Для сборных шин ПС напряжением 110 кВ и выше отдельные устройства РЗ шин предусматриваются для двух систем шин и одиночной секционированной системы шин, а также для одиночной несекционированной системы шин, если отключение КЗ на шинах действием защит присоединенных элементов недопустимо или если на ВЛ, питающих рассматриваемые шины, имеются ответвления.
По требованиям надежности может предусматриваться защита на шинах 35 кВ (дифференциальные токовые без выдержки времени с охватом всех отходящих от шин элементов).
При присоединении Т, АТ 330 кВ и выше к шинам более чем через один выключатель устанавливается, как правило, дифференциальная токовая защита их ошиновок. Для наиболее ответвленных РУ 500 кВ и выше защита шин дублируется.
Защита шин 35-220 кВ выполняется с использованием реле тока с насыщающимися трансформаторами для лучшей отстройки от переходных и установившихся режимов небаланса. Схемы защиты шин 35 кВ имеют двухфазное двухрелейное исполнение, 110-220 кВ - трехфазное трехрелейное исполнение. При выполнении схем принимается, что после отключения секции шин в случае ее повреждения первым от устройства АПВ включается один из питающих элементов (ВЛ или АТ), и при успешном действии АПВ производится последующее возможно более полное автоматическое восстановление схемы доаварийного режима путем включения других питающих элементов от своих устройств АПВ.
При включении на неустранившееся КЗ от АПВ одного элемента защита шин может оказаться нечувствительной к этому повреждению, поэтому в схемах защиты шин 110-320 кВ предусмотрен чувствительный токовый орган, от которого вводятся в действие цепи отключения и запрещения АПВ после срабатывания защиты шин через время, большее времени отключения всех выключателей и меньшее времени включения от АПВ первого элемента (порядка 1 с).
Схемы защиты шин 110-220 кВ выполнены с учетом возможных полнофазных и неполнофазных отказов выключателей. Защита выполняется с устройством контроля исправности вторичных цепей задействованных трансформаторов тока, действующим с выдержкой времени на вывод защиты из работы и на сигнал.
Для защит шин и ошиновок ПС 330 кВ и выше, а последнее время и для ряда ПС 110-220 кВ применяется микроэлектронная быстродействующая защита шин разного исполнения (например, ПДЭ-2006, ШЭ2303).
Рис. 9.6. Упрощенная блок-схема защиты типа ПДЭ-2006:
ПО - пусковые органы фаз А, В, С; РК - органы контроля исправности цепей переменного тока фаз А, В, С; БИУ- блок измерения уставок (характеристик) пусковых органов; БАК и РТП- блок непрерывного автоматического контроля исправности и ручных тестовых проверок; БВРТП - блок ввода в работу ручной тестовой проверки
Дифференциальная защита шин и ошиновок типа ПДЭ-2006 выполнена на полупроводниковых приборах, ее время действия при использовании тиристорного отключения выключателей не превышает 30 мс, а потребление цепей тока каждого присоединения - не более 1 В-А/фазу. На рис. 9.6 приведена упрощенная блок-схема защиты ПДЭ-2006.
Защита имеет пофазное исполнение, ее основными пусковыми органами (ПО) являются токовые дифференциальные органы с торможением.
Торможение осуществляется от разности модулей арифметической суммы токов одноименных фаз присоединяемых к шинам элементов и геометрической суммы этих токов.
Уравнение срабатывания этих органов имеет вид
где Iд - модуль дифференциального тока фазы (геометрическая сумма токов); 
- арифметическая сумма токов всех присоединений при
числе присоединении, равном п; 1с. зо — начальный ток срабатывания защиты; Кт - коэффициент торможения.
Благодаря наличию торможения, специальным характеристикам реагирующего элемента и некоторым другим мерам защита правильно функционирует при наличии в токе КЗ гармоник и апериодической слагающей, если полная погрешность трансформаторов тока не превышает 45%.
