Дифференциальная токовая защита шин

Дифференциальная токовая защита шин предназначена для быстрого отключения электрических цепей, включенных на сборные шины, при КЗ на сборных шинах или на любом другом оборудовании, входящем в зону действия защиты.

Зона ее действия ограничивается трансформаторами тока, к которым подключены реле защиты. В основу выполнения защиты положен принцип сравнения значений и фаз токов электрических цепей при КЗ и других режимах работы.

Для выполнения защиты дифференциальное реле РТ подключают к трансформаторам тока присоединений, как показано на рис. 1. При таком включении ток в реле всегда будет равен геометрической сумме вторичных токов присоединений.

При КЗ на шинах (рис. 1, а) вторичные токи присоединений будут иметь одно направление и через реле будет проходить сумма этих токов

При внешнем КЗ (рис. 1,б) ток в обмотке реле

реле работать не будет, если оно отстроено от тока небаланса, появляющегося вследствие погрешности трансформаторов тока.

Рис. 1. Токи в реле дифференциальной токовой защиты шин при КЗ на шинах (а) и внешнем КЗ (б)

Основанные на общем принципе, дифференциальные защиты шин могут отличаться друг от друга по схеме, что связано с приспособлением их к той или иной главной схеме подстанции. В эксплуатации находятся дифференциальные защиты шин для подстанций с одной и двумя системами шин, а также для подстанций с реактированными линиями и несколькими источниками питания.

Наибольший интерес с точки зрения обслуживания их оперативным персоналом представляют дифференциальные токовые защиты шин для подстанций с двумя системами шин с фиксированным распределением присоединений, которое часто используется как одно из средств ограничения токов КЗ в сетях 110—220 кВ. Ниже рассматривается одна из таких защит.

Отличительной особенностью защиты (рис. 2) является избирательность в отключении поврежденной системы шин, если соблюдено установленное распределение присоединений по шинам. Селективность действия обеспечивается применением в схеме двух избирательных токовых органов (комплектов реле) РТ1 и РТ2 и общего пускового органа (комплекта реле) РТЗ.

Реле каждого избирательного комплекта подключены к трансформаторам тока присоединений, зафиксированных за данной системой шин, и действуют на отключение выключателей только этих присоединений. Реле общего пускового комплекта подключены к трансформаторам тока присоединений обеих систем шин и поэтому срабатывают при КЗ на любой из систем шин. На внешние КЗ они не реагируют, даже если нарушена фиксация присоединений.

Работа дифференциальной токовой защиты шин.

При КЗ на одной из систем шин сработают токовые реле общего пускового комплекта РТЗ и подадут оперативный ток на отключение шиносоединительного выключателя (реле РПЗ) и одновременно на токовые реле избирательных комплектов РТ1 и РТ2. Отключение выключателей присоединений поврежденной системы шин произойдет в результате срабатывания промежуточного реле соответствующего избирательного комплекта.

В случае нарушения установленной фиксации присоединений оба избирательных комплекта защиты могут сработать при внешнем КЗ, так как токи в них не балансируются. Однако это не приведет к отключению присоединений, поскольку постоянный ток на реле избирательных органов подается общим пусковым комплектом, в реле которого токи будут уравновешены, и он не сработает.

Если при нарушенной фиксации присоединений КЗ возникнет на одной из рабочих систем шин, то сработают все три комплекта защиты и отключатся обе системы шин. Для сохранения селективности действия защиты в случае изменения фиксации Присоединений необходимо переключение из одного избирательного комплекта в другой токовых и оперативных цепей присоединений, переведенных на другую рабочую систему шин.

В схеме защиты (рис. 2) предусмотрен рубильник «Нарушение фиксации присоединений», шунтирующий цепи постоянного тока обоих избирательных органов. Включением этого рубильника из схемы защиты исключаются контакты токовых реле РТ1 и РТ2 избирательных комплектов, рубильник включают перед началом операций с коммутационными аппаратами, нарушающих установленную фиксацию присоединений. Он должен быть также включен, когда в работе находится одна система шин и на нее включены все присоединения.

При включенном рубильнике защита действует на отключение сразу всех выключателей. Если рубильник будет включен при работе обеих систем шин и фиксированном распределении присоединений, то в случае КЗ на одной из систем шин защита неселективно подействует на отключение выключателей обеих систем шин непосредственно от общего комплекта.

