Раздел девятый
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ПОДСТАНЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
ОБЩАЯ ЧАСТЬ
Наряду с широким использованием в сетях 6-220 кВ устройств релейной защиты и автоматики (РЗиА), выполненных на электромеханических реле, разработаны и внедряются комплексы устройств РЗиА сетей 110-1150 кВ с применением интегральных микросхем (ИМС) и микропроцессоров как в измерительных органах устройств, так и в логической части.
При проектировании РЗиА ПС 500-1150 кВ стал широко внедряться принцип быстродействующего ближнего резервирования, заключающийся в том, что отказ в срабатывании основной защиты любого элемента системы РЗ не должен приводить к увеличению времени ликвидации КЗ и развитию тяжелых аварий.
С учетом этого принципа на электропередачах 750-1150 кВ и в примыкающих сетях 500 кВ для обеспечения быстрого отключения КЗ при отказе в срабатывании или выводе из действия основной защиты на каждом элементе указанного напряжения предусматривается по две независимые системы быстродействующих защит. Такая же система двух быстродействующих защит используется для элегазовых ошиновок и шин 110— 220 кВ.
В настоящем разделе представлены основные технические решения по РЗиА элементов главной схемы электрических соединений ПС, учитывающие виды повреждений и ненормальные режимы работы этих элементов.
9.2 ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ РЗА
Трансформаторы тока служат для изоляции цепей, к которым подключаются устройства РЗиА и измерительные приборы, от системы высокого напряжения первичного тока. В устройствах РЗиА наиболее широко применяются двухобмоточные трансформаторы тока. Первичная обмотка включается в цепь измеряемого тока, к вторичным обмоткам подключаются измерительные приборы и РЗ.
Основными параметрами двухобмоточного трансформатора тока являются:
номинальный первичный ток;
номинальный вторичный ток;
номинальный коэффициент трансформации;
сопротивление нагрузки ZH;
номинальная частота;
номинальное первичное напряжение.
Сопротивление нагрузки трансформатора тока определяется при синусоидальном первичном токе частотой 50 Гц как отношение действующего вторичного напряжения к действующему вторичному току ZH = Uilh. При этом угол сопротивления нагрузки (φΗ) равен углу сдвига фаз вторичного тока и вторичного напряжения. Стандартный двухобмоточный трансформатор тока рассчитывается для работы с заземлением вторичной обмотки и магнитопровода.
В установках 500 кВ и выше применяются каскадные опорные трансформаторы тока, в нижней ступени каскада используются четыре или пять отдельных магнитопроводов с отдельными вторичными обмотками и общей первичной обмоткой. Число вторичных обмоток должно быть достаточным для присоединения к ним в общем случае основных и резервных защит двух элементов (ВЛ и АТ, ВЛ и шин и т. п.), а также их измерительной и регистрирующей аппаратуры.
Расстояния между местами установки трансформаторов тока и РЗ на многих ПС 500-1150 кВ достигают больших значений (до 500-1500 м). При таких длинах относительно велики сопротивления жил контрольных кабелей цепей тока, поэтому трансформаторы тока 500-1150 кВ, что позволяет снизить нагрузку на них от контрольного кабеля при том же его сечении (что и в цепях 5 А) в 25 раз и при той же мощности сердечников трансформаторов тока дает возможность принимать для контрольных кабелей значительно меньше сечения (обычно 2,5 - 1,5 мм2).
Для большинства защит обычно считается, что полная погрешность в в установившемся режиме не должна превосходить в расчетах 10%.
На электропередачах 750-1150 кВ, где возможны интенсивные переходные электромагнитные процессы, погрешности трансформаторов тока с замкнутыми стальными сердечниками могут сильно возрастать, поэтому разрабатываются трансформаторы тока 500-1150 кВ с использованием стальных сердечников с полными или частичными немагнитными зазорами, что позволяет в первую очередь достичь близкую к линейной зависимость между периодическими слагающими первичного и вторичного токов во всем предусматриваемом диапазоне как в установившемся, так и в переходном режиме КЗ, а также иметь возможность снизить погрешности при небольших первичных токах.
