Дифференциальная токовая защита шин 110 (220) кВ (далее ДЗШ) предназначена для отключения без выдержки времени всех видов повреждений, возникающих на системах шин 110 (220) кВ. Защита выполнена на дифференциальных реле, включенных на геометрическую сумму токов трансформаторов тока присоединений 110 (220) кВ.
Принцип действия дифференциальной токовой защиты основан на сравнении величины и фазы токов от ТТ всех присоединений, зафиксированных на данной системе шин. В нормальном режиме и при токах внешних КЗ, геометрическая сумма токов, протекающих через ТТ, близка к нулю (имеется ток небаланса). При КЗ в защищаемой зоне направление и величина токов изменяются, и в дифференциальном реле возникает ток, достаточный для срабатывания защиты.
В зону действия защиты входят шины 110 (220) кВ и оборудование присоединений 110 (220) кВ, ограниченное ТТ. Для нормальной схемы ОРУ-110 (220) кВ (схема ОВ-110 (220) кВ разобрана разъединителями) ТТ ОВ-110 (220) кВ исключены из схемы ДЗШ, отключение ОВ-110 (220) кВ от ДЗШ выведено накладкой.
Защита состоит из общего пускового и двух избирательных органов. При повреждении в защищаемой зоне любой системы шин срабатывают пусковой орган ДЗШ, а срабатыванием избирательного органа определяется поврежденная СШ-110 (220) кВ, в результате чего защита действует на отключение всех присоединений поврежденной системы шин.
При нарушении фиксации присоединений токи в плечах ДЗШ не балансируются и в избирательных органах протекает повышенный ток небаланса, вследствие чего защита может неправильно выбрать систему шин или отказать в действии. Для обеспечения правильной работы ДЗШ кВ при нарушении фиксации присоединений 110 (220) кВ необходимо избирательные органы выводить из действия. Защита шин в этом случае осуществляется только пусковым органом, который при возникновении повреждения подает импульс на отключение присоединений обеих систем шин. Вывод избирателей при нарушении фиксации производится рубильником Р2 – «ДЗШ без фиксации по оперативным цепям» на панели ДЗШ, рубильником или блоком БИ в шкафу ДЗШ на ОРУ-110 (220) кВ.
Нормально ДЗШ должна быть включена действием на отключение выключателей всех присоединений, по которым на шины может быть подано напряжение. С присоединений, постоянно работающих в тупиковом режиме (за исключением линий с двигательной нагрузкой), действие ДЗШ должно быть снято.
Для обеспечения чувствительности в режиме автоматического опробования системы шин после отключения короткого замыкания на шинах, ДЗШ дополнена чувствительным комплектом дифференциальной защиты шин 110 (220) кВ.
После отключения от ДЗШ выключателей присоединений систем шин, происходит их автоматическое повторное включение, для чего используются имеющиеся на указанных присоединениях устройства АПВ.
АПВ шин осуществляется в порядке, определяемом временем АПВ присоединений.
В ДЗШ имеется чувствительный комплект, нормально выведенный из работы. Чувствительный комплект вводится кратковременно, автоматически при срабатывании ДЗШ для надёжного отключения от ДЗШ первого опробующего шины присоединения при неуспешном АПВ СШ-110 (220) кВ, с запретом АПВ остальных присоединений данной СШ.
В нормальном режиме в токовых цепях реле ДЗШ протекает ток небаланса, который должен контролироваться с помощью миллиамперметра, установленного на панели ДЗШ. Величина тока небаланса не должна превышать 30-50 мА (в зависимости от местных условий может быть снижена до 20 мА).
В ДЗШ имеется устройство автоматического контроля целостности токовых цепей. При неисправностях токовых цепей, вызванных обрывом провода или ошибочном исключении трансформатора тока присоединения из схемы ДЗШ, автоматически с выдержкой времени 10÷20 секунд снимается “плюс” оперативного тока со схемы ДЗШ и выпадает блинкер РУ– «Неисправность токовых цепей ДЗШ», РУ – «Отсутствие оперативного тока ДЗШ» и загорается лампа ЛС – «Блинкер не поднят» на панели ДЗШ, а также загорается сигнальное табло «Неисправность ДЗШ» на панели ЦС.
Для возврата схемы в рабочее состояние после устранения неисправности необходимо нажать кнопку К2 – «Возврат схемы» на панели ДЗШ.
