Релейная защита шин подстанций

13-1. Назначение защиты шин

Специальные защиты шин предназначены для отключения без выдержки времени повреждении, возникающих на сборных шинах. На шинах могут возникать такие же повреждения, как и на линиях: однофазные и многофазные в сетях с заземленной нейтралью, многофазные в сетях с изолированной нейтралью.

В Советском Союзе имеется большой опыт эксплуатации защит шин, которые устанавливаются практически на всех станциях и подстанциях напряжением 110 кВ и выше, работающих в режиме многостороннего питания. Защиты шин используются также и в сетях менее высокого напряжения.

13-2. Дифференциальная защита шин

а) Принцип действия

Дифференциальная защита шин выполняется на тех же . принципах, что и рассмотренные выше дифференциальные защиты трансформаторов и генераторов. Токовые реле (рис. 13-2) подключаются к соединенным параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока, установленных на каждом присоединении. Коэффициенты трансформации всех трансформаторов тока равны.

13-3. Защита шин генераторного напряжения

На электростанциях и подстанциях с реактированными линиями на шинах 6—10 кВ применяются специальные защиты шин, обеспечивающие быстрое отключение коротких замыканий, возникающих на шинах

Наиболее просто защита шин осуществляется с помощью неполной дифференциальной защиты, выполненной токовыми реле, включенными на сумму токов всех источников питания. На схеме рис. 13-8 токовые реле — пусковые органы защиты включены на токи генератора, трансформатора связи с системой и секционного выключателя.

Дуговая и логическая защита шин

Дуговая защита — особый вид быстродействующей защиты от коротких замыканий, основанный на регистрации спектра света открытой электрической дуги.

Значительную опасность для комплектных распределительных устройств (КРУ) напряжением 6-10 кВ представляют внутренние короткие замыкания (КЗ), сопровождаемые электрической дугой (ЭД). Температура электрической дуги может достигать значений порядка 7000 … 12000 °C за время менее одного периода промышленной частоты.

Источник

Релейная защита шин подстанций

13-1. Назначение защиты шин

13-2. Дифференциальная защита шин

а) Принцип действия

13-3. Защита шин генераторного напряжения

Дуговая и логическая защита шин

Источник

ПУЭ 7. Правила устройства электроустановок. Издание 7

Раздел 3. Защита и автоматика

Глава 3.2. Релейная защита

Защита шин, защита на обходном, шиносоединительном и секционном выключателях

3.2.119. Для сборных шин 110 кВ и выше электростанций и подстанций отдельные устройства релейной защиты должны быть предусмотрены: ¶

1) для двух систем шин (двойная система шин, полуторная схема и др.) и одиночной секционированной системы шин; ¶

2) для одиночной несекционированной системы шин, если отключение повреждений на шинах действием защит присоединенных элементов недопустимо по условиям, которые аналогичны приведенным в 3.2.108, или если на линиях, питающих рассматриваемые шины, имеются ответвления. ¶

3.2.120. Для сборных шин 35 кВ электростанций и подстанций отдельные устройства релейной защиты должны быть предусмотрены: ¶

по условиям, приведенным в 3.2.108;
для двух систем или секций шин, если при использовании для их разделения защиты, установленной на шиносоединительном (секционном) выключателе, или защит, установленных на элементах, которые питают данные шины, не удовлетворяются требования надежности питания потребителей (с учетом возможностей, обеспечиваемых устройствами АПВ и АВР).

3.2.121. В качестве защиты сборных шин электростанций и подстанций 35 кВ и выше следует предусматривать, как правило, дифференциальную токовую защиту без выдержки времени, охватывающую все элементы, которые присоединены к системе или секции шин. Защита должна осуществляться с применением специальных реле тока, отстроенных от переходных и установившихся токов небаланса (например, реле, включенных через насыщающиеся трансформаторы тока, реле с торможением). ¶

При присоединении трансформатора (автотрансформатора) 330 кВ и выше более чем через один выключатель рекомендуется предусматривать дифференциальную токовую защиту ошиновки. ¶

3.2.122. Для двойной системы шин электростанций и подстанций 35 кВ и выше с одним выключателем на присоединенный элемент дифференциальная защита должна быть предусмотрена в исполнении для фиксированного распределения элементов. ¶

