2. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ШИН С РЕЛЕ РНТ
Требования, предъявляемые к схемам защиты шин.
Основными видами повреждения систем шин напряжением 110—220 кВ, как и других элементов сети этого напряжения, являются двух- и трехфазные КЗ, а также КЗ на землю одной, двух или трех фаз.
Источником КЗ на шинах являются, как правило, повреждения следующих видов оборудования: подвеской или опорной изоляции; разъединителей, особенно в процессе переключений; вводов выключателей и трансформаторов.
Шинные разъединители, шинные вводы выключателей, а иногда и трансформаторов, контактная система выключателей, в отдельных случаях и линейные вводы выключателей входят в зону действия защиты шин. Часто КЗ на шинах возникают из-за ошибочных действий оперативного персонала при операциях с разъединителями и заземляющими ножами, а также из-за обрывов спусков к разъединителям и выключателям.
Поскольку к шинам подключено значительное количество присоединений, связанных с источниками питания, токи КЗ на шинах достигают значений 20—30 кА и более. Поэтому в целях снижения размеров
повреждений к защите шин предъявляются жесткие требования но чувствительности и быстродействию.
Быстродействие требуется также по ряду других условий, например, из-за необходимости обеспечения селективности с защитой шин по времени линейных защит с противоположных сторон линий. При времени действия" защиты шин примерно 0,1 с уставки по времени защит линий с противоположных сторон могут приниматься 0,5—0,6 с при отсутствии устройства резервирования отказа выключателей (УРОВ) на данной подстанции и 0,8—0,9 с при его наличии. Высокое быстродействие требуется также в случаях чрезвычайно глубокого снижения напряжения на шинах прилежащих подстанций данного и более высокого напряжения, опасного с точки зрения нарушения устойчивости параллельной работы энергосистемы.
Чувствительность по току должна обеспечиваться при нормальных, ремонтных и аварийных режимах. Защита шин должна быть чувствительна в режимах опробования поврежденной системы шин после ремонта или КЗ включением выключателя одного из присоединений. В таком режиме токи КЗ могут быть во много раз меньше, чем при повреждении в нормальном режиме. С учетом этого требования в схему защиты включаются специальные чувствительные органы.
Схема защиты шин в сочетании с АПВ линий должна обеспечивать однократное автоматическое опробование повредившейся системы шин. Опробование производится устройством АПВ одной из питающих линий или трансформатора. Если АПВ будет успешным, должно обеспечиваться автоматическое включение всех или части отключившихся присоединений с полным или частичным восстановлением исходной схемы. Такое действие автоматики ликвидирует последствия отключений при неустойчивых видах повреждения. В случае же неуспешного АПВ первого присоединения схема защиты должна обеспечивать повторное срабатывание в режиме резко уменьшенных токов повреждения и запретить АПВ всех остальных выключателей.
Схема токовых цепей. В настоящее время все схемы защит шин 110—220 кВ выполняются по дифференциальному принципу с включением токовых реагирующих органов на геометрическую сумму токов присоединений, подключенных к шинам. Поскольку защита должна реагировать на все виды междуфазных повреждений и КЗ на землю, токовые цепи дифференциальной защиты шин (ДЗШ) всегда выполняются в трехфазном исполнении, а трансформаторы тока (ТТ) присоединений собираются по схеме полной звезды.
Для схемы ДЗШ используют трансформаторы тока, установленные таким образом, чтобы выключатели всех присоединений защищаемой СШ входили в зону действия ДЗШ.
Рис. Б. Расположение в схеме ДЗШ трансформаторов тока
На ШСВ (СВ) используются две группы обмоток ТТ — по одной с каждой стороны выключателя. При установке на подстанции выносных трансформаторов тока в цепи ШСВ (СВ) обычно имеется один комплект ТТ на фазу, и в схеме ДЗШ используются две обмотки указанного комплекта трансформаторов тока.
Полярность ТТ у всех присоединений принимается одинаковой и обычно такой же, как и трансформаторов тока, используемых для линейных защит. С учетом того, что их полярные концы обращены к соответствующей системе шин, а ТТ ШСВ, установленные со стороны второй системы шин А2, объединяются с токовыми цепями системы Л/ и ТТ со стороны системы А1 объединяются с цепями системы А2, в схему ДЗШ эти трансформаторы тока включены с обратной полярностью (см. рис. 11).
Вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются следующим образом. Собираются пофазно в одну группу ТТ всех присоединений, подключенных (фиксированных) к данной системе шин, при этом образуются суммарные (дифференциальные) цепи соответственно систем А1 и А2. Затем эти цепи объединяются между собой, создавая общую дифференциальную цепь.
Применительно к схеме с двойной системой шин С фиксированным распределением элементов и с одинаковыми коэффициентами трансформации трансформаторов тока на рис. 8 приведена первичная схема с 13 линиями, двумя трансформаторами, ШСВ (Q16) и OB (Q17). Схема составлена для случая использования ТА, встроенных во вводы выключателей, в цепи ШСВ ТА установлены с разных сторон выключателя.
Рис. 9. Принцип действия ДЗШ: а — режим внешнего КЗ; б — режим КЗ на первой СШ
Принцип действия ДЗШ поясняется на рис. 9 и 10. В целях упрощения на каждой системе шин принято по два питающих присоединения, при этом присоединения I и 2 зафиксированы за Л/, а присоединения 3 и 4 — за А2. Схема токовых цепей рассматривается в однофазном исполнении.