В режиме опробования обходной СШ от ОВ или 1 (2) СШ от ШСВ на ДЗШ должна быть введены накладка «Замедление ДЗШ при включении ОВ» или накладка «Замедление ДЗШ при включении ШСВ» соответственно. Введением этих накладок достигается следующее: при включении ключом управления выключателя (команда «включить») происходит кратковременная (до 1 сек) Замедление действия ДЗШ на отключение выключателей всех присоединений, кроме включаемого ОВ или ШСВ, чем предотвращается обесточение СШ в случае включения на КЗ.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ – конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.
Папиллярные узоры пальцев рук – маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
 |
Дифференциальная защита шин основана на том же принципе, что и диф.защита трансформаторов, т.е. на сравнении величины и фазы токов.
На присоединениях устанавливаются ТТ с одинаковыми коэффициентами трансформации. Реле КА1 включено на сумму всех присоединений, так чтобы при первичных токах, направленных к шинам в нем проходил ток Iр=∑Iприс, тогда при внешнем к.з. ∑Iприс=0:
С учетом тока намагничивания:
Вследствие погрешности ТТ в реле появляется ток небаланса равный геометрической разности токов Iнам . Ток срабатывания выбирается так, чтобы защита была отстроена от этих токов небаланса: Iср>Iнбmax.
При к.з. на шинах ток в реле:
При к.з. на шинах диф.защита реагирует на полный ток к.з., при условии, что Iк.з.>Iс.з.
В нормальном режиме часть токи в некоторых присоединениях могут быть направлены к шинам, а другие от шин: 
Для повышения надежности работы диф.защиты шин применяются следующие мероприятия:
1. Уменьшение тока небаланса.
 |
Ток намагничивания ТТ зависит от Е2: чем больше Iк.з., тем больше Е2 и тем больше Iнам.
Для уменьшения тока намагничивания нужно обеспечит условия, при которых все ТТ при внешних к.з. работают в ненасыщенной части характеристики. Для этого необходимо: однотипные ТТ класса Р(Д); уменьшение кратности Iк.з. к Iном; уменьшение нагрузки на ТТ; уменьшение сопротивления соединительных проводов (за счет увеличения сечения проводов сокращения длины, увеличения сечения); уменьшение вторичных токов (применением ТТ с Iном=1А).
2. Отстройкой диф.реле от токов небаланса.
В неустановившемся режиме Iнб могут достигать больших значений за счет влияния апериодической составляющей тока к.з. Для улучшения отстройки применяются реле с быстронасыщающимся ТТ.
3. Контроль за исправностью токовых цепей.
В случае обрыва или шунтирования фазы вторичных цепей ТТ, ток не поступает в диф.реле. В результате баланс токов в реле нарушается. Защита может неправильно сработать и погасить всю подстанцию, т.е. создать сложную аварию. Для исключения этого диф.реле отстраивается от тока нагрузки наиболее загруженного присоединения. Кроме того устанавливается дополнительно чувствительное токовое реле:
Реле КА2 с выдержкой времени выводит защиту из действия и подает сигнал. Обрыв, ухудшение контакта в цепи какой-либо фазы или витковые замыкания в ТТ можно обнаружить и с помощью миллиамперметра. Нажимая кнопку дежурный периодически измеряет ток небаланса, т.е. исправность токовых цепей.
 |
Главное достоинство диф.защиты шин – это быстрота, селективность и высокая чувствительность. Диф.защита не действует при перегрузки и при качаниях.
Неполная диф.защита шин.
 |
На подстанциях с несколькими источниками питания и тупиковыми ЛЭП диф.реле включается на сумму токов всех источников питания.
В нормальном режиме ток нагрузки не попадает в реле, токи в реле не балансируются и в нем протекает остаточный ток равный току суммарной нагрузки всех линий. Защита не действует при Iнаг
Неполная ДЗШ. При неполной ДЗШ в нормальном режиме в реле протекает суммарный ток нагрузки потребителей отходящих линий 6-10кВ. В случае повреждения на питающем элементе за ТТ она ведет себя как обычная ДЗШ, т.е. не действует при внешнем к.з. ТТ для неполной ДЗШ 6-10кВ выбирают с одинаковыми коэффициентами трансформации, что исключает необходимость выравнивания вторичных токов на всех питающих элементах и повышает надежность защиты. В реле неполной ДЗШ 6-10кВ проходит ток равный геометрической сумме вторичных токов ТТ только питающих элементов и поэтому в реле протекает ток равный току суммарной нагрузки.
При к.з. на отходящих линиях ток к.з. и нагрузки не балансируются. Iср выбирается больше чем ∑Iнагр линий.