В связи с необходимостью повышения чувствительности защиты при АПВ и опробовании шин и ошиновок, когда уровень токов КЗ существенно ниже минимального расчетного, в защите предусмотрена возможность автоматического снижения начального тока срабатывания и коэффициента торможения до требуемого уровня. Указанное осуществляется автоматически блоком изменения уставки (БИУ) при срабатывании защиты и опробовании шин на заданное время, достаточное для осуществления АПВ и опробования. По истечении этого времени установленные значения начальных параметров пусковых органов автоматически восстанавливаются. Указанное повышение чувствительности используется также для обеспечения действия устройства резервирования отказов выключателей, выполненного на электромеханических реле, поскольку в этом случае имеет место существенное снижение уровня тока КЗ.
Для предотвращения ложного срабатывания защиты при неисправности цепей тока начальный ток срабатывания пусковых органов выбирается больше тока наиболее нагруженного присоединения.
В целях повышения надежности функционирования в защите предусмотрены устройства непрерывного контроля исправности цепей переменного тока, органов, их контролирующих, органов, осуществляющих автоматическое изменение характеристик, и пусковых органов. В защите предусмотрено устройство периодической текстовой проверки, осуществляемой персоналом (БАК и РТП), см. рис. 9.6. При тестовой проверке контролируется исправность функционирования каналов - действия на отключение и постоянно действующего контроля. При возникновении неисправности устройство контроля автоматически выводит из действия защиту, а ввод ее в работу после устранения неисправности осуществляется персоналом. Элементы защиты гальванически отделены от вторичных цепей трансформаторов тока с помощью промежуточных трансформаторов, коэффициенты трансформации которых могут ступенчато изменяться в 4 раза, что позволяет осуществить выравнивание результирующих коэффициентов трансформации первичных токов трансформаторов тока. В защите дополнительно предусмотрены органы, контролирующие линейные напряжения и напряжения обратной последовательности на шинах, которые используются при осуществлении автоматического повторного включения шин.
Рассматриваемая защита шин нашла широкое применение для ПС330- 1150 кВ. В целях дальнейшего совершенствования характеристик защит шин и ошиновок разработана новая защита, которая использует современную микроэлектронную элементную базу и по своим характеристикам превосходит рассмотренную. В частности, в защите шин типа ШЭ2303, логическая часть которой практически мало отличается от логики панели ПДЭ-2006, улучшен принцип построения пускового органа. Он имеет два канала, использующих различные принципы работы и включенных по схеме ИЛИ, что превышает надежность функционирования защиты.
Время ее срабатывания при двукратном и более токе по отношению к току срабатывания по бесконтактному тиристорному выходу - не более 0,012 с, по контактному выходу - 0,027 с.
При реализации принципа ближнего резервирования в случае защиты шин ОРУ 500-1150 кВ устанавливаются дублированные защиты, например по две на каждую систему шин. Разные защиты включаются на разные аккумуляторные батареи, имеют свои группы выходных реле и могут воздействовать на отключение выключателей в общем случае через разные электромагниты отключения, если они также продублированы.
Защита на секционном выключателе 35 кВ, выполненная в виде двухступенчатой токовой защиты от многофазных КЗ, предназначена:
для разделения секций шин СН ПС с трехобмоточными Т при КЗ на шинах в случае выведенной из действия защиты шин; используется первая ступень защиты, вводимая в работу только при выведении защиты шин;
для защиты секции шин НН, АТ которой отключен, и резервирования отключения КЗ на отходящих от нее элементах; используется только вторая ступень защиты, которая в нормальном режиме введена в работу в связи с возможностью отключения секционного выключателя 35 кВ от устройства АВР;
для резервирования отключения КЗ на ВЛ, отходящих от шин; рассматриваемая защита, как правило, не предусматривается, поскольку в соответствии с типовыми решениями защита Т от внешних КЗ на стороне 35 кВ с первой выдержкой времени действует на разделение секций шин.
Максимальная токовая защита, устанавливаемая на СВ 6-10 кВ, имеет то же значение, что и защита на шинах НН ПС 35 кВ.
При разработке решений по защитам, устанавливаемым на ШСВ и СВ 110-220 кВ, учитывается наличие защиты шин и УРОВ 110-220 кВ. Для более низких напряжений защита шин и УРОВ не предусматривается.