В защите шин 110 кВ и выше следует предусматривать возможность изменения фиксации при переводе присоединения с одной системы шин на другую на рядах зажимов. ¶

3.2.123. Дифференциальная защита, указанная в 3.2.121 и 3.2.122, должна быть выполнена с устройством, контроля исправности вторичных цепей задействованных трансформаторов тока, действующим с выдержкой времени на вывод защиты из работы и на сигнал. ¶

3.2.124. Для секционированных шин 6-10 кВ электростанций должна быть предусмотрена двухступенчатая неполная дифференциальная защита, первая ступень которой выполнена в виде токовой отсечки по току и напряжению или дистанционной защиты, а вторая — в виде максимальной токовой защиты. Защита должна действовать на отключение питающих элементов и трансформатора собственных нужд. ¶

Если при указанном выполнении второй ступени защиты не обеспечивается требуемая чувствительность при КЗ в конце питаемых реактированных линий (нагрузка на шинах генераторного напряжения большая, выключатели питаемых линий установлены за реакторами), следует выполнять ее в виде отдельных комплектов максимальных токовых защит с пуском или без пуска напряжения, устанавливаемых в цепях реакторов; действие этих комплектов на отключение питающих элементов должно контролироваться дополнительным устройством, срабатывающим при возникновении КЗ. При этом на секционном выключателе должна быть предусмотрена защита (предназначенная для ликвидации повреждений между реактором и выключателем), вводимая в действие при отключении этого выключателя. При выделении части питающих элементов на резервную систему шин должна быть предусмотрена неполная дифференциальная защита шин в исполнении для фиксированного распределения элементов. ¶

Если возможны частые режимы работы с разделением питающих элементов на разные системы шин, допускается предусматривать отдельные дистанционные защиты, устанавливаемые на всех питающих элементах, кроме генераторов. ¶

3.2.125. Для секционированных шин 6-10 кВ электростанций с генераторами мощностью 12 МВт и менее допускается не предусматривать специальную защиту; при этом ликвидация КЗ на шинах должна осуществляться действием максимальных токовых защит генераторов. ¶

3.2.126. Специальные устройства релейной защиты для одиночной секционированной и двойной систем шин 6-10 кВ понижающих подстанций, как правило, не следует предусматривать, а ликвидация КЗ на шинах должна осуществляться действием защит трансформаторов от внешних КЗ и защит, установленных на секционном или шиносоединительном выключателе. В целях повышения чувствительности и ускорения действия защиты шин мощных подстанций допускается применять защиту, включенную на сумму токов питающих элементов. При наличии реакторов на линиях, отходящих от шин подстанций, допускается защиту шин выполнять по аналогии с защитой шин электростанций. ¶

3.2.127. При наличии трансформаторов тока, встроенных в выключатели, для дифференциальной защиты шин и для защит присоединений, отходящих от этих шин, должны быть использованы трансформаторы тока, размещенные с разных сторон выключателя, чтобы повреждения в выключателе входили в зоны действия этих защит. ¶

Если выключатели не имеют встроенных трансформаторов тока, то в целях экономии следует предусматривать выносные трансформаторы тока только с одной стороны выключателя и устанавливать их по возможности так, чтобы выключатели входили в зону действия дифференциальной защиты шин. При этом в защите двойной системы шин с фиксированным распределением элементов должно быть предусмотрено использование двух сердечников трансформаторов тока в цепи шиносоединительного выключателя. ¶

При применении отдельных дистанционных защит в качестве защиты шин трансформаторы тока этих защит в цепи секционного выключателя должны быть установлены между секцией шин и реактором. ¶

3.2.128. Защиту шин следует выполнять так, чтобы при опробовании поврежденной системы или секции шин обеспечивалось селективное отключение системы (секции) без выдержки времени. ¶

3.2.129. На обходном выключателе 110 кВ и выше при наличии шиносоединительного (секционного) выключателя должны быть предусмотрены защиты (используемые при проверке и ремонте защиты, выключателя и трансформаторов тока любого из элементов, присоединенных к шинам); ¶

трехступенчатая дистанционная защита и токовая отсечка от многофазных КЗ;
четырехступенчатая токовая направленная защита нулевой последовательности от замыкания на землю.

