5. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ШИН С ТОРМОЖЕНИЕМ
Рассмотренная выше схема дифференциальной защиты шин с реле типа РНТ-560 обладает рядом существенных недостатков.
Трансформаторы тока в схеме защиты должны работать с погрешностями не более 10 %, что во многих случаях требует прокладки кабелей большого сечения. При возрастании уровней токов КЗ в процессе эксплуатации необходимость в увеличении сечения кабелей вызывает очень серьезные затруднения.
В схеме защиты, как правило, невозможно использование трансформаторов тока с разными коэффициентами трансформации
Допущение такого решения при двух значениях коэффициентов трансформации резко утяжеляет требования к нагрузкам на трансформаторы тока, поскольку становится невозможным суммирование цепей на ОРУ, и нагрузка в таких схемах определяется сопротивлением жил кабелей от места их установки до ГЩУ.
Рис. 23. Структурная схема ДЗШТ:
3. Уставки пусковых и избирательных органов с учетом всех расчетных условий получаются грубыми. Во многих случаях защита не обеспечивает необходимой чувствительности при повреждении на шинах в ремонтных и аварийных режимах.
При больших вторичных токах срабатывания и невозможности плавного регулирования срабатывания реле типа РНТ-560 при округлении расчетного числа витков до ближайшего меньшего значения может происходить дальнейшее загрубление защиты до 20— 30 %, а в отдельных случаях и более.
Для выполнения ДЗШ на реле РНТ необходимо выделять отдельную, наиболее мощную обмотку трансформаторов тока. При установке выносных трансформаторов тока 110 кВ с тремя обмотками одна обмотка выделяется для ДЗШ, а к двум оставшимся необходимо подключение основной защиты, резервных защит, измерительных приборов, а в ряде случаев еще и поперечной дифференциальной защиты.
Рис. 24. Схема пускового органа ДЗШТ
Все указанные недостатки могут быть устранены при использовании дифференциальной токовой защиты шин с торможением типа ДЗШТ. Структурная схема защиты приведена на рис. 23. Расстановка трансформаторов тока (за исключением трансформаторов тока ШСВ) и зона действия защиты такие же, как и у обычной защиты с реле типа РНТ. В цепи ШСВ используются обмотай трансформаторов тока, установленные с одной стороны ШСВ.
В основе ДЗШТ — пусковой орган KAW1—KAW3 (рис. 24), к которому могут быть подключены токовые цепи 19 присоединений (кроме ШСВ). Пусковой орган выполняется отдельным для каждой фазы. Связь пускового органа с ТТ выполняется с помощью промежуточных трансформаторов тока (ПТТ). Наличие отпаек в первичной обмотке ПТТ (TAL) позволяет подключать их к ТТ с разными коэффициентами трансформации. Прп шести витках первичной обмотки при исполнении на номинальный ток 5 А выполнены отпайки также от 2, 3, 4 н 5 витков, что позволит использовать различное сочетание вариантов коэффициентов трансформации, ПТТ на номинальный ток 1 А имеют соответственно 30 витков первичной обмотки и отпайки от 10, 15, 20 и 25 витков. Коэффициенты K1—К5 на рис1; 24 — коэффициенты трансформации ПТТ, i1—i5 — вторичные токи присоединений 1—5 на рис. 23. Промежуточные трансформаторы тока выполняются как для внутренней, так и для наружной установки. Номинальный вторичный ток ПТТ—3 мА, расчетная вторичная нагрузка — примерно 3000 Ом, поэтому к сопротивлению жил кабеля связи никаких требований по значению сопротивления не предъявляется. Сопротивление ПТТ со стороны первичной обмотки составляет сотые доли ома при пятиамперных цепях и примерно 0,5 Ом в цепях одноамперных трансформаторов тока. Поэтому при замене защиты с реле РНТ на ДЗШТ с установкой ТА в приводах или в ящиках зажимов у выключателей нагрузка в токовых цепях уменьшается в десятки раз. Режим работы трансформаторов тока при этом резко облегчается и погрешность их работы оказывается, как правило, значительно меньше 10 %.
Возможна установка промежуточных трансформаторов тока на ГЩУ с включением их в цепи защиты присоединений. С учетом малого потребления ПТТ практически не изменяют режима работы защиты и ее трансформаторов тока, однако при этом облегчаются условия эксплуатации ПТТ, освобождается обмотка трансформаторов тока, использовавшаяся для ДЗШ (она может быть использована для улучшения схемы токовых защит и измерений), резко уменьшается длина и соответственно повышается надежность кабельных связей ПТТ с ГЩУ.
Пусковое реле включается в схему токовых цепей таким образом, что к нему подводятся с одной стороны (после выпрямления токов на диодных мостах VD1—VD40) арифметическая сумма токов, с другой стороны — их геометрическая сумма. Непосредственно по реагирующему органу — магнитоэлектрическому реле типа М-237/055 — проходят тормозной ток h и рабочий ток ip, причем ip пропорционален геометрической сумме, a h — разности между , арифметической и геометрической суммами токов. При нормальной работе и в режиме внешних КЗ геометрическая сумма первичных токов равна нулю, а арифметическая сумма равна удвоенному значению суммы подтекающих или оттекающих токов. При внешнем КЗ 1 это соответствует удвоенному значению тока КЗ. При КЗ на любой из систем шин арифметическая и геометрическая суммы токов равны между собой и в то же время равны полному току КЗ (с учетом несколько различающихся по углу значений ЭДС разных частей системы арифметическая сумма токов может быть несколько больше геометрической). Суммы вторичных токов аналогичны, поскольку ПТТ приводят вторичные токи к одному значению коэффициента трансформации. В результате при КЗ на шинах рабочий ток в реагирующем органе равен полному току КЗ на шинах, а тормозной близок к нулю, что обеспечивает высокую чувствительность защиты. При внешних КЗ ip определяется токами небаланса, a iT равен удвоенной сумме тока КЗ. В результате за счет сильного торможения обеспечивается несрабатывание защиты при больших погрешностях трансформаторов тока.
