ГЛАВА ВТОРАЯ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВРЕЖДЕННОГО ЭЛЕМЕНТА
- ПОВРЕЖДЕНИЯ В СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ 110—750 кВ
Электрические сети 110—750 кВ работают в СССР, как и в большинстве зарубежных стран, с глухозаземленной нейтралью. При КЗ на землю и при междуфазных КЗ релейная защита работает на отключение поврежденного участка.
Для рассматриваемого класса сетей типичны следующие характеристики:
построение на основе ВЛ;
выделение элементов автоматическими выключателями;
использование АПВ, причем на ВЛ 500—750 кВ также и однофазного (ОАПВ);
снабжение элементов сети отдельной селективной релейной защитой, широкое использование резервных защит ближнего резервирования;
двустороннее питание отдельных участков ВЛ, радиальное питание встречается редко;
неприменение для профилактических испытаний ВЛ повышенного напряжения.
Сети напряжением 110—220 кВ имеют специфические особенности:
наличие во многих случаях жестко присоединенных (без автоматических выключателей) ответвительных подстанций с силовыми трансформаторами;
частое применение короткозамыкателей и отделителей вместо автоматических выключателей на ответвительных подстанциях.
В СССР количество правильных действий релейной защиты превышает 99 % [2]. Этот показатель представляет собою выраженное в процентах отношение числа правильных срабатываний защиты к сумме правильных и неправильных срабатываний и отражает эффективность ее функционирования. Поэтому при автоматическом отключении какого-либо выключателя на подстанции 110— 750 кВ следует сначала считать достоверным действие релейной защиты.
Первая операция с точки зрения выделения поврежденного элемента — фиксирование положения указательных реле (УР), называемых также блинкерами.
Подавляющее большинство автоматических отключений выключателей происходит при КЗ. Однако в отдельных случаях могут происходить автоматические отключения, обусловленные работой противоаварийной автоматики, например автоматической частотной разгрузки (АЧР). Отключения выключателей в этих случаях могут выполняться дистанционно с помощью устройств телеотключения, например типа ВЧТО. В особых случаях на необслуживаемых подстанциях могут применяться действующие на отключение защиты трансформаторов от перегрузок. Соответствующие УР должны зафиксировать действие ВЧТО, защиты от перегрузок и т. п.
Существенным признаком происшедшего КЗ является снижение напряжения, которое не только фиксируется щитовыми и регистрирующими приборами, но и субъективно ощущается оперативным дежурным по кратковременному ослаблению освещения щита управления и звуковому эффекту, вызванному повышенными динамическими усилиями в ошиновке расположенных поблизости РУ. При удаленных КЗ эти явления сглаживаются.
При срабатывании защит от КЗ важное значение имеет вид сработавшей защиты (или защит). Наиболее однозначно на КЗ в поврежденном элементе указывает срабатывание защиты этого элемента от внутренних повреждений — основных защит с «абсолютной селективностью».
Абсолютной селективностью обладают защиты, которые принципиально могут срабатывать только в случаях КЗ на защищаемом элементе. К таким защитам прежде всего относятся различные дифференциальные защиты.
Во внутреннюю зону дифференциальных защит, кроме самого защищаемого элемента входят ошиновка и оборудование, расположенные внутри контура, охватываемого трансформаторами тока, к которым присоединены эти защиты. Поэтому даже правильное срабатывание дифференциальной защиты и отключение элемента выключателям не позволяют считать работу по выделению поврежденного элемента законченной. Наиболее существенное значение это обстоятельство имеет для ВЛ. Дело в том, что устройства ВЧ обработки и присоединения — заградители и конденсаторы связи, жестко присоединенные к ВЛ внутри защищаемой зоны, обладают недостаточно высокой надежностью.
Дополнительной информацией о повреждении собственно линии служит так называемое промежуточное расстояние до места повреждения, зафиксированное устройством автоматического ОМП. Также дополнительной информацией, служит отсутствие видимых признаков повреждения устройств ВЧ обработки и близлежащей ошиновки, что устанавливается наружным осмотром на открытых подстанциях с обоих концов ВЛ. Особенно срочно такой осмотр следует выполнить при неуспешном АПВ, которое фиксируется как соответствующим УР, так и фактами последовательности автоматических операций: отключение—включение — отключение и двукратным кратковременным снижением напряжения.
Свойства, аналогичные (с точки зрения выделения поврежденной ВЛ) свойствам дифференциально-фазной защиты, имеет быстродействующая направленная защита с ВЧ блокировкой. Абсолютной селективностью обладает газовая защита трансформаторов, срабатывание которой указывает на внутреннее повреждение в трансформаторе.
