СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

Сборные шины и ошиновка

станций и подстанций 35-220 кВ

Дифференциальная токовая защита

Расчет уставок

1 Введение

Настоящий стандарт соответствует требованиям и рекомендациями, изложенным в ПУЭ гл. 3.2 «Релейная защита» [1] и Руководящих Указаниях по релейной защите выпуск 3 «Защита шин 6-220 кВ станций и подстанций» [2].

В стандарте учтены особенности построения и функционирования цифровых устройств релейной защиты БМРЗ, а также опыт их эксплуатации.

При разработке настоящего стандарта учитывался подход и практика решений, принятых в отечественной электроэнергетике.

В настоящем стандарте дан комплексный подход к расчету уставок дифференциальной токовой защиты шин и ошиновок, выбору диапазона измерений аналоговых каналов терминалов БМРЗ, даны рекомендации по выбору выдержек времени.

Стандарт содержит подробные примеры расчета уставок дифференциальной токовой защиты шин и ошиновок.

Расчёты в стандарте выполнены в первичных значениях величин. Перед вводом в цифровое устройство релейной защиты полученные в именованных единицах значения уставок необходимо перевести в относительные единицы, учитывая номинальных ток базисного присоединения.

Стандарт предназначен для специалистов в области проектирования и эксплуатации релейной защиты.

2 Обозначения и сокращения

В настоящем стандарте приняты следующие обозначении и сокращения:

АПВ – автоматическое повторное включение;

БТН – бросок тока намагничивания;

ДЗО – дифференциальная защита ошиновки;

ДЗТ – дифференциальная защита с торможением;

ДЗШ – дифференциальная защита шин;

ДТО – дифференциальная токовая отсечка;

ИПБ – алгоритм «Информационный признак блокирования»;

КЗ – короткое замыкание;

ПТН – преобразователь ток - напряжение;

РЗ – релейная защита;

СВ – секционный выключатель;

ТТ – трансформатор тока;

УРОВ – алгоритм «Резервирование при отказе выключателей»;

ШСВ – шиносоединительный выключатель.

3 Общие сведения о дифференциальной токовой защите шин

Дифференциальной токовой защитой шин называют защиту с абсолютной селективностью, основанную на непосредственном сравнении значений и фаз токов всех присоединений защищаемой шины.

Для правильного функционирования защиты необходимо, чтобы ТТ присоединений были установлены за выключателями (рисунок 3.1). Зона действия защиты ограничивается местом установки ТТ присоединений.

Рисунок 3.1 - Принцип действия дифференциальной токовой защиты

Каждое присоединение формирует так называемое «плечо» дифференциальной защиты. Для всех «плеч» защиты желательно применять ТТ с одинаковыми коэффициентами трансформации. При использовании ТТ с разными коэффициентами трансформации принимают меры по выравниванию токов в «плечах» дифференциальной защиты.

При подключении устройства защиты к ТТ присоединений за положительное направление токов принимают их направление в сторону защищаемого объекта.

При возникновении КЗ в зоне действия защиты (на шинах) суммарный вторичный ток ТТ (называемый дифференциальным) будет равен току КЗ - (рисунок 3.1, а). ДТО срабатывает при превышении дифференциальным током заданной уставки срабатывания.

При отсутствии КЗ и при внешнем КЗ дифференциальный ток в идеальных условиях будет равен нулю - (рисунок 3.1, б).

В реальных условиях в нормальном режиме работы схемы возникает дифференциальный ток небаланса, значение которого увеличивается при КЗ (в том числе и внешних).

Причина возникновения тока небаланса - погрешности, вносимые ТТ, устройствами релейной защиты, использование в схеме ТТ с разными коэффициентами трансформации.

При внешних КЗ влияние погрешностей ТТ может быть значительным, что приводит к необходимости увеличения уставки срабатывания и, следовательно, снижению чувствительности защиты к КЗ в зоне действия защиты.

Для повышения чувствительности наряду с ДТО применяют ДЗТ -

дифференциальную защиту с торможением, ток срабатывания которой изменяется в зависимости от тока торможения (сквозного тока, проходящего через защищаемый объект).

Основное достоинство защиты с торможением - автоматическое увеличение тока срабатывания при возрастании тока торможения, что позволяет обеспечить достаточную чувствительность в минимальных режимах и отстройку от токов небаланса при внешних КЗ в максимальных режимах.

4 Особенности дифференциальной защиты в терминалах БМРЗ

4.1 Цифровое выравнивание токов «плеч»

4.1.1 В блоках БМРЗ, предназначенных для защиты шин и ошиновок, предусмотрено цифровое выравнивание токов «плеч» защиты, что позволяет использовать ТТ присоединений с разными коэффициентами трансформации.

Коэффициент цифрового выравнивания каждого присоединения определяют по формуле (4-1):

(4-1)

где – коэффициент трансформации ТТ присоединения;

– коэффициент трансформации ТТ базисного присоединения.

За базисное присоединение выбирают, как правило, присоединение с наибольшим номинальным первичным током ТТ.

Для определения действующего значения дифференциального тока в терминале БМРЗ происходит суммирование токов всех «плеч» по формуле (4-2):

(4-2)

где – вектор вторичного фазного тока присоединения, А.

Действующее значение тока торможения терминал БМРЗ вычисляет как полусумму действующих значений токов всех «плеч» по формуле (4-3):

(4-3)

4.2 Выбор ТТ и ПТН

4.2.1 ТТ должны удовлетворять требованиям по их применению в цепях РЗ (в том числе и по условиям термической стойкости вторичных цепей) и должны быть проверены в соответствии с РД 153-34.0-35.301-2002 [3].

4.2.2 Полная погрешность ТТ при максимальном токе нагрузочного режима не должна превышать 10 %.

4.2.3 Номинальный ток измерительного канала и соответствующие диапазоны измерений приведены в эксплуатационной документации на терминалы БМРЗ.

Для обеспечения работы в режимах КЗ внутри защищаемой зоны максимально допустимое значения тока измерительного канала выбирают по соотношению:

(4-4)

где =2 - коэффициент, учитывающий переходный режим (наличие апериодической составляющей тока);

- периодическая составляющая максимального фазного тока КЗ (как правило, трехфазного металлического КЗ) внутри защищаемой зоны, протекающего через ТТ (в начальный момент времени КЗ), А;

- коэффициент трансформации ТТ.

