Н.В. Чернобровов Релейная защита

ных проводов, а второе — применением одноамперных трансформаторов тока или вспомогательных трансформаторов, понижающих ток в соединительных проводах.

Выбор трансформаторов тока и определение допустимой нагрузки zн на них производится по кривым предельной кратности токов при 10%-ной погрешности.

б) Отстройка дифференциальных реле от тока небаланса

Хотя перечисленные выше мероприятия по снижению небаланса имеют существенное значение, в н е у с т а н о в и в ш е м с я режиме токи небаланса все же могут достигать больших значений за счет влияния апериодической составляющей тока к. з., сильно намагничивающей сердечник трансформаторов тока.

Д л я у л у ч ш е н и я о т с т р о й к и от повышенных токов небаланса в неустановившемся режиме в дифференциальной защите шип, так же как и в других дифференциальных защитах, применяются реле с быстронасыщающимися трансформаторами тока 5 (рис. 19-5). Последние не пропускают в реле апериодическую составляющую тока небаланса, вследствие чего дифференциальная защита отстраивается не от полного тока небаланса, а только от его периодической составляющей. Защита выполняется с помощью реле РНТ-567 со встроенным БНТ. Реле имеет две независимые рабочие обмотки w1 и w2, выполняется в двух модификациях — на 5 А и 1 А вторичного номинального тока.

в) Контроль за исправностью токовых цепей

Вслучае обрыва или шунтирования фазы вторичной цепи трансформатора тока какогонибудь присоединения ток от оборванной или зашунтированной фазы не поступает в дифференциальные реле. В результате этого баланс токов в реле нарушается, в них появляется избыточный ток, равный по величине и противоположный по направлению току оборванной или зашунтированной фазы.

Таким образом, при обрыве токовой цепи защита шин может неправильно сработать и отключить всю подстанцию или электростанцию, т. е. вызвать тяжелую аварию.

Для предупреждения неправильной работы защиты 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 2 (рис. 19-5).

При обрыве или шунтировании фазы вторичной цепи реле 2 с выдержкой времени выводит защиту из действия и подает предупредительный сигнал.

491

Реле 2 дополняется миллиамперметром 3, при помощи которого можно обнаружить не только обрыв, но и ухудшение контакта в цепи какой-нибудь фазы или витковое замыкание в трансформаторе тока, вызывающее увеличение тока небаланса в нулевом проводе. Нажимая кнопку 4, дежурный периодически измеряет ток небаланса, проверяя, таким образом, исправность токовой цепи.

Для надежного действия защиты необходимо иметь kч ≥ 2.

19-5. РАЗНОВИДНОСТИ СХЕМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ШИН (Л.4)

а) Схема дифференциальной защиты шин для подстанций с одной рабочей и второй резервной системами шин

Подстанция, изображенная на рис. 19-6, нормально работает на одной системе шин, на которую включены все присоединения. Шиносоединительный выключатель В-3 отключен. Вторая система шин находится в резерве без напряжения. Защита шин подстанций такого типа выполняется по схеме, изображенной на рис. 19-6.

Схема защиты шин должна обеспечивать отключение повреждения не только в условиях нормального режима подстанции, но и во время перевода присоединений с рабочей системы шин на резервную. При переводе присоединений обе системы шин жестко связываются шиносоединптельным выключателем В-3, образуя одно целое. В этом случае в зону действия защиты должны входить обе системы шин. Для выполнения этого условия трансформаторы тока шиносоединительного выключателя не подсоединяются к защите. В нормальном режиме шиносоединительный выключатель отключен, и поэтому неподсоедине-

492

ние его трансформатора тока к защите не влияет на ее работу. При включении шиносоединительного выключателя резервная система шин попадает в зону действия защиты, поэтому если в момент опробования резервных шин на них окажется к. з., то защита шин сработает и отключит всю подстанцию, в то время как в данном случае было бы достаточно отключить один шиносоединительный выключатель, сохранив в работе рабочие шины. Чтобы устранить указанный недостаток, предусматривается б л о к и р о в к а , которая в момент опробования резервных шин прерывает действие защиты на отключение всех присоединений, кроме шиносоединительного выключателя. Благодаря этому при опробовании защита шин может отключать только один шиносоединительный выключатель В-3.

