8.1. Общие положения по обслуживанию устройств РЗиА
В соответствии с ПУЭ, устройства релейной защиты предназначены:
для автоматического отключения элемента от остальной части электрической сети (электроустановки) в случае его электрического повреждения или возникновения опасного, ненормального режима работы, который может привести к его повреждению;
подачи сигнала в случае возникновения ненормального режима, который в течение продолжительного времени не приведет к повреждению элемента.
Релейная защита, действующая на отключение, как правило, выполняется селективной, чтобы при повреждении какого-либо элемента отключался только этот поврежденный элемент.
В электрических сетях напряжением 110 кВ и выше релейные защиты снабжаются устройствами, блокирующими их действие при качаниях или асинхронном ходе, если в указанных сетях возможны такие качания или асинхронный ход, при которых защиты могут срабатывать неправильно.
Режим качаний — это режим энергосистемы, при котором происходят периодические изменения параметров без нарушения синхронизма (ГОСТ 21027—75).
Асинхронный режим — это переходный процесс, характеризующийся несинхронным вращением части генераторов энергосистемы (ГОСТ 21027—75).
К средствам автоматики на ПС, на которые распространяются требования ПУЭ, относятся:
автоматическое повторное включение (АПВ) линий или фаз линий, шин и прочих электроустановок после их автоматического отключения;
автоматическое включение резервного питания или оборудования (АВР);
автоматическое регулирование возбуждения (АРВ), напряжения и реактивной мощности;
автоматическое регулирование частоты и активной мощности (АРЧМ);
автоматическое противоаварийное управление, в том числе:
автоматическое предотвращение нарушения устойчивости (АПНУ);
автоматическая ликвидация асинхронного режима (АЛАР);
автоматическое ограничение снижения частоты (АОСЧ),
в том числе автоматическая частотная разгрузка (АЧР);
автоматическое ограничение повышения частоты (АОПЧ);
автоматическое ограничение снижения напряжения (АОСН);
автоматическое ограничение повышения напряжения (АОПН);
автоматическая разгрузка оборудования (АРО) — ограничение перегрузки.
На средства противоаварийной автоматики возлагается задача предотвращения и ограничения развития аварийных процессов в энергосистеме с целью сведения к минимуму ущерба у потребителей. Важнейшей задачей противоаварийной автоматики является предотвращение общесистемных аварий, сопровождающихся нарушением электроснабжения потребителей на значительной территории.
Особенности обслуживания устройств РЗиА обусловлены требованиями к их надежному срабатыванию при аварийных режимах работы электросетей и работоспособностью в утяжеленных режимах, что вызывает необходимость наличия высококвалифицированного персонала в этой области и повышенных требований к ним в части технического обслуживания этих устройств.
Устройства РЗиА обслуживает местная служба РЗиА и телемеханики. Оперативный персонал этой службы не реже 1 раза в месяц при наличии телесигнализации о неисправности устройств и автоматического контроля ВЧ каналов проводит осмотр устройств, проверяет их исправность и готовность к действию.
При их отсутствии осмотры проводят не реже 1 раза в неделю при обслуживании ПС ОВБ. В ходе осмотра ПС по другим причинам персонал ОВБ проверяет устройства РЗиА в том же объеме.
При осмотре устройств РЗиА и измерений обслуживающий персонал проверяет записи в журнале релейной защиты или картах РЗиА о всех выполненных за предшествующий осмотру период изменениях в уставках, схемах, устройствах РЗиА, введенных вновь или выведенных из работы, а также записи в оперативном журнале.
Затем проверяют исправность аварийной и предупреждающей сигнализации, сигнализации положения выключателей, наличие напряжения на шинах оперативного тока, всех источников постоянного и переменного тока и режим работы подзарядных устройств. По стационарным приборам контролируют сопротивление изоляции цепей оперативного тока.
По сигнализации проверяют исправность цепей управления выключателями и другими коммутационными аппаратами, наличие оперативного тока во всех устройствах и цепях управления, исправность предохранителей и АВР источников оперативного тока, правильность положения автоматических выключателей, рубильников и других коммутационных аппаратов в схеме АВР и соответствие их положений первичной схеме.
По измерительным приборам и сигнализации контролируют исправность цепей ТН, предохранителей, правильное положение всех коммутационных аппаратов в этих цепях в соответствии с действительной схемой первичных соединений.
Проводят осмотр всех устройств РЗиА на щите управления, релейной защиты в коридорах РУ и КРУ, проверяя по внешнему виду или по сигнализации их исправность и готовность к действию. Возвращают в начальное положение сработавшие случайно (например, из-за сотрясений) указательные реле.
Проверяют правильность положения всех органов управления устройствами РЗиА, соответствие их положений действительной первичной схеме ПС.
Осматривают и проверяют исправность и готовность к действию фиксирующих приборов, самопишущих измерительных приборов, наличие бумаги или пленки для осциллографов и т. д.
Осматривают газовые реле трансформаторов (у реле со смотровым окном). Проверяют положение приводов выключателей, разъединителей, отделителей и короткозамыкателей, уплотнение дверей и крышек релейных шкафов и т. п.
Обо всех неисправностях, выявленных при осмотре, делают записи в журнале релейной защиты или в картах устройств РЗиА и немедленно докладывают диспетчеру или дежурному инженеру станции (ПС), а также руководству местной службы РЗиА.