В нормальном нагрузочном режиме, так же как и при внешних повреждениях, сумма токов, направленных к системе шин, равна сумме отходящих токов. Так, при КЗ в точке К1 (рис. 9, а) к системе А1 (направлены токи от присоединений 1 и 2, к системе А2 подходят токи I1 и I2 через ШСВ и ток I3 присоединения 3, ток I'1+I2+I3 направлен к месту КЗ через присоединение 4. С учетом принятой полярности ТАЗ суммарный вторичный ток в дифференциальных цепях 1 к II, а также в общей дифференциальной цепи III будет определяться только небалансом за счет погрешностей трансформатора тока ТА. Поскольку уставки реле, включенных в дифференциальные цепи, должны быть отстроены от токов небаланса, обеспечивается несрабатывание ДЗШ в таком режиме.
При КЗ на системе шин А1 в точке К2 (рис. 9, б) ток в месте повреждения будет определяться суммой токов присоединений 1, 2 и ШСВ. Соответствующие вторичные токи будут проходить через реле общей дифференциальной цепи III и в дифференциальной цепи /, что обеспечит срабатывание ДЗШ и отключение присоединений первой системы шин А1. К А2 подтекают токи КЗ по присоединениям 3 и 4. Суммарный ток этих присоединений поступает к поврежденной системе шин через ШСВ. Вторичный ток в дифференциальной цепи II будет равен нулю (току небаланса).
При повреждении на А2 будут проходить токи КЗ по общей дифференциальной цепи III и дифференциальной цепи II. Таким образом, схема дифференциальных цепей I к II позволяет «избирать» поврежденную систему шин. Соответственно реле, включенные в эти цепи, называют избирателями первой и второй системы шин.
Поскольку избиратели обеспечивают несрабатывание защиты при внешних повреждениях и правильный выбор поврежденной системы шин, можно было бы сделать вывод о допустимости исключения из схемы пусковых реле,
включенных в общие дифференциальные цепи. Однако такой вывод справедлив только при жесткой фиксации присоединений по системам шин. Вместе с тем схема с двумя системами шин позволяет переводить все присоединения или часть их с одной системы на другую.
Рис. 10. ДЗШ в условиях ремонтных схем РУ:
а — режим работы на одной системе шин; б — вариант режима нарушенной фиксации
с —режим работы на одной системе шин; б —вариант режима нарушенной фиксации
Рис. 10. ДЗШ в условиях ремонтных схем РУ:
Рассмотрим работу ДЗШ при переводе всех присоединений на одну систему шин (ШСВ отключен и выведен из работы). На рис. 10, а видно, что при внешнем КЗ 2—586 17
в точке К1 токи по присоединениям проходят такие же, как и при нормальной фиксации (см. рис. 9,а). Однако по реле-избирателям I к II проходит суммарный ток повреждения от присоединений 1 и 2, что может привести к их излишнему срабатыванию. Пусковые реле III в таком режиме не срабатывают, что и обеспечивает правильное поведение ДЗШ при повреждении. При частичном переводе присоединений с одной системы шин на другую и при включенном ШСВ возможны случаи отказа в срабатывании избирателей при повреждении на шинах. Поэтому в целях повышения надежности ДЗШ при любом варианте нарушения фиксации контакты реле избирателей в схеме оперативных цепей шунтируются специальными рубильниками, а при срабатывании в этом режиме пусковых реле III производится отключение от ДЗШ обеих систем шин.
При анализе работы ДЗШ в режиме внешних КЗ по рис. 9, а и 10, а обратим внимание на то, что при нормальной фиксации присоединений токи КЗ во вторичных цепях проходят только на участке от места установки ТТ до места сборки токовых цепей в дифференциальную цепь. В режиме нарушенной фиксации токи проходят также по участку от места сборки токовых цепей до места установки пусковых реле III. Если в этот участок входят кабели, то может резко возрасти нагрузка на ТТ.
Рассмотрим еще один режим работы первичной схемы. Допустим, что из-за нагрева разъединителя присоединения 1, нормально включенного на систему шин А1, предложено перевести все присоединения, зафиксированные за системой шин А1, на систему А2, а все присоединения, зафиксированные за второй системой шин, — на систему А1. Работа ДЗШ в таком режиме рассмотрена на рис. 10,6. Оказывается, что при такой схеме по цепям избирателей при внешних КЗ проходит удвоенный ток ШСВ, что вызвано изменением направления токов ШСВ при тех же условиях, что и при нормальной фиксации по рис. 9, а. Таким образом, рассматриваемый режим должен быть отнесен к режимам с нарушенной фиксацией.
По обеим обмоткам трансформатора тока ШСВ во всех режимах, кроме повреждения ШСВ, проходят одинаковые токи. С учетом принятой полярности обмоток ТA ШСВ и одинаковости их коэффициентов трансформации в пусковом органе III эти токи взаимно уничтожаются, поэтому можно говорить, что пусковые реле
включены на сумму токов всех присоединений обеих систем шин, кроме ШСВ.
В соответствии с [2] в цепи дифференциальной защиты не допускается включение измерительных приборов и счетчиков. При острой необходимости такое подключение допускается ко вторичным обмоткам разделительных ТТ при условии, что основные трансформаторы тока удовлетворяют требованиям допустимой погрешности при разомкнутых вторичных обмотках разделительных ТТ. В условиях эксплуатации необходимо стремиться к тому, чтобы в токовые цепи ДЗШ не включались не только приборы, но и другие релейные аппараты, так как это приводит к снижению надежности работы ДЗШ и к увеличению нагрузки на ТТ. В схемах ДЗШ трансформаторы тока должны удовлетворять требованиям 10 %-ной погрешности при прохождении по ним максимально возможного в реальных условиях тока внешнего КЗ вблизи шин подстанции на рассматриваемом присоединении. И только в схемах защиты шин с торможением типа ДЗШТ допускается работа ТТ с погрешностью до 40 %.