После истечения времени tбл, достаточного для включения шиносоединительного выключателя и обратного отключения его в случае к. з. на резервных шинах, блокировка восстанавливает нормальную схему защиты шин с действием на все выключатели.

Б л о к и р о в к а выполняется при помощи промежуточного реле 6 (рис. 19-6) с замедленным возвратом. Верхний контакт этого реле нормально замкнут, и через него проходит минус выходного промежуточного реле 7, действующего на отключение всех выключателей, кроме шиносоединительного В-3. При включении В-3 от ключа управления КУ реле 6 приходит в действие и снимает минус с реле 7. В качестве реле 6 часто применяется промежуточное реле типа РЭ-500 или РП-252, имеющее замедление на возврат порядка 1—2 с.

Трансформаторы тока шиносоединительного выключателя подключаются к цепям защиты шин при выводе через шиносоединительный выключатель какого-либо присоединения.

б) Схема дифференциальной защиты шин для подстанций, работающих на двух системах шин с фиксированным распределением присоединений

Особенность таких подстанций состоит в том, что в работе находятся две системы шин, связанные секционным или шиносоединительным выключателем (рис. 19-7 и 19-8). Каждое

493

(рис. 19-7 и 19-8). К о м п л е к т р е л е 1 предназначается для защиты первой секции. Он включается по дифференциальной схеме на трансформаторы тока всех присоединений, закрепленных за первой системой шин, и действует на их отключение. К о м п л е к т р е л е 2 служит для защиты второй секции. Его реле 2 питается от дифференциально соединенных трансформаторов тока присоединений, закрепленных за второй секцией, и действует на их отключение.

К о м п л е к т 3 является дифференциальной защитой обеих секций. Он включен на сумму токов, проходящих через реле комплектов 7 и 5, и оказывается, таким образом, дифференциально подключенным к трансформаторам тока всех присоединений. Комплект 3 действует при к. з. на шинах как первой, так и второй секции. При внешних к. з. он не работает независимо от того, как распределены по системам шин присоединения. Реле комплекта 3 подают плюс оперативного тока на реле комплектов 1 и 2 и производят отключение шиносоединительного выключателя. В случае соблюдения принятой фиксации присоедине-

ний все три комплекта не работают при внешних к. з. П р и к. з. н а ш и н а х п е р в о й секции действуют комплекты 1 и 3. Для комплекта 2 это к. з. является внешним, и поэтому он не работает. В с л у ч а е к. з. на второй системе шин комплект 1 защиты не работает. Комплекты же 3 и 2 приходят в действие и отключают все присоединения второй (поврежденной) системы шин. Анализируя поведение защиты при нарушении фиксации, например если присоединение В-2 (рис. 19-7) переведено на вторую секцию (при помощи резервной системы шин и выключателя В-7), можно установить следующее: а) при сквозном к. з. токи в комплектах 1 и 2 не балансируются, в результате чего оба комплекта могут сработать, но так как в комплекте 3 токи уравновешиваются, то он не работает и не позволяет комплектам 1 ж 2 произвести неправильные отключения; б) при к. з. на второй секции токи в комплекте 1 не балансируются, так как в этот комплект поступает избыточный ток от трансформатора тока присоединения В-2, которое включено на вторую секцию, поэтому на отключение срабатывают не только комплекты 3 и 2, но и комплект 1, в результате чего при повреждении на одной системе шин неселективно отключаются обе. Следовательно, в случае нарушения принятой фиксации присоединений по шинам рассмотренная схема сохраняет селективность при внешних к. з., но теряет ее при к. з. на шинах. Чтобы обеспечить селектив-

ность (в случае нарушения фиксации) при к. з. на шинах, следует переключить трансформаторы тока и оперативные цепи присоединений, переведенных на другую систему шин, на комплект защиты шин этой системы.

