При выборе уставок ДЗШ рассчитываются:
уставки пусковых и избирательных токовых органов;
уставки чувствительных токовых органов;
уставки по току реле контроля исправности токовых цепей;
уставки реле напряжения;
выдержки реле времени;
времена отпадания ряда промежуточных реле.
Важной является также проверка допустимости работы ТТ по условию 10 % -ной погрешности.
Выбор уставок пусковых и избирательных токовых органов приводится для схемы с фиксированным распределением элементов. Для одиночных секционированных систем шин выбор уставок пусковых органов выполняется аналогично.
При выборе уставки необходимо отстроить ее от возможных токов небаланса в дифференциальных цепях защиты при сквозных КЗ и от токов в дифференциальной цепи, проходящих при обрывах токовых цепей в схеме защиты. Для удовлетворения первого условия необходимо принять
где 1С,3 — первичный ток срабатывания защиты; kн — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,5; Iнб. max — максимальное значение тока небаланса в токовых цепях ДЗШ; ka — коэффициент апериодичности, с учетом использования в схемах реле с быстронасыщающимися трансформаторами типа РНТ принимается равным J к. max — погрешность трансформаторов тока, в расчете принимается равной 0,1 (10 %). Допустимость этого условия проверяется дополнительно; 1к,тах—максимальный ток внешнего КЗ, как правило, принимается равным максимальному значению тока КЗ на шинах, поскольку этому же значению будет соответствовать ток внешнего КЗ за трансформаторами тока силового
трансформатора или линии, работающих в тупиковом режиме.
При определении Iнб,max предполагается, что погрешность трансформаторов тока, по которым проходит максимальный ток внешнего КЗ, наибольшая допустимая и составляет 10 %, погрешностью других трансформаторов тока схемы ДЗШ, по которым проходит часть токов, пренебрегаем за малостью. Поскольку уровни токов КЗ по каждой группе трансформаторов тока резко отличаются (по одному идет полный ток КЗ, по другим — только части этого тока), режим работы трансформаторов тока различен и несмотря на то что трансформаторы тока, как правило, однотипны, а значения нагрузки в плечах защиты могут быть близкие, коэффициент однотипности kодн при выборе уставки принимается равным 1.
В тех случаях, когда к шинам подключен силовой трансформатор без выключателя и без трансформатора тока, в схеме ДЗШ по вышеприведенной формуле проверяется также отстройка принимаемой уставки от тока КЗ за трансформатором. В этом случае 1к,mах — максимальное значение тока КЗ за трансформатором при минимальном сопротивлении этого трансформатора с учетом его уменьшения при изменении положения переключателя ответвлений и при максимальном режиме работы системы. Если указанное условие является определяющим и требует резкого загрубления уставки, решение по первичной схеме должно быть пересмотрено и в цепи силового трансформатора должны быть установлены трансформаторы тока для схемы ДЗШ.
При определении Iк,maх принимается большее из значений тока при возможных видах повреждения для начального времени КЗ. Рассмотренные условия являются обязательными при выборе уставок пусковых органов. При выборе уставок избирательных органов достаточно отстроиться от токов небаланса при внешнем КЗ на другой системе шин, когда по трансформаторам тока схемы ДЗШ данной системы проходят значительно меньшие токи, однако в целях упрощения и однотипности уставки пусковых и избирательных органов обычно принимаются одинаковыми.
По условию отстройки от обрыва токовой цепи трансформатора тока схемы ДЗШ 
где kн— коэффициент надежности, принимаемый равным 1, 2; Iраб,max — максимальная нагрузка наиболее загруженного присоединения.
Обычно /раб,max выбирается равным номинальному току трансформаторов тока.
Принимается наибольшее значение /с,з из всех рассмотренных.
Определяется вторичное значение тока срабатывания
где K1 — коэффициент трансформации трансформаторов тока.
Определяется расчетное значение витков на реле РНТ
где Fcр — намагничивающая сила (НС) срабатывания. Для РНТ-562 FCP=60 А, для РНТ-565 Рср=Ш А.
