Защита шин, секционных выключателей и отходящих линий

Защита шин. Шины 27, 5 кВ оборудуют защитой минимального напряжения с выдержкой времени 1, 5—4 с. Эта защита служит резервной для отходящих фидеров в случае отказа выключателей, а также предотвращает подпитку места к.з. на линиях электропередачи 110— 220 кВ со стороны тяговых подстанций. Защита выполнена на реле минимального напряжения, которое подключают к трансформаторам напряжения, присоединенным к шинам. Срабатывание защиты вызывает отключение всех выключателей, подключенных к шинам.

Уставка срабатывания защиты минимального напряжения выбирается по условию:

, (4)

где — минимальное значение напряжения на шинах в нормальном режиме ( =0, 9 ) — коэффициенты запаса и возврата.

Сборные шины 110—220 кВ опорных тяговых подстанций оборудуются от всех видов к.з. дифференциальной токовой защитой в трехфазном исполнении с помощью реле типа РНТ. На каждой из двух секций шин устанавливают самостоятельный компонент защит, отключающий все присоединения своей секции шин и шиносоединительный выключатель.

Дифференциальная токовая защита шин (рис. 2) трансформаторы тока ТАI, ТА2, ТАЭ на каждом из присоединений к шинам и реле тока КА, включенное на сумму вторичных токов этих трансформаторов тока, которые должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации. При к.з. на шинах (рис. 2, а) токи всех присоединений имеют одно направление: из линий к шинам. Через реле КА проходит сумма вторичных токов трансформаторов тока всех присоединений (Q1, Q2, Q3), реле срабатывает и подает команду на отключение всех выключателей. При к.з. на каком-либо из присоединений (рис. 3.2), ток в нем направлен от шин в линию. В неповрежденных присоединениях по-прежнему токи направлены из линий к шинам. Сумма токов всех присоединений равна нулю и реле КА не срабатывает. Такое же положение имеет место и в нормальном режиме.

В реальных условиях, однако, при внешних к.з. и нормальном режиме сумма тока нулю не равна. Это объясняется как не полной идентичностью трансформаторов тока, так и нелинейной зависимостью между их первичными и вторичными токами особенно при больших значениях токов. По этим причинам в реле протекает ток небаланса, от которого необходимо отстраиваться. Уставка срабатывания выбирается по условиям:

Рис. 2. Принципиальные однолинейные схемы

дифференциальной токовой защиты шин

(5-6)

где — максимальный ток нагрузки наиболее загруженного присоединения; — максимальный ток внешнего трехфазного к.з., протекающий через трансформатор тока присоединения; — коэффициент запаса, принимаемый равным 1, 15—1, 25; — коэффициент запаса, принимаемый равным 1, 5; ­ - коэффициент учитывающий наличие в токе к.з. апериодической составляющей, принимаемый для реле, не отстроенных от этой составляющей, равным 1, 5—2, а для реле с отстройкой от нее — равным 1; — коэффициент, учитывающий неоднотипность трансформаторов тока (0, 5—1); — относительное значение полной погрешности трансформаторов тока, равное 0, 1.

В качестве расчетного принимается наибольшее значение из вычисленных по формулам (5) и (6). Если в качёстве реле тока КА использовать реле РНТ или дифференциальное электронное реле тока серии РСТ- 15 отстроенные от апериодической составляющей, то в формуле (6) принимают = =1. Число витков рабочей обмотки реле РНТ-560 определяют по формуле:

, (7)

где — магнитодвижущая сила срабатывания реле РНТ-560 ( =100 А); — коэффициент трансформации трансформатора тока.

Рис. 3. Упрощенная схема дифференциальной токовой защиты шин.