По таблице технических характеристик блока выбирают ПТН, имеющий ближайшее большее значение максимально допустимого входного тока.

В случае если выбрать ПТН вышеуказанным способом не удаётся из-за слишком большой величины тока КЗ, следует выбрать ПТН с максимально возможным допустимым входным током, обращая особое внимание на выполнение условий, изложенных в п.п. 4.2.1, 4.2.2.

При выборе номинальных токов измерительных каналов может потребоваться соблюдение и иных условий, обозначенных в эксплуатационной документации на терминалы релейной защиты.

4.3 Общие сведения о работе ДТО

4.3.1 ДТО предназначена для быстрого и селективного отключения КЗ со значительным дифференциальным током в зоне действия защиты. ДТО как вспомогательный элемент дифференциальной защиты рекомендуется всегда применять совместно с ДЗТ.

Срабатывание ДТО при превышении дифференциальным током заданной уставки происходит без выдержки времени, без торможений и блокирования. Возврат ДТО происходит при снижении дифференциального тока ниже уставки срабатывания защиты (с учётом коэффициента возврата).

4.3.2 Для системы шин, состоящей из двух секций, соединенных СВ, или двух шин, соединенных ШСВ, в блоках дифференциальной защиты шин предусмотрено три пусковых органа.

Зоны действия ДТО I с.ш. и ДТО II с.ш. (рисунок 4.1) охватывают секции шин (шины) по отдельности. Зона действия ДТО (I с.ш. + II с.ш.) охватывает всю систему шин целиком.

4.3.3 При рабочей фиксации присоединений введены два пусковых органа ДТО с охватом соответствующих секций шин (шин), действующих на селективное отключение поврежденной секции шин (шины).

- элемент защиты (пусковой орган, избирательный орган).

Рисунок 4.1 - Зоны действия пусковых органов ДТО

При нарушении рабочей фиксации присоединений, алгоритм, предусмотренный в терминале БМРЗ, выводит селективные органы ДТО I с.ш. и ДТО II с.ш. из работы, вводит пусковой орган ДТО (I с.ш. + II с.ш.), охватывающий всю систему шин и отключающий при КЗ всю систему шин. Нарушение рабочей фиксации алгоритм терминала определяет по факту поступления сигнала на дискретный вход терминала «нарушение фиксации».

Эквивалентная схема действия пусковых органов ДТО, показанных на рисунке 4.1, приведена на рис. 4.2.

Рисунок 4.2 - Эквивалентная схема действия пусковых органов ДТО

4.3.4 В блоках БМРЗ, предназначенных для дифференциальной защиты ошиновки, предусмотрен всего один пусковой орган ДТО, зона действия которого охватывает всю ошиновку.

4.4 Общие сведения о работе ДЗТ

ДЗТ предназначена для быстрого и селективного отключения всех видов КЗ в зоне действия защиты.

Высокую чувствительность ДЗТ обеспечивает применение торможения защиты при возрастании сквозного тока, протекающего через защищаемый объект. Торможение также учитывает увеличение погрешности ТТ (в том числе более 10%) при возрастании проходящего через него тока.

ДЗТ системы сборных шин выполнена с использованием пускового органа ПО, зона действия которого охватывает всю систему шин, и двух избирательных органов - ИО I c.ш. и ИО I с.ш. - охватывающих секции шин (шины) по отдельности (рисунок 4.3).

Для пускового и избирательных органов могут быть заданы собственные характеристики срабатывания.

При сохранении рабочей фиксации присоединений пусковой и избирательные органы ДЗТ введены. При срабатывании пускового и одного из избирательных органов алгоритм защиты осуществляет селективное отключение секций шин (шин).

- элемент защиты (пусковой орган, избирательный орган).

Рисунок 4.3 - Зоны действия пусковых и избирательных органов ДЗТ

При нарушении рабочей фиксации присоединений алгоритм, предусмотренный в терминале БМРЗ, выводит (шунтирует) селективные органы ИО ДЗТ, пусковой орган ПО ДЗТ обеспечивает отключение всей системы шин при КЗ (рис. 4.4).

Рисунок 4.4 - Эквивалентная схема действия пусковых и избирательных органов ДЗТ

В блоках дифференциальной защиты ошиновки предусмотрен один пусковой орган ДЗТ, зона действия которого охватывает всю ошиновку.

Минимальный ток срабатывания избирательных органов отстраивают от тока небаланса, возникающего при обрыве вторичных цепей ТТ.

Отдельная ступень защиты при обрыве вторичных цепей ТТ действует на сигнализацию с выдержкой времени, и может блокировать избирательные органы ДЗТ.

При опробовании секции или шины в минимальном режиме (от одного питающего присоединения) токи КЗ на шине снижаются. Для обеспечения необходимой чувствительности защиты в этом случае алгоритм, предусмотренный в блоке БМРЗ, вводит в работу комплект чувствительных пускового и избирательных органов, аналогичный основному комплекту, имеющий меньшие уставки срабатывания (иначе - работающий по более чувствительным уставкам).

В алгоритме предусмотрено автоматическое введение в работу комплекта «чувствительных» органов при срабатывании основного комплекта на отключение. Такая особенность алгоритма обеспечивает «удержание» защиты в сработавшем состоянии при отключении мощных питающих присоединений и снижении тока КЗ.

5 Дифференциальная токовая отсечка

5.1 Выбор уставок срабатывания ДТО

5.1.1 Уставку срабатывания ДТО всех пусковых органов выбирают по условию отстройки от расчётного максимального тока небаланса.

Расчётным для определения максимального тока небаланса выбирают присоединение, ТТ которого имеет наибольшую погрешность при прохождении через него тока внешнего КЗ.

Максимальный расчётный ток небаланса при максимальном токе внешнего КЗ находят по формуле (5-1):

(5-1)

где - периодическая составляющая максимально возможного первичного тока КЗ (в начальный момент времени КЗ), проходящего при внешнем КЗ по ТТ присоединения, являющегося расчётным, А;

- максимальное значение полной погрешности ТТ расчётного присоединения (соответствующее току )[1]⁾;

=0,05 - погрешность цифрового выравнивания токов «плеч»;

= 0,025 - технологический запас;

Уставку срабатывания ДТО вычисляют по формуле (5-2):

(5-2)

где – коэффициент надежности.

