Назначение защиты шин, и вида защит

Специальные защиты шин предназначены для отключения без выдержки времени повреждении, возникающих на сборных шинах. На шинах могут возникать такие же повреждения, как и на линиях: однофазные и многофазные в сетях с заземленной нейтралью, многофазные в сетях с изолированной нейтралью. Защиты шин устанавливаются практически на всех станциях и подстанциях напряжением 110 кВ и выше, работающих в режиме многостороннего питания. Защиты шин используются также и в сетях менее высокого напряжения.

Рис. 1 Схемы электрических соединений

Повреждения на шинах могут быть отключены без специальной защиты шин резервными защитами линий, установленными на соседних подстанциях. Так, например, при коротком замыкании на шинах подстанции А (рис. 1, а) подействуют резервные защиты на подстанции Б и отключат выключатель В-2, отделяя поврежденный участок от остальной сети. Отключение при этом, конечно, происходит с выдержкой времени резервной защиты, а не мгновенно, как при наличии специальной защиты шин. Замедление в отключении приводит к увеличению размеров повреждения в месте короткого замыкания, а в кольцевых сетях может вызвать нарушение устойчивости параллельной работы. Поэтому подстанции 110—500 кВ в кольцевых сетях с многосторонним питанием, как правило, оснащаются специальными защитами шин. На тупиковых же подстанциях защита шин обычно не устанавливается, и повреждения, возникающие на них, отключаются резервными защитами линий на питающих подстанциях.

Специальные защиты шин позволяют также селективно отключить поврежденный участок и предотвратить нарушение электроснабжения дополнительных подстанции. Так, например, в схеме, приведенной на рис. 1, б) в случае короткого замыкания на шинах подстанции В, при срабатывании резервных защит и отключении выключателя В-4 одновременно с поврежденной подстанцией будет отключен и трансформатор Т, подключенный ответвлением к линии. При наличии на подстанции В специальной защиты шин рассматриваемое повреждение будет отключаться выключателем В-3, и питание трансформатора Т сохранится от подстанции Г. Аналогично в схеме на рис. 1, в) при повреждении на одной из систем шин подстанции Д она будет селективно отключена защитой шин, а вторая система шин сохранится в работе. В случае отсутствия защиты шин короткое замыкание будет ликвидироваться отключением выключателей В-9 и В-10, что приведет к погашению обеих систем шин подстанции Д. Таким образом, специальные защиты шин целесообразно применять для ускорения отключения повреждений и повышения селективности.

Дифференциальная защита шин

Принцип действия

Токовые реле (рис.2) подключаются к соединенным параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока, установленных на каждом присоединении. Коэффициенты трансформации всех трансформаторов тока равны.

Рис. 2 Распределение токов в цепях дифференциальной защиты шин при коротком замыкании

При коротком замыкании на шинах в зоне действия защиты шин по всем линиям ток подтекает к месту короткого замыкания, в реле проходит сумма токов, под действием которой оно срабатывает (рис. 2, а).При внешнем коротком замыкании на одной из линий (рис. 2, б) сумма токов, подтекающих к шинам по двум линиям, равна току, оттекающему от шин по поврежденной линии. Сумма токов равна нулю, и реле не действует. На самом деле при внешнем коротком замыкании в реле проходит ток небаланса, обусловленный разной погрешностью трансформаторов тока, включенных в схему защиты

В отличие от продольной дифференциальной защиты генератора ток небаланса в дифференциальной защите шин определяется не только и не столько различием характеристик трансформаторов тока, но главным образом различием нагрузки на трансформаторы тока поврежденного и неповрежденных присоединений, определенных разными величинами проходящих по ним токов. На трансформаторах тока неповрежденных присоединений, через каждый из которых проходит только часть тока короткого замыкания,

Защита шин генераторного напряжения

На электростанциях и подстанциях с реактированными линиями на шинах 6—10 кВ применяются специальные защиты шин, обеспечивающие быстрое отключение коротких замыканий, возникающих на шинах.
Наиболее просто защита шин осуществляется с помощью неполной дифференциальной защиты, выполненной токовыми реле, включенными на сумму токов всех источников питания. На схеме рис. 3 токовые реле — пусковые органы защиты включены на токи генератора, трансформатора связи с системой и секционного выключателя. Защита обычно выполняется в двухфазном исполнении, так как применяется для защиты шин 6—10 кВ, работающих с изолированной нейтралью.

Рис. 3 Схема неполной дифференциальной защиты шин

Неполная дифференциальная защита шин (рис. 3) обычно выполняется двухступенчатой: первая ступень — токовая отсечка, предназначенная для действия при коротких замыканиях на шинах; вторая ступень — максимальная токовая защита, предназначенная резервировать защиты отходящих линий при коротких замыканиях за реакторами.

При коротких замыканиях на соседней секции, в генераторе или трансформаторе защита в действие не приходит, так как в реле при этом будет попадать только ток нагрузки, а ток короткого замыкания будет балансироваться и в реле не попадет.

Первая ступень защиты шип действует без выдержки времени на отключение всех источников питания, за исключением генераторов, отключение которых будет осуществлено их токовыми защитами. Вторая ступень защиты действует с выдержкой времени, отстроенной от максимальной выдержки времени защит отходящих линий, па отключение трансформаторов, секционных и шиносоедннительпых выключателей. Обычно на второй ступени защиты предусматривается также и вторая выдержка времени, с которой она действует на отключение генераторов, подключенных к поврежденной секции шин, если после отключения трансформаторов, секционных и шиносоединительных выключателей короткое замыкание не устранилось. На рис. 3 не показан шиносоединительный выключатель, при наличии которого его цепи должны подключаться к токовым цепям защиты шин. На время опробования резервной системы шин через шиносоединительный выключатель в схеме защиты должно быть предусмотрено устройство, автоматически выводящее при этом действие защиты шин на все присоединения, за исключением шиносоединителыюго выключателя. В случае, если первая ступень неполной дифференциальной защиты шин не обеспечивает необходимой чувствительности при к. з. на шинах, может применяться неполная дифференциальная дистанционная защита шин.

При этом обычно используется схема дистанционной защиты с одним реле сопротивления с переключением в цепях тока и напряжения или только в цепях напряжения. Уставка срабатывания реле сопротивления отстраивается от короткого замыкания за реактором. Пусковые токовые реле защиты используются в качестве второй ступени аналогично схеме, рассмотренной выше. На крупных подстанциях и станциях в ряде случаев недостаточную чувствительность имеет вторая ступень защиты шин, не обеспечивающая резервирование при коротких замыканиях за реакторами па отходящих линиях. Это особенно нежелательно, так как при коротких замыканиях за реакторами до выключателей отводящих линий вторая ступень защиты шин является единственной защитой, действующей при повреждении в этой точке.