Одним из вариантов сборки токовых цепей в дифференциальные цепи является их объединение непосредственно на наборе зажимов панели на главном щите управления (ГЩУ) или общеподстанционном пункте управления (ОПУ). Такой способ объединения токовых цепей удобен в условиях эксплуатации, поскольку все замеры при проверках могут быть выполнены на ГЩУ. Однако в этом случае нагрузкой на ТТ является сопротивление длинных кабелей от ОРУ до ГЩУ, а также сопротивление реле избирателей, по которым может проходить ток при внешних повреждениях в режиме нарушенной фиксации.
Такие варианты исполнения могут применяться при коротких кабельных связях, а также при использовании трансформаторов тока с номинальным вторичным током 1 А, допускающих большие нагрузки вторичных цепей. В тех случаях, когда объединение токовых цепей на ГЩУ недопустимо по условиям нагрузки вторичных цепей ТТ или признано нецелесообразным из-за необходимости значительного расхода кабелей, объединение токовых цепей производится в отдельном ящике зажимов на ОРУ. Из него на ГЩУ прокладывается кабель, в котором находятся четыре жилы избирателей I и четыре жилы избирателей II. Необходимо обратить внимание
на недопустимость без специальных расчетов объединения нулевых проводов избирателей, поскольку это может привести к увеличению нагрузки на ТТ даже при установке на ОРУ специального рубильника нарушения фиксации. Ящик зажимов располагается в центре ОРУ, с тем чтобы длины кабелей каждого из присоединений были по возможности минимальными.
Рис. 11. Схема токовых цепей дифференциальной защиты шин с фиксированным присоединением элементов и обходной системой шин и отдельным обходным выключателем:
ТАЛ, TAB, ТАС — трансформаторы тока фаз А. В. С; SO — блок испытатель ром; S — рубильник; SB — кнопка; тА — миллиамперметр; КА — реле токовое; КАТ — реле токовое с насыщающимся трансформатором
Поскольку при внешних КЗ и нормальной фиксации присоединений токи по цепям избирателей не проходят (за исключением токов небаланса), нагрузка на ТТ будет определяться только сопротивлением кабеля от места установки ТТ до сборного набора зажимов.
Однако при нарушенной фиксации токи проходят и по цепям избирательных органов I и II, что приводит к увеличению нагрузки. Для устранения этого явления в ящике зажимов на ОРУ устанавливается рубильник нарушения фиксации S1 (см. рис. 11), объединяющий пофазно цепи избирателей и обеспечивающий для прохождения небалансированных суммарных токов в плечах избирательных органов более короткую связь с сопротивлением, близким к нулю. Часто в целях повышения надежности вместо рубильника устанавливается шестипакетный испытательный блок. Снятая крышка блока (или установка холостой крышки без контактов в целях предотвращения загрязнения внутренних элементов блока) соответствует отключенному рубильнику. Вставленная рабочая крышка соответствует включенному рубильнику в режиме нарушенной фиксации. Закорачивающие пластины внутри испытательного блока должны быть демонтированы. Факт включенного состояния рубильника нарушения фиксации сигнализируется на ГЩУ. Для этого используется один нож рубильника или один пакет испытательного блока и две жилы в кабеле токовых цепей избирателей.
В токовых цепях всех присоединений (рис. 11) устанавливаются испытательные блоки SG, с помощью которых токовые цепи данного присоединения могут быть легко исключены из схемы ДЗШ оперативным персоналом. При снятии рабочей крышки SG происходит также закорачивание и заземление отделившихся цепей с учетом наличия в SG закорачивающих пластин. В ряде случаев вместо испытательных блоков устанавливаются испытательные зажимы. Отделение токовых цепей присоединений при такой схеме может быть выполнено только персоналом служб защиты.
Вывод из схемы токовых цепей отдельных присоединений при включенной в работу ДЗШ требуется в случаях проверки ТТ при ремонте присоединения и при проверке исправности токовых цепей ремонтируемого присоединения первичным током от постороннего источника или подъемом тока КЗ от выделенного генератора (проверка защит блоков генератор-трансформатор). При установке закороток с двух сторон выведенного в ремонт выключателя, когда выключатель находится во включенном состоянии, при производстве сварочных работ вблизи выключателя или при близких КЗ на землю
часть токов может ответвляться в выключатель и проходить по первичным обмоткам его ТТ. В равной мере это относится и к случаю с выносными ТТ, когда они находятся в зоне между двумя закоротками или заземляющими ножами при включенном выключателе. Особенно вероятны такие режимы при установке на подстанции воздушных выключателей с воздухонаполненными отделителями, когда по условию работы выключателя после выделения его из схемы разъединителями он должен быть включен. Очевидно, что указанные режимы могут вызвать ложную работу ДЗШ и вывод из схемы защиты токовых цепей данного присоединения также (необходим. Но если при проверке исправности токовых цепей первичным током или при проверке ТТ отделение токовых цепей всегда выполняет релейный персонал, присутствующий при выполнении всего объема перечисленных ремонтных работ, то в последнем случае релейный персонал может не присутствовать. Поэтому необходимость отделения цепей выводимого в ремонт присоединения должна быть оговорена в действующих инструкциях, а оперативный персонал должен быть обучен выполнению этих операций. При отсутствии испытательных" блоков операции по отделению токовых цепей всегда выполняет персонал служб защиты.