5.1.2 При выборе уставки срабатывания ДТО для режима опробования присоединения по схеме с «открытым плечом» (см. п.9.1.4) возможно два случая:

- при отсутствии силовых трансформаторов в зоне действия защиты загрубление ДТО в режиме опробовании присоединений не требуется;

- при наличии силовых трансформаторов в зоне действия защиты необходимо «загрубить» уставку ДТО для того, чтобы отстроиться от максимального БТН силового трансформатора присоединения.

Для первого случая уставку принимают равной уставке срабатывания ДТО , найденной по формуле (5-2), т.е. .

Во втором случае значение уставки находят по формуле (5-3):

(5-3)

где – коэффициент броска тока намагничивания, =;

– номинальный ток силового трансформатора, А.

5.1.3 В связи с тем, что ДТО является вспомогательным элементом ДЗТ (см. раздел 6), проверку чувствительности ДТО не производят.

6 Дифференциальная токовая защита с торможением

6.1 Выбор уставок срабатывания ДЗТ

6.1.1 Для упрощения расчета характеристики срабатывания

избирательных и пускового органов выбирают аналогичными, а их уставки рассчитывают с использованием параметров всех присоединений, не зависимо от того, за какой секцией (первой или второй) шин они зафиксированы.

Для ступени сигнализации небаланса при обрыве вторичных цепей ТТ уставку срабатывания пусковых органов также рассчитывают независимо от фиксации присоединений за той или иной секцией шин.

Если требования по условиям чувствительности ДЗТ или по условиям отстройки сигнализации небаланса не выполняются, то выбор уставок пусковых и избирательных органов может быть осуществлен с учетом фиксации присоединений.

При изменении рабочей схемы сборной системы шин необходимо выполнить расчет уставок учитывающий другую фиксацию присоединений.

На рисунке 6.1 представлен общий вид характеристик ДЗТ и ДТО.

6.1.2 Уставку начального тока срабатывания органов ДЗТ одиночной системы шин и двойной системы шин вычисляют по формуле (6-1):

(6-1)

где – коэффициент отстройки от дифференциального тока, возникающего при обрыве вторичных цепей ТТ;

- максимальный ток нагрузочного режима (первичный ток нагрузки базисного присоединения), А.

Рисунок 6.1 - Характеристики ДТО и ДЗТ

6.1.3 Уставку срабатывания ступени ДЗШ, действующей на сигнализацию небаланса при обрыве вторичных цепей ТТ, вычисляют по формуле (6-2):

(6-2)

где =от 0,85 до 0,9 - коэффициент отстройки;

– минимальное значение рабочего тока наименее мощного присоединения, А.

6.1.4 Максимальный ток небаланса в рабочем режиме определяют по формуле (6-3):

(6-3)

где = 0,1 - наибольшая расчётная полная погрешность ТТ при максимальном токе нагрузочного режима;

=0,05 - погрешность цифрового выравнивания токов «плеч»;

= 0,025 - технологический запас;

6.1.5 Уставка срабатывания ступени ДЗШ, действующей на сигнализацию небаланса при обрыве вторичных цепей ТТ, должна быть больше максимального тока небаланса в рабочем режиме .

6.1.6 Коэффициент торможения участка торможения ДЗТ вычисляют по формуле (6-4):

(6-4)

Полученное значение коэффициента торможения применяют для пусковых и избирательных органов ДЗТ.

Для надежной работы защиты при КЗ в зоне её действия, значение коэффициента должно быть не более 1,9. Если расчетное значение >1,9, необходимо принять меры по уменьшению погрешности измерительных ТТ, обусловленной током , например снизить нагрузку на вторичные цепи ТТ.

6.1.7 Используя формулу (6-5) находим уставку по току начала торможения :

(6-5)

6.1.8 «Чувствительные» уставки, используемые при опробовании шин, отстраивают от тока небаланса ДЗТ неотключаемых присоединений нагрузки.

Отстройку выполняют с учетом тока самозапуска двигателей, броска тока намагничивания силовых трансформаторов, токов качаний или асинхронного хода, которые могут возникнуть между присоединениями системы (секции) шин.

Ток срабатывания по условиям отстройки от неотключаемых присоединений определяют по формуле (6-6):

(6-6)

где =1,5 – коэффициент надежности;

= 0,1 – полная погрешность ТТ, установленного на присоединении питания шин;

– коэффициент самозапуска, учитывающий увеличение тока при самозапуске заторможенных двигателей. Значение коэффициента выбирают равным от 5 до 7 в зависимости от номинального пускового тока подключенных электродвигателей.

= – коэффициент броска тока намагничивания;

– расчетное значение рабочего тока неотключаемого присоединения, содержащего двигательную нагрузку с самозапуском заторможенных двигателей, А;

– расчетное значение рабочего тока неотключаемого присоединения, содержащего силовые трансформаторы, А;

– расчетное значение рабочего тока неотключаемого присоединения, не содержащего силовых трансформаторов и двигательной нагрузки с самозапуском, А.

Ток срабатывания по условиям отстройки от токов качаний или асинхронного хода определяют по формуле (6-7):

(6-7)

где – ток качаний или асинхронного хода, А.

В качестве уставки выбирают большее из значений, вычисленных по формулам (6-6) и (6-7),.

Коэффициент торможения выбирают равным .

Ток начала торможения «чувствительных» органов принимают равным .

6.2 Проверка чувствительности ДЗТ

6.2.1 Коэффициент чувствительности ДЗТ рассчитывают по формуле (6-8):

(6-8)

где – периодическая слагающая тока металлического КЗ (в начальный момент времени КЗ) в минимальном режиме работы, А.

6.2.2 Расчетное значение коэффициента чувствительности должно соответствовать требованиям ПУЭ (см. [1], п. 3.2.21) и быть около 2. Для для режима опробования шин значение коэффициента чувствительности может быть около 1,5 (см. [1], п. 3.2.21).

Если расчетное значение коэффициента чувствительности не соответствует требованиям, приведенным в ПУЭ, необходимо принять меры, способствующие уменьшению уставки ().

7 Отключение выключателей по сигналу УРОВ

7.1 Алгоритм УРОВ предназначен для отключения КЗ, сопровождающихся отказом выключателей или защит участка, на котором выявлено КЗ.

