Защита предназначена для быстрого отключения электрических цепей, включенных на сборные шины, при КЗ на сборных шинах или на любом другом оборудовании, входящем в зону действия защиты. Зона се действия ограничивается трансформаторами тока, к которым подключены реле защиты. На КЗ за пределами зоны дифференциальная защита шин не реагирует. В основу выполнения защиты положен принцип сравнения токов электрических цепей при КЗ и других режимах работы.
Под ближним резервированием понимается использование на данном присоединении двух защит, взаимно резервирующих друг друга, каждая из которых обладает в зоне основного действия достаточной чувствительностью, и которые, как правило, выполнены на разных принципах. Так, высокочастотная дифференциально-фазовая защита ДФЗ-201 и резервные защиты линии панели ЭПЗ-1636 — это две разнотипные защиты, взаимно резервирующие друг друга при КЗ на линии. А вот две защиты ДФЗ-201, установленные на одной линии, нельзя считать полноценно резервирующими друг друга, поскольку они могут быть одновременно выведенными, например, при сильном гололеде. Не может, видимо, считаться полноценной резервной защитой при повреждении в генераторе максимальная токовая или дистанционная защита генератора с временем действия 5-6с. В целях повышения качества ближнего резервирования целесообразно основную и резервную защиты включать на разные группы предохранителей (автоматических выключателей), на разные группы ТТ. Желательно было бы также включать основную и резервные защиты на разные группы трансформаторов напряжения, однако технические возможности такого разделения в настоящее время ограничены. При повреждении в трансформаторах работают две защиты — газовая и дифференциальная, чем и обеспечивается ближнее резервирование защит (естественно, что ближнее резервирование обеспечивается только при таких видах повреждения, когда обе защиты обладают достаточной чувствительностью). В тех случаях, когда на объекте выполняется ближнее резервирование защит, одновременный отказ обеих защит маловероятен и требование к дальнему резервированию защит соответствующих присоединений возникает крайне редко. В последнее время ряд типовых защит выполняются таким образом, что они могут быть разделены на две независимые части, каждая из которых подключена на отдельные ТТ и отдельный автоматический выключатель оперативных цепей. Так, в модернизированной панели ЭПЗ-1636 одна группа защит состоит из первых двух зон дистанционной защиты и четвертой ступени защиты от замыканий на землю, вторая группа - из междуфазной отсечки, трех ступеней защиты от замыканий на землю и третьей зоны дистанционной защиты. Такое раздельное включение групп защит выполняется на тех линиях, где рассматриваемая защита является единственной. При близком к шинам подстанции КЗ на линии и отказе комплекта с первыми ступенями обеспечивается дальнее резервирование защитами прилежащей сети; возможно также и отключение от защит второй группы панели, если их время действия меньше времени действия защит, работающих в режимах дальнего резервирования. Если же произошло КЗ в конце линии и при отказе комплекта с первыми ступенями защит чувствительность у защит дальнего резервирования недостаточная, то будут работать защиты второй половины панели, обеспечивая при этом ближнее резервирование. Такое комбинированное проявление ближнего и дальнего резервирования повышает надежность работы сети, где на линиях устанавливается по одному комплекту защиты. На тупиковых линиях 110 кВ согласно старым проектам часто устанавливались простые токовые защиты: одна-две ступени от замыканий на землю, междуфазная отсечка и максимальная токовая защита. В некоторых системах для повышения качеств ближнего резервирования на таких линиях дополнительно устанавливается второй комплект защит, состоящий из земляной и междуфазной отсечки и включаемый на отдельные ТТ и отдельный автоматический выключатель оперативных цепей. При повреждении на присоединении и отказе в отключении выключателя ближнее резервирование не может обеспечить локализацию повреждения. Поэтому средства ближнего резервирования дополняются специальными устройствами резервирования отказов выключателей (УРОВ), обеспечивающими в рассматриваемом режиме отключение ближайших к отказавшему выключателей.
