13.1 Дифференциальная защита 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. 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. 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.

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

Дифференциальная РЗ шин (ДЗШ) (рисунок 13.1) 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

Рисунок 13.1 - Токораспределение во Рисунок 13.2 - Токораспределение во

вторичных цепях дифференциальной вторичных цепях дифференциальной

защиты при внешних КЗ защиты при КЗ на шинах

ТТ с одинаковым коэффициентом трансформации К_I (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. 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 (точка К на рисунке 13.1) ток КЗ I₄, идущий от шин к месту КЗ по поврежденной ЛЭП W4, равен сумме токов, притекающих к шинам от источников питания (по линиям Wl, W2, W3)

(13.1)

Из токораспределения, показанного на рисунке 13.2, видно, что вторичные токи, соответствующие и первичным токам, притекающим к шинам, направлены в обмотке реле противоположно вторичному току (первичный ток которого утекает от шин). Ток в реле

. (13.2)

Выражая вторичные токи через первичные и учитывая равенство (13.1), 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 (13.2), получим

. (13.3)

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 (Wl, W2, W3), по которым ток КЗ притекает к шинам. В общем случае

. (13.За)

Защита не будет действовать при условии, что ток срабатывания реле будет больше максимального тока небаланса, возникающего при i_{К max} во время внешнего КЗ:

.

При КЗ на шинах (рисунок 13.2) 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:

. (13.4)

Так как , то i_p = i_k/k₁. (13.5)

Выражение (13.5) показывает, что 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: I_р = 0. Из-за погрешности ТТ в реле появляется ток небаланса, который невелик в нормальном режиме и увеличивается при внешнем КЗ.

Список литературы

1. Басс Э.И., Дорогунцев В.Г. Релейная защита электроэнергетических систем./ Под ред. А.Ф. Дьякова.- М.: Изд. МЭИ, 2002.- 295 с.

2. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. "Релейная защита энергетических систем: Учебное пособие для техникумов".- М.: Энергоатомиздат, 1998.

3. Овчаренко Н.И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем. Москва.: “ Издательство НЦ ЭНАС”, 2000.-503с.

4. Шабад М.А. Расчеты РЗ и А распределительных сетей: Монография.- СПб.: ПЭИПК,2003.- 350с.

5. Овчинников В.В. Защита электрических сетей 0,4-35кВ. ч.1,ч.2. –М.: Издательство редакции журнала “Энергетик” , 2002.

6. Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем: - М.: Энергия, 1992, - 560 с.

7. Беркович М.А., Семенов В.А. Основы техники и эксплуатации релейной защиты. - М.: Энергия, 1991. - 432 с.

8. Авербух А.М. Релейная защита в задачах с решениями и примерами. - М.: Энергия, 1975. - 416 с.

9. Правила устройства электроустановок Минэнерго СССР. 6-е издание.- М.: Энергоатомиздат, 1986.

12. Справочник по наладке вторичных цепей электростанций и подстанций / Под ред. Э.С. Мусаэляна. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

13. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13А. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ: Схемы. - М.: Энергоатомиздат,1985.- 112 с.

14. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13Б. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ: Расчеты.- М.: Энергоатомиздат, 1985.- 96 с

15. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 2. Ступенчатая токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю линий 110-220 кВ.- М.; Л.: Госэнергоиздат, 1961.- 64 с.

16. Руководящие указания по релейной защите. Вып.9. Дифференциально-фазная защита линий 110-330 кВ.- М.: Энергия, 1972.- 114 с.

17. Руководящие указания по релейной защите. Вып.10. Высокочастотная блокировка дистанционной и токовой направленной нулевой последовательности защит линий 110-220 кВ. - М.: Энергия, 1975.- 76 с.

18. Руководящие указания по релейной защите. Вып.12. Токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю линий 110-500 кВ. Расчеты. - М.: Энергия, 1980. -88 с.

19. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 3. Защита шин 6-220 кВ станций и подстанций. - М.; Л.: Госэнергоиздат, 1961.- 72 с.

20. Руководящие указания по релейной защите. Вып.6. Устройства резервирования при отказе выключателей 35-500 кВ.- М.: Энергия, 1966. - 48 с.

21. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 7. Дистанционная защита линий 35-330 кВ. - М.: Энергия, 1966.

Доп. план 2008 г., поз.__

Башкиров Михаил Владимирович