Для сборных шин алгоритм УРОВ должен действовать в соответствии с рекомендациями, приведенными в [9] – отключать данную систему (секцию) шин при КЗ на отходящем присоединений либо на соседней системе (секции) шин, сопровождающимся отказом соответствующего выключателя – на отключение.

Так, например, при отказе выключателя Q5 (рисунок 7.1) происходит отключение по сигналу УРОВ всех остальных выключателей первой секции шин - Q1 СВ, Q2, Q3, Q4.

7.2 Пуск алгоритма УРОВ происходит от защит присоединений. Алгоритм УРОВ входит в состав автоматики управления выключателем присоединения и при срабатывании формирует сигнал на вход приемника УРОВ («УРОВп») защиты шин.

В блоках БМРЗ, обеспечивающих защиту шин, предусмотрены входы «УРОВп 1» и «УРОВп 2» для соответствующих секций (шин), что обеспечивает действие УРОВ на отключение соответствующей секции (шины) при сохранении рабочей фиксации присоединений.

Q2

Q3

Q4

Рисунок 7.1 - Принцип работы УРОВ при КЗ на присоединении

Поступление сигнала «УРОВп 1» или «УРОВп 2» при нарушенной рабочей фиксации присоединений приводит к формированию сигналов на отключение всей системы шин (см. рисунок 7.2).

Рисунок 7.2 - Эквивалентная схема действия приемника УРОВ на отключение секций шин

Нарушение рабочей фиксации алгоритм терминала определяет по факту

поступления сигнала на дискретный вход терминала «нарушение фиксации».

8 Отключение КЗ в «мертвой» зоне

8.1 Принцип действия

8.1.1 При использовании выносных ТТ (см. ТА1 на рис. 8.1) на присоединении секционного или шиносоединительного выключателя КЗ в зоне между ТТ и выключателем (так называемой «мертвой» зоне) не может быть селективно отключено без выдержки времени.

Это связано с тем, что без отключения СВ невозможно определить на какой из секций шин возникло КЗ, как при использовании одного ТТ на СВ, так и при использовании двух ТТ.

8.1.2 При выполнении схемы с одним ТТ, ДЗШ сначала излишне отключает неповрежденную секцию (шину), затем, при продолжении КЗ, распознаваемого по току, протекающему через ТА1, отключает поврежденную секцию (шину) с выдержкой времени.

Рисунок 8.1 – Неселективное отключение КЗ в зоне между ТТ и СВ при использовании одного ТТ

Сохранение селективности действия защиты возможно только при условии предварительного отключения СВ и введении задержки действия ДЗШ на отключение остальных присоединений.

При этом «плечо» секционного выключателя дифференциальной защиты должно «открываться» в сторону отключенного секционного выключателя (как описано в п.9.1.4), что приводит к изменению зоны охвата избирательного органа (см. стрелку серого цвета на рисунке 8.2) и обеспечивает селективное отключение КЗ.

Для сохранения селективности задержка действия ДЗШ должна осуществляться при любом КЗ.

Рисунок 8.2 - Селективное отключение КЗ в зоне между ТТ и СВ

с выдержкой времени при использовании одного ТТ

8.1.3 При выполнении схемы с двумя ТТ (см. ТА1 и ТА2 на рисунке 8.3), КЗ в этой же точке приводит к срабатыванию обоих избирательных органов и неселективному отключению обеих секций (шин) без выдержки времени.

Рисунок 8.3 - Неселективное отключение КЗ в зоне между

ТТ и СВ при использовании двух ТТ

Сохранение селективности действия защиты возможно только при условии предварительного отключения секционного выключателя СВ и введении задержки действия ДЗШ на отключение остальных присоединений. При этом «плечи» секционного выключателя дифференциальной защиты должны «открываться» в сторону отключенного секционного выключателя (как описано в п.9.1.4), что приводит к изменению зон охвата избирательных органов (см. стрелки серого цвета на рисунке 8.4), обеспечивая тем самым возврат избирательного органа неповрежденной секции (шины) и селективное отключение КЗ.

Рисунок 8.4 - Селективное отключение КЗ в зоне между ТТ и СВ с выдержкой времени при использовании двух ТТ

Задержка действия ДЗШ для сохранения селективности вводится автоматически только при возникновении рассматриваемых случаев КЗ, распознаваемых по факту срабатывания избирательных органов обеих секций (шин).

8.1.4 Максимальное полное время действия защиты с предварительным отключением секционного выключателя (см. рисунки 8.2, 8.4), учитывающее время срабатывания защиты, отключения выключателя и возврата пускового органа неповрежденной секции, должно удовлетворять основным требованиям по времени отключения повреждений, включая требование минимизации области и степени повреждения элемента энергосистемы.

Если данное требование не может быть удовлетворено, целесообразно предусмотреть неселективное отключение при КЗ в зоне между ТТ и СВ, учитывая редкость случаев КЗ в «мертвой» зоне.

В терминалах дифференциальной защиты шин БМРЗ в зависимости от исполнения блока могут быть реализованы различные варианты отключения КЗ в зоне между ТТ и СВ/ШСВ в соответствии со схемами, приведенными на рисунках 8.1, 8.2, 8.3, 8.4.

8.2 Выбор уставок

8.2.1 Выдержку времени резервного отключения системы шин при КЗ в «мертвой зоне» СВ/ШСВ при работе в соответствии с рисунком 8.1, , отстраивают от максимального времени отключения СВ (с учетом времени действия промежуточных реле ) и времени возврата защиты (принимается равным 0,03с) по формуле (8-1):

(8-1)

где = от 0,01 до 0,03 с, время, учитывающее возможные дополнительные задержки.

Суммарное время, состоящее из выдержки и времени отключения выключателей присоединений (с учетом промежуточных реле) должно удовлетворять основным требованиям по времени отключения КЗ.

8.2.2 Уставку срабатывания реле минимального тока необходимо выбирать по возможности минимальной.

Рекомендуемое значение уставки составляет 5-10% от номинального тока ТТ присоединения.

Выбранная уставка по току должна быть выше нижней границы диапазона измерений выбранного ПТН (см. п.4.2):

(8-2)

где – нижняя граница диапазона контролируемых значений аналоговых входов по току, приводится в руководстве по эксплуатации на соответствующий блок БМРЗ, А.