Принимается ближайшее меньшее значение числа витков. При использовании РНТ-562 на дифференциальной обмотке возможна только очень грубая регулировка чисел витков, поэтому в целях более точного выбора уставки может быть использована уравнительная обмотка, где возможна регулировка с точностью до одного витка. После выбора числа витков на реле окончательно определяются значения вторичного и первичного токов срабатывания:
В ряде случаев при больших значениях вторичных токов срабатывания и малых значениях принимаемых витков округление расчетного значения до ближайшего меньшего целого числа на реле типа РНТ-562 приводит к значительному (до 20—30 %) загрублению защиты. Замена реле РНТ-562 на РНТ-565 при этом позволяет сохранить уставку, близкую к расчетной.
На короткозамкнутой обмотке реле (см. [3]) принимается минимальная уставка (отпайки А—А для РНТ-562 и 10 Ом на резисторе у РНТ-565), что допустимо с учетом меньшего влияния на ДЗШ бросков тока намагничивания по сравнению с защитами трансформаторов. При этом принимается в расчет свойство, согласно которому с уменьшением уставки на короткозамкнутой обмотке повышается быстродействие реле РНТ. В тех же случаях, когда силовой трансформатор введен
в зону действия ДЗШ и отстройка от КЗ за трансформатором является определяющим условием при выборе уставки пусковых и избирательных органов (или же уставка принята незначительно больше, чем требуется по этому условию), на короткозамкнутой обмотке целесообразно принимать уставку Б—Б для РНТ-562 или настраивать 3 Ом на резисторе у РНТ-565.
Заключительным этапом выбора уставок является проверка чувствительности реле в нормальном и ремонтных режимах, а также в режимах АПВ шин и опробования систем шин после ремонта. Чувствительность проверяется при всех возможных видах повреждения для нормального и ремонтных режимов и в соответствии с ПУЭ должна быть не менее двух. Если чувствительность в ремонтных режимах получается ниже, то должны быть рассмотрены следующие возможности ее повышения:
ограничение перечня ремонтных режимов и в первую очередь недопущение одновременного вывода в ремонт двух и более питающих источников или размыкания транзитов;
недопущение ремонта ШСВ с разделением систем и резким снижением при этом уровня токов КЗ. При необходимости отключения ШСВ при двух системах шин с фиксированным распределением элементов обе системы шин объединяются включением обоих шинных разъединителей на двух-трех присоединениях;
замена дифференциальной защиты шин с реле РНТ на защиту шин с торможением типа ДЗШТ, обладающей значительно более высокой чувствительностью;
уменьшение уставки ниже расчетной. Бывают случаи, когда при расчетах допустимых нагрузок на трансформаторы тока выясняется, что реальная расчетная нагрузка значительно ниже допустимой. В тех случаях, когда нагрузка в 2—3 раза ниже допустимой, в практике ряда энергосистем известны случаи снижения расчетной погрешности ТТ с 10 до 7—5 %.
Пониженная чувствительность защиты в режимах опробования компенсируется вводом в схему ДЗШ чувствительных органов.
Выбор уставок чувствительных токовых органов должен обеспечивать:
срабатывание реле при включении первого присоединения в цикле АПВ шин на устойчивое повреждение Системы шин;
срабатывание реле в режиме опробования поврежденной системы шин выключателем линии или трансформатора; при этом чувствительные токовые реле обеспечивают отключение выключателя данного присоединения по специальной цепи с контролем отсутствия напряжения на опробуемой системе шин;
невозврат схемы ДЗШ при отказе в отключении выключателя одного из присоединений и резкого снижения уровня токов КЗ, что необходимо для пуска и срабатывания УРОВ.
Два первых условия можно обеспечить выбором присоединений, которыми выполняется опробование, но последнее условие требует обеспечения чувствительности практически при питании поврежденной системы шин одним любым присоединением, что не всегда возможно. Чувствительность реле рассчитывается при всех возможных видах повреждения и для надежной работы должна быть не менее 1,5 для реле типа РТ-40 и 2 для реле РНТ-560. Следует учитывать, однако, что в режиме нарушенной фиксации при включенном рубильнике фиксации ток повреждения произвольно с учетом внутренних сопротивлений схемы распределяется между реле первой и второй систем шин. В пределе при распределении тока по этим цепям поровну происходит дополнительное двойное загрубление защиты. Таким образом, реле должны обладать чувствительностью в режимах опробования не менее 3 для РТ-40 и 4 для РНТ-560. Поскольку реле вначале срабатывают от полного тока КЗ (если речь идет о КЗ на шинах с отказом выключателя), для рассматриваемого режима допускается с учетом коэффициента возврата принимать чувствительность равной 3-0,85=2,6 для РТ-40 и 4-0,75=3 для РНТ-560.