Неполная ДЗШ выполняется двух ступенчатой: 1-я ступень – токовая отсечка, а при недостаточной ее чувствительности она выполняется как комбинированная отсечка по току и напряжению; 2-я ступень – МТЗ с выдержкой времени, которая для обеспечения отключения к.з. за линейным реактором имеет повышенную чувствительность. Она служит и для резервирования 1-й ступени защиты шин, а также защит отходящих линий 6-10кВ.
1-я ступень – ТО выполнена на РТ1, РТ2 без выдержки времени для отключения повреждений на сборных шинах и в начальных витках реакторов отходящих линий. Выключатели, установленные на линиях, не рассчитаны на отключение к.з. до реактора, и поэтому на линиях не устанавливают токовые отсечки мгновенного действия. Линии оборудованные только МТЗ с выдержкой времени: 1-я ступень действует на отключение трансформатора связи с системой и на отключение СВ; 2-я ступень – МТЗ с выдержкой времени выполнена на КА3, КА4 и реле времени КТ1 – предназначена для резервирования ТО защиты шин ( 1-я ступень) и защит отходящих реакторов линий.
Защита двигателей.
Релейная защита электродвигателей должна реагировать на внутренние повреждения и опасные ненормальные режимы. Релейную защиту следует выполнять простой и дешевой, но для электродвигателей мощностью более 200кВт возможно применение сложных защит.
Особую ответственность представляют электродвигатели механизмов собственных нужд, отключение которых из-за неправильного действия релейной защиты может вызвать нарушение нормальной работы электростанции. Поэтому защита электродвигателей ответственных механизмов электростанций должна отличаться большой надежностью.
Большое значение имеет самозапуск электродвигателей, что часто происходит при к.з. и при автоматическом переключении двигателя (АВР). Защита электродвигателей должна обеспечить самозапуск, т.е. она не должна преждевременно отключать электродвигатели как при уменьшении напряжении, так и при его восстановлении.
Для защиты электродвигателей могут быть установлены:
1.Частные повреждения м.ф.к.з. в обмотках статора приводят к значительным повреждениям и понижения напряжения сети, поэтому должна быть обязательно защита электродвигателей от м.ф.к.з.
2.Однофазные к.з. обмотки статора на землю менее опасны, т.к. электродвигатели работают с изолированной нейтралью. Защита от 1ф.к.з. устанавливается, когда Iк.з.>(5-10)А.
3.Защиту от витковых замыканий не устанавливают, т.к. простых способов ее выполнения не существует.
4.Часто возникают перегрузки током, поэтому защита от перегрузки, в зависимости от условий действует на сигнал, разгрузку приводного механизма или отключение электродвигателя.
10.2. Защита от м.ф.к.з.
В качестве защиты применяется токовая отсечка, отстроенная от пусковых токов и токов самозапуска электродвигателей. При недостаточной чувствительности ТО электродвигателей мощностью более 2000кВт, имеющих 6 выводов применяется дифференциальная токовая защита. На электродвигателях мощностью более 5000кВт применение диф.защиты является обязательно. Электродвигатели Uном≤500В защищаются от к.з. предохранителями.
Для защиты целесообразно применять переменный оперативный ток с применением реле прямого действия, что упрощает вторичную коммутацию и позволяет сэкономить контрольный кабель на электростанциях.
Для электродвигателей подверженных перегрузке применяется схема а), для электродвигателей не подверженных перегрузке применяется схема б), когда однолинейная схема не обеспечивает чувствительности при 2 ф.к.з. применяется схема в).
ТО отстраивается в первый момент к.з. в сети и от пускового тока электродвигателя при полном напряжении питающей сети и выведенном пусковом сопротивлении в цепи ротора.
Если в защите применяется реле РТ-40, то для отстройки от апериодической составляющей пускового тока дополнительно устанавливается промежуточное реле с tв=(0,04-0,06)сек.
где Iп.пуск – периодический пусковой ток;
кн– коэффициент надежности равный 1,2;
кв– коэффициент возврата равный 0,85.
Коэффициент чувствительности равен:
где 
– ток металлического 2ф.к.з. на выводах двигателя при минимальной режиме работы питающей сети.
Применение диф.защиты дает большую чувствительность, чем МТЗ, т.к. броски тока при внешнем к.з.и пускового тока, самозапуска в схеме оказывается сбалансированы.
Ток срабатывания защиты рассчитывается по формуле:
Коэффициент чувствительности равен:
где – ток металлического 2ф.к.з. на выводах двигателя при минимальной режиме работы питающей сети.
10.3. Защита от 1ф.к.з.