Для опробования напряжением одной из систем шин с помощью ШСВ в схеме защиты предусмотрена автоматическая блокировка, замедляющая отключение выключателей присоединений рабочей системы шин в случае включения ШСВ на КЗ. Блокировка выполнена с помощью реле ПВ7, имеющего при возврате большую выдержку времени, чем время отключения ШСВ. Именно на это время реле РП4 снимает минус оперативного тока с реле РП1 и РП2 избирательных комплектов, благодаря чему они не смогут отключать выключатели присоединений. Импульс на отключение ШСВ подается без замедления от реле РПЗ, как только подействуют реле пускового комплекта. Если отключение ШСВ по какой-либо причине затянется, по истечении времени возврата реле ПВ7 произойдет отключение рабочей системы шин.

Рис. 2. Принципиальная схема дифференциальной токовой защиты двойной системы шин: 1 — ключ управления шиносоединительного выключателя В1 (ШСВ); 2 — то же обходного включателя В2 (ОВ). Контакты 1 и 2 замкнуты только на время включения, на рисунке они условно изображены как кнопки; 3 — кнопка, шунтирующая миллиамперметр; 4 — кнопка деблокировки сигнального реле; РТ1 — токовое реле избирательного комплекта I, системы шин; РТ2 — то же II системы шин; РТЗ — токовое реле общего комплекта; РТ0 — токовое реле сигнального комплекта; РП1—РП6 — промежуточные реле; PП0 — то же сигнального комплекта: ПВ7, ПВ8 — промежуточные реле с выдержкой времени; РВ0— реле времени сигнального комплекта; БИ9—БИ14 — испытательные блоки; С — рубильник нарушения фиксации; Н — накладки (отключающие устройства)

Аналогичная блокировка (реле ПВ8) предусмотрена и на случай опробования напряжением обходной системы шин с помощью обходного выключателя. На момент опробования вторичные цепи трансформаторов тока обходного выключателя должны быть выведены из схемы защиты (вынуты крышки испытательных блоков БИ9 и БИ10). Иначе возможное КЗ на обходной системе шин окажется внешним КЗ, и защита не сработает.

В эксплуатации не исключены обрывы или шунтирование вторичных цепей трансформаторов тока, к которым подключены реле защиты. В результате баланс токов в реле нарушается и они могут сработать даже при нормальном режиме работы подстанции.

Для предупреждения неправильной работы защиты предусмотрено устройство контроля исправности токовых цепей, выполненное при помощи токового реле РТ0 и миллиамперметра mA, включенных в нулевой провод трансформаторов тока. При некотором (опасном) значении тока небаланса устройство контроля срабатывает, выводит защиту из действия и оповещает персонал о неисправности. Постепенно развивающиеся повреждения в токовых цепях выявляются периодическими измерениями тока небаланса с помощью миллиамперметра при нажатии шунтирующей его кнопки 3.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Дифференциальная защита шин

ДЗШ является быстродействующей защитой с абсолютной селективностью, которая охватывает все элементы РУ, присоединенные к секции шин, и действует без замедления при всех видах коротких замыканий (КЗ) на отключение выключателей этих элементов с пуском их УРОВ и запретом их АПВ при неуспешном АПВ шин. По своему принципу действия ДЗШ не срабатывает ложно при внешних КЗ и качаниях.

Современные ДЗШ предусматриваются с дополнительным торможением для отстройки от токов небаланса установившегося и переходного режимов при длительном внешнем КЗ с большой апериодической составляющей.

ДЗШ подключается к отдельным вторичным обмоткам трансформаторов тока (ТТ) таким образом, что бы ее зона действия максимально перекрывалась с зонами действия защит присоединений:

В ДЗШ предусмотрен контроль исправности токовых цепей с действием на сигнализацию и автоматическую блокировку защиты при неисправности. Предусматривается возможность:

В современных терминалах ДЗШ предусматривается программное выравнивание токов плеч и установка промежуточных ТТ не требуется.

Токовые органы ДЗШ [ править ]

ДЗШ имеет в своем составе:

Пусковой орган имеет большую (относительно ЧТО) по величине уставку тока срабатывания и предназначен для отключения секции шин при КЗ на шинах.

ЧТО нормально из работы выведен и вводится в работу в следующих режимах:

В этих режимах к месту КЗ на шинах протекает ток только одного присоединения, и его величина может быть недостаточна для срабатывания пускового органа, а в случае отказа выключателя одного из присоединений – для удерживания пускового органа в сработанном положении для действия УРОВ.