В тех случаях, когда чувствительность не обеспечивается, должны быть намечены мероприятия по уменьшению последствий отказа ДЗШ. Так, если чувствительные органы возвращаются при КЗ на шинах с отказом выключателя данного присоединения в режиме нарушенной фиксации, то повреждение будет отключаться линейными защитами этой линии с противоположной стороны. При наличии на линии отпаечных подстанций они будут погашены. Поэтому целесообразно в режиме нарушенной фиксации основной подстанции не выводить в ремонт вторые трансформаторы отпаечных подстанций, их схемы АВР и т. д.
Чувствительные органы должны быть отстроены от
токов небаланса в дифференциальных цепях ДЗШ при токах самозапуска в процессе постановки под напряжение системы шин и наличии неотключаемых защитой шин присоединений, работавших в режиме тупикового питания; и от токов небаланса при несинхронном включении (с учетом угла, допускаемого при включении схемой АПВ):
где kн — коэффициент надежности, равный 1,5; fi- — погрешность трансформаторов тока, принимаемая равной 10% (0,1).
Если расчетный ток не превышает 3—4-кратного значения номинального тока трансформаторов тока и в 2 или более раз отличается от токов КЗ, проходящих по трансформаторам тока ДЗШ при внешних повреждениях, можно допустить fi=5 %.
При самозапуске неотключаемой при работе ДЗШ нагрузки, IРасч может быть принят равным трехкратному значению суммы номинальных токов неотключаемых трансформаторов в режиме нарушенной фиксации. При наличии рубильника нарушения фиксации в схеме токовых цепей на ОРУ допускается снижать коэффициент отстройки от токов самозапуска до двух с учетом растекания токов по параллельным ветвям избирательных органов.
Ток возможного несинхронного включения может быть определен по выражению
где Е — фазное значение ЭДС; 6 — угол, допускаемый при включении схемой АПВ; xci — сопротивление системы, подключенной к шинам в процессе АПВ шин к моменту включения рассматриваемого присоединения; *е2 — сопротивление системы, связанной с включаемым присоединением, приведенное к шинам данной подстанции.
В тех случаях, когда уставка по углу 6 в схеме АПВ задается более 40°, в целях компенсации возможного увеличения угла с учетом значительных времен включения масляных выключателей в формуле вместо
необходимо принимать
где Тапв—выдержка времени в схеме АПВ, a TQ — время включения выключателя.
Реле чувствительного пуска ДЗШ также должны быть термически стойкими при обрыве токовых цепей схемы ДЗШ. В предположении, что нагрузка любого присоединения не выше номинального тока ТТ, в схемах с пятиамперными трансформаторами тока допускается применять реле РТ-40/2 при параллельном соединении обмоток, а также реле РТ-40/10, РТ-40/6. В схемах с одноамперными ТТ допускаются реле РТ-40/2, а также реле РТ-40/0,6.
Уставка реле контроля исправности токовых цепей должна быть минимально возможной в целях повышения чувствительности схемы контроля, однако она должна быть отстроена от реальных токов небаланса. Реле должно быть термически стойко к токам, проходящим по его обмоткам в реальных режимах повреждения цепей.
При выполнении схемы с реле РТ-40 в нулевом проводе дифференциальной цепи определяющим является отстройка по условию термической стойкости при обрыве фазного провода одного из присоединений в предположении номинальной загрузки ТТ. По этому условию при ТТ с Iном=5 А применяются реле РТ-40/2 с параллельным соединением обмоток при минимальной уставке по шкале 1 А; при Iном=1 А используется реле РТ-40/0,6 с последовательным соединением обмоток и минимальной уставкой по шкале 0,15 А. При таких уставках реле надежно отстроено от токов небаланса, однако нечувствительно при обрывах токовых цепей присоединений с небольшими нагрузками.
