Дифференциальная защита шин или ошиновки

Дифференциальная защита шин (далее - ДЗШ) или ошиновки (далее - ДЗО) являются быстродействующими защитами с абсолютной селективностью. Зона действия защиты ДЗШ (или ДЗО) ограничивается трансформаторами тока, к которым подключена защита. Токовые цепи ДЗШ (или ДЗО) всегда выполняются в трехфазном исполнении, а трансформаторы тока присоединений собираются по схеме полной звезды. Защита подключается к обмоткам трансформаторов тока таким образом, что бы ее зона действия максимально перекрывалась с зонами действия защит присоединений.

Каждое присоединение формирует так называемое «плечо» дифференциальной защиты. Для всех «плеч» дифференциальной защиты необходимо либо применять трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации, либо применять меры по выравниванию токов в «плечах» дифференциальной защиты: использовать промежуточные трансформаторы тока для выравнивания токов в «плечах» защиты. В современных микропроцессорных устройствах предусматривается программное выравнивание коэффициентов трансформации трансформаторов тока в «плечах» защиты.

Схема подключения дифференциальной защиты шин или ошиновки

Рис.1. Схема подключения

При подключении устройства защиты к ТТ присоединений за положительное направление токов принимают их направление в сторону защищаемого объекта («в шины»).

 Принцип действия защиты ДЗШ (или ДЗО)

Принцип действия защиты ДЗШ (или ДЗО) основан на измерении дифференциального тока, который представляет собой геометрическую (векторную) сумму токов от трансформаторов тока всех присоединений, зафиксированных на данной системе шин (ошиновки). Дифференциальный ток в любой момент времени определяется по следующему выражению (данное соотношение справедливо как для мгновенных значений токов, так и для векторных величин):

 - величина дифференциального тока защиты;

 - значение тока присоединения, приведенное к вторичным величинам.

При коротком замыкании в зоне действия защиты шин (или ошиновки) по всем присоединениям ток короткого замыкания подтекает к месту короткого замыкания, в результате появляется дифференциальный ток, который вызывает срабатывание защиты (достижение дифференциального тока уставки срабатывания).

В нормальном режиме работы и при внешних коротких замыканиях величина дифференциального тока близка к нулю, но не равна нулю из-за погрешностей трансформаторов тока, различием характеристик намагничивания трансформаторов тока различных производителей и другими причинами. Величина небаланса дифференциального тока минимальна в нормальном режиме работы и увеличивается при увеличении значения внешнего тока короткого замыкания. Ток небаланса может вызвать неправильную работу защиты ДЗШ (или ДЗО), поэтому принимаются меры к ограничению его значения или загрубение уставки срабатывания. С целью ограничения тока небаланса необходимо:

а) применять однотипные трансформаторы тока с высокими характеристиками намагничивания, у которых насыщение сердечника трансформатора тока происходит при больших токах короткого замыкания;

б) уменьшать вторичные токи за счет увеличения коэффициента трансформации трансформаторов тока;

в) уменьшать нагрузку на трансформаторы тока путем увеличения сечения и сокращения длины соединительных проводов токовых цепей.

Все представленные выше мероприятия позволяют уменьшить погрешность трансформаторов тока при преобразовании величины первичного тока присоединений во вторичные значения.

В настоящее время разработаны более совершенные схемы дифференциальных защит шин (или ошиновки) с применением торможения, которые имеют более улучшенные характеристики отстройки от тока небаланса при внешнем коротком замыкании.

Защиты ДЗШ (или ДЗО) с торможением

Для повышения чувствительности защиты в минимальных режимах работы и отстройки от токов небаланса при внешнем коротком замыкании используют схемы дифференциальных защит шин (или ошиновки) с применением торможения, в которых уставка срабатывания дифференциального тока изменяется в зависимости от тока торможения (сквозного тока, проходящего через защищаемый объект).

Тормозной ток (ток стабилизации) представляет собой арифметическую сумму модулей токов от трансформаторов тока всех присоединений, зафиксированных на данной системе шин (ошиновки).

 - ток торможения (ток стабилизации).

Основной принцип действия защиты ДЗШ (или ДЗО) с торможением базируется на сравнении величины дифференциального тока  с уставкой срабатывания, которая в свою очередь изменяется в зависимости от величины рассчитанного тока торможения . Общий вид характеристики срабатывания защиты ДЗШ (или ДЗО) с торможением представлен на рисунке.

Характеристика срабатывания ДЗШ и ДЗО

Рис.2. Характеристики ДЗШ и ДЗО

Представленная характеристика предотвращает ложное срабатывание защиты, которое может быть вызвано наличием дифференциального тока при внешнем коротком замыкании из-за  различных характеристик и погрешностей трансформаторов тока.

Выбор уставки минимального тока срабатывания защиты (I-DIFF>) производится по условию предотвращения ложного действия защиты при возможном обрыве фазного провода вторичных токовых цепей защиты любого присоединения шин (отстройка от дифференциального тока при обрыве вторичных токовых цепей защиты в нагрузочном режиме):

 - ток срабатывания защиты;

 - коэффициент отстройки, который принимается равным «1,2»;

- максимальный длительно допустимый ток нагрузки самого нагруженного присоединения шин (или ошиновки). При затруднении в определении действительных токов нагрузки, следует принять максимальный номинальный первичный ток ТТ присоединений шин.

Дифференциальная токовая отсечка при реализации защиты ДЗШ и ДЗО (I-DIFF>>) как правило не используется.

Защита ДЗШ (или ДЗО) действует без выдержки времени при всех видах коротких замыканий на отключение защищаемого элемента с помощью выключателей с пуском УРОВ. После отключения от защиты 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. 

Контроль вторичных токовых цепей

В защите реализован контроль неисправностей вторичных токовых цепей ДЗШ (или ДЗО), который контролирует ток небаланса в дифференциальной цепи защиты каждой отдельной фазы и нулевом проводе. Данная блокировка выявляет обрыв или шунтирование фазы вторичной цепи трансформатора тока для своевременного выявления неисправности оперативным персоналом объекта. В случае выявления защита действует на сигнал или блокирование (по выбору) соответствующей селективной зоны ДЗШ, или полное блокирование ДЗШ. 

Оперативное обслуживание

Защита шин (или ошиновки) должна быть постоянно введена в работу. При невозможности обеспечить наличие защиты ДЗШ (или ДЗО) при работающем элементе необходимо:

1. Ввести оперативное ускорение резервных защит противоположных сторон линий, которые примыкают к системе шин (ошиновки) с выведенной ДЗШ (ДЗО).

2. Ввести оперативное ускорение ступеней резервных защит автотрансформаторов, направленных в сторону системы шин (ошиновки) с выведенной ДЗШ (ДЗО).

3. При наличии опережающего отключения ШСВ от резервных защит автотрансформаторов ввести оперативное ускорение опережающего отключения ШСВ (для сети 6-220 кВ).

Однако следует отметить, что при коротком замыкании на системе шин (ошиновки) локализация короткого замыкания будет выполняться путем отключения линий электропередачи, которые примыкают к системе шин (ошиновки), что может привести к развитию аварийной ситуации в энергосистеме (системной аварии), поэтому необходимо не допускать отсутствие защит ДЗШ (или ДЗО) по любой причине.

Для того, чтобы добавить Ваш комментарий к статье, пожалуйста, зарегистрируйтесь на сайте.