в) Схема дифференциальной защиты шин с двумя выключателями на каждом присоединении

Каждая система шин оборудуется отдельной дифференциальной защитой (рис. 19-9), действующей на отключение выключателей своих шин. При коротком замыкании на какой-либо системе шин срабатывает ее дифференциальная защита, отключая выключатели поврежденных шин. Защита другой (неповрежденной системы) не действует, благодаря чему все присоединения остаются в работе, питаясь от оставшейся системы шин. Каждая защита должна иметь устройство для контроля исправности токовых цепей, не показанное на схеме для упрощения (см. рис. 19-6).

19-6. ОЦЕНКА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ШИН И ОБЛАСТЬ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ

Главными достоинствами дифференциальной защиты шин являются быстрота действия,

495

селективность и высокая чувствительность. Наряду с этим дифференциальная защита не действует при качаниях и перегрузке.

Опыт эксплуатации показывает, что при хорошем монтаже, правильном выборе трансформаторов тока и надежной отстройке от токов небаланса защита работает вполне надежно и имеет весьма высокий процент правильного действия.

Дифференциальная защита широко применяется для защиты шин в сетях 110, 220, 330, 500 и 750 кВ. В сетях более низкого напряжения дифференциальная защита применяется относительно редко.

19-7. НЕПОЛНАЯДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯЗАЩИТА ШИН

На электростанциях и подстанциях с реактированными линиями и несколькими источниками питания применяется неполная дифференциальная защита по схеме, изображенной на рис. 19-10.

Дифференциальное токовое реле 1 включается на сумму токов всех источников питания, т. е. генератора Г, трансформатора Т и секционного выключателя В-1.

Трансформаторы тока линии Л, не имеющей источников питания, к защите не подключаются, что упрощает схему и является преимуществом неполной схемы дифференциальной защиты по сравнению с полной. Коэффициенты трансформации трансформаторов тока, питающих неполную дифференциальную защиту, должны быть одинаковыми.

П р и к. з. на о т х о д я щ и х л и н и я х Л (например, в точке К1) токи к, з. и нагрузки, поступающие в реле 1, не балансируются, так как токи, проходящие по лини-

ям, не попадают в защиту, поэтому в реле 1 проходит сумма токов к. з. ΣIк = ΣIк1, притекающих к месту повреждения от источников питания, и суммарный ток нагрузки линий ΣIнагр.л. Для того чтобы защита в этом случае не действовала, ее ток срабатывания должен удовлетворять условию

где kн — коэффициент надежности, равный 1,2—1,3.

П р и к. з. на с о с е д н е й с е к ц и и , в г е н е р а т о р е и л и за т р а н с - ф о р м а т о р о м (в точках К2, К3 и К4)токи к. з., притекающие и утекающие от шин, поступая в реле 7, уравновешиваются благодаря дифференциальному принципу соединения трансформаторов тока источников питания, поэтому защита не действует.

В н о р м а л ь н о м р е ж и м е т о к и нагрузки, проходящие по отходящим линиям, не попадают в реле 1. В результате этого токи в реле не балансируются и в нем появляется остаточный ток, равный сумме нагрузочных токов линий. Однако защита не действует, поскольку суммарный ток нагрузки меньше тока Iк1 от которого отстроена защита.

496

торов линии и трансформатора zР и zт:

При этом условии защита не работает при к. з. за реактором линии или трансформатором связи (в точках К1 и К2 ), так как сопротивление на зажи мах дистанционного органа в этих случаях превышает его сопротивление срабатывания.

При металлическом к. з. на защищаемых шинах напряжение, а вследствие этого и сопротивление на зажимах реле сопротивления 2 падают до нуля. Защита приходит в действие и отключает трансформатор, отделяя тем самым поврежденные шины от системы.

При к. з. на выводах генератора дистанционная защита действует так же, как и при к. з. на шинах. Чтобы обеспечить селективность при таких повреж дениях, на защите шин устанавливается выдержка времени t з . ш на ступень выше времени действия дифференциальной защиты генераторов. Практически выдержка времени защиты шин принимается равной:

tз.ш = 0,5 ÷ 0,6 с.