Автоматическое повторное включение шин после действия ДЗШ [ править ]

Источник

Дифференциальная защита шин — краткое описание и принцип работы

Для того чтобы снизить негативные последствия влияния КЗ на потребителей тока необходимо обеспечить выключение участка, где произошло КЗ, за минимально возможное время. Для защиты шин обычно применяется дифференциальная защита, принцип работы которой основан на сравнении фаз и величин токов в присоединениях шин. В цепи защиты при нормальном режиме работы системы шин протекает только ток небаланса. В случае возникновения КЗ по цепи ДЗШ начинает протекать ток КЗ, при этом защита срабатывает на выключение реле шин, питающих КЗ.

ДЗШ позволяет также снизить негативный эффект при:

Если в защищаемых объектах отсутствует КЗ, то дифференциальный ток в идеальных условиях должен быть равен нулю. В реальных условиях протекает ток небаланса, который может быть вызван разными коэффициентами трансформации ТТ, устройствами защиты и др. факторами. При возникновении КЗ ток в цепи ДЗШ увеличивается, в результате чего отключаются присоединения, питающие КЗ.

Главные достоинства такой системы защиты — это большая скорость срабатывания и селективность отключения. Кроме того, ДЗШ проста в реализации и срабатывают при любых видах КЗ. Среди недостатков дифференциальной защиты находится возможность срабатывания, если происходит обрыв соединительных проводов. Чтобы избежать ложного срабатывания, ток срабатывания устанавливается немного превышающим рабочий ток наиболее мощного присоединения.

Чаще всего ДЗШ используется для обеспечения безопасности на подстанциях с двойной системой шин, которые у нас наиболее распространены, причём используется одна ДЗШ для обоих систем, также как и в одиночной системе шин.

В ДЗШ входят следующие исполняющие элементы:

Дифференциальная защита является основной для шин. Для повышения надёжности защиты используются следующие методы:

Источник

Дифференциальная защита шин (ДЗШ)

Дифференциальная защита шин (ДЗШ)

Дифференциальная токовая защита шин (ДЗШ) – это быстродействующая защита с абсолютной селективностью, которая используется для защиты шин классом напряжения 110 кВ и выше. В распределительных устройствах более низкого напряжения используются логическая защита шин и дуговая защита шин.

Дифференциальная токовая защита шин предназначена для быстрого отключения присоединений, подключенных на сборные шины, при коротких замыканиях на сборных шинах или на любом другом оборудовании, входящем в зону действия защиты.

Рис.1. Схема подключения ДЗШ

ДЗШ охватывает все элементы распределительного устройства, присоединенные к секции шин, и действует без замедления при всех видах коротких замыканий (КЗ) на отключение выключателей этих элементов с пуском их УРОВ и запретом их АПВ при неуспешном АПВ шин.

Токовые цепи ДЗШ всегда выполняются в трехфазном исполнении, а трансформаторы тока присоединений собираются по схеме полной звезды. Защита подключается к обмоткам трансформаторов тока таким образом, что бы ее зона действия максимально перекрывалась с зонами действия защит присоединений. При подключении устройства защиты к ТТ присоединений за положительное направление токов принимают их направление в сторону защищаемого объекта («в шины»). Таким образом, зона действия защиты ДЗШ ограничивается трансформаторами тока, к которым подключена защита.

Каждое присоединение формирует так называемое «плечо» дифференциальной защиты. Для всех «плеч» дифференциальной защиты необходимо либо применять трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации, либо применять меры по выравниванию токов в «плечах» дифференциальной защиты: использовать промежуточные трансформаторы тока для выравнивания токов в «плечах» защиты. В современных микропроцессорных устройствах предусматривается программное выравнивание коэффициентов трансформации трансформаторов тока в «плечах» защиты.

Принцип действия защиты ДЗШ

Принцип действия защиты ДЗШ основан на измерении дифференциального тока, который представляет собой геометрическую (векторную) сумму токов от трансформаторов тока всех присоединений, зафиксированных на данной системе шин (ошиновки). Дифференциальный ток в любой момент времени определяется по следующему выражению (данное соотношение справедливо как для мгновенных значений токов, так и для векторных величин):

— величина дифференциального тока защиты;

— значение тока присоединения, приведенное к вторичным величинам.

При коротком замыкании в зоне действия защиты шин (или ошиновки) по всем присоединениям ток короткого замыкания направлен к месту короткого замыкания.

Рис.2. Ко роткое замыкание в зоне срабатывания защиты

В рассматриваемом примере дифференциальный ток короткого замыкания определяется следующим образом:

При достижении дифференциального тока уставки срабатывания происходит срабатывание защиты.

В нормальном режиме работы или при внешних коротких замыканиях величина дифференциального тока близка к нулю, но не равна нулю из-за погрешностей трансформаторов тока, различием характеристик намагничивания трансформаторов тока различных производителей и другими причинами.

