступень представляет собой максимальную токовую защиту, действующую с выдержкой времени предназначенную резервировать защиты отходящих линий при к.з. за реакторами.

При к.з. за реактором линии в реле защиты будет проходить ток, равный сумме тока к.з. и тока нагрузки остальных неповреждённых линий данной секции, поэтому ток срабатывания первой ступени выбирается по следующему условию:

Iс.з.1 Кн Iк.з. Кнагр Iн

где:

Кн	коэффициент надёжности, принимаемый равным 1,2
Кнагр	коэффициент нагрузки, учитывающий увеличение тока нагрузки за
	счёт торможения и самозапуска электродвигателей из-за снижения
	напряжения при к.з. за реактором, принимаемый равным 1,2 1,3.

Ток срабатывания первой ступени должен также отстраиваться от к.з. за трансформаторами с.н., но это условие обычно не является определяющим.

Ток срабатывания второй ступени отстраивается от максимального тока нагрузки с учётом возможного самозапуска электродвигателей:

Iс.з. Кн Кнагр

КВ

Первая ступень защиты не имеет выдержки времени, вторая – действует с выдержкой времени отстроенной от времени срабатывания защит отходящих линий. Обычно предусматривают и

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

90