Защиты, которые по принципу действия могут срабатывать в качестве резервных при КЗ на смежных элементах с учетом селективности только при внешних КЗ, называются относительно селективными. К ним относятся: токовые и токовые направленные защиты, токовые и токовые направленные защиты нулевой последовательности, дистанционные защиты. Срабатывание первых ступеней этих защит, фиксируемое УР, свидетельствует с достаточно высокой вероятностью о повреждении именно защищаемого элемента. Вторые ступени выполняют кроме защиты некоторой, части элемента функцию дальнего резервирования. Последнюю функцию выполняют также третьи ступени. Поэтому факт срабатывания не первой ступени защит с относительной селективностью не позволяет делать сколько-нибудь достоверного заключения о поврежденном элементе. Необходимо получить и проанализировать информацию со смежных элементов данной подстанции и соседних подстанций.
Важную информацию дают также автоматические осциллографы, которые запускаются на подстанциях 110— 750 кВ в аварийных режимах. По осциллограммам можно установить не только значения токов КЗ на ВЛ, но и последовательность во времени отключения отдельных элементов в сложных случаях, каскадную работу защит и т. п.
Особую осторожность следует проявлять, когда принимается решение о поврежденном элементе, если имело место срабатывание (УРОВ) устройства резервирования отказа выключателей. В этом случае более вероятным становится повреждение удаленного (по отношению к смежному с отключившимся выключателем) элемента.
В случае успешного АПВ ВЛ необходимо немедленно снять показание обслуживающего ее автоматического искателя повреждений. Если индикатор искателя показывает промежуточное расстояние, то наличие повреждения на отключившейся линии можно считать подтвержденным. Такую же информацию можно получить на основе показаний специальных ФП после выполнения необходимых оперативных расчетов (см. гл. 7).
В случае неуспешного АПВ ВЛ и отключения ее с обеих сторон при оставшейся в работе остальной сети действия персонала зависят от конкретных условий и регламентируются местными инструкциями. Эти конкретные условия, в частности, определяются запасом динамической
устойчивости, ответственностью линий, допустимостью включения без проверки синхронизма, допустимой длительностью неполнофазных режимов, категорией токоприемников соответствующих участков сети и т. п. Отметим лишь операции, которые целесообразно выполнить после неуспешного АПВ ВЛ (включая и двукратные АПВ) только с позиций заключения о наличии повреждения на ВЛ.
Если на ВЛ установлен и сработал автоматический искатель, то необходимо немедленно снять показания его индикатора. Промежуточное расстояние, показанное индикатором, не только подтверждает наличие КЗ на ВЛ, но и является обоснованием для направления бригады обходчиков на трассу.
Если система ОМП по параметрам аварийного режима не является полностью автоматизированной, то от нее те же результаты, что и от автоматического искателя, можно получить не раньше чем через 15—40 мин. Поэтому, сняв показания ФП и подготовив их к следующему срабатыванию, целесообразно осуществить одностороннее включение ВЛ под напряжение. Автоматическое ее отключение от защиты подтверждает наличие КЗ на ВЛ.
При автоматическом отключении двух и более элементов сети целесообразно выполнить следующие операции:
проанализировать работу релейных защит по показаниям УР;
рассмотреть осциллограммы автоматических осциллографов (в случае немедленного проявления осциллограмм или иного быстрого способа визуализации);
снять показания автоматических искателей на отключившихся ВЛ и показания ФП и проанализировать эти показания;
осмотреть РУ и трансформаторы для выявления явных признаков повреждения (загорания, следов действия дуги, выбросов масла, деформации или разрушения ошиновки, разрушения изоляционных конструкций и т. п.);
обработать поступившие телефонные сообщения от представителей населения региона, видевших дуговую вспышку на трассе той или иной ВЛ.
Если различные признаки непротиворечивы и указывают на поврежденный элемент, то сначала производят включение под напряжение остальных элементов. После их успешного включения с оставшимся элементом поступают так же, как при автоматическом отключении только одного элемента.
При отсутствии явных признаков повреждения отключившегося силового трансформатора проводятся:
анализ масла;
проверка изоляции и целости обмоток с помощью мегаомметра; испытания посторонним источником напряжения изоляции обмоток между собой и по отношению к земле;
выявление витковых замыканий с помощью специальной методики и аппаратуры [8].
Рис. 2.1. Схема участка сети с короткозамыкателями и отделителями.