При этом на шиносоединительном (секционном) выключателе должны быть предусмотрены защиты (используемые для разделения систем или секций шин при отсутствии УРОВ или выведении его или защиты шин из действия, а также для повышения эффективности дальнего резервирования): ¶

двухступенчатая токовая защита от многофазных КЗ;
трехступенчатая токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю.

Читайте также: Что такое axi шина

Допускается установка более сложных защит на шиносоединительном (секционном) выключателе, если это требуется для повышения эффективности дальнего резервирования. ¶

На шиносоединительном (секционном) выключателе 110 кВ и выше, предназначенном и для выполнения функции обходного выключателя, должны быть предусмотрены те же защиты, что на обходном и шиносоединительном (секционном) выключателях при их раздельном исполнении. ¶

Рекомендуется предусматривать перевод основных быстродействующих защит линий 110 кВ и выше на обходной выключатель. ¶

На шиносоединительном (секционном) выключателе 3-35 кВ должна быть предусмотрена двухступенчатая токовая защита от многофазных КЗ. ¶

3.2.130. Отдельную панель защиты, предназначенную специально для использования вместо выводимой на проверку защиты линии, следует предусматривать при схемах электрических соединений, в которых отсутствует обходной выключатель (например, четырехугольник, полуторная схема и т. п.); такую отдельную панель защиты следует предусматривать для линий 220 кВ, не имеющих отдельной основной защиты; для линий 330-500 кВ. ¶

Допускается предусматривать отдельную панель защиты для линий 110 кВ, не имеющих отдельной основной защиты, при схемах электрических соединений «мостик» с выключателями в цепях линий и «многоугольник», если при проверке защиты линии ликвидировать повреждения на ней в соответствии с предъявляемыми требованиями более простыми средствами технически невозможно. ¶

Источник

Лекция 10. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА СБОРНЫХ ШИН

10.2 Дифференциальная защита шин

10.3 Мероприятия по повышению надежности ДЗШ

10.1 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 (рис. 2.36). 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. Характерным примером неселективного действия резервных РЗ ЛЭП может служить подстанция с двумя выключателями на каждом присоединении (рис. 2.36). При КЗ, например, на первой (7) системе шин (СШ) РЗ 1 и 2 отключают соответствено выключатели Q1 и Q2, лишая питания обе СШ (I и II), хотя при данной схеме соединений имеется возможность сохранить в работе всю подстанцию, отключив только выключатели Q3 и Q4. Такая л иквидация повреждения может быть обеспечена только с помощью специальной РЗ шин. 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.

Рисунок 10.1 – Схема подстанции с двумя выключателями на каждом присоединении. Выключатели, отключаемые защитой при КЗ на первой (I) системе шин заштрихованы

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

10.2 Дифференциальная защита шин

Дифференциальная РЗ шин (ДЗШ) 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 ТТ с одинаковым коэффициентом трансформации Ki (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. I р = E I пр . Тогда при внешних КЗ E I пр = 0 и реле не будет действовать, а при КЗ в зоне (на шинах) EI пр 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 ток КЗ I 4 , идущий от шин к месту КЗ по поврежденной ЛЭП W4, равен сумме токов, притекающих к шинам от источников питания (по линиям W1, W2, W3):

Из токораспределения, показанного на рис. 10.1, видно, что вторичные токи I 1в , I 2в и I 3в , соответствующие первичным токам, притекающим к шинам, направлены в обмотке реле противоположно вторичному току I 4в (первичный ток которого утекает от шин).

Защита не будет действовать при условии, что ток срабатывания реле будет больше максимального тока небаланса, возникающего при Iк.max во время внешнего КЗ:

Читайте также: Шин у золотого кольца

При КЗ на шинах 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:

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: / р = 0. Из-за погрешности ТТ в реле появляется ток небаланса, который невелик в нормальном режиме и увеличивается при внешнем КЗ.

