Защита и автоматика шин и токопроводов.

Защита и автоматика шин. Короткие замыкания на шинах в системе электроснабжения могут возникать из-за загрязнения или повреждения шинных изоляторов, втулок выключателей и из­мерительных трансформаторов тока, а также при ошибочных действнях персонала с шинными разъединителями. Повреждения на шинах маловероятны. Однако, учитывая весьма тяжелые послед­ствия, к которым эти повреждения могут привести, необходимо иметь защиту, действующую при повреждении шин.

Устройства защиты должны быстро и правильно отключать все короткие замыкания на шинах. Для этого принципиально можно использовать защиты с относительной селективностью питающих элементов, присоединенных к шинам. Однако эти защиты обычно имеют большие выдержки времени и не всегда действуют селек-тивно. Например, когда короткие замыкания на шинах приемной подстанции, получающей питание по линии с ответвлениями, от­ключаются защитой линии, установленной на питающей подстан­ции, ответвления теряют питание. Поэтому в тех случаях, когда защита питающих элементов не обеспе­чивает необходимых быстродействия и селективности, предусматриваются спе­циальные защиты шин: токовые, токовые направленные, дистанционные и диффе­ренциальные [11]. Наиболее часто ис­пользуются дифференциальные защиты (рис. 15.6). Они являются обязательны­ми для шин напряжением 110 кВ и вы­ше, но применяются и для шин 35 кВ от­ветственных понизительных подстанций. Для шин напряжением 6—20 кВ защита выполняется по упрощенным схемам.

Дифференциальная защита шин обладает некоторыми особен­ностями. Используемые в ней трансформаторы тока ТА должны иметь одинаковые коэффициенты трансформации (независимо от мощности присоединения), число трансформаторов тока относи­тельно велико и вероятность обрыва их вторичных цепей повыше­на. Поэтому ток срабатывания защиты выбирается, как и для продольной дифференциальной защиты генераторов относительно небольшой мощности, по условию отстройки от обрыва проводов (см. § 12.3). При определении тока небаланса расчетным является короткое замыкание за трансформатором тока в присоединении без источника питания. Для повышения чувствительности в схеме за­щиты шин используют реле типа РНТ.

Особенности выполнения дифференциальных защит шин определяются схемой первичных соединений и условиями ее работы Например, двойная система шин имеет защиту в виде одного ком­плекта, если одна из систем шин рабочая, а другая — обходная. Если обе системы шин работают с фиксированным распределением присоединений, то защита выполняется в виде трех комплектов, два из которых раздельно защищают первую и вторую системы Шин при обычном распределении присоединений, а третий пред­отвращает неправильную работу первых двух комплектов при внешних коротких замыканиях в случаях вынужденного наруше­ния фиксации. Дифференциальные защиты шин напряжением 6—20 кВ с большим числом присоединений иногда делают непол­ными, не включая в их цепи трансформаторов тока отходящих линий. Неполные дифференциальные защиты шин, по существу, яв­ляются токовыми защитами, включенными на сумму токов пита­ющих присоединений.

Дифференциальные защиты шин отличаются сложностью. Для их выполнения необходимо иметь трансформаторы тока с одинако­выми коэффициентами трансформации. Чувствительность непол­ной дифференциальной защиты в ряде случаев оказывается недо­статочной. Для шин напряжением 6—20 кВ крупных промышлен­ных предприятий более просто быстродействующую защиту шин можно выполнить на основе косвенного сравнения электрических величин. Для этого используются уже имеющиеся на присоединениях токовые защиты.

Защиты питающих присоединений приходят в действие как при повреждении на шинах, так и при внешних коротких замыка­ниях, а защиты отходящих присоединений срабатывают только при повреждении на защищаемом присоединении. Если защиты отходящих присоединений не запускаются, а защиты питающих присоединений приходят в действие, то место короткого замыкания находится на шинах. В этом случае защиты питающих присоеди­нений должны отключать соответствующие выключатели без вы­держки времени.

