Линейная защита шин принцип действия

Логическая защита шин (ЛЗШ)

Логическая защита шин (ЛЗШ) широко используется на подстанциях распределительных сетей без синхронной нагрузки и синхронных генераторов. Принцип действия логической защиты шин заключается в следующем. На вводном выключателе секции МТЗ (максимальную токовую защиту) выполняют либо с двумя выдержками времени (при применении электромеханических защит), либо используют два комплекта МТЗ (при применении цифрового терминала). Первая ступень («быстрый» комплект) имеет выдержку времени 0,15-0,2 с и выполняет функции ЛЗШ. Она вводится в работу, если через защиту протекает ток повреждения и нет блокирующего сигнала от пусковых органов защиты отходящих от шин линий. Этот блокирующий сигнал передается от защит отходящих линий к комплекту ЛЗШ с помощью общей шинки блокировки EBZ, расположенной вдоль всех ячеек секции. Если повреждена отходящая линия, то срабатывают пусковые органы защиты этой линии и ЛЗШ на вводе блокируется (не работает), а МТЗ ввода работает с обычной селективной выдержкой времени, резервируя защиту линии. Блокировка выполняется с помощью общего выходного реле. Если повреждены шины, то блокирующий сигнал со стороны отходящих линий отсутствует и срабатывает ЛЗШ («быстрый» комплект МТЗ), отключая через 0,15-0,2 с выключатель ввода.

Недостатки ЛЗШ. На подстанциях с мощными синхронными электродвигателями (СД) или генераторами логическая защита шин не применяется из-за возможности ложных срабатываний при внешних КЗ в питающей сети и в послеаварийных качаниях, когда через ввод проходит ток подпитки от СД или генераторов или ток качаний, достаточный для пуска защиты, а блокирующий сигнал отсутствует, так как защиты СД и генераторов по принципу действия не работают в этом режиме (например, дифференциальная) или отстроены от него (например, токовая отсечка). Кроме того, ЛЗШ не работает при КЗ в ячейке после трансформаторов тока защиты отходящей линии.

(по материалам «Библиотечка электротехника» приложение к журналу «Энергетик» выпуск «Вторичная коммутация в распределительных устройствах, оснащенных цифровыми РЗА» 2006 г. Автор: Беляев А.В.)

Источник

Логическая защита шин

До развития микропроцессорной техники для защиты подстанций напряжением свыше 1000 вольт применялись различные системы на реле. Они потребляли огромное количество энергии для собственных нужд, были сложны в настройке и не отличались надёжностью. Сегодня эту задачу выполняют системы логической защиты шин, построенные на электронных блоках.

Релейная защита и автоматика

РЗиА – это система, предназначенная для защиты подстанции от аварийного режима работы. Она представляет собой сложнейший комплекс электрических и электронных устройств. Релейная защита и автоматика непрерывно контролируют состояние сети и, при необходимости, производят в ней различные переключения.

Любая РЗиА обладает селективностью (избирательностью). Т.е. она отключает именно тот участок энергосистемы, на котором возник ненормальный или аварийный режим работы. Соответственно, без напряжения остаётся часть потребителей, а не все сразу. Особенно это необходимо в случаях, когда отключение подразумевает нарушение тех. процессов предприятий, сопровождающихся риском возникновения ЧС или финансовых убытков.

Также релейная защита характеризуется быстродействием. Под этим свойством подразумевают время, затраченное на отключение повреждённого участка линии. Быстродействие тесно связано с селективностью. Уставка допустимого времени протекания аварийной ситуации учитывается в настройках терминала РЗиА, и от него зависит, на каком именно участке линия будет отделена от общей системы.

Дополнительная информация. Быстродействие защиты является её важнейшей характеристикой. Для правильной настройки нужна золотая середина. Если выдержки времени подобраны так, что они слишком короткие или продолжительные, то система будет отключать линии, которые в этом не нуждаются, т.е. будут происходить ложные срабатывания.