В некоторых случаях минимальное значение уставки может быть ограничено по условиям отстройки от максимального емкостного тока, от токов через емкостные делители и т.д.

8.2.3 Выдержку времени отключения ДЗШ, при предварительном делении системы шин путем отключения СВ/ШСВ в соответствии с рисунками 8.2, 8.4, определяют аналогично выдержке времени .

Суммарное время, состоящее из выдержки и времени отключения выключателей присоединений (с учетом времени действия промежуточных реле) должно удовлетворять основным требованиям по времени отключения КЗ.

9 Опробование шин и присоединений

9.1 Принцип действия

9.1.1 В блоках ДЗШ и ДЗО предусмотрено выполнение различных (в зависимости от исполнения блока) видов опробования шин и присоединений.

9.1.2 Опробование секции шин путем подачи напряжения от присоединения или соседней секции осуществляется при постановке секции (шины) под напряжение, в том числе и при выполнении АПВ.

При наличии повреждения на опробуемой секции (шине), блок обеспечивает селективное отключение (по принципу действия защит) только опробуемой секции (шины) без выдержки времени.

Поскольку при выполнении опробования ток КЗ может быть меньше расчетного, опробование может выполняться с применением для опробуемой секции (шины) отдельной группы «чувствительных» пусковых органов.

9.1.3 При опробовании присоединения по схеме «закрытого плеча» путем подачи напряжения на присоединение от шины или секции шин дополнительно может вводиться выдержка времени действия защиты шин на отключение, что исключает излишнее отключение системы шин.

При наличии повреждения на опробуемом присоединении, отключение присоединения осуществляется защитой присоединения, при минимальной выдержке времени.

9.1.4 При опробовании присоединения по схеме «открытого плеча» путем подачи напряжения на присоединение от шины или секции шин, зона действия защиты расширяется на всё опробуемое присоединение (рисунок 9.1), а ток, протекающий через опробуемое присоединение, вызывает увеличение дифференциального тока в защите.

При срабатывании дифференциальная защита отключает только выключатель опробуемого присоединения.

При опробовании присоединений по схеме «открытого плеча» нагрузка на другом конце присоединения должна быть отключена.

Для ликвидации КЗ на шинах, которые могут возникнуть во время проведения опробования, время действия режима опробования присоединения по схеме «открытого плеча» ограничивается. В случае поступления сигнала УРОВ от присоединений, режим опробования снимается без выдержки времени.

Рисунок 9.1 – Опробование присоединения по схеме

«открытого плеча»

9.1.5 При опробовании присоединений шин по схеме с «открытым плечом», алгоритм ДТО также обеспечивает отключение присоединений при КЗ с током большой кратности.

При использовании данной схемы ток опробуемого присоединения суммируется с дифференциальным током.

В связи с этим необходимо отстроить уставку тока срабатывания ДТО от значения БТН силового трансформатора присоединения, если он находится в опробуемой зоне.

Поэтому при выполнении опробования присоединения по схеме «с открытым плечом» может происходить снижение чувствительности ДТО.

9.1.6 При выполнении опробования присоединения от шин по схеме с «открытым плечом» ДЗТ остается в работе и обеспечивает отключение опробуемого присоединения.

При выявлении БТН силового трансформатора, находящегося в зоне опробования, происходит блокирование ДЗТ.

Максимальная длительность блокирования ДЗТ ограничена для исключения излишнего блокирования защиты.

Блокирование ДЗТ при бросках тока намагничивания вводится только для режима опробования присоединения по схеме с «открытым плечом». Возврат режима опробования происходит только при отсутствия блокирования.

9.2 Выбор уставок

9.2.1 Перечень уставок, используемых в алгоритмах автоматики опробования шин и присоединений, в различных терминалах защиты может различаться в зависимости от функциональных возможностей терминала.

9.2.2 Уставки по максимальному и минимальному напряжению определяют исходя из номинального вторичного межфазного напряжения :

- уставку максимального реле напряжения принимают равной

;

- уставку минимального реле напряжения принимают равной

;

Уставку реле напряжения обратной последовательности отстраивают от максимальной величины небаланса вторичного напряжения обратной последовательности , выбирая её по формуле (9-1):

(9-1)

где = 1,2 – коэффициент отстройки.

9.2.3 В блоках БМРЗ можно задать следующие уставки по времени в алгоритмах автоматики опробования шин и присоединений:

– время действия режима опробования шин (секции) при оперативном включении. Уставка отсчитывается от момента включения выключателя присоединения (сигнал «КСС»);

– время действия режима опробования шин (секции) при выполнении АПВ. Отсчитывается с момента отключения шин (секции), определяемого по снижению напряжения ниже заданной уставки;

– время действия режима опробования присоединения от шин (секции). Выдержка отсчитывается от момента включения выключателя опробуемого присоединения (сигнал «КСС»).

– выдержка времени возврата режима опробования ошиновки при успешном опробовании, обеспечивает возврат режима опробования до

истечения времени или . Уставка отсчитывается с момента появления симметричного напряжения на ошиновке, превышающего заданную уставку.

9.2.4 Выдержка времени должна быть больше суммарного времени включения выключателя (с учетом времени действия промежуточного реле), времени переходного процесса при подаче питания на шины (секцию), и времени действия защиты (последнее принимают равным 0,04 с).

9.2.5 Выдержку времени определяют как сумму времени действия АПВ шин и выдержки .

9.2.6 Выдержка времени должна отстраиваться от суммарного времени включения выключателя (с учетом промежуточного реле), времени переходного процесса при подаче питания на присоединение, и максимального времени действия защиты присоединения (включая отключение выключателя при КЗ).

9.2.7 Выдержка может быть принята равной 0,1 с.

10 Блокирование защиты при броске тока намагничивания силового трансформатора

10.1 Принцип действия

10.1.1 При опробовании по схеме с «открытым плечом» присоединения, содержащего силовой трансформатор (автотрансформатор), в присоединении появляется ток, значение которого из-за насыщения магнитопровода трансформатора может быть соизмеримо с токами внутренних КЗ.

В литературе это явление называется броском током намагничивания - БТН.

10.1.2 Отстройку ДТО от БТН в режиме опробования обеспечивают выбором соответствующей уставки по току срабатывания (см. п.5.1.2).