10.3 Мероприятия по повышению надежности и чувствительности ДЗШ

Ограничение тока небаланса. Ток небаланса может вызвать неправильную работу РЗ, поэтому принимаются меры к ограничению его значения. Для уменьшения тока небаланса необходимо уменьшить разность между намагничивающим током I4нам ТТ на поврежденном присоединении, по которому проходит наибольший ток КЗ, и суммой намагничивающих токов I1нам + I2нам + I3нам остальных присоединений (W1, W2, W3). I нам ТТ зависит от значения его вторичной ЭДС Е2 (рис. 2.37). Чем больше ток КЗ, проходящий через ТТ, тем больше Е2, а следовательно, и ток Iнам. При внешнем КЗ наибольший ток проходит через ТТ поврежденного присоединения, поэтому его Iнам и погрешность максимальны.

По ТТ остальных присоединений проходит лишь часть этого тока , благодаря чему их токи намагничивания значительно меньше. Особенно неблагоприятным является такое соотношение вторичных ЭДС, при котором ТТ поврежденного присоединения работают в насыщенной части (точка 4 на рис. 2.37), а все остальные – в прямолинейной части характеристики намагничивания (точки 1, 2 и 3). При этих условиях разница токов намагничивания имеет наибольшее значение. Поэтому для уменьшения небаланса нужно обеспечить условия, при которых все ТТ работают при внешних КЗ в ненасыщенной части характеристики.

Рисунок 10.2 – Характеристика намагничивания трансформатора тока дифференциальной защиты

С этой целью необходимо: а) применять однотипные ТТ , у

которых насыщение происходит при возможно больших токах Iк; наилучшими с этой точки зрения являются ТТ класса Р(Д), которые и рекомендуется применять для ДЗШ; б) уменьшать кратность тока Iк к номинальному току ТТ, увеличивая их коэффициент трансформации К1; в) уменьшать нагрузку на ТТ, уменьшая ZH и вторичный ток Iв; первое достигается за счет увеличения сечения и сокращения длины соединительных проводов, а второе – применением одноамперных ТТ или вспомогательных трансформаторов, понижающих ток в соединительных проводах. Выбор ТТ и определение допустимой нагрузки Zн на них производится по кривым предельной кратности токов при 10 %-ной погрешности.

Отстройка дифференциальных реле от тока небаланса.

Для улучшения отстройки от повышенных токов небаланса в неустановившемся режиме, когда они могут достигать больших значений за счет влияния апериодической составляющей тока КЗ, сильно намагничивающей сердечник ТТ, в ДЗШ, так же как и в других дифференциальных РЗ, применяются реле с насыщающимися ТТ. Последние не пропускают в реле апериодическую составляющую Iнб. Защита выполняется с помощью реле типа РНТ-565 – при одинаковых коэффициентах трансформации ТТ или типа РНТ-567 – в схемах с ТТ, имеющими разные коэффициенты трансформации. Реле РНТ567 имеет две независимые рабочие обмотки W1 и W2 и выполняется в двух модификациях – на 5 и 1 А вторичного тока. Разработана схема более совершенной ДЗШ с торможением типа ДЗШТ, которая обеспечивает лучшую отстройку от 1нб при внешних КЗ и может применяться, когда простая ДЗШ не удовлетворяет требованиям чувствительности. Контроль исправности токовых цепей. В случае обрыва или шунтирования фазы вторичной цепи ТТ одного из присоединений ток от оборванной или зашунтированной фазы не поступает в дифференциальные реле, в результате чего ДЗШ может неправильно сработать и отключить всю подстанцию или электростанцию. Для предупреждения неправильной работы

ДЗШ 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 КАО, которое, срабатывая, при обрыве или шунтировании фазы вторичной цепи с выдержкой времени выводит ДЗШ из действия и подает предупредительный сигнал. Реле КАО дополняется миллиамперметром Ртп А, при помощи которого можно обнаружить не только обрыв, но и ухудшение контакта в цепи какой-нибудь фазы или витковое замыкание в ТТ, вызывающее увеличение тока небаланса в нулевом проводе.

1. Виды защит сборных шин и требования к ним.

2. Дифференциальная защита сборных шин. Выбор тока срабатывания.

3. Мероприятия по повышению надежности дифференциальной защиты шин.

4. Схемы дифференциальных защит шин.

5. Защита сборных шин с помощью отсечки и дистанционной защиты.

6. Защита сборных шин с трансформаторами тока, имеющими повышенную погрешность.

Источник