Из чего состоит ЛЗШ

Отвечая на вопрос «ЛЗШ защита что это», можно сказать, что она включает в себя сложный комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для отключения линии при внештатном режиме работы. Все их условно можно разделить на 3 категории:

Датчики – устройства, считывающие в реальном времени информацию о состоянии энергосистемы. Например, ток и напряжение на силовых шинах, частоту, сдвиг фазы и cosф нагрузки, а также температуру трансформаторов, окружающего воздуха и тому подобные показатели. Вся эта информация поступает в контроллер.
Микропроцессорные терминалы – вычислительный орган системы. С натяжкой его можно назвать компьютером. Внешне представляет собой небольшую коробку с экраном, отображаемым состояние сети, и множеством кнопок для настройки прибора и его взаимодействия с человеком.
Исполнительные органы – по аналогии с ПК это периферийные устройства. К ним относятся высоковольтные выключатели, вентиляторы и насосы систем охлаждения, различные приводы для коммутирующих устройств.

Упрощённо всё это работает следующим образом. На шинах подстанции возникает какая-либо внештатная ситуация, например, короткое замыкание. Трансформаторы тока регистрируют критическое превышение этого параметра. С них сигнал передаётся в микропроцессорный терминал, который его обрабатывает. При этом учитывается ток короткого замыкания, его продолжительность и ряд других характеристик. Затем терминал подаёт сигнал на исполнительный орган – вакуумный выключатель, который отключает участок линии, поражённый коротким замыканием.

Схемы организации ЛЗШ

Большинство комплексов логической защиты шин реализуется по последовательной или параллельной схеме. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки, но принцип работы ЛЗШ похож в обоих случаях.

При последовательной схеме отдельные контакты следуют друг за другом. Пока все из них замкнуты, на вход блокировки ЛЗШ поступает сигнал, предотвращающий срабатывание защиты. Если хоть один контакт релейного терминала разомкнётся, то общая цепочка будет нарушена.

В случае с параллельной схемой контакты изначально находятся в нормально разомкнутом положении. Для срабатывания ЛЗШ также необходимо, чтобы один из них изменил своё состояние, т.е. замкнулся.

Поведение ЛЗШ при внешнем КЗ

Принцип действия логической защиты шин основан на отсечке линии при возникновении в ней тока короткого замыкания. В данном случае подразумевается, что КЗ произошло где-то за пределами подстанции. Пока линия находится в нормальном режиме работы, контакты ЛЗШ формируют сигнал блокировки. Он препятствует срабатыванию защиты, поэтому система находится под напряжением. Как только происходит КЗ или серьёзная перегрузка по току, контакты ЛЗШ размыкаются. Происходит включение защиты. Расчёт времени отключения линии напрямую зависит от интенсивности КЗ и настроек, внесённых наладчиком в терминал РЗиА.

Дополнительная информация. На воздушных линиях электропередач возможны неустойчивые короткие замыкания. Они могут быть вызваны перехлёстом проводов из-за ветра. В таком случае замыкание носит кратковременный характер, после его исчезновения линия снова включается в работу устройством автоматического повторного включения (АПВ).

Работа ЛЗШ при КЗ на шинах

Другая цель применения ЛЗШ – это отключение напряжения при возникновении короткого замыкании на шинах. При этом речь идёт о КЗ, происходящем непосредственно на территории распределительного устройства (РУ) или подстанции. Данная ситуация имеет особенность. Замыкание происходит в непосредственной близи от трансформатора. Сопротивление шин до точки КЗ имеет минимальное значение. Ток замыкания будет крайне высоким, вплоть до десятков тысяч ампер. Терминал РЗиА, регистрируя такое большое значение, соберёт цепочку ЛЗШ быстрее, чем, если бы авария сформировалась где-то далеко от подстанции. Если по каким-либо причинам данный каскад защиты не отработает, то питание отключится тем, который стоит выше по цепи. При этом из работы выйдет вся секция. Срабатывание будет неселективным, что является нежелательным.

