Предотвращение и ликвидация гололедных аварий - Максимальная токовая защита

Принцип действия

Максимальная токовая защита реагирует на фазный ток выпрямительной установки и приходит в действие при увеличении этого тока сверх некоторого заранее установленного значения. В схемах плавки гололеда МТЗ предназначена для защиты оборудования УПГ и обогреваемой ВЛ от КЗ в цепи постоянного тока, а также от КЗ в цепи переменного тока за местом их включения.
Если УПГ используется для плавки гололеда на грозозащитных тросах и фазных проводах ВЛ различных классов напряжения, то МТЗ выполняется многоступенчатой.
Принцип действия многоступенчатой МТЗ рассмотрим на примере трехступенчатой защиты УПГ с выпрямительной установкой, состоящей из трех параллельно включенных ВМ и предназначенной для плавки гололеда на грозозащитных тросах, фазных проводах ВЛ 330 кВ и 500 кВ (рис.6.1).
Все ступени МТЗ выполнены в двухрелейном исполнении и действуют без выдержки времени на отключение выключателя Q установки плавки гололеда.

Рис.6.1. Схема максимальной токовой защиты УПГ:
а — поясняющая схема;
б — цепи переменного тока;
в — цепи оперативного постоянного тока

Реагирующими органами МТЗ являются максимальные реле тока КЛ1 - КЛ6, включенные через трансформаторы тока ТА на фазные токи выпрямительной установки. Параметрами срабатывания защиты являются токи срабатывания ее ступеней.
Ступени МТЗ предназначены для защиты от КЗ оборудования УПГ, а также

1. грозозащитных тросов - первая ступень (реле КА1, КА2);
2. фазных проводов ВЛ 330 кВ - вторая ступень (реле ΚΛ3, КА4);
3. фазных проводов ВЛ 500 КВ - третья ступень (реле КА5, КА6).

Исходя из этого, все ступени МТЗ отстраиваются от расчетных токов в соответствующих схемах плавки.
Такое трех ступенчатое выполнение МТЗ повышает эффективность ее функционирования. Токи плавки тросов марки ПС-70 не превышают 200 А, фазных проводов ВЛ 330 кВ (с двумя проводами в фазе) - 2400 А, ВЛ 500 кВ (с тремя проводами в фазе) - 3600 А. Оптимальный выбор токов срабатывания ступеней МТЗ в различных схемах плавки позволяет обеспечить защиту не только УПГ, но и части ВЛ, при этом происходит уменьшение зоны нечувствительности.
Вторичные цепи ТТ подключаются к реле тока ΚΑΙ, КА2 первой и КАЗ, КА4 второй ступеней МТЗ через свои испытательные блоки SG1 и SG2 соответственно. Ввод в действие ступеней МТЗ в соответствующих схемах плавки гололеда осуществляется с помощью испытательных блоков SGI, SG2 в цепях переменного тока и накладок SX1 - SX3 в цепях оперативного постоянного тока защиты (рис.6.1,б,в). Например, при снятой рабочей крышке испытательного блока SG1 вторичные цепи ТТ замыкаются накоротко и заземляются, а цепи, идущие к реле ΚΑΙ, КА2, разрываются, и первая ступень МТЗ выводится из работы. Одновременно снимается накладка SX1 в цепях оперативного постоянного тока. Положение крышек испытательных блоков SGI, SG2 и накладок SX1 - SX3 для каждого из режимов плавки приведено в табл.6.1.
Таблица 6.1

Примечание: знак «-» соответствует снятой рабочей крышке испытательного блока и снятой накладке.

Ток и время срабатывания

Особенностью функционирования МТЗ в схемах плавки гололеда является го, что ток защиты, протекающий через защитные ТТ, при КЗ в цепи постоянного тока УПГ изменяется в широких пределах: от рабочего тока плавки до тока трехфазного КЗ в непосредственной близости от места установки защиты.
Например, в схеме плавки одной УГТГ (рис.6.2,а) ток защиты при двухполюсном КЗ в точке К1 равен рабочему току плавки, а при КЗ полюсов выпрямителя УПГ (точка К2) этот ток практически равен току трехфазного КЗ на вводе выпрямительной установки (точка КЗ).
В схеме плавки двумя УПГ с двух подстанций (рис.6.2,б) ток защиты равен рабочему току плавки при двухполюсном КЗ в электрическом центре схемы плавки (ЭЦСП) — в точке К1. В этом случае КЗ между двумя полюсами не приводит к изменению режима и, следовательно, выпрямленных токов обеих УПГ. Токи одинаковы по величине и остаются равными току плавки до КЗ. Характер изменения тока защиты МТ31 при перемещении точки КЗ влево от ЭЦСП и МТ32 — вправо от ЭЦСП будет таким же, как и в предыдущей схеме плавки УПГ (рис.6.2,а).