Токовые цепи трехфазной трехрелейной упрощенной схемы дифференциальной защиты шин приведены на рис. 3, (а). Три реле тока с торможением (отстройкой) от апериодической составляющей КАТ1, КАТ2, КАТ3 включены каждое на сумму вторичных токов соответствующей фазы всех присоединений Q1, Q2, Q3 секции шин. Для контроля за целостью соединительных проводов вторичных цепей используется реле тока КА с током срабатывания 1 А и миллиамперметр Р, включенные в нуле провод. Вторичные цепи, как у всех дифференциальных зашит, заземляются только в одной точке.

При обрыве токовой цепи любого из трансформаторов тока баланс токов в цепи реле КАТ нарушается и защита может ложно сработать, отключая большое число присоединений. Блокировка защиты от неправильного действия при обрыве цепи одного из плеч дифференциальной защиты осуществляется с помощью реле КА, которое при этом срабатывает и прекращает функционирование защиты.

Цепи управления защиты (рис. 3, 6) содержат указательное реле КН и промежуточные реле КL1, КL2. Контакты этих реле включены в цепи отключения выключателей Q1, Q2, QЗ и шиносоединительного выключателя Qшс. Срабатывание реле КА при обрыве во вторичных цепях тока вызывает включение реле времени КТ, которое замыкает цепь промежуточного реле КL3. Своими контактами КL3.1 оно становится на самоподхват, а контакты КL3.2 размыкаются и выводят защиту из работы. Возврат защиты в исходное положение осуществляется с помощью кнопки SВ2.

Защита на секционных выключателях. Секционные высоковольтные выключатели устанавливают в перемычке высшего (110—220 кВ) напряжения тяговой подстанции и на шинах 10—35 кВ. Выключатель в перемычке 110—220 кВ оборудуется защитами от многофазных к.з., которые резервируют дифференциальную токовую защиту шин и первые ступени защит присоединений, подключенных к этим шинам.

Защита от многофазных к.з. выполняется в виде двухступенчатой токовой отсечки в двухфазном исполнении (рис. 3.4). Реле тока

КА1 и КАЗ относятся к первой ступени, реле КА2 и КА4 — ко второй ступени. Накладками SХ1 и SХ2 в цепи управления можно отключить любую из ступеней. В работе оставляется только одна ступень. Ток срабатывания реле КА выбирается по условию:

Рис. 4. двухступенчатая токовая отсечка на секционном выключателе

, (8)

где - ток срабатывания защиты первой ступени того соединений, подключенных к шинам, который является наибольшим; - коэффициент запаса (1, 05—1, 1).

Время срабатывания (уставка реле КТ) принимается на одну ступень больше, чем время срабатывания защиты первой ступени любого из присоединений.

Рис. 5. Схема включения трехступенчатой направленной

защиты от однофазных к.з.

От однофазных к.з. на землю используется трехступенчатая направленная защита нулевой последовательности (рис. 5.) Цепи тока защиты включены на фильтр токов нулевой последовательности, образованный параллельным включением вторичных обмоток трансформаторов тока всех трех фаз. Цепь напряжения реле направления мощности КW включена на фильтр напряжений нулевой последовательности, образованный третьей обмоткой трансформатора напряжения, включенной в разомкнутый треугольник. Уставка реле КА1 (первая ступень) выбирается как для токовой отсечки по формуле:

, (9)

где — наибольшее значение тока однофазного к.з. в конце первой зоны защиты; - коэффициент отстройки (1, 2—1, 3).

Множитель 1/3 учитывает соотношение между током однофазного к.з. и током нулевой последовательности, на который реагирует защита. Уставка реле КА2 (вторая ступень) должна быть отстроена от тока срабатывания первой ступени защиты от замыканий на землю, установленной на выключателе любой отходящей от шин линии:

(10)

где — коэффициент запаса (1, 1—1, 2); — коэффициент распределения, равный отношению тока, проходящего по выключателю Qc, к току, проходящему по выключателю присоединения, при однофазном к.з. в конце первой зоны защиты присоединения.

Уставка реле КА3 (третья ступень) отстраивается от тока небаланса при многофазном внешнем к.з.

Выдержки времени ступеней защиты согласовываются с за щитами присоединений.