Надежность ЛЗШ

ЛЗШ, с точки зрения тестирования на работоспособность, имеет отличие от прочих видов защит. Она редко срабатывает при испытаниях сотрудниками измерительных лабораторий. Объясняется это тем, что ЛЗШ отводится менее значимая роль, соответственно, она имеет более длительные по времени выдержки срабатывания и просто не успевает опередить другие виды защит.

Чаще всего логическая защита шин даёт сбой вследствие КЗ трансформатора тока либо его виткового замыкания. К счастью, происходит такое довольно редко. В этом случае трансформатор просто не в состоянии корректно измерить протекающий через контролируемую им шину ток. Поэтому не может сформироваться сигнал блокировки защиты ЛЗШ, что приводит к её непреднамеренному срабатыванию.

Важно! Перед отключением проводов от трансформатора тока его выводы требуется замкнуть между собой. В противном случае в обмотке ТТ возможно наведение высоковольтного потенциала, который опасен для жизни обслуживающего персонала и может привести к повреждению оборудования.

ЛЗШ является сравнительно простой и действенной системой по обеспечению бесперебойной работы энергосистемы. Её применение ощутимо снижает негативные последствия аварийных ситуаций, а также существенно уменьшает риск их возникновения.

Видео

Источник

ЛЗШ – логическая защита шин: схемы, принцип действия, назначение, реализация

Защита и автоматика ввода

Релейная защита и автоматика

Терминал РЗиА

Требования нормативных документов

Необходимо отметить, что требования и методы испытаний дугостойкости элементов оборудования КРУ, требования к быстродействию и типу дуговой защиты, сегодня не регламентированы. В существующих директивных (Приказы РАО «ЕЭС России» от 01.07.98 N 120 «О мерах по повышению взрывопожаробезопасности энергетических объектов» и от 29.03.2001 N 142 «О первоочередных мерах по повышению надежности работы РАО «ЕЭС России») и нормативных («Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей», 15-я редакция, п. 5.4.19) документах существуют лишь требования о необходимости наличия быстродействующей защиты от дуговых коротких замыканий внутри шкафов КРУ.

В итоге можно сформулировать следующее основное требование к защите ячеек КРУ от дуговых замыканий:

Полное время ликвидации КЗ не должно привышать 60 мс.

Из чего состоит ЛЗШ

Датчики – устройства, считывающие в реальном времени информацию о состоянии энергосистемы. Например, ток и напряжение на силовых шинах, частоту, сдвиг фазы и cosф нагрузки, а также температуру трансформаторов, окружающего воздуха и тому подобные показатели. Вся эта информация поступает в контроллер.
Микропроцессорные терминалы – вычислительный орган системы. С натяжкой его можно назвать компьютером. Внешне представляет собой небольшую коробку с экраном, отображаемым состояние сети, и множеством кнопок для настройки прибора и его взаимодействия с человеком.
Исполнительные органы – по аналогии с ПК это периферийные устройства. К ним относятся высоковольтные выключатели, вентиляторы и насосы систем охлаждения, различные приводы для коммутирующих устройств.

Трансформаторы тока

Схемы организации ЛЗШ

Последовательная схема ЛЗШ

Параллельная схема ЛЗШ

Резервирование отказа выключателя (УРОВ)

Функция УРОВ запускается при срабатывании защит на отключение. Начало пуска циклограммы соответствует моменту снятия команды отключения, длительность которой 2Т паспортного отключения. Отказ выключателя определяется по токам фаз А, В и С.

Временная циклограмма формирования выходного сигнала «Работа УРОВ» приведена на рис. 1.

Управление высоковольтным выключателем

Отключение высоковольтного выключателя предусмотрено в следующих случаях:

при срабатывании собственных защит;
при наличии сигнала внешнего отключения;
при наличии сигнала от внешнего УРОВ;
при ручном отключении от ключа управления высоковольтным выключателем.

Выполнение команды «ОТКЛ» контролируется по состоянию блок-контактов выключателя «Включен», «Отключен» и по исчезновению входных фазных токов. Длительность команды отключения равна удвоенному паспортному времени отключения выключателя, заданному в эксплуатационных параметрах ПМ РЗА.