Некоторые неисправности или отклонения от заданного режима в устройствах РЗиА оперативный персонал может устранять самостоятельно, в том числе:
включение автоматических выключателей или замена плавких вставок предохранителей в цепях ТН или питания устройств РЗиА;
вывод из работы всех устройств РЗиА при обрыве цепи отключения выключателя или другого коммутационного аппарата с последующим выполнением диспетчером мероприятий, предусмотренных для присоединения, полностью отключенного от релейной защиты;
вывод из работы всех устройств РЗиА, действующих от поврежденных индивидуальных блоков питания, зарядных устройств конденсаторов в цепи отключения выключателя, отделителя, короткозамыкателя, с последующим выполнением диспетчером мероприятий, предусмотренных для данного присоединения, отключенного от системы защиты;
определение места повреждения при появлении в цепях оперативного тока замыкания на землю;
отключение устройств, действующих на автоматическое включение выключателя, при повреждении выпрямителей, питающих цепи включения электромагнитных приводов.
Все работы в устройствах РЗиА выполняет персонал местной службы РЗиА по заранее оформленным заявкам.
Установлен следующий порядок допуска бригады к работе:
получив разрешение диспетчера предприятия электрических сетей или дежурного инженера станции, оперативный персонал (дежурный) готовит рабочее место в зависимости от характера предстоящих работ;
для этого выполняют все операции, предусмотренные заявкой: с помощью накладок отключают вторичные устройства, на панелях вывешивают разрешающие производство работ плакаты, соседние панели с лицевой и обратной стороны закрывают шторками из плотной ткани, исключающими случайный доступ к панелям;
после этого дежурный проводит с бригадой инструктаж и допускает ее к работе.
Работы во вторичных устройствах производят по испытательным схемам с нанесенной маркировкой проводов, зажимов, кабелей.
Работающим запрещается отвлекаться на другие виды работ вплоть до окончания работ на отключенном для профилактики устройстве.
Фирмой ОРГРЭС (филиал ОАО «Инженерный Центр ЕЭС») разработана «Инструкция для оперативного персонала по обслуживанию устройств релейной защиты и автоматики энергетических систем» (СО 34.35.502—2005, дата введения — 01.10.2005 г.), которая определяет права и обязанности оперативного персонала и содержит общие указания по оперативному управлению и обслуживанию устройств РЗиА, контролю их исправности и устранению ряда неисправностей, по организации работ в этих устройствах, а также по действию оперативного персонала при их срабатывании.
Инструкция обязательна для оперативно-диспетчерского персонала всех уровней оперативно-диспетчерского управления, обслуживающего находящиеся в его оперативном управлении или ведении устройства РЗиА электрических станций, электрических сетей и ПС.
В состав устройств РЗиА входят, в том числе, противоаварийная автоматика, системы автоматического регулирования электрических режимов силового электрооборудования электростанций и ПС, приборы определения мест повреждения, автоматические осциллографы и регистраторы аварийных событий, вторичные цепи и системы питания устройств РЗиА.
Положения указанной Инструкции распространяются на оперативный персонал любых энергообъектов, независимо от формы собственности, в части устройств РЗиА, находящихся в оперативном управлении или ведении оперативно-диспетчерского персонала более высокого уровня управления.
Инструкция определяет основные принципы и дает общие указания по оперативному обслуживанию устройств РЗиА и вторичных цепей.
Необходимые дополнительные указания по оперативному обслуживанию отдельных конкретных устройств РЗиА, включая особенности оперативного обслуживания микропроцессорных устройств РЗиА, в том числе при наличии на энергообъекте систем АСУ ТП, должны быть приведены в типовых инструкциях (или в дополнениях к ним) или в местных инструкциях по оперативному обслуживанию этих устройств.
Типовые инструкции по оперативному обслуживанию могут составляться для следующих устройств и цепей:
микропроцессорных устройств РЗиА любого типа;
дифференциальной защиты шин;
газовой защиты;
защиты шиносоединительных и обходных выключателей;
устройства резервирования отказа выключателя (УРОВ);
приборов ОМП;
дифференциальной защиты линий;
поперечной защиты линий;
ВЧ защиты линий;
АПВ, АВР, АЧР и других устройств РЗиА;
цепей ТН, цепей и источников оперативного постоянного и переменного тока;
цепей управления, аварийной и предупредительной сигнализации, устройств сигнализации замыканий на землю и др.
В типовых инструкциях, как правило, приводятся указания по оперативному обслуживанию устройств, исходя из принципа их действий и технических особенностей, без учета местных условий и особенностей данной электростанции или ПС. Уточнения и дополнения, связанные с конкретными условиями, должны указываться в местном дополнении к типовой инструкции или в местной инструкции, составленной на ее основе.
Местные инструкции (дополнения к типовой инструкции) составляются для всех устройств РЗиА, установленных на данной электростанции или ПС, для обслуживания которых нет соответствующих типовых инструкций.
Допускается составление одной инструкции по всем устройствам РЗиА, обслуживаемым оперативным персоналом данного энергообъекта или уровня оперативно-диспетчерского управления.
Электромагнитная совместимость (ЭМС) устройств РЗиА. Устройства РЗиА выбираются по условию помехозащищенности, достаточной для выполнения ее основных функций при наихудших возможных параметрах электромагнитной обстановки.
Устройства РЗиА, содержащие электронные и микропроцессорные элементы, проходят испытания по ЭМС согласно действующим нормативным документам.
Защитное заземление устройств РЗиА выполняется путем присоединения всех шкафов, панелей и корпусов устройств РЗиА к закладным протяженным элементам (полосам, швеллерам), проложенным в полу, к которым крепятся эти устройства.
Закладные части присоединяются к заземлению здания стальной шиной сечением не менее 100 мм2.
Рабочее заземление устройств РЗиА допускается осуществлять присоединением рабочих (схемных) точек заземления устройств кратчайшим путем к зажимам защитного заземления панелей (шкафов) и корпусов этих устройств.