Величина ip (уставка пускового реле при отсутствии торможения) регулируется резистором R4 (рис. 24). Изменение тормозного тока (изменение коэффициента торможения) kT выполняется резистором R1. При изменении kT в интервале от 0 до 60 % обеспечивается правильная работа защиты при погрешностях трансформаторов тока от 0 до 40 % Интересно отметить, что кратность тока КЗ при заданной нагрузке во вторичных цепях трансформаторов тока может быть увеличена при 40 %-ной погрешности в 2 раза по сравнению с кратностью тока при 10%-ной погрешности. Фильтр L2, С2, L3 обеспечивает шунтирование реагирующего органа токами с частотой, отличной от промышленной (фильтр настроен на минимальное сопротивление для токов тройной частоты). Учитывая, что в токах небаланса за счет погрешностей трансформаторов тока при внешних КЗ присутствует значительная доля токов тройной и более высоких частот, фильтр снижает в рассматриваемом режиме рабочий ток в реагирующем органе, что равносильно увеличению торможения.
Условие отстройки от обрыва токовой цепи в нормальном нагрузочном режиме является единственным условием при определении уставки пускового органа в режиме отсутствия торможения, что позволяет в несколько раз повысить чувствительность защиты. Уставка плавной регулировки токов срабатывания может изменяться в интервале (0,55—2,2)/Ном или дли цепей с пятиамперными трансформаторами тока — от 2,75 до 11 А.
Отстройка от токов небаланса из-за погрешностей трансформаторов тока выполняется за счет торможения. Коэффициент торможения определяется по выражению
где Ка—коэффициент надежности, равный 1,3—1,5; fj — погрешность трансформаторов тока, отн. ед.
Избирательный орган (рис. 25) предназначен для определения поврежденной системы шин. Каждая из двух групп выпрямительных мостов включена на сумму токов присоединений данной системы шин, (в том числе и ШСВ). С учетом разной полярности на стороне выпрямленного тока в реагирующем органе проходит разность токов, причем полярность тока будет различной при повреждении той или другой системы шин. Соответственно будет работать одно из двух последовательно-встречно включенных магнитоэлектрических реле К1 или К2. Одно из реле срабатывает при повреждении на первой системе шин, второе — при повреждении на второй системе шин.
Рис. 26. Схема контроля исправности токовых цепей ДЗШТ:
Рис. 25. Схема избирательного органа ДЗШТ:
Уставка избирательного органа зависит от вида повреждения и при однофазном КЗ на землю, двухфазном и трехфазном КЗ относится как 3:2:1. Регулировкой резистором R13 уставка при однофазном КЗ может плавно изменяться в диапазоне (0,45—1,1)Iном. Уставка избирательного органа не отстраивается от токов небаланса при внешних КЗ в предположении, что при таких повреждениях несрабатывание защиты обеспечивается надежной отстройкой пускового органа. Естественно, что ток срабатывания пускового органа должен быть больше тока срабатывания избирательного органа при однофазных КЗ на шинах (при двух и трехфазном КЗ это условие будет выполняться автоматически).
Орган контроля исправности токовых цепей защиты КА (рис. 26) включен на сумму токов всех фаз присоединений, включая ШСВ, причем в схеме участвуют по две обмотки ШСВ в каждой фазе. Он обеспечивает автоматическое срабатывание при обрыве одной, двух или трех фаз в цепях присоединений при нагрузке более (0,055—0,07)1вт, что соответствует 0,275—0,35 А при пятиамперных трансформаторах тока. Регулировка уставки выполняется резистором RI. Для контроля за исправностью цепей при токах, меньших тока срабатывания, последовательно с реагирующим органом включен миллиамперметр, нормально зашунтированный кнопкой (на схеме не указан).
Орган контроля исправности токовых цепей используется и как чувствительный орган, если пусковой и избирательный органы в режимах АПВ шин имеют недостаточную чувствительность. При необходимости имеется возможность в режимах АПВ шин выполнять автоматическое загрубление уставки этого реле.
Реагирующими органами пусковых и избирательных органов являются магнитоэлектрические реле М-237/055. В отличие от широко известных М-237/054 в дистанционных защитах на панелях ЭПЗ-1636 эти реле имеют значительно больший ток срабатывания (100 мкА) и более жесткую пружину, что обеспечивает четкий возврат при отключении токов КЗ. Контактная система реле слабая допускает работу При напряжении оперативного тока 70—125 В Поэтому 6 схеме оперативных цепей введено стабилизированное напряжение 100—110 В. От контактов магнитоэлектрических реле работают промежуточные реле типа РМУГ, контакты которых используются в основной части оперативной схемы. В остальном схема оперативных цепей построена по принципам, изложенным выше, и поэтому подробно не рассматривается.