10.1.3 Отстройку ДЗТ от БТН в режиме опробования обеспечивают с помощью алгоритма ИПБ.

Алгоритм ИПБ выявляет режим БТН и блокирует работу ДЗТ, тем самым исключая ложное срабатывание ДЗТ при включении трансформатора (автотрансформатора). Такой вариант отстройки позволяет не увеличивать начальный ток срабатывания и коэффициент торможения, сохранив требуемый коэффициент чувствительности защиты.

Алгоритм ИПБ блокирует ДЗТ только при выполнении опробования присоединения с «открытым плечом» и не влияет на работу ДТО.

Количественным признаком БТН является наличие второй гармоники в дифференциальном токе. Известно [10], что в периодическом БТН доля второй гармонической составляющей около 15 %. В апериодическом БТН доля второй гармонической составляющей намного больше и составляет до 40 %.

В блоках ДЗШ и ДЗО вычисление параметра , на основе которого работает алгоритм ИПБ, происходит по формуле (10-1):

(10-1)

где – действующее значение второй гармоники в дифференциальном токе, А;

– действующее значение первой гармоники в дифференциальном токе, А.

Блокирование ДЗТ по соответствующей фазе происходит при превышении расчетным параметром заданной уставки.

10.1.4 Для исключения излишнего блокирования ДЗТ применяют ограничение времени действия алгоритма ИПБ (в зависимости от исполнения терминала).

Максимально допустимое время действия алгоритма ИПБ задают уставкой . По истечении заданного времени с момента возникновения БТН блокирование ДЗТ прекращается.

10.1.5 Для повышения эффективности блокирования ДЗТ при возникновении периодических БТН применяют перекрестное блокирование (в зависимости от исполнения терминала).

Перекрестное блокирование действует на все три фазных органа ДЗТ при срабатывании алгоритма ИПБ хотя бы в одном из них.

Для исключения излишнего блокирования ДЗТ режим перекрестного блокирования вводится временно с момента срабатывания алгоритма ИПБ и действует до истечения времени, заданного уставкой . По завершении заданного времени блокирование действует только пофазно.

10.2 Выбор уставок

10.2.1 Уставку срабатывания ИПБ выбирают по условию срабатывания ИПБ при включении силового трансформатора на холостой ход и возникновении периодического БТН, используя формулу (10-2):

(10-2)

где = от 0,2 до 0,65 – коэффициент гармонических искажений дифференциального тока,

= от 1,1 до 1,5 – коэффициент отстройки.

Для силовых трансформаторов, группа соединения обмоток которых отличается от «0» или «6», необходимо выбирать минимальное значение коэффициента отстройки в связи с высокой вероятностью возникновения периодических БТН.

Значение уставки рекомендуется уточнить по опыту эксплуатации с учётом специфических свойств конкретного объекта.

10.2.2 Уставку определяют по формуле (10-3):

(10-3)

где = от 1,15 до 1,30 – коэффициент отстройки;

t – постоянная затухания БТН, с;

= – коэффициент БТН;

– номинальный ток силового трансформатора, А;

– начальный ток срабатывания ДЗТ, А.

Знчение рекомендуется уточнить по опыту эксплуатации с учётом специфических свойств конкретного объекта.

10.2.3 В соответствии с рекомендациями, приведенными в [11], постоянную затухания БТН определяют по одной из двух формул, приведенных ниже.

Если трансформатор (автотрансформатор) включают со стороны обмотки, соединенной в звезду, то используют формулу (10-4):

(10-4)

При включении со стороны обмотки, соединенной в треугольник применяют формулу (10-5):

(10-5)

В формулах применены следующие обозначения:

– реактивное сопротивление питающей сети, Ом;

– реактивное сопротивление первичной обмотки насыщенного трансформатора, принимаемое равным реактивному сопротивлению обмотки при замене стали воздухом (в (10-5) – для обмотки одного стержня), Ом;

– угловая частота сети, рад/с, (, = 50 Гц – частота сети);

– активное сопротивление питающей сети, Ом (при отсутствии данных принимают равным );

– активное сопротивление обмотки, на которую подаётся напряжение при включении (в (10-5) – для обмотки одного стержня), Ом.

10.2.4 Реактивное сопротивление обмотки насыщенного трансформатора определяют по формуле (10-6):

(10-6)

где – сопротивление трансформатора при однофазном включении, % (см. [12, таблица ПV-1]). При отсутствии данных о значении для ориентировочных расчетов можно воспользоваться формулами из таблицы 10.1;

– номинальное напряжение стороны трансформатора, с которой производится включение, кВ;

– номинальная мощность трансформатора, МВ×А.

10.2.5 Активное сопротивление обмотки трансформатора при отсутствии паспортных данных может быть определено по формуле (10-7):

(10-7)

где – потери КЗ, кВт;

– номинальное напряжение стороны трансформатора, с которой производится включение, кВ;

– номинальная мощность трансформатора, МВ×А.

Значение сопротивления рекомендуется уточнить, используя опытные данные о сопротивлении соответствующей обмотки постоянному току.

10.2.6 Для силовых трансформаторов (автотрансформаторов) со схемой соединения обмоток «0» или «6» перекрестное блокирование необязательно, поэтому принимают = 0.

Для силовых трансформаторов, группа соединения обмоток которых отличается от «0» или «6» принимают = .

Значение рекомендуется уточнять по опыту эксплуатации с учётом специфических свойств конкретного объекта.

Таблица 10.1 - Формулы для расчета (по [12] , таблица ПV-2)

Элемент	Мощность	Формула для расчета , %
Трансформаторы 220 кВ	6,3 – 63,0 МВ×А
Трансформаторы 220 кВ	75 – 125 МВ×А
Трансформаторы¹⁾ 110 - 330 кВ	Любой мощности при ^{2), 3)}
Трансформаторы¹⁾ 110 - 330 кВ	Любой мощности при ⁴⁾
Автотрансформаторы 220 кВ	32 - 63 МВ×А
Автотрансформаторы 220 - 330 кВ	75; 120 - 180 МВ×А
Автотрансформаторы 220 - 330 кВ	200 - 240 МВ×А
¹⁾Включены со стороны среднего напряжения. ²⁾ Значение дано в процентах для среднего положения регулятора РПН. Для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов соответствует наибольшему из напряжений КЗ между обмоткой, со стороны которой производится включение, и одной из двух других обмоток. Для автотрансформаторов должно быть приведено к проходной мощности автотрансформатора. ³⁾С обмотками среднего напряжения, расположенными под обмотками высшего и низшего напряжения. ⁴⁾С обмотками среднего напряжения, расположенными между обмотками высшего и низшего напряжения.