Защита от 1ф.к.з. устанавливается на двигателях мощностью до 2000кВт при токе к.з. менее 10А и на двигателях мощностью более 2000кВт при токе к.з. менее 5А. Защита выполняется с действием на отключение без выдержки времени с использованием ТНП, ТЗЛ.
10.4. Защита от перегрузки.
Перегрузка возникает в следующих случаях:
– при затянувшимся пуске или самозапуске;
– по техническим причинам и перегрузке механизмов;
– при повреждении механической части электродвигателей, вызывающего момент сопротивления и торможение электродвигателя.
Перегрузки бывают устойчивые и кратковременные. Основной опасностью сверхтоков является сопровождающее их повышение температуры отдельных частей и обмоток.
Перегрузочной способностью электродвигателя определяется характеристикой зависимости между величиной сверхтока и допускаемым временем его прохождения:
где t – допустимая длительность перегрузки, сек;
Т – const времени нагрева, сек;
а – коэффициент, зависящий от типа изоляции, а также периодичности и характера сверхтоков, а=1,3;
к – кратность сверхтоков, к=Iдл/Iном.
На электродвигателях не подверженных технологическим перегрузкам и не имеющих тяжелые условий пуска защита от перегрузки не устанавливается (циркуляционные, питательные насосы). На электродвигателях подверженных перегрузкам защита должна обязательно устанавливаться (электродвигатели мельниц, дробилок). Защита выполняется на отключение, если не обеспечивается самозапуск. Защита выполняется на сигнал или разгрузку механизма автоматически или вручную без останова механизма.
Лучше других работает защита, выполненная с тепловыми реле. Реле настраивается так, чтобы уставка срабатывания по теплу, выделение которого происходит в электродвигателе, была равна предельно допустимому:
Защита от перегрузки также может быть выполнена с токовым реле:
Ток срабатывания равен: 
Уставка по времени срабатывания: tперег>tпуск или tперег>tсамоз . Т.к. время пуска асинхронного двигателя (10-15)сек, то характеристика реле РТ-90 в независимой части времени должна быть не менее (12-15)сек.
Дифференциальная токовая защита шин 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 ее действия ограничивается трансформаторами тока, к которым подключены реле защиты. В основу выполнения защиты положен принцип сравнения значений и фаз токов электрических цепей при КЗ и других режимах работы.
Для выполнения защиты дифференциальное реле РТ подключают к трансформаторам тока присоединений, как показано на рис. 1. При таком включении ток в реле всегда будет равен геометрической сумме вторичных токов присоединений.
При КЗ на шинах (рис. 1, а) вторичные токи присоединений будут иметь одно направление и через реле будет проходить сумма этих токов
При внешнем КЗ (рис. 1,б) ток в обмотке реле
реле работать не будет, если оно отстроено от тока небаланса, появляющегося вследствие погрешности трансформаторов тока.
Рис. 1. Токи в реле дифференциальной токовой защиты шин при КЗ на шинах (а) и внешнем КЗ (б)
Основанные на общем принципе, дифференциальные защиты шин могут отличаться друг от друга по схеме, что связано с приспособлением их к той или иной главной схеме подстанции. В эксплуатации находятся дифференциальные защиты шин для подстанций с одной и двумя системами шин, а также для подстанций с реактированными линиями и несколькими источниками питания.
Наибольший интерес с точки зрения обслуживания их оперативным персоналом представляют дифференциальные токовые защиты шин для подстанций с двумя системами шин с фиксированным распределением присоединений, которое часто используется как одно из средств ограничения токов КЗ в сетях 110—220 кВ. Ниже рассматривается одна из таких защит.
Отличительной особенностью защиты (рис. 2) является избирательность в отключении поврежденной системы шин, если соблюдено установленное распределение присоединений по шинам. Селективность действия обеспечивается применением в схеме двух избирательных токовых органов (комплектов реле) РТ1 и РТ2 и общего пускового органа (комплекта реле) РТЗ.
Реле каждого избирательного комплекта подключены к трансформаторам тока присоединений, зафиксированных за данной системой шин, и действуют на отключение выключателей только этих присоединений. Реле общего пускового комплекта подключены к трансформаторам тока присоединений обеих систем шин и поэтому срабатывают при КЗ на любой из систем шин. На внешние КЗ они не реагируют, даже если нарушена фиксация присоединений.
Работа дифференциальной токовой защиты шин.