Секционные выключатели шин 10—35 кВ оборудуются защитой от многофазных к.з. в виде токовой отсечки с выдержкой времени в двухфазном двухрелейном исполнении. Принцип выполнения схемы цепей управления такой же, как на рис. 3.2, а с той лишь разницей, что отсутствует реле КА3. Выдержка времени принимается на ступень больше времени срабатывания первой ступени защиты любого присоединения. Ток срабатывания выбирается по формуле (3.8).

Защита отходящих линий. Для защиты линий 110—220 кВ используются типовые панели ЭПЗ или панели более поздней разработки ШДЭ-2801 с применением интегральных микросхем. В состав панели входят: трехступенчатая дистанционная защита, действующая при многофазных к.з. (трехфазных, двухфазных, двухфазных на землю); четырехступенчатая направленная защита нулевой последовательности от однофазных к.з. на землю; токовая отсечка без выдержки времени от многофазных к.з.; реле тока для устройства резервирования при отказе выключателей (УРОВ).

На опорных тяговых подстанциях в качестве основной применяется высокочастотная защита, а дистанционная используется в качестве резервной. На транзитных тяговых подстанциях применяют те же защиты, что и на опорных, однако они устанавливаются не на вводах (на транзитных подстанциях вводы не имеют выключателей), а в перемычке 110—220 кВ подстанции. Особенностью защит в этом случае является включение их на сумму вторичных токов трансформаторов, тока соответствующих фаз выключателя в перемычке и трансформаторов тока в первичной цепи понижающего трансформатора. Защита действует на отключение выключателя в перемычке и выключателёй на стороне обмоток среднего и низшего напряжений.

На транзитных тяговых подстанциях железных дорог однофазного переменного тока, кроме того, используется защита минимального напряжения, содержащая три реле напряжения на линейные напряжения, и еще три таких же реле, фазные напряжения. Эта защита действует на отключение трансформаторов со стороны 27, 5 кВ для исключения подпитки к.з. на линии 110—220 кВ через контактную сеть и понижающий трансформатор. Выдержка времени этой защиты принимается на одну ступень больше, чем у дистанционной защиты второй ступени.

На отпаечных тяговых подстанциях для защиты ЛЭП

110—220 кВ от многофазных к.з. применяют трехфазную направленную токовую защиту с выдержкой времени. Реле тока и обмотки реле направления мощности подключаются ко вторичным цепям трансформаторов тока, соединенным в треугольником и установленным со стороны обмотки высшего напряжения 110 - 220 кВ понижающего трансформатора. Обмотки напряжения реле направления мощности всех трех фаз подключают к линейным напряжениям трансформаторов напряжения на шинах 27, 5, Выдержка времени выбирается на одну ступень больше, чем время действия второй ступени дистанционной защиты на смежной (опорной или транзитной) подстанции.

От однофазных к.з. на землю применяют токовую направленную защиту нулевой последовательности с выдержкой времени. Ее особенностью является подключение токовых обмок реле ко вторичной цепи трансформатора тока, который устанавливают в заземленной нейтрали обмотки высшего напряжения 110—220 кВ понижающего трансформатора. Обмотку напряжения реле направления мощности при этом подключают к

разомкнутому треугольнику трансформатора напряжения на шинах 27, 5 кВ.

На отпаечных подстанциях железных дорог переменного тока применяют такую же как на транзитных подстанциях защиту минимального напряжения, однако подключают ее к трансформаторам напряжения на стороне 27, 5 кВ.

Устройства резервирования при отказе выключателя (УРОВ). Отказ защиты или выключателя при к.з. на защищаемом объекте может привести к тяжелым последствиям и большому ущербу, особенно в установках с напряжением 110 кВ и выше. Поэтому в распределительных устройствах такого класса напряжений выключатели всех присоединений снабжаются УРОВ. При отказе какого-либо из выключателей срабатывает УРОВ и подает команду на отключение выключателей всех присоединений, по которым может происходить подпитка места к.з. Вместе с тем, необходимо применять особые меры для исключения ложного (при ошибках эксплуатационного персонала) или излишнего (при к.з. в том случае, когда отсутствуют отказы защиты или выключателя поврежденного элемента) действия УРОВ, поскольку это сопровождается отключением сразу нескольких присоединений, что снижает надежность и устойчивость электроснабжения потребителей.