11 Выбор остальных уставок

11.1 В терминалах БМРЗ-ДЗШ и БМРЗ-ДЗО может использоваться ряд других уставок, обеспечивающих действие алгоритмов автоматики:

- – время дополнительного удержания контактов выходного реле срабатывания защиты (отключения) в замкнутом состоянии после возврата защиты или иной причины отключения.

- – время дополнительного удержания сигнала блокирования АПВ с момента возврата выходного реле срабатывания защиты (отключения).

- - уставка реле минимального тока.

11.2 Уставку определяют по характеристикам реле в цепях отключения выключателя и времени отключения выключателя.

Рекомендуемое значение уставки - не менее 0,1 с.

11.3 Уставку выбирают с учетом особенностей автоматики управления выключателем.

11.4 Реле минимального тока присоединений используют для удержания в замкнутом состоянии контактов выходного реле срабатывания защиты (отключения) при снижении тока КЗ после отключения одного из питающих присоединений.

Выбор уставок реле минимального тока производят в соответствии с описанным в п. 8.2.2.

12 Пример расчёта уставок

12.1 Исходные данные

Значения коэффициентов трансформации трансформаторов тока, используемых на присоединениях ПС-110 кВ «Северо-Запад» (рисунок 12.1), приведены в таблице 12.1.

Рисунок 12.1 – Эквивалентная схема ПС-110 кВ «Северо-Запад»

Для всех присоединений допускается только один цикл работы алгоритма АПВ.

Предусмотрено опробование систем шин от присоединений, а также присоединений от систем шин по схеме «закрытого плеча». Опробование присоединений по схеме «открытого плеча» не предусмотрено.

Выключатели Q3 и Q11 двух присоединений (ВЛ-110 кВ «Восточная» и ВЛ-110 кВ «Западная») не должны отключаться по сигналу ДЗШ.

Таблица 12.1 – Значения коэффициентов трансформации трансформаторов тока присоединений

Присоединение и выключатель
I система шин
ВЛ-110 кВ «Центральная-1», Q6	600/5
ВЛ-110 кВ «Южная-1», Q5	600/5
ВЛ-110 кВ «Северная-1», Q4	600/5
ВЛ-110 кВ «Восточная», Q3	600/5
АТ-1 ПС-110 кВ «Северо-Запад», Q2	1000/5
II система шин
ВЛ-110 кВ «Центральная-2», Q12	600/5
ВЛ-110 кВ «Западная», Q11	600/5
ВЛ-110 кВ «Северная-2», Q10	600/5
ВЛ-110 кВ «Лесная-2», Q9	600/5
АТ-2 ПС-110 кВ «Северо-Запад», Q8	1000/5
АТ-3 ПС-110 кВ «Северо-Запад», Q7	1000/5
Секционный выключатель
СВ-110 кВ, Q1 СВ	1000/5

Схема, приведенная на рисунке 12.1, характеризуется такими значениями токов КЗ:

=15000 А – в максимальном режиме работы;

=10050 А – в минимальным режимом работы;

=4200 А – в режиме опробования I системы шин;

=4500 А – в режиме опробования II системы шин.

Максимальный рабочий ток наиболее мощного присоединения:

=980 А.

Минимальный рабочий ток наименее мощного присоединения:

=520 А.

Номинальные токи присоединений, которые не должны отключаться по сигналу ДЗШ:

=550 А;

=570 А.

Расчет уставок начнем с оценки погрешностей трансформаторов тока.

12.2 Погрешности ТТ

Расчет погрешностей ТТ каждого присоединения проводят, используя рекомендации, приведенные в [3], для периодической составляющей максимально возможного первичного тока КЗ (в начальный момент времени КЗ), проходящего при внешнем КЗ по ТТ присоединения - =15000 А.

Из полученных значений погрешностей в качестве расчётной принята полная максимальная погрешность .

При максимальном токе нагрузочного режима погрешности ТТ не превышают 10%.

12.3 Расчёт коэффициентов цифрового выравнивания

В качестве базисного принимаем коэффициент трансформации ТТ с наибольшим номинальным первичным током, т.е. .

Используя формулу (4-1) находим значение коэффициента для присоединений с трансформаторами тока, имеющими коэффициент трансформации:

- :

;

(12-1)

- :

(12-2)

После нахождения коэффициентов цифрового выравнивания перейдем к выбору характеристик ПТН в блоках БМРЗ.

12.4 Выбор ПТН

12.4.1 Подставив в формулу (4-4) соответствующие расчетные значения, находим максимально допустимое значение тока в измерительном канале для присоединений с :

(12-3)

Для присоединений с выбираем ПТН у которого и для которого в эксплуатационной документации терминала БМРЗ указано значение .

12.4.2 Подставив в формулу (4-4) соответствующие расчетные значения, находим максимально допустимое значение тока в измерительном канале для присоединений с :

(12-3)

12.4.3 В руководстве по эксплуатации терминала БМРЗ рекомендовано после выбора ПТН проверять для каждого присоединения выполнение такого соотношения:

(12-4)

где – значение для присоединения, выбранного в качестве базисного и на котором установлен ТТ с ;

– значение для рассматриваемого присоединения.

12.4.4 Проверим выполнение соотношения (12-4) для присоединений, на которых установлены трансформаторы тока с :

(12-5)

Проверка показала, что условие (12-4) для этих присоединений выполняется.

12.4.5 Проверим выполнение соотношения (12-4) для присоединений, на которых установлены трансформаторы тока с :

< 0,5

(12-6)

Как следует из (12-6) для присоединений с условие

(12-4) НЕ ВЫПОЛНЯЕТСЯ.

12.4.6 Учитывая результаты проверок соотношения (12-4), выбираем для базисного присоединения и, соответственно, для всех присоединений, на которых установлены трансформаторы тока с , ПТН у которого и для которого в эксплуатационной документации терминала БМРЗ указано значение .

Таким образом, для всех присоединений, показанных на рис. 12-1, будут использованы ПТН с одинаковыми характеристиками.

