1.2.2. Принципы защиты межподстанционной зоны

С точки зрения системного подхода нужно рассматривать принципы защиты межподстанционной зоны в виде единой концепции. При этом концепция защиты межподстанционной зоны (МЗ) контактной сети – это системное решение трех взаимосвязанных проблем (групп вопросов):

1. распознавание аварии, быстрое и селективное отключение аварийного участка контактной сети;

2. идентификация причины и последствий аварии (или отсутствия последствий);

3. восстановление нормальной схемы питания МЗ.

Для решения этих проблем разрабатываются соответствующие методы и средства:

1. методы и средства защиты фидеров КС;

2. методы и средства диагностики КС, оборудования системы тягового электроснабжения и защит;

3. методы и средства восстановления нормальной схемы питания.

Конкретная реализация концепции заключается, во-первых, в выборе наиболее полной и непротиворечивой группы методов, во-вторых, в создании средств их реализации. Общая структура этой концепции и её реализации с помощью интеллектуального терминала представлена на рис.1.4.

Основные принципы защиты межподстанционной зоны изложены в различных работах, например в [4], [11]–[13]; необходимый минимум современных требований к защите МЗ содержится в ПУСТЭ [14].

Набор применяемых защит тяговых сетей в настоящее время сформировался. Установлено [13], что одни токовые защиты не обеспечивают защиты межподстанционной зоны. Это связано со значительным изменением сопротивления подстанций в условиях эксплуатации (режимы минимума и максимума питающих энергосистем, включение одного или двух трансформаторов на подстанциях). В качестве основных защит используются дистанционные защиты, измеряющие входные сопротивления в мес-

Рис. 1.4. Реализация концепции защиты межподстсанционной зоны

те их установки. Форма характеристик дистанционных защит представляет собой на комплексной плоскости сопротивлений сектор с центром в начале координат. Токовые и потенциальные защиты выполняют в большинстве случаев функции дополнительных защит. В последнее время рекомендуются к применению защиты от перегрузки тяговой сети, основанные на решении уравнения теплового баланса элементов тяговой сети. Защиты с дополнительными каналами связи, обладающие свойствами абсолютной селективности (высокочастотные, продольно-диффе-ренциальные защиты) в тяговой сети не применяются. Попытки использования телеблокировки не оказались успешными из-за недостаточной надежности имеющихся линий связи.

Подробное описание состава защит, включенных в интеллектуальные терминалы присоединений, и особенностей их реализации будет дано во втором разделе.

Концепция защиты МЗ контактной сети переменного тока определяет прежде всего принципы выбора типов и параметров защит, взаимосвязи параметров различных защит одного фидера, а также взаимосвязи параметров защит различных фидеров межподстанционной зоны, т.е. связывает воедино следующие требования и положения:

основные требования к защитам (чувствительность, селективность, отстроенность от нормальных режимов, быстродействие);

основные схемы секционирования и питания контактной сети 1-путных и 2-путных участков КС и их параметры;

основные режимы работы контактной сети (нормальный и вынужденный);

основные типы КЗ (металлическое, через дугу, через большое активное сопротивление) и их параметры;

основные режимы работы электроподвижного состава (нормальный, пусковой, включение трансформатора на холостом ходу, отрыв токоприемника и восстановление напряжения) и их параметры;

базовые принципы защиты межподстанционной зоны (типы защит и их резервирование).

Основные требования к защитам следующие:

1. устройства защит должны отличать аварийные режимы от нормальных с учетом существенно различной значимости ошибок типа ложное срабатывание, излишнее срабатывание и отказ срабатывания для фидеров контактной сети (см. п.1.2.4);

2. устройства защит должны определять удаленность до места КЗ на уровне ближней или дальней зоны (т.е. в пределах участка секционирования или вне его);

3. уставки должны рассчитываться с соблюдением требований селективности и устойчивости функционирования защит для "худших" сочетаний параметров и каскадных отключений схем, при которых токи КЗ минимальны, а нагрузки максимальны;

4. отказ одной из защит или выключателя должен резервироваться действиями других защит.

Реализация этих принципов приводит к необходимости использования для каждого присоединения трех типов защит [4]: основной, резервной (ближнего и дальнего резервирования) и дополнительной. Основная защита служит для отключения с наименьшим временем срабатывания только одного пораженного участка (ближней зоны), ограниченного выключателями, примыкающими к этому участку. Ближнее резервирование используется для резервирования основных защит своего выключателя, а дальнее – для резервирования защит других выключателей. Дополнительные защиты и блокировки используются для улучшения чувствительности и селективности основных и резервных защит.

Таким образом, базовые принципы защиты межподстанционной зоны приводят к следующей концептуальной задаче: для каждого выключателя данной зоны надо выбрать и просчитать комплект защит, удовлетворяющих четырем основным требованиям: чувствительности, селективности, отстроенности от нормальных режимов и быстродействия. При этом желательно получить унифицированное для эксплуатационного персонала решение. При невозможности выполнения отдельных требований необходимо проанализировать последствия и предусмотреть меры по минимизации ущерба от этих последствий.

Конкретное решение задачи защиты фидеров межподстанционной зоны усложнено из-за наличия различных вариантов применения устройств защиты в зависимости от следующих факторов:

1. схемы питания и секционирования (1-путный участок, 2-путный с узловой схемой питания, 2-путный с петлевой схемой питания, 2-путный с параллельной схемой питания и т.д.);

2. места установки защит (ТП, ПС, ППС);

3. режима работы межподстанционной зоны (нормальный, вынужденный с выведенным ПС, вынужденный с выведенной ТПВ – консольное питание).

С учетом этих факторов в левой части табл. 1.3 приведены 17 наиболее распространенных вариантов использования устройств защиты фидеров контактной сети для 1- и 2-путных участков. Номера вариантов применения защит в соответствии с табл. 1.3 приведены на схемах питания межподстанционной зоны (см. рис. 1.1 – 1.3) рядом с обозначениями выключателей (Qxx) в кружках. Обозначения, заключенные в фигурные скобки в табл. 1.3, будут пояснены ниже.

Различные варианты применения устройств защит требуют и соответствующих вариантов выбора конкретных типов защит, а также вариантов расчетов их уставок. Вопрос выбора защит – концептуальный и рассматривается в данном разделе. С расчетом уставок защит можно ознакомиться по [4], [11], [13], [15].

Таблица 1.3