Закладные элементы должны быть соединены друг с другом по концам в промежуточных точках с шагом 4–6 м стальной полосой сечением не менее 100 мм2 с помощью сварки.
Допускается использовать помещения, электромагнитная обстановка в которых по одному или нескольким параметрам не удовлетворяет предъявленным требованиям. Однако в этом случае все устанавливаемые в таком помещении устройства РЗиА испытываются на ЭМС со степенями жесткости, гарантирующими нормальную работу этих устройств в данном помещении.
8.2. Характер повреждений в электрических сетях и утяжеленные режимы их работы
Режим работы ПС представляет собой ее состояние на заданный момент или отрезок времени.
Большую часть времени энергосистема работает в установившемся режиме, то есть в режиме работы, при котором параметры режима могут приниматься неизменными (ГОСТ 21027—75).
Если параметры режима изменяются, то такой режим называется переходным.
По тем или иным причинам допускается работа энергосистемы в утяжеленных установившихся (вынужденных) режимах, которые характеризуются меньшей надежностью, некоторой перегрузкой отдельных элементов системы и, возможно, ухудшением качества электроэнергии. Длительное существование утяжеленного режима нежелательно, поскольку при этом существует повышенная опасность возникновения аварийных ситуаций.
Как следствие утяжеленных режимов в электрических сетях возможны повреждения, связанные с нарушением изоляции, разрывом проводов ЛЭП, вплоть до междуфазных КЗ или замыканий на землю.
Так, в сетях 6-35 кВ с изолированной нейтралью или заземлением через дугогасящий реактор замыкание одной фазы на землю в принципе не приводит к КЗ и не отражается на работе потребителей, так как при этом линейные напряжения не изменяются, а искажаются лишь фазные напряжения. Однако для такого утяжеленного режима характерно повышение напряжения неповрежденных фаз относительно земли до линейного (рис. 8.1, б), что создает угрозу повреждения изоляции и возникновения междуфазного КЗ через землю.
Поэтому для обеспечения нормальных условий работы электрических сетей и предупреждения повреждений необходимо быстрое отделение повредившегося оборудования от оборудования неповрежденного и при необходимости включение резервного источника питания.
Такие задачи должны решать устройства РЗиА, к которым предъявляются следующие требования:
автоматическое отключение электрических сетей в аварийных режимах должно быть селективным (избирательным): релейная защита должна отключать только поврежденное оборудование или участок сети;
автоматическое отключение оборудования при КЗ должно быть быстрым, чтобы уменьшить размеры повреждения и не нарушить режим работы электрических сетей (по нормативам время отключения наиболее ответственных участков сетей не должно превышать 0,06 с);
значение коэффициента чувствительности релейной защиты должно быть равным или большим 1,5;
релейная защита должна быть надежной и безотказно работать при КЗ в защищаемой зоне в предусмотренных для ее работы режимах.
Для того чтобы релейная защита срабатывала в аварийных режимах, она должна быть достаточно чувствительной, то есть реагировать на действие при КЗ на любом участке защищаемой зоны и при минимальном токе КЗ. Чувствительность характеризуется коэффициентом чувствительности Кч, равным
Кч = Ik min/Ic з
где
Ik min - минимальный ток КЗ;
Ic з — ток срабатывания защиты.
Устройства релейной защиты различаются по принципу действия, схемам включения и др. Они дополняются устройствами противоаварийной автоматики, которые быстро устраняют послеаварийные режимы и восстанавливают электроснабжение потребителей без вмешательства персонала.
Рассмотрим принципы действия наиболее распространенных устройств РЗиА на ПС, применяемых для защиты линий.
8.3. Максимальная токовая и токовая направленная защиты
Одним из наиболее характерных и очевидных признаков возникновения КЗ, а также многих других нарушений нормального режима работы электрической сети является резкое увеличение тока, который в таких аварийных условиях становится значительно больше тока нагрузки.
Ток, возникающий в аварийных режимах (так называемый сверхток), является признаком возникновения аварии. На использовании этого признака основан принцип действия максимальной токовой защиты.
Максимальная токовая защита реагирует на возрастание тока в защищаемом элементе сети и применяется для защиты линий с односторонним питанием. Защита устанавливается со стороны источника питания и действует на отключение выключателя при повреждении на защищаемой линии или на шинах ПС, питающихся от этой линии.
Селективность защиты обеспечивается выдержками времени, ступенчато нарастающими в сторону источника питания со ступенью времени Δt = t2 — t1 ≈ 0,4–0,8 с.
Ток срабатывания пусковых токовых реле выбирается исходя из следующих условий:
защита не должна срабатывать при прохождении по защищаемому элементу сети максимального тока нагрузки;
защита должна надежно срабатывать при КЗ на защищаемом участке и иметь коэффициент чувствительности не менее 1,5;
защита должна действовать и при КЗ на смежном (резервируемом) участке и иметь коэффициент чувствительности в конце этого участка не менее 1,2.
Разновидностью максимальной токовой защиты является токовая отсечка , которая действует мгновенно и поэтому селективность ее действия обеспечивается не подбором выдержек времени ступеней, а выбором тока срабатывания.
Токовая отсечка применяется для защиты линии с односторонним и двухсторонним питанием, а также для защиты трансформаторов. В последнем случае токовая отсечка устанавливается с питающей стороны трансформатора и действует при повреждениях на вводах ВН и на некоторых участках первичной обмотки.
При повреждениях вторичной обмотки токовая отсечка не срабатывает.
Ток срабатывания отсечки Ic.з выбирается таким, чтобы она надежно срабатывала при КЗ на заранее определенном участке (например, на участке АВ, рис. 8.2) и не срабатывала при КЗ за пределами этого участка где IКЗ < Ic.з (например, в точке С, рис. 8.2).