Для обеспечения этих требований в схемах УРОВ предусматриваются следующие условия:

• срабатывание релейной защиты присоединения и действие ее на отключение своего выключателя должно одновременно запускать УРОВ;

• УРОВ снабжается выдержкой времени, продолжительность которой должна быть на ступень больше, чем время отключения релейной защитой выключателя при отсутствии его отказа;

• независимо от релейной защиты, запускающей УРОВ, необходим дополнительный контроль наличия неотключенного к.з. воизбежание излишнего его действия.

Одна из схем, поясняющих действие УРОВ, приведена на рис. 6, в которой в токовых цепях защиты выключателя Q1 установлена релейная защита АК1 и два одинаковых (для надежности) реле тока КА1. Токовые цепи других выключателей (Q2 Q3… Qn) выполнены аналогично. В качестве реле тока КА1, КА2,..., КАn используются реле РТ-40\Р, с помощью которых осуществляется дополнительный контроль наличия токов в трех фазах (или в двух фазах и нулевом проводе). Уставка срабатывания реле обычно принимается 1 А при обтекании током одной обмотки с малым числом витков или 0, 5 А при обтеканий током обмотки с большим числом витков. При этом реле будет срабатывать при всех видах многофазных и при однофазных к, з.

Вторичные цепи релейной защиты АК1 на рис. 6 не показаны. Они могут иметь вид в которых в качестве выходного реле защиты АК используется промежуточное реле КL. Цепь отключения (рис. 6, б) для всех выключателей (Q1, Q2, …Qn) имеет аналогичный вид. Контакты АК1.1 выходного реле защиты АК1 (рис. 6, б) при ее срабатываю подают напряжение на катушку YАТ1 отключения выключат Q2 и одновременно шунтируют обмотку реле КQC1 положение выключателя ВКЛЮЧЕНО и резистора R. Якорь этого реле при включенном выключателе Q1 и разомкнуть контактах АК1 подтянут, а контакт К в цепи управления (рис. 6, в) разомкнут. Если контакт АК1.1 замкнется, шунтируя цепь КQС1 и R то якорь реле КQС1 отпадет, а его контакт КQС1 в схеме управления замкнется. Таким образом, реле КQС1 осуществляет контроль наличия команды на отключение от релейной защиты независимо от того, отключился ли выключатель или нет.

В цепи управления (рис.6, в) контакты АК1.2 релейной защиты, контакты двух реле КА1 и контакты реле КQС1 включены последовательно. Одновременное замыкание этих контактов происходит при соблюдении условий: защита АК1 сработала; имеется ток, хотя бы в одной фазе выключателя Q1; команда на отключение выключателя Q1 подана. В этом случае на обмотку промежуточного реле КL1подается напряжение, его контакты замыкаются и запускают реле времени КТ. Аналогичным образом реле КL1 срабатывает при одновременном замыканий контактов АК2.2, КА2 и КQС2 цепи защиты и управления выключателя Q2 или таких же контактов цепи защиты и управления выключателей других присоединений к шинам 110—220 кВ]

После отработки выдержки времени замыкаются контакты КТ срабатывает промежуточное реле КL2. Контакты КL2.1 этого реле дублируют команду на отключение выключателя Q1 (плюс цепи оперативного питания подается в точку а цепи отключения), другие контакты подают команду на отключение остальных выключателей присоединений.

