3. Выбор мест установки и типов защит
3.1. Защита одиночных линий 35-110 кВ с односторонним питанием
Защита одиночных линий 35-110 кВ с односторонним питанием от междуфазных коротких замыканий (к.з.) обычно осуществляется токовыми защитами со ступенчатым характером выдержек времени. На каждом участке защищаемой сети в общем случае предполагается установка трехступенчатой токовой защиты:
• первая ступень — отсечка без выдержки времени;
• вторая ступень — отсечка с выдержкой времени;
• третья ступень — максимальная токовая защита. Ступени защиты целесообразно выполнять селективными.
3.2. Защита параллельных линий с односторонним питанием
Для параллельных линий с односторонним питанием при их совместной работе эффективно применять токовую направленную поперечную защиту [3]. Кроме того, на этих линиях должны быть установлены защиты, являющиеся основными в режиме работы одной линии.
3.3. Защита линий 110 кВ с двухсторонним питанием
Защиту линий 110 кВ с двухсторонним питанием от междуфазных к.з. целесообразно осуществлять с помощью дистанционных защит [4]. На каждом участке защищаемой сети с двух сторон обычно устанавливаются трехступенчатые дистанционные защиты, однако в ряде случаев возможна установка упрощенных защит, не содержащих отдельных ступеней.
3.4. Защита линий в сетях с глухозаземленной нейтралью
Для защиты линий в сетях с глухозаземленной нейтралью от к.з. на землю применяют токовые направленные и ненаправленные защиты нулевой последовательности со ступенчатыми характеристиками выдержки времени [5]. На каждом участке сети в общем случае предусматриваются трехступенчатые токовые защиты нулевой последовательности, содержащие отсечки без выдержки (ступень 1), с выдержкой времени (ступень 2) и чувствительную ступень токовой защиты нулевой последовательности.
3.5. Защита линий в сетях 10(6) кВ с изолированной нейтралью и с нейтралью, заземленной через дугогасительный реактор.
Линии в сетях 10(6) кВ с изолированной нейтралью и с нейтралью, заземленной через дугогасительный реактор, должны иметь защиту от многофазных замыканий в двухфазном исполнении (схема неполной звезды). Защиту следует включать в одни и те же фазы по всей сети этого напряжения для обеспечения отключения при двойных к.з. на землю только одного места повреждения. Защита может быть выполнена одно-, двух- или трехрелейной в зависимости от требований чувствительности и надежности.
На одиночных линиях 10(6) кВ с односторонним питанием от
многофазных замыканий обычно устанавливается двухступенчатая токовая защита: первая ступень — токовая отсечка; вторая ступень максимальная токовая защита с независимой или зависимой выдержкой времени.
Защита от однофазных замыканий на землю должна быть селективной, т.е. устанавливающей поврежденное направление, и действовать либо на сигнал, либо на отключение. Защита должна быть установлена на питающих элементах по всей сети.
3.6. Релейная защита кабельных линий 10(6) кВ
Релейная защита кабельных линий 10(6) кВ со стороны источников питания от однофазных замыканий на землю выполняется групповой или индивидуальной, как правило, с действием на сигнал для указания оперативному дежурному персоналу направления дальнейшего поиска места к.з. Защита от многофазных к.з. со стороны источников имеет двухфазное исполнение и, как правило, выполняется двухрелейной. При наличии в питаемой сети трансформаторов со схемой соединения обмоток Δ/Y-11 применяется трехрелейная защита. В последнем случае повышается чувствительность защиты к двухфазньщ к.з. за трансформаторами [6]. Однорелейные схемы сейчас не применяются. Защита от многофазных к.з. обычно одноступенчатая максимальная токовая. Токовые отсечки применяются только на реактированных линиях. Максимальная токовая защита выполняется с независимой или зависимой характеристикой выдержки времени. В первом случае применяются реле тока типа РТ-40 и реле времени РВ, а во
втором — реле тока РТ-80 или РТВ [7]. Для защиты кабельных линий, отходящих от крупных подстанций или электростанций, все шире применяются многофункциональные устройства на интегральных микросхемах типа ЯРЭ-2201 [8] и микропроцессорные комплекты [9].
На приемных концах параллельно работающих кабельных линий устанавливаются токовые направленные защиты или поперечные дифференциальные. Первые удобнее в эксплуатации и не препятствуют увеличению числа параллельно работающих линий. На параллельных линиях, питающих подстанции с синхронными двигателями, для ускорения отключения к.з. иногда дополнительно используются защиты с контролем направления мощности.