Максимальная направленная защита, показанная на рис. 8.3, применяется для защиты сетей с двухсторонним питанием, в основном в сетях напряжением до 35 кВ.
Она реагирует на определенные значения тока КЗ и его направление.
Орган направления защиты разрешает ей срабатывать на отключение выключателя, если ток КЗ направлен от шин в сторону защищаемой линии.
Селективность действия защиты достигается выбором выдержек времени по ступенчатому принципу.
Максимальные направленные защиты устанавливаются с обеих сторон защищаемых линий.
В комплект максимальной токовой направленной защиты обычно входят:
два реле максимального тока;
два реле направления мощности;
реле времени (состоящее из насыщающихся трансформаторов);
два промежуточных реле (состоящее из собственно промежуточных реле, насыщающихся трансформаторов, диодов и емкостей);
указательное реле.
Максимальная токовая защита с пуском от реле минимального напряжения служит для повышения чувствительности максимальных токовых реле, которые имеют недостаточную чувствительность при КЗ в разветвленных сетях с большим числом параллельных линий (рис. 8.4).
Повышение чувствительности и улучшение отстройки от токов нагрузки достигаются применением пуска защит от реле минимального напряжения. Из схемы рис. 8.4 видно, что защита может действовать только при срабатывании реле KV, уставка которого выбирается ниже минимально возможного рабочего напряжения.
При КЗ напряжение в сети понижается, что вызывает срабатывание реле минимального напряжения, вследствие чего токовый орган защиты действует на отключение.
Ток срабатывания токовых реле КА выбирается по длительному току нагрузки нормального режима, в результате чего чувствительность защиты при КЗ резко повышается.
При кратковременных перегрузках линий токовые реле замыкают свои контакты, но защита на отключение не сработает, поскольку этому препятствует реле минимального напряжения, контакты которого в нормальном режиме разомкнуты.
Наличие напряжения на зажимах реле минимального напряжения контролируется специальным устройством.
8.4. Токовая направленная защита нулевой последовательности
Любую несимметричную систему трех токов или напряжений можно представить в виде трех следующих систем:
система прямой последовательности , состоящая из трех вращающихся векторов (А1 В1 C1), равных по величине и повернутых на 120° друг относительно друга;
система обратной последовательности , также состоящая из трех векторов, равных по величине и повернутых на 120° друг относительно друга, но при вращении в ту же сторону, что и векторы прямой последовательности, вектор В2 опережает вектор А2 на 120°;
система нулевой последовательности , состоящая из трех векторов А0 = В0 = С0, совпадающих по фазе.
Сложение одноименных векторов этих трех систем создает несимметричную систему:
Для нахождения нулевой составляющей надо геометрически сложить три составляющих вектора и взять 1/3 от этой суммы, например:
А0 = 1/3 (А + В + С). (8.3)
В сетях с эффективным заземлением нейтрали наибольшее число повреждений связано с замыканием на землю. Для защиты оборудования применяют устройства, реагирующие на составляющие нулевой последовательности.
Включение защит на составляющие нулевой последовательности, например по схеме рис. 8.5, имеет некоторые преимущества по сравнению с их включением на полные токи и напряжения фаз при замыкании на землю.
На рис. 8.5 показана схема соединения ТТ в фильтр токов нулевой последовательности.
Ток нулевой последовательности получают соединением вторичных обмоток ТТ в фильтр токов нулевой последовательности. Из схемы рис. 8.5 видно, что ток в реле КА равен геометрической сумме токов трех фаз, то есть Iр = Ia + Ib + Ic, и возникает только при однофазном или двухфазном КЗ на землю. При трехфазном КЗ Iр = 0.
Для получения напряжения нулевой последовательности вторичные обмотки ТН соединяют в разомкнутый треугольник по схеме рис. 8.6 и заземляют нейтраль его первичной обмотки.
При однофазных или двухфазных КЗ на землю на зажимах разомкнутого треугольника появляется напряжение 3U0.
Для получения напряжения нулевой последовательности вторичные обмотки ТН соединяют в разомкнутый треугольник и заземляют нейтраль его первичной обмотки по схеме рис. 8.6.
Контроль исправности цепей напряжения разомкнутого треугольника осуществляется вольтметром, у которого при нарушении цепей пропадает показание.
Кроме рассмотренных защит нулевой последовательности в сетях 110 кВ и выше применяются также направленные отсечки и ступенчатые защиты нулевой последовательности. Наибольшее распространение получили четырехступенчатые защиты, у которых первая ступень выполняется без выдержки времени. Первая и вторая ступени служат для защиты при замыканиях на землю в пределах защищаемой линии, а третья и четвертая ступени предназначены в основном для резервирования.
Рис. 8.6. Соединение однофазных ТН в фильтр напряжения нулевой последовательности:
PV — вольтметр контроля исправности цепей вторичной обмотки;
SB — кнопка вольтметра для контроля исправности цепей напряжения разомкнутого треугольника
На рис. 8.7. показана схема токовой направленной защиты нулевой последовательности.
Пусковое токовое реле КА, включенное на фильтр токов нулевой последовательности, срабатывает при возникновении КЗ на землю в момент, когда в нулевом проводе проходит ток 3I0.
Реле мощности KW фиксирует направление мощности КЗ, обеспечивая селективность действия, то есть работу защиты при направлении мощности КЗ от шин ПС в защищаемую линию. Напряжение 3U0 подается на реле мощности от обмотки разомкнутого треугольника ТН (шинки EV.H, EV.K). Реле времени КТ создает выдержку времени, исходя их условия селективности.
При наличии в защищаемой сети автотрансформаторов, электрически связывающих сети двух напряжений, однофазное или двухфазное замыкание в сети среднего напряжения приводит к возникновению тока I0 в линиях высшего напряжения.