Рис.3. В нешнее короткое замыкание

В рассматриваемом примере дифференциальный ток короткого замыкания определяется следующим образом:

Величина небаланса дифференциального тока минимальна в нормальном режиме работы и увеличивается при увеличении значения внешнего тока короткого замыкания. Ток небаланса может вызвать неправильную работу защиты ДЗШ, поэтому принимаются меры к ограничению его значения или загрубение уставки срабатывания. С целью ограничения тока небаланса необходимо:

а)применять однотипные трансформаторы тока с высокими характеристиками намагничивания, у которых насыщение сердечника трансформатора тока происходит при больших токах короткого замыкания;

б)уменьшать вторичные токи за счет увеличения коэффициента трансформации трансформаторов тока;

в)уменьшать нагрузку на трансформаторы тока путем увеличения сечения и сокращения длины соединительных проводов токовых цепей.

Все представленные выше мероприятия позволяют уменьшить погрешность трансформаторов тока при преобразовании величины первичного тока присоединений во вторичные значения.

В настоящее время разработаны более совершенные схемы дифференциальных защит шин (или ошиновки) с применением торможения, которые имеют более улучшенные характеристики отстройки от тока небаланса при внешнем коротком замыкании.

Защиты ДЗШ с торможением

Для повышения чувствительности защиты в минимальных режимах работы и отстройки от токов небаланса при внешнем коротком замыкании используют схемы дифференциальных защит шин с применением торможения, в которых уставка срабатывания дифференциального тока изменяется в зависимости от тока торможения (сквозного тока, проходящего через защищаемый объект).

Тормозной ток (ток стабилизации) представляет собой арифметическую сумму модулей токов от трансформаторов тока всех присоединений, зафиксированных на данной системе шин (ошиновки).

— ток торможения (ток стабилизации).

Основной принцип действия защиты ДЗШ с торможением базируется на сравнении величины дифференциального тока с уставкой срабатывания, которая в свою очередь изменяется в зависимости от величины рассчитанного тока торможения . Общий вид характеристики срабатывания защиты ДЗШ с торможением представлен на рисунке.

Рис.4. Хар актеристики ДЗШ

Представленная характеристика предотвращает ложное срабатывание защиты, которое может быть вызвано наличием дифференциального тока при внешнем коротком замыкании из-за различных характеристик и погрешностей трансформаторов тока.

Характеристика срабатывания ДЗШ регулируется коэффициентом торможения, который определяет отстройку от небаланса при внешнем максимальном КЗ, когда погрешность трансформаторов тока – максимальна. Коэффициент торможения определяется в относительных единицах. Коэффициент торможения соответствует тангенсу угла наклона прямой, проведенной из начала координат, к оси абсцисс.

Защита ДЗШ действует без выдержки времени при всех видах коротких замыканий на отключение защищаемого элемента с помощью выключателей с пуском УРОВ. После отключения от защиты выключателей присоединений систем шин, происходит их автоматическое повторное включение, для чего используются имеющиеся на указанных присоединениях устройства АПВ. АПВ шин осуществляется в порядке, определяемом временем АПВ присоединений.

Контроль вторичных токовых цепей

В защите реализован контроль неисправностей вторичных токовых цепей ДЗШ, который контролирует ток небаланса в дифференциальной цепи защиты каждой отдельной фазы и нулевом проводе. Данная блокировка выявляет обрыв или шунтирование фазы вторичной цепи трансформатора тока для своевременного выявления неисправности оперативным персоналом объекта. В случае выявления защита действует на сигнал или блокирование (по выбору) соответствующей селективной зоны ДЗШ, или полное блокирование ДЗШ.

Оперативное обслуживание

Защита шин (или ошиновки) должна быть постоянно введена в работу. При невозможности обеспечить наличие защиты ДЗШ при работающем элементе необходимо:

1.Ввести оперативное ускорение резервных защит противоположных сторон линий, которые примыкают к системе шин (ошиновки) с выведенной ДЗШ.

2.Ввести оперативное ускорение ступеней резервных защит автотрансформаторов, направленных в сторону системы шин (ошиновки) с выведенной ДЗШ.

3.При наличии опережающего отключения ШСВ от резервных защит автотрансформаторов ввести оперативное ускорение опережающего отключения ШСВ (для сети 6-220 кВ).

Однако следует отметить, что при коротком замыкании на системе шин (ошиновки) локализация короткого замыкания будет выполняться путем отключения линий электропередачи, которые примыкают к системе шин (ошиновки), что может привести к развитию аварийной ситуации в энергосистеме (системной аварии), поэтому необходимо не допускать отсутствие защит ДЗШ по любой причине.