3.7. Релейная защита токопроводов
Релейная защита токопроводов в зависимости от их протяженности и конструкции, от схемы включения и параметров реакторов ответвлений может иметь различные варианты реализации. При относительно небольшой протяженности она выполняется в виде селективных токовых отсечек, отстроенных от к.з. за реакторами ответвлений и максимальных токовых защит без пуска или с пуском по напряжению. На реактированных ответвлениях к подстанциям применяется максимальная токовая защита с трансформаторами тока, установленными до реактора для того, чтобы последний входил в защищаемую зону. Повышение чувствительности этой защиты может, быть достигнуто путем подключения пусковых реле напряжения к трансформатору напряжения, установленному на щитах подстанций, т.е. за реактором. При повреждении самого реактора к.з. должно ликвидироваться отключением головного выключателя токопровода. В случаях, когда максимальная токовая защита токопровода не обладает достаточной чувствительностью к к.з. за реакторами ответвлений, следует использовать передачу отключающего импульса от максимальных защит каждого из ответвлений на отключение головного выключателя.
В тех случаях когда параметры токопровода и реакторов ответвлений не позволяют выполнить достаточно чувствительную токовую отсечку, применяются дистанционная либо продольная дифференциальная защиты, обладающие высоким быстродействием. При параллельной работе токопроводов могут использоваться дифференциальные или максимальные направленные защиты [10].
3.8. Защита силовых трансформаторов
Защита силовых трансформаторов должна срабатывать при возникновении повреждений и ненормальных режимов следующих видов:
• при многофазных замыканиях в обмотках и на выводах;
• при межвитковых замыканиях обмоток одной фазы и замыканиях на землю;
• при внешних к.з.;
• при недопустимых перегрузках;
• при недопустимом снижении уровня масла.
Принципы и схемы выполнения защит силовых трансформаторов, отвечающие требованиям "ПУЭ", изложены в работах [6, 10-14].
К числу наиболее распространенных защит относятся токовые отсечки (в том числе дифференциальные); максимальные токовые защиты с пуском по напряжению и без него; дифференциальные (продольные) токовые защиты с торможением и без него; газовая защита.
Трансформаторы малой мощности до 750 кВ*А при напряжении 10 кВ и до 3200 кВ*А при напряжении 35 кВ тупиковых и цеховых подстанций могут защищаться от внутренних к.з. с помощью предохранителей. Однако в этом случае из-за нестабильности защитных характеристик последних возможны сложности согласования с защитами смежных участков и недопустимые задержки отключения.
Релейную токовую защиту трансформаторов обычно выполняют двухступенчатой. Первой ступенью защиты является токовая отсечка, значение тока срабатывания которой выбирается выше максимального значения тока к.з. за трансформатором. Вторая ступень — это максимальная токовая защита, выдержка времени которой согласована с выдержками времени защит отходящих присоединений.
Для повышения чувствительности МТЗ дополняется пуском по напряжению от реле напряжения обратной последовательности (при несимметричных к.з.) или от реле минимального напряжения (при симметричных к.з.). Ток срабатывания МТЗ при этомдаябирается по условию отстройки от номинального тока, а не от тока самозапуска электродвигателей, питаемых трансформатором, что обеспечивает повышение чувствительности защиты.
Дифференциальная токовая защита является основной быстродействующей защитой трансформаторов с обмоткой высшего напряжения более 3 кВ от к.з. на выводах и от внутренних повреждений. В соответствии с ПУЭ [1] продольная дифференциальная защита без выдержки времени должна устанавливаться на трансформаторах мощностью 6,3 МВ*А и на трансформаторах меньшей мощности (но не менее МВ*А), если токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности, а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 с.
Для повышения чувствительности продольных дифференциальных защит к внутренним к.з. широко применяется принцип торможения [6]. Для этого дифференциальное реле снабжается дополнительной тормозной обмоткой, МДС которой приводит к существенному увеличению тока срабатывания при к.з. вне трансформатора и к незначительному при к.з. в защищаемой зоне. Таким образом, появляется возможность повышения чувствительности к внутренним к.з. с одновременной отстройкой от внешних.
Газовая защита трансформаторов предназначена для отключения питания трансформатора при повреждениях внутри бака с маслом, в который помещены обмотки. При перегреве обмоток или при возникновении электрической дуги в результате к.з. начинается разложение масла с интенсивным выделением газа. В результате потоки масла устремляются в расширитель, воздействуя при этом на первичные преобразователи газового реле, по сигналу которого происходит отключение трансформатора. Трансформаторы мощностью 1 МВ*А и более поставляются комплектно с газовой защитой.