Линии электропередачи с ответвлениями, также называемые многоконцевыми линиями (в отличие от линий без ответвлений, имеющих два конца), находят широкое распространение в электрических сетях. Применение подстанций на ответвлениях и выполнение их по упрощенным схемам имеет большое значение в условиях высоких темпов энергетического строительства, поскольку позволяет быстрее вводить в строй подстанции и линии электропередачи, снизить затраты на их строительство и уменьшить потребность в дефицитной и дорогостоящей аппаратуре.
В связи с широким распространением линий с ответвлениями практический интерес представляют вопросы выполнения их релейной защиты. Особенности схем линий с ответвлениями и токораспределения на этих линиях при коротких замыканиях определяют значительную специфику их релейной защиты, которую необходимо учитывать при ее проектировании и эксплуатации. Поэтому возникла необходимость специально рассмотреть вопросы релейной защиты линий с ответвлениями.
Глава пятнадцатая ЗАЩИТА ЛИНИЙ С ОТВЕТВЛЕНИЯМИ
15.1. ЛИНИИ С ОТВЕТВЛЕНИЯМИ
В сетях 110 и отчасти 220 кВ (а ранее в сетях 6-10 кВ) широкое распространение получили ЛЭП с ответвлениями, питающими понижающие подстанции (рис. 15.1). Подключение таких подстанций к магистральным ЛЭП может выполняться с выключателями на стороне высшего напряжения (рис. 15.1, а) или по упрощенным схемам - без выключателей (рис. 15.1, 6). В последнем случае возможны следующие варианты выполнения РЗ и отключения трансформаторов, подключенных на ответвлениях, в случае их повреждения:
1) защита трансформаторов осуществляется РЗ магистральной ЛЭП на выключателях линии QA и QB. В этом случае трансформатор Г подключается к ЛЭП наглухо (рис. 15.1,6);
2) защита трансформатора на ответвлении в распределительных сетях 6-35 кВ выполняется с помощью плавких предохранителей П (рис. 15.1, в);
3) на трансформаторе ответвления устанавливается РЗ С от внутренних повреждений, которая действует на включение специального автоматического разъединителя QN, называемого короткозамыкателем (рис. 15.1, г). При повреждении в трансформаторе его РЗ включает короткозамыкатель QN который устраивает КЗ (одно- или двухфазное в сети с изолированной нейтралью), на это КЗ реагирует РЗ магистральной ЛЭП W1, отключающая выключатели QA и QB. После отключения ЛЭП работает отделитель QR, отключающий поврежденный трансформатор, и затем ЛЭП W1 включается в работу действием АПВ;
4) как и в предыдущем случае, на трансформаторе устанавливается РЗ С. При повреждении в трансформаторе она срабатывает и посылает по специальным каналам команды на отключение выключателей QA и QB ЛЭП W1, питающей подстанцию на ответвлении (рис. 15.1, д). Этот способ позволяет быстрее отключать поврежденный трансформатор и упрощает его силовую часть. К его недостаткам следует отнести: дорогой канал связи, усложнение РЗ за счет дополнительной схемы передачи отключающего импульса, возможность повреждения канала, при котором трансформаторы остаются без РЗ. Поэтому данный способ применяется, когда требуется убыстрение действия РЗ трансформаторов, и обычно в сочетании с короткозамыкателем.
Наибольшее распространение на практике получили первые три способа. Подключение ответвлениями применяется как на одиночных, так и на параллельных ЛЭП. В последнем случае трансформаторы, подключенные к разным ЛЭП, работают раздельно на стороне НН (рис. 15.1, е). При отключении одной из ЛЭП или трансформатора с помощью АВР включается секционный выключатель Q3
Осуществление РЗ ЛЭП с ответвлениями, питающими мощные трансформаторы, и особенно при наличии со стороны ответвления источников питания, наталкивается на некоторые трудности в части обеспечения селективности, быстродействия и чувствительности.
Защиты линии с ответвлениями оснащаются обычными, рассмотренными выше, линейными защитами. Но при их применении необходимо учитывать особенности, обусловленные наличием ответвлений.