Чтобы не допустить ложного срабатывания защит линий ВН, уставки их защит по току срабатывания и выдержкам времени согласуют с уставками защит в сети СН. Поэтому не рекомендуется выполнять заземления нейтралей обмоток звезд высшего и среднего напряжений у одного трансформатора. У трансформатора со схемой соединения звезда-треугольник замыкание на землю на стороне треугольника не вызывает появления тока I0 на стороне звезды.
Поскольку ток I0 возникает только при неполнофазных режимах работы участков сети, то при эксплуатации токовых защит нулевой последовательности необходимо учитывать все заземленные нейтрали трансформаторов и автотрансформаторов, которые в принципе являются источниками токов нулевой последовательности.
Таким образом, распределение тока I0 в сети определяется исключительно расположением заземленных нейтралей трансформаторов, а не генераторов электростанций.
8.5. Дистанционная защита линий
Дистанционная защита — это сложная защита, состоящая из ряда элементов (органов), каждый из которых выполняет свою определенную функцию, в том числе: пусковой и дистанционный органы, органы направления и выдержки времени, а также блокировка для вывода защиты из действия при повреждениях цепей напряжения, питающих защиты.
Дистанционные защиты применяются в сетях сложной конфигурации, в которых для обеспечения необходимого быстродействия и чувствительности не могут быть применены более простые максимальные токовые и токовые защиты направленного действия.
Дистанционной защитой определяется сопротивление (или расстояние — дистанция) до места КЗ и, в зависимости от этого, защита срабатывает с меньшей или большей выдержкой времени. Выдержка времени действия дистанционной защиты определяется дистанцией (расстоянием), иными словами, сопротивлением до места КЗ.
Дистанционные защиты, имеющие ступенчатые характеристики времени, не измеряют каждый раз при КЗ значения сопротивления на зажимах измерительного органа и не устанавливают в зависимости от этого большую или меньшую выдержку времени, а лишь контролируют поврежденную зону. Время срабатывания защиты при КЗ в любой точке зоны постоянно.
Каждая защита выполняется многоступенчатой, причем в первой зоне, охватывающей порядка 85 % длины защищаемой линии, выдержка времени на ступень выше и составляет не более 0,15 с. Для второй зоны, находящейся за пределами защищаемой линии, выдержка времени на ступень выше и составляет порядка 0,4–0,6 с. При КЗ в третьей зоне выдержка времени еще больше и выбирается так же, как и для направленных токовых защит.
При КЗ на линии срабатывают реле пускового органа и реле органа направления. Через контакты этих реле подается сигнал на дистанционные органы и на реле времени. Если КЗ находится в первой зоне, дистанционный орган пошлет импульс на отключение выключателя без выдержки времени. При КЗ во второй зоне дистанционный орган первой зоны работать не будет, так как сопротивление на зажимах его реле будет больше сопротивления срабатывания. В этом случае сработает дистанционный орган второй зоны, который запустит реле времени, отключающий с заданной выдержкой времени защищаемую линию. При КЗ в третьей зоне дистанционные органы первой и второй зоны работать не будут, поскольку сопротивления на их зажимах больше сопротивления срабатывания. Сработает реле времени и с заданной выдержкой отключит линию.
8.6. Продольная дифференциальная защита
Принцип действия защиты основан на сравнении значений и фаз тока в начале и в конце линии. Как правило, при токах до 2,5-кратных по отношению к току срабатывания сравниваются значения и фазы токов, а при бóльших кратностях сравниваются только фазы этих токов.
Вторичные обмотки ТТ с обеих сторон линии соединяются между собой проводами, как показано на рис. 8.8, а для выполнения дифференциальной защиты параллельно ТТ (дифференциально) включают измерительный орган тока ОТ.
При одинаковых коэффициентах трансформации ТТ при нормальной работе и при внешнем КЗ вторичные токи равны и направлены в ОТ встречно, в результате чего ток в обмотке ОТ равен нулю, и ОТ не действует.
Таким образом, продольная дифференциальная защита реагирует на полный ток КЗ в защищаемой зоне, обеспечивая мгновенное отключение поврежденной линии.
Для отключения протяженных линий с двух сторон необходимо подключение по дифференциальной схеме двух органов тока на ПС по обоим концам линии. Такое подключение приводит к неравномерному распределению вторичных токов между ними (обратно пропорционально сопротивлениям цепей), появлению тока небаланса и понижению чувствительности защиты. Для отстройки от токов небаланса в защите применены дифференциальные реле тока с торможением, обладающие повышенной чувствительностью.
При значительной длине соединительных проводов имеют место сопротивления, многократно превышающие допустимое сопротивление нагрузки для ТТ. Для снижения нагрузки применяются специальные ТТ с коэффициентом трансформации n, с помощью которых ток, проходящий по проводам, уменьшается в п раз, и тем самым нагрузка от соединительных проводов снижается в n2 раз.
Контроль исправности соединительных проводов необходим для выявления и устранения их обрывов, КЗ между ними, замыкания одного провода на землю.
При обрыве соединительного провода ток в рабочей и тормозной обмотках реле становится одинаковым и защита неправильно сработает при сквозном КЗ и даже при токе нагрузки (в зависимости от Iс.з.).
Высокая стоимость соединительных проводов во вторичных цепях продольной дифференциальной защиты ограничивает область ее применения линиями малой протяженности (до 10–15 км).
Замыкание между соединительными проводами шунтирует собой рабочие обмотки реле, вследствие чего защита откажет в работе при КЗ в защищаемой зоне.