Основное назначение защит, устанавливаемых на ШСВ (СВ) 110-220 кВ, сводится к следующему. В случаях, когда на ВЛ, отходящих от рассматриваемых шин 110-220 кВв, имеется ближнее резервирование защит (полноценное или условно-ближнее), на ШСВ (СВ) предусматривается защита в простейшем исполнении с использованием типовых блоков защиты. Каждый из блоков содержит двухступенчатую токовую защиту от многофазных КЗ и
трехступенчатую токовую защиту нулевой последовательности от замыканий на землю. Первые ступени защит выполнены без выдержки времени. Защита в нормальном режиме в работу не включена и может включаться при опробировании системы (секции) шин в дополнение к защите шин или в режиме выведенной из работы защиты шин. В случаях, когда отсутствует ближнее резервирование защит, отходящих от рассматриваемых шин 110-220 кВ, и дальнее резервирование при отказе защиты ВЛ не обеспечивается или является недостаточно эффективным, должна рассматриваться возможность обеспечения дальнего резервирования с помощью отключения ШСВ (СВ).
При отключении ШСВ (СВ) может быть повышена чувствительность защит элементов, смежных с поврежденным, вследствие перераспределения токов, а также уменьшено число элементов, отключаемых при дальнем резервировании. Отключение ШСВ (СВ) может осуществляться при действии защит, устанавливаемых непосредственно в цепи этих выключателей или в цепях других питающих присоединений (например, АТ). Использование для отключения ШСВ (СВ) защит от внешних КЗ АТ позволяет во многих случаях не устанавливать на ШСВ (СВ) достаточно сложных защит.
В связи с указанным предпочтительным оказывается использование для действия на ШСВ (СВ) защит от внешних КЗ, устанавливаемых на АТ,- трехступенчатой токовой направленной защиты нулевой последовательности от замыканий на землю и одно- или двухступенчатой дистанционной защиты, которые действуют с первой выдержкой времени на разделение систем (секций) шин 110-220 кВ.
В отдельных случаях для обеспечения дальнего резервирования и согласования защит сетей разных напряжений может потребоваться установить на каждом АТ по две двухступенчатые дистанционные защиты (по одной на каждой из сторон - ВН и СН).
В случае выполнения шин по схеме “две рабочие, секционированные выключателями, системы шин” при работе с выключенными двумя ШСВ (СВ) при действии защит обоих АТ произойдет излишнее отключение всех связей между системами шин. Поэтому должны предусматриваться резервные защиты для каждой системы шин, включаемые каждая на сумму токов трансформаторов тока в цепях ШСВ (СВ) данной системы шин. Защита выполняется в виде одноступенчатой дистанционной защиты и токовой отсечки от многофазных КЗ и трехступенчатой токовой направленной защиты нулевой последовательности от замыканий на землю.
На ПС с Т, не имеющим на стороне 110-220 кВ защит, действующих на разделение систем (секций) шин ( за исключением одноступенчатой токовой защиты нулевой последовательности), может потребоваться установка специальных защит на ШСВ (СВ), нормально включенных в работу и предназначенных для обеспечения дальнего резервирования и повышения его эффективности.
В зависимости от ответственности ПС и последствий от неселективного действия защит сети (в первую очередь при КЗ на землю) на ШСВ (СВ) 110-220 кВ могут предусматриваться защиты, выполненные в виде:
двухступенчатой токовой защиты от многофазных КЗ и трехступенчатой токовой (ненаправленной) защиты нулевой последовательности от замыканий на землю;
одного комплекта двухступенчатой токовой защиты от многофазных КЗ и двух комплектов трехступенчатых токовых направленных защит нулевой последовательности от замыканий на землю, направленны х в разные стороны;
двух комплектов одноступенчатых защит от многофазных КЗ и двух комплектов трехступенчатых токовых направленных защит нулевой последовательности от замыканий на землю, направленных в разные стороны, и токовой отсечки от многофазных КЗ.
Первые ступени рассматриваемых защит по параметру и времени срабатывания должны быть согласованы с быстродействующими ступенями защит ВЛ, отходящих от рассматриваемых шин, а последние ступени - по времени срабатывания с резервными ступенями защит ВЛ.
На обходном выключателе напряжением 110 кВ и выше при наличии ШСВ (СВ) предусматриваются защиты;
трехступенчатая дистанционная защита и токовая отсечка от многофазных КЗ;
четырехступенчатая токовая направленная защита нулевой последовательности от замыканий на землю.
Эти защиты используются при проверке и ремонте защиты, выключателя и трансформатора тока любого из элементов, присоединенных к шинам.