Дистанционными называются защиты с относительной селективностью, выполняемые с использованием измерительных органов сопротивления - органов, характеристикой величиной для которых по ГОСТ является заданная функция выраженных в комплексной форме отношений воздействующих напряжений к воздействующим токам. Это отношение принято называть сопротивлением на зажимах защиты
Третья ступень токовой защиты может выполняться с независимой, или ограничено зависимой характеристиками времени срабатывания. И в том и в другом случае селективность защиты можно обеспечить если время срабатывания t III1 защиты А1 расположенном у источника питания при к.з. в точке К2 на смежном участке в зоне действия защиты А2 больше максимальной выдержки времени tIII2 защиты А2 на ступень селективности Δt=0,3…1сек.
Выдержки времени у максимальной токовой защиты выбирают по ступенчатому принципу. Начинают выбор с удаленного от источника элемента и по мере приближения к источнику питания увеличивают таким образом , что защита последующего участка имеет выдержу времени на ступень селективности больше, чем максимальная выдержка времени защиты предыдущего участка.
Основной недостаток токовой отсечки без выдержки времени состоит в том, что она защищает только часть линии. Участок в конце линии за пределами зоны /' остается незащищенным. На рис. 1 показана схема сети с двумя последовательно соединенными участками АБ и БВ, для защиты которых установлены токовые отсечки без выдержки времени Л Ч и A12 с токами срабатывания /'с за 1 и /Ic за 2, выбираемыми в соответствии с выбором тока срабатывания и определения защищаемой зоны токовой отсечки без выдержки времени. Отсечки имеют защищаемые зоны соответственно /'а1 и iа2, которые охватывают только часть линии. Участки l и /// в конце линий за пределами зон l\A\ и l'л2 остаются незащищенными. В связи с этим возникает необходимость иметь вторую ступень токовой защиты. Вместе с первой ступенью онадолжна обеспечить защиту всей линии и шины приемной подстанции.
Селективное действие первой ступени токовой защиты достигается тем, что ее ток срабатывания принимается большим максимального тока короткого замыкания, проходящего через защиту при повреждении вне защищаемого элемента.
Действие защиты при коротком замыкании на защищаемом участке обеспечивается благодаря тому, что ток короткого замыкания сети, а следовательно и в защите увеличивается по мере приближения места короткого замыкания к источнику питания. Причем кривые изменения тока короткого замыкания имеют различную крутизну в зависимости от режима работы системы и вида короткого замыкания.
На радиальных линиях, питающих трансформатор с помощью токовой отсечки можно защитить всю линию, если допустить ее срабатывание при повреждении в трансформаторе. Ток срабатывания выбирается по максимальному току короткого замыкания за трансформатором (точка К).
Токи срабатывания отсечек должны быть выбраны таким образом, чтобы при внешних коротких замыканиях (точки Ка и Кб ) защиты не действовали.
Токовые отсечки используют также на линиях с двухсторонним питанием. В этом случае они устанавливаются с обеих сторон защищаемой линии
Измерительные органы определяют место и характер повреждения и принимают решения о необходимости действия защиты. Измерительные органы также выполняются с помощью реле тока, напряжения, мощности и др. Функции пускового и измерительного органа могут быть объединены в одном органе.
В соответствии с ГОСТ 27.002-89 для количественной оценки надежности применяются количественные показатели оценки отдельных ее свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также комплексные показатели, характеризующие готовность и эффективность использования технических объектов (в частности, электроустановок).
Эти показатели позволяют проводить расчетно-аналитическую оценку количественных характеристик отдельных свойств при выборе различных схемных и конструктивных вариантов оборудования (объектов) при их разработке, испытаниях и в условиях эксплуатации. Комплексные показатели надежности используются главным образом на этапах испытаний и эксплуатации при оценке и анализе соответствия эксплуатационно-технических характеристик технических объектов (устройств) заданным требованиям.
На стадиях экспериментальной отработки, испытаний и эксплуатации, как правило, роль показателей надежности выполняют статистические оценки соответствующих вероятностных характеристик. В целях единообразия все показатели надежности, в соответствии с ГОСТ 27.002-89, определяются как вероятностные характеристики. В данном пособии отказ объекта рассматривается как случайное событие, то есть заданная структура объекта и условия его эксплуатации не определяют точно момент и место возникновения отказа. Принятие этой, более распространенной, концепции предопределяет широкое использование теории вероятностей [4, 7, 9, 11,13, 15].