Исправность соединительных проводов контролируется специальным устройством, принцип действия которого основан на том, что на рабочий переменный ток, циркулирующий в соединительных проводах при их исправном состоянии, накладывается выпрямленный постоянный ток, не оказывающий влияние на работу защиты. При обрыве соединительных проводов постоянный ток исчезает и реле контроля снимает оперативный ток с защит на обеих ПС. При замыкании соединительных проводов между собой подается сигнал о выводе защиты из действия со стороны ПС, где нет выпрямленного тока.
Для того чтобы после окончания работ на соединительных проводах проверить их исправность, включается устройство контроля на ПС, где оно не имеет выпрямителя; при этом должен появиться сигнал неисправности. Затем подачей выпрямленного напряжения на соединительные провода устройство контроля включают на другой ПС и проверяют, есть ли сигнал о повреждении.
Комплект продольной дифференциальной защиты одного участка защищаемого присоединения состоит из двух полукомплектов защиты, расположенных по обоим концам защищаемого участка, и соединительных проводов. В полукомплект защиты одного конца защищаемого участка входят: дифференциальное блок-реле; устройство контроля; изолирующий трансформатор.
На другом конце участка устанавливается такой же полукомплект.
Для отстройки защиты от действия разрядников в сетях с большими токами замыкания на землю (при наличии заземленных нейтралей с обеих сторон защищаемого участка) в комплектах защиты используется реле тока нулевой последовательности.
8.7. Поперечная дифференциальная токовая направленная защита
В соответствии с требованиями ПУЭ, для ускорения отключения повреждения, особенно при использовании токовых ступенчатых защит тока и напряжения, на линиях с двусторонним питанием можно применять дополнительно защиту с контролем направления мощности в параллельной линии. Эта защита может быть выполнена в виде отдельной поперечной дифференциальной токовой направленной защиты или только в виде цепи ускорения установленных защит (максимальной токовой, дистанционной) с контролем направления мощности в параллельной линии.
На приемном конце двух параллельных линий с односторонним питанием, как правило, используется поперечная дифференциальная направленная защита .
При этом в режиме работы одной линии, а также в качестве резервной при работе двух линий используется ступенчатая защита. Допускается включение этой защиты или отдельных ее ступеней на сумму токов обеих линий (например, резервной ступени в целях увеличения ее чувствительности к повреждениям на смежных элементах). Допускается также использование поперечной дифференциальной направленной защиты в дополнение к ступенчатым токовым защитам для уменьшения времени отключения повреждения на защищаемых линиях, если по условию быстродействия ее установка не обязательна.
Таким образом, защита применяется на параллельных линиях с одинаковым сопротивлением, включенных на одну систему шин или на разные системы шин при включенном шиносоединительном выключателе.
В схемах поперечной токовой направленной защиты двух параллельных линий вторичные обмотки ТТ соединяются между собой разноименными зажимами. Параллельно вторичным обмоткам ТТ включаются токовый орган и токовые обмотки органа направления мощности. Токовый орган выполняет функцию пускового органа, а орган направления мощности служит для определения поврежденной линии.
В зависимости от того, какая линия повреждена, орган направления мощности замыкает соответствующий контакт и подает импульс на отключение соответствующего выключателя. Напряжение к органу направления мощности подводится от ТН той системы шин, на которую включены параллельные линии.
Для двухстороннего отключения поврежденной линии с обеих сторон защищаемых цепей устанавливаются одинаковые комплекты защит.
Недостатком защиты является наличие «мертвой» зоны по напряжению, когда при КЗ на линии у шин ПС напряжение, подводимое к органу направления мощности, близко к нулю и защита не работает. Протяженность мертвой зоны мала, а отказы в действии защит по этой причине редки.
На практике имеют место случаи излишнего срабатывания защиты, например, когда мощность КЗ направлена от шин, а в поврежденной линии ток отсутствовал.
Когда одна из параллельных линий находится под нагрузкой, а другая опробуется под напряжением, накладки на защите должны находиться в положении «Отключено» — на линии, опробуемой под напряжением, и «Сигнал» — на линии, находящейся под нагрузкой. При таком положении накладок защита будет действовать на отключение опробуемой под напряжением линии, если в момент подачи напряжения на ней возникнет КЗ.
При обслуживании защит необходимо проверять исправность цепей напряжения, подключенных к органу направления мощности, поскольку в случае их обрыва к зажимам органа подводится искаженное по фазе и значению напряжение, вследствие чего он может неправильно сработать при КЗ.
8.8. Дифференциально-фазная высокочастотная защита
Дифференциально-фазная ВЧ защита является основной быстродействующей защитой линий напряжением 110 кВ и выше.
Принцип действия защиты основан на сравнении фаз токов присоединений. Токи, направленные от шин в линию, считаются положительными. Эти токи сравниваются защитой, и, если они совпадают по фазе, подается импульс на отключение выключателей.
При внешнем КЗ токи по концам линии имеют разные фазы и сдвинуты на угол, близкий к 180°. В этом случае защита блокируется и на отключение не действует.
Фазы токов сравниваются при помощи ВЧ сигналов, передаваемых по защищаемой линии. На каждом конце линии защита имеет однотипные органы — полукомплекты, действующие на ее пуск и отключение выключателей.
В полукомплект защиты входят следующие основные органы:
пусковой орган, состоящий из быстродействующих реле, запускающий ВЧ передатчик — генератор высокой частоты;
орган манипуляции, который управляет работой передатчика так, что он генерирует импульсы тока ВЧ лишь при положительной полуволне проходящего по линии тока КЗ, а при отрицательной полуволне передатчик не работает;
орган сравнения фаз, который сравнивает ВЧ сигналы, получаемые приемником ВЧ сигналов от передатчиков обоих полукомплектов. Если на вход приемника поступает сплошной ВЧ сигнал, ток в выходной цепи приемника отсутствует и реле органа сравнения фаз не действует на отключение выключателя. Если же ВЧ сигнал прерывистый, то на выходе приемника появляется ток и реле органа сравнения фаз срабатывает на отключение выключателя линии.