При повреждении на одном из присоединений его защита за­пускается и не позволяет защитам питающих присоединений дей­ствовать без выдержки времени. Для получения такого согласо­ванного действия защит требуется объединять их оперативные цепи. Кроме того, для отстройки от токов подпитки электродвигате­лей в защиты отходящих присоединений иногда вводят реле направления мощности, что усложняет схему.

Устройства автоматики обеспечивают автоматическое включе­ние шин. Если шины не имеют специальной защиты, то восстанов­ление напряжения на них осуществляется устройствами АПВ пи­тающих присоединений. При наличии специальной защиты шин можно применять отдельные устройства АПВ шин, запускаемые этой защитой. С помощью УАПВ напряжение на шины подается сначала от одного из отключившихся питающих присоединений (т. е. делается опробование шин), а затем, если опробование шин оказывается успешным, включаются остальные присоединения.

Одной из разновидностей устройств является УАПВ с контро­лем напряжения на шинах. Такое устройство АПВ разрешает включение первого присоединения при отсутствии напряжения на шинах, а включение остальных присоединений — при наличии на­пряжения. Недостатком УАПВ с контролем напряжения является то, что при -отказе на включение выключателя, который должен включаться первым, АПВ шин вообще не происходит. От этого не­достатка свободно УАПВ шин с запретом действия (блокировкой) при повторном срабатывании защиты шин. Запрет выполняется с помощью дополнительного промежуточного реле, которое самоудерживается после первого срабатывания защиты шин. Если за­щита срабатывает повторно, то создаются цепи запрета, выпол­ненные последовательно соединенными контактами защиты и дополнительного промежуточного реле. При успешном АПВ шин самоудерживание снимается по истечении некоторого времени.

Защита и автоматика токопроводов. На крупных промышлен­ных предприятиях распределительные магистрали и отдельные линии большого сечения в ряде случаев выполняют в виде токо­проводов, имеющих некоторые преимущества (повышенную на­дежность и лучшую перегрузочную способность) по сравнению с кабельными и воздушными линиями. Токопроводы 6(10) кВ обычно отходят от шин мощных источников. Короткие замыкания на токопроводах приводят к появлению больших токов и резкому снижению напряжения на шинах источников. Поэтому основная защита токопровода выполняется быстродействующей. Кроме нее устанавливается резервная защита с вы­держкой времени. Применительно к магистральному токопроводу (рис. 15.7) основная защита должна четко отличать замыкание в его конце (точка К ₁ ) от короткого замыкания за реактором первого ответвления (точка K ₂ ), а резервная защита должна четко отличать короткое замыкание за реактором последнего от­ветвления (точка К ₃ ) от тока нагрузки и быть достаточно чувстви­тельной к замыканию в точке К ₃.

На токопроводах напряжения 10 кВ эти требования, как по­казывают расчеты [94], в зависимости от длины l токопровода можно обеспечить следующими видами защит: при l < 0,5 км — токовыми без пуска по напряжению; при l = 0,5÷1,0 — токовыми с пуском по напряжению; при l = 1,0÷2,0 — двухступенчатой дистанционной защитой (вторая ступень резервная); при l > 2,0 и в случаях недостаточной чувствительности токовых и дистанцион­ных защит — продольной дифференциальной защитой с реле ти­па РНТ-565. Однако такой подход к определению требований к защите нельзя считать вполне обоснованным [95]. Не только токопровод, но и реакторы являются весьма ответственными эле­ментами системы электроснабжения. Поэтому реакторы тоже дол­жны иметь основную защиту без выдержки времени. Этим требо­ваниям при отсутствии отдельной быстродействующей защиты реакторов полностью удовлетворяет только продольная дифференциальная защита, в зону которой входят и реакторы.

Так как длина токовых цепей дифференциальной защиты до­стигает нескольких километров, то вероятность их обрывов по­вышена. Чтобы не снижать чувствительность защиты отстройкой от обрывов вторичных цепей, предложено применять пусковой орган тока, вводящий дифференциальную защиту в действие толь­ко при возникновении коротких замыканий [96].

На токопроводах применяют УАПВ (на одноцепных токопроводах) и УАВР (на секционных и шиносоединительных выключате­лях подстанций, питаемых от двухцепного токопровода).

 Гл а в а 16