Реле типа РТ-40/Р термически стойко при прохождении номинальных токов, и выбор уставок сводится к отстройке от реальных токов небаланса, определение которых требует сбора определенной статистической информации о замерах токов небаланса в различных режимах работы первичной схемы.
При схеме включения обмотки реле РТ-40/Р в нулевой провод оценка тока небаланса проводится по замерам тока в первичной обмотке реле. Обычно ток небаланса бывает не более 50 мА при Iном=5 А. Уставка 150—200 мА обеспечивает и отстройку от небаланса, и приемлемую чувствительность. При включении реле РТ-40/Р по схеме рис. 11 и 12 необходимо оценку тока небаланса производить по замерам тока во вторичной
обмотке реле и отстраиваться от максимального тока небаланса с коэффициентом 2,5—3.
Оценка допустимости работы трансформаторов тока с погрешностью не более 10 %. Выход режима работы ТТ за допустимые пределы может привести к повышенным погрешностям и к излишним действиям защиты при внешних КЗ. Оценка сводится к сравнению допустимой при данном уровне токов КЗ нагрузки zдоп с реальной нагрузкой на данный комплект трансформаторов тока zн. Необходимо убедиться, что для всех присоединений За расчетный ток КЗ (обычно в расчетах принимается кратность тока КЗ: отношение тока КЗ к номинальному току трансформатора тока) принимается ток при повреждении вне зоны действия ДЗШ у шин подстанции. Для тупиковых присоединений этот ток равен току КЗ на шинах. В целях упрощения с некоторым запасом это значение можно принимать и для питающих элементов. При необходимости уточненного расчета для каждого присоединения определяется ток КЗ на шинах при отключенном данном присоединении. Практически этот режим означает для ДЗШ внешнее повреждение на рассматриваемом присоединении при включении его под напряжение, когда с противоположной стороны этого присоединения выключатели отключены. Необходимо учесть, что полученные при таком расчете токи соответствуют . реальному режиму и могут оказаться значительно больше значения, полученного как арифметическая разность тока КЗ на шинах в нормальном режиме и тока, проходящего по данному присоединению. Погрешность в расчете по такой методике может быть значительной и зависит от наличия параллельных связей.
Расчетным видом повреждения, как правило, оказывается однофазное КЗ , поскольку при незначительном различии в уровнях токов трехфазного и однофазного повреждения нагрузка на трансформаторы тока при однофазном КЗ вдвое больше. При известной кратности тока повреждения по кривым для данного типа трансформаторов тока определяется z доп
Реальная нагрузка на трансформаторы тока при схеме «полная звезда» состоит из сопротивления кабеля (по цепи фаза — нуль от зажимов трансформаторов тока до тех узлов схемы ДЗШ, где суммарные токи при внешних КЗ равны нулю). В тех случаях, когда токовые цепи всех или части присоединений собираются на панели
ли ДЗШ, нагрузка определяется сопротивлением кабелей от трансформаторов тока до панели ДЗШ. Если же токовые цепи всех присоединений собираются на ОРУ в ящике зажимов, а токовые цепи избирателей идут на ГЩУ (ОПУ), нагрузка определяется только кабелями от трансформаторов тока до сборного набора зажимов.
Необходимо учесть, что в режиме нарушенной фиксации по цепям избирателей при внешних КЗ проходят токи, увеличивающие нагрузку на трансформаторы тока. Для устранения этого в ящике зажимов необходимо включать рубильник нарушения фиксации, объединяющий цепи избирателей первой и второй систем шин. В схемах с подключением к шинам силовых трансформаторов без выключателей используемые для ДЗШ встроенные во втулки трансформатора тока ТТ имеют малые допустимые нагрузки. В ряде случаев они имеют низкие коэффициенты трансформации и дополняются промежуточными трансформаторами тока. В результате они не обеспечивают работу с допустимой погрешностью менее 10 %. Учитывая, что при таких первичных схемах ДЗШ и защиты трансформатора действуют на погашение системы шин, можно выполнять проверку рассматриваемых ТТ по току КЗ за трансформатором, допуская при его повреждении возможность излишней работы ДЗШ.