На резервных испытательных блоках SC рабочие крышки целесообразно снять для обеспечения видимого отделения действующих цепей от цепей, находящихся в резерве или в монтаже. В этом случае во избежание загрязнения блоки должны быть закрыты холостыми крышками с соответствующими надписями. Возможен вариант отделения резервных блоков SG отсоединением проводов и т. д.
При выводе в ремонт ДЗШ для отсоединения панели защиты от токовых цепей присоединений на входе токовых цепей избирателей I а II установлены испытательные блоки SG1 и SG2. При снятии рабочих крышек действующие токовые цепи отделяются, закорачиваются и заземляются.
При нормальной работе схемы все объединенные токовые цепи должны иметь только одну точку заземления, устанавливаемую на панели ДЗШ. Наличие нескольких точек заземления может привести к отказу (загрублению) защиты или ее ложному действию. Отказ или загрубление ДЗШ произойдет, если обе точки заземления создадут шунтирующую реагирующие органы защиты
цепь, в которую ответвляется часть вторичного тока при повреждении на шинах, уменьшая тем самым ток в реле. Ложная работа при наличии нескольких точек заземления вторичных цепей возможна при производстве сварочных работ или при внешних КЗ, когда часть тока в контуре заземления подстанции может проходить по цепи земля — кабель токовых цепей — реле ДЗШ — земля.
Реагирующими органами ДЗШ являются реле с быстронасыщающимися трансформаторами тока типа РНТ. Обычно применяются реле типов РНТ-562, РНТ-565. В цепях с одноамперными ТТ применяются реле РНТ-567/2 и др. Применение реле с быстронасыщающимися трансформаторами позволяет лучше отстраиваться от токов небаланса при переходных процессах в режимах внешних КЗ. Поэтому при выборе уставок появляется возможность применения меньших значений коэффициентов надежности, а следовательно, и получения меньших уставок, что обеспечивает более высокую чувствительность при повреждении на шинах. Кроме того, использование реле РНТ допускает применение трансформаторов тока с разными коэффициентами трансформации. Недостатком реле РНТ является их относительно большое время действия из-за задержки в срабатывании реле при переходных процессах в режиме КЗ на шинах, а также требование для реле РНТ повышенного коэффициента чувствительности. Описание реле, его принцип действия и наладка подробно рассмотрены в [3].
На рис. 11 комплекты избирателей / и //, выполняемые на реле типа РНТ, имеют обозначения КАТ1— КАТЗ и КАТ4—КАТ6, пусковые реле — КАТ7—КАТ9.
Для повышения чувствительности защиты в режимах опробования системы шин после КЗ или ремонта, а также для обеспечения невозврата ДЗШ после КЗ с отказом одного из выключателей, когда уровни токов повреждения могут резко уменьшиться, в схеме используются чувствительные органы. Эти реле КА1—КА6 включены в цепи избирателей / и II. По оперативным цепям в нормальном режиме чувствительные реле выведены из схемы, к ним не предъявляются требования отстройки от токов небаланса при внешних КЗ с учетом переходного процесса и поэтому применяются реле типа РТ-40.
В связи с разветвленностью схемы токовых цепей ДЗШ необходимо считаться с возможностью их повреждения
Наиболее вероятными случаями повреждения являются обрыв или заземление одной или нескольких жил кабелей (особенно вероятны обрывы в кабелях с алюминиевыми жилами, повреждение кабелей в трубах при неправильной их прокладке и замерзании попавшей в их влаги, повреждение разделок кабелей и т. д.). К неисправностям цепей можно отнести случаи неподключения цепей присоединения после ремонта.
Все перечисленные нарушения могут привести к отказу, ложному или излишнему действию защиты. Для своевременного выявления неисправностей в ДЗШ предусматривается схема контроля, состоящая из реле КА7 и миллиамперметра тА. При срабатывании реле защита автоматически выводится из действия с выдержкой времени. В рассматриваемой схеме в качестве КА7 применяются реле типа РТ-40/Р2 или РТ-40/Р1 соответственно для схем с пятиамперными или одноамперными трансформаторами тока. Схема включения реле позволяет контролировать неисправность токовых цепей при обрывах одной, двух или трех фаз. При токах небаланса, меньших тока срабатывания реле, для периодического контроля исправности цепей используется миллиамперметр, в нормальном режиме зашунтированный кнопкой SB1. Допустимый ток небаланса определяется на основе опыта эксплуатации и обычно бывает не более 30—50 мА для сети с пятиамперными ТТ. Контроль за исправностью цепей по прибору производится 1 раз в сутки оперативным персоналом. При превышении током небаланса предела, определенного местной инструкцией по эксплуатации, необходимо отключить ДЗШ и немедленно принять меры по выявлению и устранению причин повышенного небаланса. Схема контроля с реле РТ-40/Р имеет следующие недостатки:
реле имеет разную чувствительность при различных вариантах обрывов фаз (разница в токах срабатывания может составлять 2,65);
необходима отстройка от суммы токов небаланса всех трех фаз дифференциальной цепи; в ряде случаев по этому условию использование РТ-40/Р оказывается невозможным. Поэтому часто вместо реле РТ-40/Р используется реле РТ-40, включенное в нулевой провод дифференциальной цепи. Такая схема обеспечивает работу только при обрыве одной или двух фаз токовых цепей и не работает при обрыве трех фаз. Кроме того, по условию термической стойкости реле в режиме обрыва фазы токовой цепи присоединения с нагрузкой до номинального тока ТТ необходимо использовать реле РТ-40/2 с параллельным соединением обмоток и с уставкой 1 А (при номинальном токе ТТ 5 А) или реле РТ-40/0,6 с последовательным соединением обмоток и уставкой 0,15 А (при номинальном токе ТТ 1 А). При таких грубых уставках схема не обеспечивает автоматического контроля значительного количества присоединений, (нагрузка которых значительно меньше номинальной. Так, при ТТ с коэффициентом трансформации 600/5 ли 1000/5 реле срабатывает при неисправности токовой цепи присоединений с нагрузкой соответственно более 120 и 200 А. Применяется также реле РТ-40/Р с включением одной или нескольких последовательно соединенных его обмоток в нулевой провод дифференциальной цепи. Включение обмоток реле только в нулевой провод не обеспечивает работу схемы при отсоединении всех трех фаз токовых цепей присоединения.