К ТТ подключают органы формирования, от которых поступает информация о фазе (направлении) тока в каждом присоединении. В качестве формирователей используются фильтры симметричных составляющих, промежуточные ТТ и т. д. Сигналы органов формирования поступают на вход органа сравнения фаз, который устанавливает режимы КЗ: в зоне действия защиты или вне ее. При КЗ на шинах сравниваемые токи примерно совпадают по фазе и защита срабатывает на отключение выключателей. При внешнем КЗ сдвиг по фазе между током в поврежденном присоединении и токами остальных присоединений будет близок к 180°, и защита в этом случае не действует.
При внешнем КЗ оба приемника принимают сплошной ВЧ сигнал, поскольку промежутки между сериями одного передатчика заполнены серией импульсов другого.
При КЗ в защищаемой линии оба передатчика работают одновременно. Их ВЧ импульсы накладываются друг на друга, а промежутки между сериями импульса остаются незаполненными. Перерывы ВЧ сигнала приводят к срабатыванию выходного реле защиты.
Если на линии, включаемой или отключаемой с одной стороны, произойдет КЗ, защита на этом конце линии воздействует на отключение, так как от защиты другого конца линии блокирующего сигнала не поступит.
Таким образом, срабатывание защиты возможно при внешнем КЗ, если нарушается непрерывность ВЧ сигнала на входе приемника.
К нарушению ВЧ сигнала могут привести повреждения в релейной части защиты и повреждения ВЧ каналов. Во избежание неправильного действия защиты исправность ее ВЧ части проверяется оперативным персоналом или автоматически.
Для автоматического контроля исправности ВЧ каналов применяются устройства серий КВЧ. Они измеряют соответствующие параметры с каждого конца линии, причем одна часть параметров контролируется постоянно, а другая — периодически при пуске устройства контроля от контактных часов.
При периодическом контроле устройство КВЧ измеряет параметры схемы защиты с одного конца линии и посылает сплошной неманипулированный ВЧ сигнал защите противоположного конца. Этот сигнал принимается дополнительным приемником устройства КВЧ, которое посылает в линию ответный неманипулированный сигнал. При исправности ВЧ канала через 0,2 с схема устройств КВЧ обоих полукомплектов защиты возвращается в исходное положение.
Если при контроле обнаружится отклонение от уставок реле, с помощью которых осуществлялась проверка, устройство КВЧ автоматически отключит свой полукомплект защиты и подаст сигнал о его неисправности. С другого конца линии защита отключается вручную.
Перед включением дифференциально-фазной защиты в работу должен проверяться ее ВЧ канал. Для этого кратковременно нажимают кнопки «Пуск» устройств КВЧ с обоих концов линии.
При КЗ в сети и срабатывании пусковых органов защиты начатый цикл контроля канала ВЧ мгновенно прерывается, устройство КВЧ блокируется и схема защиты восстанавливается для нормальной работы.
8.9. Дифференциальная токовая и другие виды дифференциальной защиты
В качестве защиты сборных шин электростанций и ПС напряжением 35 кВ и выше предусматривается дифференциальная токовая защита, охватывающая все элементы, которые присоединены к системе или секции шин.
Защита осуществляется с применением специальных органов тока, отстроенных от переходных и установившихся токов небаланса (например, органов, включенных через насыщающиеся ТТ, органов с торможением и др.).
При присоединении трансформатора (автотрансформатора) напряжением 220 кВ и выше более чем через один выключатель рекомендуется предусматривать для защиты ошиновки отдельную дифференциальную токовую защиту, а при присоединении к сборным шинам (например, при схеме «шины — трансформатор») использовать дифференциальную защиту шин.
Для электроустановок напряжением 500–750 кВ предусматриваются две дифференциальные токовые защиты шин (ошиновки).
В отдельных случаях допускается установка двух защит шин (ошиновок) напряжением 35-330 кВ по условию сохранения устойчивости нагрузки, обеспечения надежной работы атомных станций, а также предотвращения нарушения технологии особо ответственных производств и обеспечения требований экологии.
Дифференциальная токовая защита предназначена для быстрого отключения цепей, включенных на сборные шины, при КЗ на сборных шинах или на другом оборудовании. Зона ее действия ограничивается ТТ, к которым подключены реле защиты.
Принцип действия защиты основан на сравнении токов цепей при КЗ и других режимах работы.
Для выполнения защиты дифференциальное реле КА подключают к ТТ так, как это показано на рис. 8.9. При таком включении ток в реле будет равен геометрической сумме вторичных токов присоединений.
На рисунке также показаны токи в реле дифференциальной токовой защиты цепи при КЗ на шинах (рис. 8.9, а) и внешнем КЗ (рис. 8.9, б).
При КЗ на шинах (рис. 8.9, а) токи присоединений будут иметь одно направление и через реле будет проходить сумма этих токов Iр = I1 + I2 + I3. Если Iр > Iс. з, то реле сработает. При внешнем КЗ (рис. 8.9, б ) ток в обмотке реле Ip = I1 + I2 + (−I3) = 0, и реле работать не будет, если оно отстроено от токов небаланса.
На практике эксплуатируются дифференциальные защиты шин для ПС с одной и двумя системами шин, а также для ПС с реактированными линиями и несколькими источниками питания.
Широко применяются также дифференциально-фазные защиты шин и дифференциальные защиты с торможением.