При КЗ на одной из систем шин сработают токовые реле общего пускового комплекта РТЗ и подадут оперативный ток на отключение шиносоединительного выключателя (реле РПЗ) и одновременно на токовые реле избирательных комплектов РТ1 и РТ2. Отключение выключателей присоединений поврежденной системы шин произойдет в результате срабатывания промежуточного реле соответствующего избирательного комплекта.
В случае нарушения установленной фиксации присоединений оба избирательных комплекта защиты могут сработать при внешнем КЗ, так как токи в них не балансируются. Однако это не приведет к отключению присоединений, поскольку постоянный ток на реле избирательных органов подается общим пусковым комплектом, в реле которого токи будут уравновешены, и он не сработает.
Если при нарушенной фиксации присоединений КЗ возникнет на одной из рабочих систем шин, то сработают все три комплекта защиты и отключатся обе системы шин. Для сохранения селективности действия защиты в случае изменения фиксации Присоединений необходимо переключение из одного избирательного комплекта в другой токовых и оперативных цепей присоединений, переведенных на другую рабочую систему шин.
В схеме защиты (рис. 2) предусмотрен рубильник «Нарушение фиксации присоединений», шунтирующий цепи постоянного тока обоих избирательных органов. Включением этого рубильника из схемы защиты исключаются контакты токовых реле РТ1 и РТ2 избирательных комплектов, рубильник включают перед началом операций с коммутационными аппаратами, нарушающих установленную фиксацию присоединений. Он должен быть также включен, когда в работе находится одна система шин и на нее включены все присоединения.
При включенном рубильнике защита действует на отключение сразу всех выключателей. Если рубильник будет включен при работе обеих систем шин и фиксированном распределении присоединений, то в случае КЗ на одной из систем шин защита неселективно подействует на отключение выключателей обеих систем шин непосредственно от общего комплекта.
Для опробования напряжением одной из систем шин с помощью ШСВ в схеме защиты предусмотрена автоматическая блокировка, замедляющая отключение выключателей присоединений рабочей системы шин в случае включения ШСВ на КЗ. Блокировка выполнена с помощью реле ПВ7, имеющего при возврате большую выдержку времени, чем время отключения ШСВ. Именно на это время реле РП4 снимает минус оперативного тока с реле РП1 и РП2 избирательных комплектов, благодаря чему они не смогут отключать выключатели присоединений. Импульс на отключение ШСВ подается без замедления от реле РПЗ, как только подействуют реле пускового комплекта. Если отключение ШСВ по какой-либо причине затянется, по истечении времени возврата реле ПВ7 произойдет отключение рабочей системы шин.
Рис. 2. Принципиальная схема дифференциальной токовой защиты двойной системы шин: 1 — ключ управления шиносоединительного выключателя В1 (ШСВ); 2 — то же обходного включателя В2 (ОВ). Контакты 1 и 2 замкнуты только на время включения, на рисунке они условно изображены как кнопки; 3 — кнопка, шунтирующая миллиамперметр; 4 — кнопка деблокировки сигнального реле; РТ1 — токовое реле избирательного комплекта I, системы шин; РТ2 — то же II системы шин; РТЗ — токовое реле общего комплекта; РТ0 — токовое реле сигнального комплекта; РП1—РП6 — промежуточные реле; PП0 — то же сигнального комплекта: ПВ7, ПВ8 — промежуточные реле с выдержкой времени; РВ0— реле времени сигнального комплекта; БИ9—БИ14 — испытательные блоки; С — рубильник нарушения фиксации; Н — накладки (отключающие устройства)
Аналогичная блокировка (реле ПВ8) предусмотрена и на случай опробования напряжением обходной системы шин с помощью обходного выключателя. На момент опробования вторичные цепи трансформаторов тока обходного выключателя должны быть выведены из схемы защиты (вынуты крышки испытательных блоков БИ9 и БИ10). Иначе возможное КЗ на обходной системе шин окажется внешним КЗ, и защита не сработает.
В эксплуатации не исключены обрывы или шунтирование вторичных цепей трансформаторов тока, к которым подключены реле защиты. В результате баланс токов в реле нарушается и они могут сработать даже при нормальном режиме работы подстанции.
Для предупреждения неправильной работы защиты предусмотрено устройство контроля исправности токовых цепей, выполненное при помощи токового реле РТ0 и миллиамперметра mA, включенных в нулевой провод трансформаторов тока. При некотором (опасном) значении тока небаланса устройство контроля срабатывает, выводит защиту из действия и оповещает персонал о неисправности. Постепенно развивающиеся повреждения в токовых цепях выявляются периодическими измерениями тока небаланса с помощью миллиамперметра при нажатии шунтирующей его кнопки 3.