Необходимо отметить также, что ни рассмотренные, ни другие применяемые схемы контроля не реагируют на обрыв нулевого провода в токовых цепях присоединений, а также при повреждении дифференциальных цепей.
Схема токовых цепей обходного выключателя. Известны несколько вариантов подключения токовых цепей ОВ к схеме ДЗШ. Возможны схемы с двумя и тремя испытательными блоками SC. Однако независимо от количества испытательных блоков необходимо выполнение следующих условий:
если ОВ выведен из схемы в резерв или в ремонт, то его токовые цепи должны быть отсоединены от схемы ДЗШ и закорочены;
если ОВ, находясь в резерве, зафиксирован за одной из систем шин по первичной схеме, то он должен быть и по цепям схемы ДЗШ зафиксирован за той же системой шин;
если ОВ вводится в работу с питанием от заданной системы шин, то его токовые цепи в схеме ДЗШ в процессе перевода присоединения на ОВ также должны быть подключены к избирателям той же системы шин.
В процессе переключений необходимо следить за тем, чтобы токовые цепи ОВ не оказались раскороченными. а также чтобы при операциях с испытательным блоком обходного выключателя не оставалась закороченной схема токовых цепей ДЗШ, поскольку при этом ДЗШ окажется выведенной из работы. В типовой схеме закорачивающие пластины в SG обходного выключателя (в равной мере и в SG токовых цепей остальных присоединений) установлены таким образом, чтобы при вынутой рабочей крышке закорачивались зажимы 2—4—6—8—10 (см. рис. 11). При вставленной рабочей крышке рабочие контакты SG отжимаются от закорачивающих пластин и цепи автоматически раскорачиваются. Применительно к схеме на рис. 11 при ремонте ОВ необходимо снять рабочие крышки всех трех блоков SG5, SG8 и SG9.
Как указывалось выше, такие блоки целесообразно закрывать холостыми крышками, в которых сняты и контактные пружины, и пластмассовые основания пружин. Для возможности визуальной оценки состояния испытательных блоков на внешней стороне таких крышек необходимо сделать надпись «холостая».
При переводе ОВ в режим фиксации за одной из систем шин операции с испытательными блоками в токовых цепях ДЗШ производятся в следующей очередности. Снимается холостая крышка SG5, вместо нее вставляется контрольный штепсель, который представляет собой крышку испытательного блока со снятыми контактными пружинами. На нем также должна быть надпись «контрольный». При вставлении контрольного штепселя все контакты SG5 остаются разомкнутыми, закорачивающие пластины отделяются от рабочих пружин основания блока и раскорачивают цепь. После раскорачивания цепей тока на испытательном блоке SG5 трансформаторы тока обходного выключателя остаются закороченными на SG8 и SG9. Если выполняются операции по фиксации ОВ на систему шин Л/, то снимается холостая крышка SG8 и вместо нее вставляется рабочая крышка. При этом ТА ОВ подсоединяются к избирателям КАТ1— КАТЗ. С учетом подключенных к схеме закорачивающих пластин SG9 все токовые цепи ДЗШ оказываются закороченными, поэтому сразу же после установки рабочей крышки на SG8 холостая крышка SG9 должна быть снята и заменена контрольным штепселем. В процессе операций с испытательными блоками возможен кратковременный пуск схемы контроля исправности токовых цепей, однако никакой опасности этот пуск не представляет. При фиксации ОВ за системой шин А2 операции аналогичны, но подсоединение цепей ОВ к ДЗШ выполняется блоком SG9.
Перед включением ОВ и ОСШ под напряжение токовые цепи ОВ могут быть закороченными и отсоединенными от схемы ДЗШ. При этом и ОВ, и ОСШ фактически входят в зону действия ДЗШ, поэтому при включении ОВ на поврежденную ОСШ работает ДЗШ. Однако с учетом особенностей схемы оперативных цепей ОВ защита шин действует в таком режиме только на отключение ОВ, остальная часть схемы ДЗШ кратковременно выводится из работы. После выполнения операций по опробованию ОСШ токовые цепи ОВ подключаются с помощью испытательных блоков к схеме ДЗШ в соответствии с заданной фиксацией. Необходимо отметить, что собственные защиты ОВ также имеют достаточную чувствительность при повреждении ОСШ, поэтому режим опробования ОСШ, описанный выше, не является обязательным. В условиях эксплуатации часто используется другая исходная схема ОВ и его цепей. Обходной выключатель и первичная схема подстанций предварительно приводятся в состояние, когда оперативный персонал при возникающих ненормальных или аварийных условиях мог бы самостоятельно при минимальном количестве операций в первичной схеме и без операций в цепях релейной защиты произвести перевод линии через ОВ. На защитах ОВ выполняются «дежурные» уставки, с которыми допускается включение ОВ на любую из отходящих линий. К дежурным уставкам предъявляется требование обеспечения необходимой чувствительности при повреждении на линии, с этими защитами должны быть селективны защиты противоположных сторон примыкающих к данной подстанции линий электропередачи. В исходном режиме включается шинный разъединитель ОВ на одну из систем шин и разъединитель на обходную систему шин. Трансформаторы тока включаются в схему той же системы шин, что и включенный шинный разъединитель. В результате создается схема, когда для перевода линий на ОВ необходимо выполнить четыре простые операции:
включить ОВ, чем опробуется ОСШ под защитами ОВ, отключить ОВ;
включить разъединитель переводимого присоединения на ОСШ;
если на переводимой линии имеется основная быстродействующая защита, то отключить ее с обеих сторон; при необходимости вводится оперативное ускорение резервных защит;
включить ОВ, отключить основной выключатель линии; при необходимости разобрать его схему.