Перекрытия изоляционных конструкций РУ 110—750 кВ сопровождаются сильным световым и акустическим эффектом и напоминают взрыв. Поэтому в большинстве случаев на обслуживаемых подстанциях выявление поврежденного РУ не представляет трудностей. На необслуживаемых подстанциях иногда могут отсутствовать явные следы перекрытия изоляции. Повторная подача рабочего напряжения на шины такого РУ представляет серьезный риск. В этом случае предпочтительнее испытание изоляционных конструкций от постороннего маломощного источника.
Рассмотрим теперь выявление поврежденного элемента на ВЛ с ответвлениями, снабженными короткозамыкателями и отделителями. Схема участка сети с двусторонним питанием от подстанций А и Б и двумя параллельными линиями ЛI и ЛII, к которым без автоматических выключателей присоединены трансформаторы Т1—Т4 подстанций В, Г и Д, показана на рис. 2.1 (Κ1—K4 — короткозамыкатели; О1—О4 — отделители; О — разъединитель),
Короткозамыкатели создают увеличенный ток КЗ для действия защиты линий при повреждениях в трансформаторе, имеющей недостаточные чувствительность и быстродействие. Короткозамыкатели включаются при действии релейной защиты трансформатора (токовой, дифференциально-токовой, газовой). Отделитель должен действовать только в бестоковую паузу АПВ линии. Поэтому в схеме управления отделителем (отключающим все три фазы трансформатора от ВЛ) предусматривается контроль. отсутствия напряжения и тока в фазах отделителя. В ряде случаев контролируется только отсутствие тока в цепи короткозамыкателя.
Например, при возникновении КЗ в трансформаторе Т2 его защитой включается короткозамыкатель и затем защита линии Л1 отключает автоматические выключатели с обеих ее сторон. При исчезновении тока и напряжения в линии Л1 отделитель О2 отключается. После окончания бестоковой паузы линия Л1 включается от устройства АПВ в работу уже без трансформатора Т2.
Когда происходит успешное АПВ линии ЛI, то прежде всего необходимо установить, было ли повреждение на ВЛ или в каком-либо трансформаторе. Включенное состояние короткозамыкателя и отключенное состояние отделителя одного из трансформаторов указывают на его повреждение. Необходимо срочное подтверждение этого факта способами, перечисленными ранее. Отсутствие сработавших короткозамыкателей и отделителей указывает на самоустранившееся неустойчивое повреждение ВЛ.
Неуспешное АПВ может произойти как из-за устойчивого КЗ на ВЛ, так и в случае отказа отделителя. Поэтому до начала обхода ВЛ необходимо установить положение всех короткозамыкателей и отделителей отключившейся линии. Для ускорения выделения поврежденного элемента на ВЛ 110—220 кВ с несколькими ответвлениями используются направленные указатели поврежденных участков, контролирующие и фиксирующие направление мощности в аварийном режиме [9 ].
На рис. 2.2 изображена схема ВЛ с двусторонним питанием, к которой присоединены две ответвительные подстанции. Присоединение этих подстанций к ВЛ осуществлено разъединителями. Быстрое определение и отключение поврежденного участка позволяют ускорить восстановление электроснабжения подстанций.
При установке четырех направленных указателей (НУ) на питающих А, Б и ответвительных В, Г подстанциях легко выделить поврежденные участки I, II или III (рис. 2.2). Повреждение в трансформаторе и нагрузке, как правило, селективно отключается плавким предохранителем ПП. При КЗ на участке II все четыре НУ покажут направление мощности от шин в линию, при КЗ на участке III указатель НУГ покажет направление к шинам, а остальные — в линию. Наконец, при КЗ на участие l направление к шинам покажет указатель НУВ.
Рис. 2.2. Схема ВЛ с подключением подстанций на ответвлениях разъединителями.
Направленные указатели подключаются к датчикам тока (фильтрам токов нулевой последовательности) и датчикам напряжения (фильтрам напряжений нулевой последовательности). Датчики тока — это обычно фильтры на магнитных трансформаторах, а датчики напряжения — измерительные конденсаторные вводы. Направление мощности фиксируется и запоминается. Если необходимо реагировать также на КЗ, не связанные с землей, то используются фильтры составляющих обратной последовательности.
Перед восстановлением электроснабжения ответвительных подстанций (уже по одностороннему питанию) необходимо убедиться в исправности трансформатора и части сети, подключенной со стороны нагрузки. Эта необходимость вызвана тем, что может не сработать предохранитель трансформатора.