Глава шестая
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРИНЦИПОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАЩИТЫ ШИН
6.1. ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В настоящее время известно большое количество принципов выполнения защит шин и на их основе может быть создана целая серия устройств защиты. Очевидно, что к практическому применению следует рекомендовать варианты, обладающие наибольшими достоинствами по условиям изготовления, монтажа, наладки и эксплуатации.
Выбор наилучшей защиты шин для конкретных условий эксплуатации является задачей оптимизации и заключается в отыскании варианта с минимальными приведенными затратами, т. е.
где Кn, Иn — капитальные затраты и эксплуатационные расходы по η-му варианту; рн — нормативный коэффициент экономической эффективности; Уп — вероятный ущерб от перерывов электроснабжения по /г-му варианту.
Экономичным будет считаться тот вариант, у которого 3=min. Однако практическая реализация методов оптимизации для выбора наиболее целесообразной защиты шин затруднительна, что объясняется несоразмерностью ущербов У1—Уn и затрат (рнК1+И1)-(рнКn+Иn), а также трудностями определения ущербов по каждому из сопоставляемых вариантов.
Эффективность функционирования защит шин определяется совокупностью их свойств, важными из которых являются чувствительность, быстродействие и селективность во всевозможных установившихся и переходных режимах.
Следует заметить, что указанные важные свойства защит могут быть выявлены путем анализа принципов построения защит, а не только путем испытаний конкретных устройств. По этой причине в данной работе сравнение защит шин производится на уровне принципов их выполнения по чувствительности, быстродействию и селективности без учета надежности, помехоустойчивости, точности и т. д. При сравнении не учитывается также различие в стоимостях комплектов защиты.
Данное сравнение защит, являясь приближенным, позволяет, однако, выявить перспективные принципы выполнения, могущие стать базой для создания новых устройств, а такое качество защиты, как надежность функционирования, может быть достигнуто при помощи резервирования, контроля и т. д. Помехоустойчивость защит также может быть достигнута определенными мероприятиями. Поскольку защита шин является многоэлементным устройством, выполняющим сложные функции, то стоимости комплектов, выполненных на разных принципах, получаются соизмеримыми, причем стоимость защиты пренебрежимо мала по сравнению со стоимостью основного оборудования.
Первоначально сравнение принципов выполнения защит шин производится по указанным выше свойствам в установившемся режиме, при синусоидальном первичном токе, отсутствии расхождения векторов ЭДС источников по фазе, отсутствии токов нагрузки при несимметричных КЗ на шипах и токов обходных связей в первичной сети между защищаемыми системами шин. Это дает возможность отбросить явно слабые варианты. Затем выполняется второй этап сопоставления — выявление запасов устойчивости функционирования в переходных режимах с учетом апериодической составляющей в первичных токах, расхождения по фазе векторов ЭДС источников, токов нагрузки при несимметричных КЗ в зоне действия и токов обходных связей. Совокупность указанных факторов дает возможность установить расчетные условия функционирования защит шин. В рамках данной работы приняты следующие расчетные условия функционирования:
- Апериодические составляющие в токах мощных присоединений, источники питания которых находятся в непосредственной близости от места КЗ, могут иметь постоянную времени Та=0,2 с. В этих условиях ТТ, по которому проходит суммарный ток КЗ, имеет полную ε и токовую fi погрешности на третьем периоде после возникновения КЗ, соответственно (см. гл. 2).
- Сдвиг по фазе между первыми гармониками токов в присоединениях может достигать 120°. Последнее может иметь место, например, на мощных электростанциях, через шины которых осуществляется транзит мощности. Следует иметь в виду при этом, что апериодические составляющие в токах КЗ этих присоединений затухают относительно быстро и ими можно пренебречь.
- По обходным внешним связям между защищаемыми системами шин проходит ток, доля которого по отношению к суммарному току КЗ IК составляет а=Iобх/Iк≤0,5. Значение а=0,5 может иметь место на мощных электростанциях при их работе с разомкнутыми секционными и шиносоединительными выключателями с целью ограничения тока КЗ.
- Кроме линий связи с системой к шинам подключены тупиковые линии с двигательной нагрузкой. Принимаем, что нагрузку составляют асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, которые в режиме АПВ создает ток самозапуска Iп. Доля суммарного тока самозапуска их γ=Iп/Iκ не превышает 0,4 (см. § 3.3).
Введем обозначение
где Iн,i — ток нагрузки, проходящий по i-му присоединению.
Приближенно можно выделить из β' долю тока нагрузки, т. е. считать
где β — отношение суммы модулей токов КЗ к суммарному току КЗ
— отношение суммарного тока нагрузки при несимметричном КЗ на шинах к суммарному пусковому току.
Для защит с торможением η=0,5, т. е. расчетным является режим двухфазного КЗ, в котором модуль тока нагрузки максимален. Для ДФЗШ расчетным режимом является двухфазное КЗ на землю, в котором η=0,33 (см. §3.3).
К числу параметров, характеризующих техническое совершенство защит шин, относится также устойчивость несрабатывания в нагрузочных режимах (без КЗ). В частности, при обрывах контрольного кабsеля в режимах пуска и самозапуска электродвигателей нагрузки защита не должна ложно срабатывать.