Линии 6, 10 и 35 кВ. для параллельных линий, питающих тяговые подстанции постоянного тока используется поперечная токовая дифференциальная направленная защита от многофазных к.з. Она выполняется в двух фазах и не имеет выдержки времени. Уставка срабатывания выбирается по формуле (7) и проверяется по условиям отстройки от токов небаланса:

Рис. 6. Упрощенная схема УРОВ

а) токовые цепи защиты выключателя Q1; б) цепи отключения выключателя Q1; в) цепь управления УРОВ

, (11)

где — максимальный ток внешнего к.з., протекающий через трансформатор тока одной линии; — допустимая токовая погрешность трансформаторов тока (с 0, 1); коэффици ент запаса, равный 1, 5—2. Коэффициент чувствительности, вычисленный по формуле (9) должен быть, не менее 2.

Для одиночных линий с односторонним питанием от понизительных трансформаторов тяговых подстанций и имеющих, как правило, сравнительно небольшие длины и нагрузки, применяют максимальную токовую защиту с выдержкой времени, дополненную мгновенной Токовой отсечкой. Эти защиты от многофазных к.з. устанавливают в двух фазах. От однофазных замыканий на землю используется направленная защита нулевой последовательности. Схема защит и принципы выбора их уставок приведены в главе 4.

Защита линий продольного электроснабжения 6-10 кВ от многогофазных к.з. выполняется в виде токовой двухступенчатой защиты, в двух фазах, в которой первая ступень — без выдержки времени, а вторая ступень — с выдержкой времени 0, 5 с. Уставка срабатывания защиты выбирается в зависимости от времени срабатывания, предохранителей на стороне высокого напряжения потребителей, подключенных к линии продольного Эл. снабжения. Если это время не превышает 0, 01—0, 02 с, то уставку первой ступени вычисляют по формуле:

, (12)

где — наименьшее значение тока двухфазного к.з. при повреждении в конце линии.

Коэффициент чувствительности принимают равным 1, 5. Уставку второй ступени вычисляют по формуле (7) при =1, 5-2 и по чувствительности не проверяют.

Если время срабатывания предохранителей превышает 0, 01-0, 02 с, то уставку первой степени выбирают по формуле (11), в которой - величина тока при к.з за любым предохранителем при котором время перегорания плавкой вставки не превышает 0, 0 1—0, 02 с. Ток срабатывания второй ступени вычисляют по формуле (7) при =1, 1—1, 2 и проверяют его по условию чувствительности (9) при = 1, 5.

Защита от однофазных замыканий на землю выполняется так же, как для линий 6, 10 и 35 КВ.

Линия продольного электроснабжения ДПР 27, 5. (Два провода — рельсы) от многофазных к.з. оборудуется той же двухступенчатой токовой защитой, что и линия продольного электроснабжения 6—10 кВ. Если среди поребителей этой линии, есть удаленный с трансформатором, обмотки которого соединены по схеме то для повышения чувствительности к к.з. за этим трансформатором, вторую ступень защиты предпочтительно выполнять в двухфазном трехрелейном исполнении. Выбор уставок защиты осуществляется так же, как для линии продольного электроснабжения 6—10 КВ.

Линии питания устройств СЦБ (ВЛ автоблокировки) 6-10 КВ оборудуются теми же защитами, что и линия продольного электроснабжения 6—10 кВ: двухступенчатой токовой защитой от многофазных к.з. и защитой от однофазных замыканий на землю нулевой последовательности. Если к трансформатору, подключенному первичной обмоткой к Шинам собственных нужд 0, 23—0, 4 кВ, со стороны 6—10 кВ Подключены не менее двух линий ВЛ СЦБ, то защита от однофазных замыканий на землю выполняется с помощью направленного реле нулевой последовательности ЗЗП- 1.

На тот случай, если одна из линий отключается, либо если к трансформатору ВЛ СЦБ подключена лишь одна линия, то применяется защита максимального напряжения нулевой последовательности, подключенная к выводам обмотки разомкнутого треугольника трансформатора напряжения линии. Уставка срабатывания защиты принимается равной 15 В. При двух линиях, эта защита действует на сигнал, при наличии лишь одной линии — она может действовать на отключение.