Кратковременное объединение систем шин при одновременном включенном состоянии обоих выключателей в случае перевода на ОВ линии, нормально зафиксированной за другой системой шин, с точки зрения работы ДЗШ опасности не представляет. Защита шин будет работать правильно при внешних повреждениях и при КЗ на шинах. При переводе на ОВ присоединения другой системы шин происходит автоматическое изменение фиксации этого присоединения, однако никаких операций оперативному персоналу в цепях ДЗШ и УРОВ выполнять не требуется. Если длительная работа присоединения на «чужой» системе шин нежелательна по условиям диспетчерского режима, то на подстанцию вызывается релейный, а при необходимости и квалифицированный оперативный персонал для восстановления нормальной фиксации присоединения.
В ряде случаев для защиты шин используются ТТ с разными коэффициентами трансформации. Как правило, это бывает при многократных этапах развития данной подстанции, при увеличении нагрузки на одном или нескольких присоединениях, в процессе реконструкции при замене трансформаторов тока на более мощные и т. д. Типовые варианты схем ДЗШ позволяют использовать два разных значения коэффициента трансформации ТТ. При этом схема токовых цепей строится следующим образом. Группируются вторичные цепи ТТ с одинаковыми коэффициентами трансформации по каждой системе шин. Объединение их может выполняться на ОРУ или на панели ДЗШ на ГЩУ. Суммирование токов присоединений данной системы шин производится путем подключения групп вторичных цепей к разным обмоткам реле РНТ с числом витков, отличающимся пропорционально отношению коэффициентов трансформации ТТ. Обмотки реле избирателей / и // электрически между собой не соединяются, поэтому после избирателей цепи с одинаковыми коэффициентами трансформации вновь объединяются, образуя две группы цепей, аналогично подключающихся к пусковым реле III. В качестве реле чувствительного пуска в таких схемах используются реле типа РНТ, которые включаются последовательно с реле-избирателями либо с пусковыми реле. В первом случае в схеме участвует шесть реле и схема оперативных цепей не отличается от схемы при использовании одинаковых ТТ, во втором — в схему включено три реле, а в оперативные цепи внесены некоторые изменения.
При анализе допустимости использования схем ДЗШ с разными коэффициентами трансформации необходимо учитывать, что по обмоткам пусковых и избирательных органов проходят токи в нормальных режимах работы. Термическая стойкость обмоток реле РНТ-562 и РНТ- 565 составляет 10 А, а реле РНТ-567/2— 4 А. В частности, недопустимо, чтобы в нормальных, ремонтных или аварийных режимах большинство питающих источников имело один коэффициент трансформации, а на присоединениях, потребляющих электроэнергию, — другой, поскольку именно в таких режимах и возможно превышение токов в обмотках реле над допустимым. Кроме того, при применении рассматриваемого варианта исполнения не представляется возможным производить объединение всех токовых цепей каждой системы шин на ОРУ, вследствие чего нагрузка на ТТ увеличивается за счет сопротивления жил кабелей от ТТ до ГЩУ, что в ряде случаев может оказаться недопустимым. Неточность выравнивания магнитных потоков с помощью использования обмоток реле РНТ с разным числом витков приводит к увеличению токов небаланса, а следовательно, и уставок защиты, при этом снижается ее чувствительность. Затрудняется также проверка защиты под нагрузкой, поскольку в нормальном режиме по обмоткам дифференциальных реле проходят токи.
С учетом изложенного схема ДЗШ с разными коэффициентами трансформации ТТ целесообразна на объектах, оснащенных одноамперными ТТ, где увеличение нагрузки во вторичных цепях, как правило, допустимо.
В некоторых случаях целесообразно выравнивать коэффициенты трансформации с помощью промежуточных ТТ (автотрансформаторов), что позволяет применить схему ДЗШ для ТТ с одинаковыми коэффициентами трансформации. Большие возможности для использования на объектах, оснащенных ТТ с разными коэффициентами трансформации, имеет дифференциальная защита шин с торможением типа ДЗШТ.
Схема токовых цепей секционированной одиночной системы шин с совмещенным секционным и обходным выключателем (см. рис. 7) аналогична схеме токовых цепей на рис. 11 за исключением расположения трансформаторов тока секционного выключателя Q5 и его цепей в схеме ДЗШ. Схема, приведенная на рис. 12, рассчитана на подключение к каждой секции по две линии и одному трансформатору. Обе обмотки ТА в цепи Q5 расположены с одной стороны выключателя в предположении, что использованы выносные трансформаторы тока ТА, включенные по схеме между выключателем и ОСШ A3. При использовании выключателя в качестве секционного его шинный разъединитель включается на секцию В1, шинный разъединитель в сторону секции В2 включается только при объединении секций. Если в нормальном режиме первичная схема разделена на две секции с включенным СВ, трансформаторы тока ТА1 подключаются к первому комплекту ДЗШ.