Устройства РЗ должны четко работать в широком диапазоне изменений токов КЗ: от значений, меньших, до многократно превышающих этот ток.
Трансформатор напряжения служит для понижения высокого напряжения, подаваемого на измерительные приборы и РЗиА, и по принципу выполнения ничем не отличается от обычного силового понижающего трансформатора. В настоящее время на электропередачах ПО кВ и выше применяются трансформаторы напряжения двух типов - электромагнитные и емкостные. В ОРУ 110-330 кВ преимущественно применяются электромагнитные трансформаторы, в установках 500 кВ и выше переходят на трансформаторы напряжения с емкостными делителями напряжения, которые одновременно используются на ВЛ как конденсаторы связи для линий с ВЧ каналами. Достоинством емкостного трансформатора напряжения при включении его на шины ПС является благоприятное влияние на расстройку феррорезонансных явлений на отключенных шинах. Поэтому для исключения нежелательных феррорезонансов в ОПУ 110-220 кВ начата разработка отечественных емкостных трансформаторов напряжения этих классов напряжения.
Для 500 кВ и выше предлагаются также трансформаторы напряжения со специальными каналами связи между проводами высокого напряжения и приемной частью, располагаемой на потенциале земли, например оптикоэлектронные.
Трансформаторы напряжения традиционного исполнения с двумя вторичными обмотками предназначаются как для питания измерительных приборов и реле, так и для работы в устройстве сигнализации замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью или защиты от замыканий на землю в сети с заземленной нейтралью. Первичные и основные вторичные обмотки трансформаторов напряжения соединены в звезду, нейтраль первичной обмотки заземлена. На измерительные приборы и РЗ от основных вторичных обмоток могут быть поданы три фазы и нуль. Дополнительные вторичные обмотки соединяются по схеме разомкнутого треугольника. От них на устройства сигнализаций или защиты подается сумма векторов фазных напряжений всех трех фаз.
Основными параметрами трансформатора напряжения являются:
номинальное первичное напряжение;
номинальное вторичное напряжение;
номинальный коэффициент трансформация,
номинальная вторичная нагрузка;
номинальная частота.
Погрешность обычных электромагнитных трансформаторов напряжения определяется наличием падений напряжения от тока нагрузки в сопротивлении вторичной обмотки, от токов нагрузки и намагничивания в сопротивлении первичной обмотки, а также коррекцией витков. Угловая погрешность δ характеризуется не равным нулю углом сдвига между U1-2.
ПРИНЦИПЫ ЗАЩИТЫ ЭЛЕМЕНТОВ ПС
Основная защита предназначена для действия при всех видах повреждений или части их в пределах всего защищаемого элемента с временем меньшим, чем у других защит этого элемента.
Резервная защита предусматривается для действия вместо основной, если основная защита отказала или была выведена из работы, а также вместо отказавших защит смежных элементов или отказов их выключателей.
Вспомогательная защита выполняет некоторые дополнительные функции, например защиту мертвых зон по напряжению, ускорение отключения КЗ на части элементов.
При выполнении РЗ ПС необходимо считаться с возможностью отказа в действии РЗ или выключателя поврежденного элемента. Поэтому одновременно с повышением надежности РЗ и выключателей предусматривается резервирование.
Различают два принципиально возможных способа резервирования:
дальнее, выполняемое защитами с относительной селективностью смежных элементов;
ближнее, выполняемое защитами ПС, на которой произошел отказ.
При этом на каждом элементе устанавливаются обычно две защиты и при отказе одной из них отключение производится второй.
При отказе выключателя поврежденного элемента все его защиты действует через специальное устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВ) на отключение выключателей смежных элементов, через которые питается место повреждения.
С учетом условий резервирования в соответствии с выполняемыми функциями выделяются основные, резервные и вспомогательные защиты.
В распределительных сетях напряжением до 110 кВ чаще всего применяется дальнее резервирование. В системах 220-1150 кВ, имеющих более сложные схемы и преимущественно оборудованных воздушными выключателями и выносными трансформаторами тока, чаще используется сочетание ближнего и дальнего резервирования, а также производится добавление защит, устанавливаемых на шиносоединительных и секционных выключателях (соответственно ШСВ и СВ).