В случае к. з. до реактора или в реакторе линий защита шин действует быстрее, чем максимальная защита этих линий. Такая неселективность допускается, так как линейные выключатели не рассчит ы- ваются на к. з. до реактора.

Дистанционная защита шин генераторного напряжения применяется в тех случаях, когда к. з. на шинах необходимо отключать быстрее, чем это может сделать максимальная защита трансформатора.

19-10. ЗАЩИТА ШИН 110—500 кВ С ТРАНСФОРМАТОРАМИ ТОКА, ИМЕЮЩИМИ ПОВЫШЕННУЮ ПОГРЕШНОСТЬ

В тех случаях, когда погрешность трансформаторов тока не удается ограничить и она выходит за пределы 10%, рассмотренная выше простая дифференциальная защита шин (§ 19- 2) оказывается недостаточно чувствительной и надежной. В этих случаях могут применяться дифференциальные защиты с торможением или дифференциально-фазные защиты. Разработке и освоению этих защит за последнее время уделяется значительное внимание.

Дифференциальная защита шин с торможением. Защита работает так же, как и аналогичная защита трансформаторов (см. § 16-4). Реагирующий орган защиты выполняется с помощью дифференциального реле с торможением, у которого рабочий ток срабатывания (Iр.с.р) зависит от величины тормозного тока (IТ), т. е. Iр.с.р = f (IТ) (рис. 19-13, б). Наличие торможения позволяет допускать значительно большие (чем при простых реле) токи небаланса, возникающие в тех случаях, когда погрешность трансформаторов тока не превышает 10%.

Токовые цепи защиты соединяются, как правило, по дифференциальной схеме, при этом токи плеч используются в качестве тормозных токов IТ, а дифференциальный ток, равный

n

геометрической сумме токов всех присоединений I прис , является рабочим током Iр защи-

1

ты.

Если в качестве реагирующего органа применяются электромеханические реле, питающиеся переменным током трансформаторов тока, то число тормозных обмоток реле в общем случае должно быть равно числу присоединений, отходящих от защищаемых шин. Такие защиты получаются сложными и применяются редко.

Защита значительно упрощается при выполнении ее на выпрямленном токе. В этом случае реагирующий орган может осуществляться с помощью поляризованных и магнитоэлектрических реле или на полупроводниках.

П р о с т е й ш а я с х е м а с п о л я р и з о в а н н ы м р е л е , наиболее наглядно поясняющая принцип выполнения дифференциальной защиты с торможением, показана на

498

рис. 19-13, а.

Тормозная обмотка реле Т включена на сумму выпрямленных токов присоединений:

n

IТ = I прис . В этом случае тормозной ток равен арифметической сумме токов всех

1

присоединений (Л1, Л2, ..., Лп).

Рабочая обмотка питается выпрямленным дифференциальным током Iд. Принцип действия такой защиты не требует пояснений. Описание подобной защиты дано в [Л. 104].

Дифференциально-фазная защита шин. Принцип действия защиты основан на сравнении фаз токов присоединений при внешнем к. з. и при к. з. на шинах (рис. 19-14).

Пренебрегая фазными сдвигами первичных токов, можно считать, что в первом случае (при внешнем к. з., рис. 19-14, а) токи, притекающие к шинам и утекающие от них, имеют противоположные фазы (т. е, сдвинуты на 180°), а во втором (рис. 19-14, б) — токи всех присоединений совпадают по фазе.

В соответствии со сказанным реагирующий орган дифференциальнофазной защиты должен сравнивать между собой углы сдвига фаз токов всех присоедине-

ний. При совпадении фаз токов всех присоединений реагирующий орган должен работать, а при наличии тока хотя бы одного присоединения, сдвинутого на 180°, — не действовать. Та-

кое сравнение можно осуществить с помощью схемы, показанной на рис. 19-15, а, характеризующей общий принцип выполнения подобного фазного органа.

Вторичные обмотки вспомогательных трансформаторов ВТ, установленных на каждом присоединении, соединяются одноименными зажимами на параллельную работу через одно- полупе-риодные выпрямители В, пропускающие только положительные полуволны питающего их тока.

499