При отключении выключателя защитами или при работе защит «на сигнал» формируется выходной дискретный сигнал ПМ РЗА «Работа защит».

Включение выключателя предусмотрено:

в цикле АПВ
при наличии команды включения от ключа управления выключателем.

Команда включения выдается на исправный выключатель при разомкнутом заземляющем ноже.

Выполнение команды «ВКЛ» контролируется по состоянию блок-контактов выключателя. Длительность команды включения равна удвоенному паспортному времени включения выключателя.

При вкатывании и выкатывании тележки с включенным выключателем, выключатель отключается без выдержки времени.

Исключена возможность многократного включения выключателя на короткое замыкание.

Поведение ЛЗШ при внешнем КЗ

Максимальная токовая защита

Необходимость дуговой защиты вызвана несовершенством токовой

Несмотря на требования пунктов ПУЭ п.3.3.31, п.3.3.42 о применении АПВ шин и АВР после ликвидации КЗ внутри отсеков КРУ, сегодня проектные организации и эксплуатирующие предприятия обоснованно сомневаются в необходимости выполнения этих требований и предпочитают блокирование АПВ шин и АВР при срабатывании дуговой защиты КРУ. Такое решение обосновано отрицательным опытом применения АПВ шин среднего напряжения у эксплуатирующих организаций. Обоснован ли этот подход? Обеспечивают ли существующие решения защит отключение дугового КЗ за время, в течение которого не возникает критичных повреждений внутри КРУ? Токовые ступенчатые защиты не могут быть использованы в качестве быстродействующей защиты от дуговых замыканий вследствие больших значений выдержек времени на питающих присоединениях (обычно более 0,5 с). С целью сокращения времени действия токовых защит на питающих присоединениях применяют логическую защиту шин (ЛЗШ), принцип действия которой основан на передаче блокирующих сигналов от устройств защиты отходящих присоединений. Однако, и в этом случае время срабатывания защиты превышает допустимое значение. Выдержка времени ЛЗШ обычно составляет не менее 100мс.

ЛЗШ обладает рядом недостатков:

отсутствие срабатывания при КЗ в «мертвой зоне» отсека подключения кабеля вводной ячейки КРУ;
возможные отказы ЛЗШ, связанные с излишним блокирование защиты в случае подпитки места КЗ от мощных синхронных электродвигателей (с целью устранения данного недостатка возможно применение более сложной схемы защиты с использованием цепей напряжения и контролем направления мощности на отходящих линиях);
возможные отказы ЛЗШ в сетях с низкоомным резистивным заземлением нейтрали, в которых ток замыкания на землю при КЗ на корпус КРУ может быть меньше уставки токовой защиты.

Работа ЛЗШ при КЗ на шинах

Логическая защита шин: принцип действия

Логическая защита шин или сокращенно ЛЗШ входит в состав практически каждого микропроцессорного терминала РЗА. Основной ее задачей считается отключение короткого замыкания на шинах в течение минимально короткого времени, ограничивающегося только временем срабатывания электронной части терминала. Организация защиты может проводиться различными способами. В первом случае применяется дифференциальная защита. Для ее обустройства требуется дополнительная обмотка трансформаторов тока на всех секциях.

Их нужно соединить с дифференциальным реле, основная задача которого считается в момент КЗ отключить токи, входящие на шины от фидеров питания.

Защитить шины можно при подключении МТЗ питающих линий. Его устанавливают чаще всего. Однако, у этого вида защиты имеется существенный недостаток. С повышением тока КЗ с каждым мгновением его действия становится критической для электрооборудования.

Логическая защита шин характеризуется:

При коротком замыкании происходит запуск МТЗ на котором произошло нарушение. Отключение произойдет через определенное время, предусмотренного для определенного тока замыкания. При наличии ЛШЗ происходит блокировка поступающего сигнала. Она происходит на терминалах фидеров, питающих секцию.

Надежность ЛЗШ

Источник