Выбор параметров срабатывания защиты

В данном случае рассмотрим методику расчета параметров срабатывания ДЗШ, в котором в качестве дифференциального тока используется модуль геометрической суммы всех токов, поступающих на входы реле, а в качестве тормозного тока – полусумма всех модулей токов, поступающих на входы реле.

1.Выбор тока начала торможения ДЗШ:

Ток начала торможения ДЗШ – начальный ток торможения, определяет длину горизонтального участка тормозной характеристики. Ток начала торможения задается в относительных единицах и регулируется в диапазоне от 1,00 до 2,00 базисного тока. Расчет уставок выполняется со значения 1,00. В случае если чувствительность защиты получается неудовлетворительной, то необходимо увеличить значение тока начала торможения до необходимого значения.

2.Выбор начального тока срабатывания.

Начальный ток срабатывания защиты выбирается как наибольшее значение тока, полученного при рассмотрении двух условий:

2.1.Выбор уставки минимального тока срабатывания защиты производится по условию отстройки от максимального тока в реле при обрыве фазного провода вторичных токовых цепей защиты любого присоединения шин(отстройка от дифференциального тока при обрыве вторичных токовых цепей защиты в нагрузочном режиме):

– коэффициент отстройки;

– первичный ток нагрузки наиболее нагруженного присоединения, подключенного к рассматриваемой системе шин. При затруднении в определении действительных токов нагрузки, следует принять максимальный номинальный первичный ток ТТ присоединений шин.

– коэффициент трансформации ТТ наиболее нагруженного присоединения;

– базисный ток наиболее нагруженного присоединения.

2.2.Отстройка от расчетного первичного тока небаланса в режиме, соответствующем началу торможения

– коэффициент отстройки;

— составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью ТТ в режиме, соответствующем началу торможения (когда полусумма первичных тормозных токов равна току).

– коэффициент однотипности;

– коэффициент, учитывающий переходный режим;

– полная погрешность трансформаторов тока;

– полная погрешность выравнивания;

– полная относительная погрешность промежуточнх ТТ (промежуточные ТТ отсутствуют);

– ток начала торможения [о.е.].

3.Выбор коэффициента торможения

Коэффициент торможения выбирается исходя из отстройки от тока небаланса в переходном режиме при внешнем КЗ. Коэффициент торможения выбирается в диапазоне величин от 0,6 до 1,2 с использованием следующего выражения:

– коэффицент отстройки;

– относительное значение максимального расчетного тока небаланса при расчетном внешнем КЗ, протекающего через защиту;

– относительное значение расчетного тормозного тока в защите при расчетном внешнем КЗ;

– принятое значение начального тока срабатывания защиты [о.е.];

– принятое значение тока начала торможения [о.е.].

3.1. Относительное значение тока небаланса при расчетном внешнем коротком замыкании, протекающего через защиту, определяется по следующему выражению:

– коэффициент однотипности;

– коэффициент, учитывающий переходный режим;

– полная погрешность трансформаторов тока;

– полная погрешность выравнивания;

– полная относительная погрешность промежуточнх ТТ (промежуточные ТТ отсутствуют);

– относительное максимальное значение тока внешнего металлического КЗ, приведенное к базисному току [о.е.].

– первичное максимальное значение тока внешнего металлического КЗ.

3.2.Относительное значение тормозного тока при расчетном внешнем коротком замыкании, протекающего через защиту, определяется по следующему выражению:

– относительное максимальное значение тока внешнего металлического КЗ, приведенное к базисному току [о.е.].

– относительное значение тока в нагрузочном режиме, приведенное к базисному току [о.е.].

– первичное максимальное значение тока в нагрузочном режиме

4.Проверка чувствительности защиты

Чувствительность защиты проверяется при симметричном коротком замыкании на защищаемом участке в минимальном режиме работы:

– относительное минимальное значение периодической составляющей полного фазного тока при КЗ на шинах [о.е.].

– первичное минимальное значение тока внутреннего КЗ на шинах.

– тормозной ток, подводимый к защите при расчетном КЗ с учетом нагрузки, определяется по выражению:

Примечание: коэффициент 0,5 в данном выражении характеризует то, что в качестве тормозного тока используется полусумма всех модулей токов.

Значение коэффициента чувствительности должно быть не менее 2.

Для того, чтобы добавить Ваш комментарий к статье, пожалуйста, зарегистрируйтесь на сайте.

Источник