В этом случае соотношение (12-4) будет выполняется как для присоединений, на которых установлены трансформаторы тока с (12-7), так и для присоединений, на которых установлены трансформаторы тока с (12-8).

(12-7)

(12-8)

12.5 Расчёт уставок ДТО

Максимальный расчётный ток небаланса при максимальном токе внешнего КЗ находим по формуле (5-1):

(12-9)

Уставку срабатывания ДТО рассчитываем по формуле (5-2):

(12-10)

12.6 Расчёт уставок ДЗТ

Для определения уставки начального тока срабатывания органов ДЗТ используем формулу (6-1), подставив в неё исходные данные:

(12-11)

Используя исходные данные и формулу (6-2) находим уставку срабатывания ступени ДЗШ, действующей на сигнализацию небаланса при обрыве вторичных цепей ТТ :

(12-12)

Для нахождения максимального тока небаланса в рабочем режиме подставим в формулу (6-3) исходные данные:

(12-13)

В п. 6.1.5 указано, что уставка срабатывания ступени ДЗШ, действующей на сигнализацию небаланса при обрыве вторичных цепей ТТ, должна быть больше максимального тока небаланса в рабочем режиме . Сравнивая результаты вычислений, полученные в соотношениях (12-12) и (12-3), видим, что .

Таким образом, рекомендация п. 6.1.5 выполняется и ступень, действующая на сигнализацию о небалансе, может быть введена в работу.

Используя формулу (6-4) находим коэффициент торможения органов ДЗТ:

(12-14)

Для нахождения уставки тока начала торможения органов ДЗТ используем формулу (6-5):

(12-15)

Для определения уставки срабатывания «чувствительных» органов ДЗТ воспользуемся формулой (6-6), используя данные о номинальных токах присоединений, подключённых к шинам в момент опробования:

(12-16)

Расчёт производим для случая опробования 2 системы шин, т.к. номинальный ток ВЛ-110 кВ «Западная», подключенной к II системе шин в режиме опробования, больше номинального тока ВЛ-110 кВ «Восточная», подключенной к I системе шин в режиме опробования.

Подставив в формулу (12-16) соответствующие исходные данные получим:

(12-17)

Коэффициент торможения участка торможения «чувствительных» органов ДЗТ принимаем равным найденному ранее (12-14) значению :

(12-18)

Уставку по току начала торможения «чувствительных» органов ДЗТ принимаем равной уставке органов ДЗТ:

(12-19)

12.7 Проверка чувствительности ДЗТ

Коэффициент чувствительности органов ДЗТ находим по формуле (6-8), подставляя в неё полученные при расчете данные:

(12-20)

Используя эту же формулу находим коэффициент чувствительности «чувствительных» органов ДЗТ в режиме опробования I системы шин, т.к. значение тока КЗ в этом случае минимально:

(12-21)

Результаты проверки чувствительности показывают, что требования ПУЭ (см. [1], п. 3.2.21) по чувствительности ДЗТ выполняются.

12.8 Перевод уставок в относительные единицы

12.8.1 Для ввода полученных уставок в терминал БМРЗ переведем полученные в именованных единицах значения уставок в относительные единицы, учитывая что номинальный ток базисного присоединения .

12.8.2 Уставки срабатывания в относительных единицах будут равны:

- для ДТО:

(12-22)

-для начального тока срабатывания ДЗТ:

(12-23)

- для «чувствительного» органа ДЗТ:

(12-24)

- для тока начала торможения ДЗТ:

(12-25)

- для ступени сигнализации о небалансе:

(12-26)

12.8.3 Рассчитанные и выбранные уставки, подготовленные для ввода в терминал БМРЗ, сведены в таблице 12.2.

Таблица 12.2 – Уставки защиты для ввода в терминал БМРЗ

Уставки:	Обозначение	Значение
номинальный ток ПТН для присоединений с		5 А
номинальный ток ПТН для присоединений с		5 А
ток срабатывания ДТО		11,82
ток сигнализации о небалансе		0,46
начальный ток срабатывания ДЗТ		1,18
ток начала торможения ДЗТ		2,17
коэффициент торможения ДЗТ		0,83
начальный ток срабатывания «чувствительного» органа ДЗТ		0,61
ток начала торможения «чувствительного» органа ДЗТ		2,17
коэффициент торможения «чувствительного» органа ДЗТ		0,83

12.8.4 По данным, сведенным в таблицу 12.2 построены характеристики срабатывания защиты (рисунок 12.2).

Рисунок 12.2 - Характеристики ДТО, ДЗТ

и «чувствительного» органа ДЗТ (ДЗТ Ч)

Литература

1. Правила устройства электроустановок. Шестое издание.

2. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 3. Защита шин 6-220кВ станций и подстанций. – М. – Л., Госэнергоиздат, 1961.

3. РД 153-34.0-35.301-2002. Инструкция по проверке трансформаторов тока, используемых в схемах релейной защиты и измерения.

4. Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем. М.: «Энергия», 1976.

5. Чернобровов Н.В. Релейная защита. М.: «Энергия», 1967.

6. Кужеков С.Л., Синельников В.Я. Защита шин электростанций и подстанций. М.: Энергоатомиздат, 1983.

7. Таубес И.Р. Устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВ) в сетях 110-220 кВ. М.: Энергоатомиздат, 1988.

8. Чернобровов Н.В. Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. М.: Энергоатомиздат, 1998.

9. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 6. Устройства резервирования при отказе выключателей 35—500 кв. М. - Л.,

«Энергия», 1966.

10. Голанцов Е.Б., Молчанов В.В. Дифференциальные защиты трансформаторов с реле типа ДЗТ-21 (ДЗТ-23). М.: Энергоатомиздат, 1990

11 Засыпкин А.С. Релейная защита трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1989.

12. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 12. Токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю линий

110 – 500 кВ. Расчеты. – М.: Энергия, 1980.

УДК 621.316.9:621.313.13

Ключевые слова: дифференциальная токовая защита шин, расчёт уставок защиты шин, короткое замыкание, чувствительность защиты

[1]⁾ Для ТТ, выпущенных в соответствии с ГОСТ 7746-55, действительная кратность первичного тока, соответствующая 10 % погрешности, может быть на 20 % ниже установленной заводом-изготовителем.