Рис.6.2. Условии функционирования МТЗ:
а - в схеме плавки одной УПГ; б - то же, двумя УПГ с двух подстанций

Местоположение ЭЦСП не зависит от схемы соединения проводов ВЛ («фаза-фаза» или «фаза-две фазы»), а определяется только параметрами схем УПГ. При равных ЭДС выпрямителей и их внутренних сопротивлений ЭЦСП расположен в середине обогреваемой ВЛ, т.е. на одинаковом расстоянии от обеих подстанций.
Выпрямленным Idc.з и фазным 1с.з токами срабатывания защиты называются выпрямленный ток плавки и соответствующий ему переменный ток в фазах ВМ, при которых срабатывает защита.

Порядок расчета токов срабатывания:

1. сначала определяется выпрямленный ток срабатывания защиты;
2. затем по току Idc.з рассчитывается фазный ток срабатывания защиты 1с.з с использованием соотношения (4.14) учитывающего реальный угол коммутации ВМ;
3. по току 1с.з определяется ток срабатывания реле 1с.р. Применяемые схемы соединения ТТ имеют коэффициент схемы kcx = 1, поэтому ток срабатывания реле

где n - коэффициент трансформации защитных ТТ.
Расчет выпрямленного тока срабатывания. Для обеспечения избирательности МТЗ величина выпрямленного тока срабатывания 1сз должна быть больше максимального тока плавки. Отстраиваясь от максимального тока плавки, защита практически отстраивается от тока двухполюсного КЗ в конце ВЛ (см. схему на рис.6.2,а) или в точке ЭЦСП (см. схему на рис.6.2,б). При этом ток Ι рассчитывается по максимальному значению постоянной составляющей установившегося выпрямленного тока:

где кз - коэффициент запаса по избирательности.
Расчетным является режим плавки, в котором активное сопротивление проводов ВЛ и ток Id макс определяются при температуре провода
ϑпρ = —20° С (см.п. 1.2).

Коэффициент запаса по избирательности кз, с одной стороны, следует выбирать таким, чтобы защита была надежно отстроена от максимальных рабочих токов плавки. С другой стороны, коэффициент запаса kз должен быть как можно меньшим, чтобы защищаемая зона ВЛ была больше. Учитывая возможные погрешности расчета токов, реле и защитных ТГ, величину к для защит с электромагнитными реле тока можно принять равной 1,2.
Максимальная токовая защита является основной защитой УПГ от внешних КЗ. Во избежание выхода из строя вентилей ВМ при близких КЗ МТЗ должна обеспечить быстрое отключение УПГ, поэтому она выполняется без выдержки времени.
Если за время отключения КЗ полюсов выпрямителя термическая стойкость вентилей не обеспечивается, то в дополнение к МТЗ необходимо предусматривать специальную сверхбыстродействующую защиту от внешних КЗ с реле РИ-1 (см. п.6.6).

Особенности выполнения защиты в схемах плавки несколькими установками плавки гололеда

В схемах плавки несколькими УПГ в последовательно включенных ВМ протекает один и тот же выпрямленный ток. Если данная схема плавки является расчетной для выбора токов срабатывания защит УПГ, то МТЗ имеют одинаковые выпрямленные токи срабатывания. Фазные токи срабатывания будут одинаковыми только при равенстве параметров цепей питания ВМ (углов коммутации).
В схемах плавки двумя УПГ с одной подстанции (рис.6.3) необходимо предусматривать действие максимальных токовых защит на отключение выключателей обеих УПГ, что обеспечивает:

Рис.6.3. Выполнение МТЗ двух УПГ, расположенных на одной подстанции

1. взаимное резервирование устройств релейной защиты и ускорение отключения КЗ;
2. отключение обеих УПГ в тех аварийных режимах, когда одна из защит оказывается нечувствительной к токам КЗ.

В схемах плавки двумя УПГ с разных подстанций (см. рис. 6.2,б) МТЗ следует дополнить защитой минимального тока (ЗМТ), обеспечивающей быстрое отключение УПГ на смежной подстанции при отключении одной из УПГ и снижении выпрямленного тока ниже тока срабатывания ЗМТ. Одновременно ЗМТ осуществляет отключение обеих УПГ при разрыве цепи постоянного тока.