Рис. 12. Схема токовых цепей ДЗШ одиночной секционированном системы шин с обходной системой шин и совмещенным секционным и обходным выключателем
При этом имеется в виду, что полярные концы первичной обмотки ТА1 находятся со стороны обходной системы шин A3 и полярные концы вторичных обмоток также обращены в сторону системы шин A3. Испытательный блок SG3 работает по нормальной схеме со вставленной рабочей крышкой. При использовании СВ в качестве обходного выключателя для присоединения первой секции и раздельной работе секций режим работы ТА1 и блока SG3 не меняется. Допускается сохранить тот же режим ТА1 и SG3 в режиме объединения секций включением обоих шинных разъединителей и использованием СВ в качестве ОВ для присоединения как первой, так и второй секции. При этом также должны быть включены рубильники нарушения фиксации и включением холостых крышек на SG4 и SG5 отсоединены от схемы и закорочены трансформаторы тока ТА2.
При нормальной схеме подстанции с включенным СВ с учетом принятой полярности ТТ трансформаторы тока ТА2 должны быть включены в схему токовых цепей с той же полярностью, что и остальные присоединения секции В2. Для этого в блоке SG4 должна быть вставлена рабочая крышка; в SG5 холостая крышка обеспечивает объединение фаз закорачивающими пластинами зажимов 2—4—6—8. При использовании СВ в качестве ОВ с питанием присоединения со второй секции и без объединения секций необходимо обеспечить одинаковую полярность ТТ всех присоединений, включая ОВ. Для этого необходимо изменить полярность трансформатора тока ТА2, что может быть выполнено установкой рабочей крышки с блока SG5 и холостой крышки в SG4-, трансформаторы тока ТА1 в этом режиме должны быть отсоединены от схемы заменой рабочей крышки в SG3 на холостую. Положения рабочих и холостых крышек в SG3, SG4 и SG5 в зависимости от принятой первичной схемы и порядок переключений в токовых цепях при переключениях первичной схемы должны быть подробно описаны в действующих инструкциях по эксплуатации ДЗШ.
К недостаткам схемы следует отнести, то, что даже при снятых обеих крышках SG4 и SG5 не происходит полного отделения ТА2 от схемы токовых цепей ДЗШ, что необходимо учитывать при выполнении ремонтных работ на ТА2.
В тех случаях, когда при секционированной или не- секционированной одиночной системе шин в цепи силового трансформатора не устанавливается выключатель, схема ДЗШ изменяется по одному из двух вариантов.
Трансформатор тока в цепи трансформаторов не устанавливается. Такие решения принимаются в сети 110 кВ при установке силовых трансформаторов малой мощности, работающих в режимах одностороннего (тупикового) питания. Под режимом тупикового питания в этом случае понимается не только отсутствие генерирующих источников со стороны среднего или низкого напряжения данного трансформатора, но и отсутствие относительно мощной синхронной нагрузки, которая может подпитывать токами КЗ повреждения в сети 110 кВ. Установка выносных ТТ удорожает подстанцию, а использование ТТ, встроенных в силовой трансформатор, нецелесобразно, так как требует включения всех защит трансформатора на одну группу ТТ с соответствующим снижением надежности этих защит. Уставки ДЗШ отстраиваются от внешних КЗ за трансформатором.
В тех случаях, когда токи КЗ за трансформатором, работающим в режиме тупикового питания, велики и отстройка от них требует значительного загрубления уставок ДЗШ, в цепи силового трансформатора устанавливаются выносные трансформаторы тока или используются ТТ, встроенные во вводы силового трансформатора со стороны 110 кВ. При необходимости в этих цепях для выравнивания коэффициентов трансформации устанавливаются промежуточные ТТ. Использовать в этом случае схему ДЗШ для ТТ с разными коэффициентами нецелесообразно с учетом ее недостатков.
В обоих рассмотренных случаях защита шин при необходимости отключения трансформатора от ДЗШ действует на отключение выключателей трансформатора по сторонам среднего и низкого напряжений. Защита трансформатора действует на отключение всех выключателей данной секции 110кВ. При этом выполняется запрет АПВ шин либо обеспечивается отключение отделителя в цепи силового трансформатора.
При использовании в рассмотренных выше схемах ДЗШ трансформаторов тока, встроенных во вводы выключателей и расположенных в соответствии с рис. 9, в зону действия ДЗШ кроме собственно сборных шин входят шинные разъединители и выключатели до линейных втулок. Защиты линий (трансформаторов) включаются, как правило, на ТТ со стороны шинных вводов. Таким образом, при повреждении в зоне действия ДЗШ и ее
срабатывании отключаются все выключатели с отключением поврежденного участка со всех сторон. При повреждении линейного или трансформаторного выключателя работают также основные и резервные линейные (трансформаторные) защиты с отключением поврежденного присоединения с противоположных сторон. При повреждении СВ (ШСВ) срабатывает ДЗШ обеих систем шин и производит отключение всей подстанции.