В тех случаях, когда реальная нагрузка больше допустимой, для создания нормальных условий работы ДЗШ необходимо выполнить одно или несколько из перечисленных ниже мероприятий:
сборный набор зажимов токовых цепей смонтировать на ОРУ, если до этого он был выполнен на ГЩУ (для уменьшения нагрузки);
уменьшить нагрузку на трансформаторы тока прокладкой дополнительных кабелей с удвоением или утроением количества рабочих жил.
Значительный эффект дает увеличение сечения нулевого провода, поскольку расчетным режимом при определении нагрузки на ТТ является режим однофазного КЗ, а нагрузка при одинаковом сечении фазного и нулевого проводов равна удвоенному сопротивлению жилы кабеля, или 2zф,. При удвоении сечения только нулевого провода нагрузка снижается до 1,5 или уменьшается на 25 %;
увеличить коэффициент трансформации трансформаторов тока в схеме ДЗШ;
4) заменить ДЗШ с реле РНТ-560 на защиту типа ДЗШТ, допускающую работу ТТ с погрешностями более 10%.
При анализе схем токовых цепей ДЗШ необходимо учитывать, что в соответствии с [5] для ДЗШ подстанций 110—220 кВ применяются кабели только с медными жилами.
Уставки реле напряжения выбираются для выявления наличия или отсутствия напряжения на шинах, а также наличия неполнофазного включения выключателя на шины подстанции. Напряжение срабатывания реле KV2, KV4 (см. рис. 14), включенных на напряжение 3U0, типа РН-53/Д принимается равным 15—20 В. Напряжение срабатывания и возврата реле KV1, KV2 типа РН-54/160 принимается в диапазоне 40—60 В.
Уставка реле времени. В качестве реле времени KJ1 контроля исправности цепей переменного тока и цепей отдельных реле защиты применяется реле типа ЭВ-143. Уставка на реле принимается не менее 8 с по условию отстройки по времени от работы резервных защит присоединений, отходящих от данной подстанции, и на 1— 2 см больше уставок реле КТЗ и КТ4. Первое условие определяет отстройку схемы контроля от срабатывания в режимах внешних КЗ, когда реле контроля исправности токовых цепей может срабатывать от токов небаланса. Второе условие обеспечивает несрабатывание схемы при кратковременном возврате реле KL22 или KL25 в процессе работы схемы ДЗШ.
Уставка реле времени КТ2 типа ЭВ-113 принимается 0,3—0,4 с по условию отстройки от времени отключения ШСВ и обеспечивает ввод ДЗШ в работу при включении ШСВ на КЗ с отказом ШСВ в отключении.
Выдержка времени реле КТЗ и КТ4 типа ЭВ-144 должна перекрывать время, в течение которого произойдет включение от АПВ шин такого количества присоединений, при котором будет обеспечена чувствительность пусковых и избирательных органов в случае повторного повреждения системы шин. При суммировании времени включения присоединений необходимо учитывать не только время АПВ, но и время включения выключателей, а также то, что схема АПВ с контролем синхронизма, так же как и схема с контролем наличия напряжения, начинает работать только после включения шин под напряжение. Следует также принимать во внимание возможность ремонта одного из присоединений.
Выдержки времени на отпадание реле постоянного тока. Реле KL1 контролирует наличие оперативного тока на панели ДЗШ. Выдержка времени должна быть отстроена от кратковременных снижений напряжения при КЗ в сети постоянного тока и принимается 0,8—1 с. Выдержка времени реле KL22 и KL25 должна перекрывать время действия УРОВ данной подстанции и принимается также 0,8—1 с.
Рис. 18. Первичная расчетная схема
Выдержка времени реле KL37 и KL38 должна перекрывать время включения соответственно ОВ и ШСВ на 0,2—0,3 с. Для реле KLV1 и KLV2 типа РП-23 выдержка времени на отпадание регулируется в полной схеме с учетом контура CI—R1 или C2—R2 (см. рис, 13) и должка быть 0,2—0,25 с.