При установке на подстанции воздушных или малообъемных масляных выключателей устанавливают выносные ТТ с тремя-четырьмя обмотками. Одна из обмоток используется в схеме ДЗШ, к остальным подключаются защиты соответствующих присоединений. В цепи ШСВ (СВ) устанавливается обычно один выносной ТТ, в схеме ДЗШ используются две его обмотки соответственно в цепях избирателей I и II. Схема размещения ТТ в таком исполнении приведена на рис. 7. При такой компоновке подстанции в зону действия ДЗШ входят весь выключатель и ошиновка между выключателем и ТТ. Вместе с тем повреждение на этом участке ошиновки не входит в зону действия основных защит линий (высокочастотных, поперечных дифференциальных, продольных дифференциальных) или трансформаторов (дифференциальных защит), поскольку их зоны ограничиваются местом установки ТТ.
Рассмотрим подробнее повреждения ошиновки между выключателем и ТТ присоединения.
При повреждении в ячейке линии работает защита шин и отключает все выключатели секции, однако КЗ не ликвидируется, а продолжает подпитываться с противоположной стороны линии. Повреждение может быть ликвидировано следующим образом:
1) после отключения всех выключателей секции один из ТТ в схеме ДЗШ обтекается током КЗ (ТТ на повредившейся линии). Если в таком режиме основные или чувствительные органы ДЗШ сохраняют чувствительность, то выходные реле защиты не возвращаются в исходное состояние. При этом создаются такие же условия, как при КЗ на шинах, сопровождающемся отказом выключателя: ДЗШ сработала, ток по ТТ данного выключателя проходит. В таком режиме работает УРОВ, которое для обеспечения действия защиты линии с противоположной стороны останавливает высокочастотный передатчик основной высодэчастотной защиты или выполняет аналогичные операции в цепях основных защит другого типа. Полное время ликвидации повреждения будет определяться суммой времени ДЗШ, УРОВ, линейной защиты и отключения выключателя на противоположном конце линии;
2) действием вторых или третьих ступеней резервных защит с противоположных сторон линии.
Таким образом, даже при наличии на линиях основных быстродействующих защит имеются участки, повреждение на которых будет отключаться с выдержкой времени, что может в ряде случаев приводить к значительным повреждениям, а также представлять опасность с точки зрения возможного нарушения устойчивости. Поэтому при ремонте на рассматриваемой подстанции ДЗШ или УРОВ целесообразно ускорение резервных защит с противоположных сторон линий. Недопустимо также при выводе ДЗШ или УРОВ на подстанциях с выносными ТТ выводить в ремонт резервные защиты с противоположных сторон линий электропередачи. При отсутствии УРОВ на таких подстанциях вывод в ремонт резервных защит на противоположных концах линий допустим только при условии их полноценной подмены резервными защитами других видов.
При повреждении на ошиновке между выключателем и ТТ в ячейке питающего трансформатора или автотрансформатора ситуация будет аналогичной. Аналогичны и рекомендации по повышению надежности работы схемы. Дополнительно надо отметить, что в ряде случаев резервные защиты автотрансформаторов имеют очень большие выдержки времени (особенно при междуфазных КЗ) и защиты линий питающей сети могут быть неселективны с ними по времени. Поэтому, если не вводить ускорение резервных защит трансформаторов, при повреждении в рассматриваемой точке и отсутствии или отказе в работе ДЗШ или УРОВ возможны неселективные отключения в питающей сети.
Рассмотрим повреждение на участке между СВ и ТТ. Предполагается нормальная исходная схема, когда секции объединены через СВ (первичная схема подстанции — по рис. 7, а, а схема токовых цепей защиты—по рис. 12). Возникшее повреждение с точки зрения схемы токовых цепей является повреждением на секции В1, работают избиратели I и пусковые органы III. Однако после отключения СВ и других выключателей секции В1 повреждение не ликвидируется. Место повреждения продолжает подпитываться токами КЗ от присоединений
секции В2, поэтому обтекаются током КЗ и трансформаторы тока в цепи СВ. Защита шин остается в сработавшем состоянии в предположении достаточной чувствительности в таком режиме ее основных или чувствительных органов. Создавшуюся ситуацию схема УРОВ «расценивает» как КЗ на секции В1 с отказом СВ и воздействует на выходное реле ДЗШ, отключающие выключатели и секции В2. При отсутствии УРОВ повреждение будет ликвидироваться действием резервных защит с противоположных сторон линий и резервных защит питающих трансформаторов. Отключение с большими выдержками времени резервных защит может (как указывалось и ранее) приводить к увеличению объемов повреждений и к созданию условий для нарушения устойчивости. В этом случае необходимо рассматривать целесообразность при выводе в ремонт ДЗШ и УРОВ ввода ускорений резервных защит питающих трансформаторов и автотрансформаторов, а также резервных защит линий с противоположных сторон. Недопустим также одновременный вывод в ремонт ДЗШ или УРОВ данной подстанции и резервных защит с противоположных сторон линий. Рассматриваемый недостаток схемы СВ при использовании выносных ТТ может быть устранен в схемах, отличных от схем на рис. 7 (например, в схемах на рис. I, 5, 6), путем установки ТТ с обеих сторон СВ (ШСВ) по аналогии со схемами, в которых используются ТТ, встроенные во вводы выключателей. При этом ТТ со стороны первой системы шин (секции) включается в схему избирателей II, а ТТ со стороны второй системы шин (секции) — в схему избирателей I. В такой схеме СВ (ШСВ) и оба участка ошиновки между выключателем и ТТ будут входить в зону действия избирателей первой и второй систем шин (секции). Расширение зоны, при повреждении в которой будет происходить погашение обеих систем шин, а также определенное удорожание подстанции за счет установки добавочного комплекта ТТ являются недостатками такого решения.