По сравнению с дифференциальной токовой защитой обе эти защиты имеют бол ьшую чувствительность и менее требовательны к классу точности ТТ.
Принцип действия дифференциально-фазной ВЧ защиты рассмотрен выше в п. 8.8.
Дифференциальная защита с торможением предназначена для использования в качестве основной защиты трех фаз силовых трансформаторов и автотрансформаторов при всех видах КЗ. Она позволяет обеспечить торможение от двух групп ТТ. Данная защита использует принцип автоматического увеличения тока срабатывания при возрастании тока КЗ и отстроена от токов небаланса при мощных внешних КЗ, что обеспечивает ее высокую чувствительность при минимальных режимах.
Защита имеет две схемы формирования тока: схема формирования тормозного тока и схема формирования рабочего тока. Оба тока подаются на вход органа сравнения. Если рабочий ток больше тормозного, срабатывает выходной орган защиты с действием на отключение выключателей присоединений поврежденной системы шин, и наоборот, — если тормозной ток больше рабочего, то защита не сработает. В качестве рабочего тока используется дифференциальный ток, то есть геометрическая сумма токов, получаемых от ТТ всех присоединений. Для торможения используют арифметическую сумму токов присоединений. До поступления на вход органа сравнения рабочий и тормозной ток выпрямляются.
Защита предназначена для работы в комплекте с приставкой дополнительного торможения (например, типа ПТ-1), обеспечивающей торможение от трех или четырех групп ТТ, и автотрансформаторами токов (типа АТ-31, АТ-32), предназначенными для расширения диапазона выравнивания токов плеч одной фазы защиты и для ее подключения к ТТ с номинальным вторичным током 1 А.
8.10. Газовая защита трансформаторов
Газовая защита применяется для защиты от повреждений, возникающих внутри масляного бака трансформатора, сопровождающихся выделением газов и интенсивным перемещением масла из бака в расширитель.
Газовая защита — одна из немногих защит, после которых не допускается действие АПВ, поскольку в большинстве случаев отключаемые ею повреждения оказываются устойчивыми.
Газы выделяются при разложении масла и твердых изоляционных материалов под действием электрической дуги, а также при повреждении и перегреве стали магнитопровода.
Кроме того, защита действует и при недопустимом понижении уровня масла в расширителе.
Отключающий элемент газовой защиты переводится действием на сигнал в следующих случаях:
при очистке и регенерации масла и при всех работах в масляной системе трансформатора (например, при замене силикагеля в фильтре работающего трансформатора);
при проверке газовой защиты;
при неисправности газовой защиты;
при неисправности масляной системы или других элементов трансформатора, которые могут вызвать ложную работу газовой защиты;
при доливке масла, если его уровень оказывается ниже газового реле;
при временных взрывных работах вблизи места установки трансформатора.
Газовое реле устанавливается в трубопроводе, соединяющем расширитель с баком трансформатора. Поэтому образующиеся в баке трансформатора газы на своем пути к расширителю проходят через газовое реле.
Реагирующими элементами газового реле могут быть полые геометрические цилиндры, лопасти и открытые алюминиевые чашки.
Газовое реле имеет два (иногда три) реагирующих элемента: верхний, контакты которого действуют на сигнал, и нижний, контакты которого действуют на отключение трансформатора.
Газовое реле имеет смотровое окно для контроля за накоплением в реле масла и кран для отбора пробы газа при срабатывании реле.
При контроле в процессе внешнего осмотра трансформатора и газового реле персонал проверяет уровень масла в расширителе трансформатора, целостность мембраны выхлопной трубы, наличие течи масла из бака. Для химического или хроматографического анализа отбирается проба газа из реле.
Предварительное заключение о состоянии отключившегося трансформатора производится на основе определения объема скопившегося в реле газа, проверки его цвета и горючести. Бело-серый цвет газа свидетельствует о повреждении бумаги и картона, желтый — дерева, темно-синий или черный — масла.
Горючесть газа является признаком повреждения трансформатора. Если газ, выходящий из крана реле, загорается от спички, трансформатор должен быть отключен и не может быть включен после автоматического отключения без испытания и внутреннего осмотра.
Если в газовом реле будет обнаружен воздух, то его следует выпустить из реле.
На практике встречаются случаи неправильного срабатывания газового реле на отключение трансформатора из-за неисправностей цепей вторичных соединений защиты, прохождения сквозных токов КЗ, когда электродинамическое взаимодействие между витками обмоток передается маслу; из-за сотрясения трансформатора при включении или отключении устройств системы охлаждения; из-за толчка масла в момент соединения двух объемов с различными давлениями.
Характерным для всех этих случаев является отсутствие газа в реле. Оно остается заполненным маслом, так как никаких выделений газа в трансформаторе не происходит.
Для нормальной работы трансформатора важное значение имеет уровень масла в нем и в газовой защите. Газовое реле расположено ниже уровня масла в расширителе, поэтому оно должно быть заполнено маслом.
При недостаточном уровне масла и резком понижении температуры наружного воздуха или снижении нагрузки персоналу запрещается переводить газовую защиту на «сигнал», так как при дальнейшем понижении уровня масла может обнажиться и повредиться активная часть трансформатора.
На время доливки масла в трансформатор через расширитель газовую защиту оставляют с действием на «отключение». Ее переводят на «сигнал» при работах, проводимых в масляной системе трансформатора, когда могут иметь место толчки масла или попадание в него воздуха, что приведет к срабатыванию защиты.
Включение трансформатора в работу из резерва или после ремонта производится с включенной на «отключение» газовой защитой.
Осмотр газовых реле производится одновременно с осмотром трансформаторов без их отключения в сроки, предусмотренные ПТЭ:
в установках с постоянным дежурством персонала или с местным персоналом: главных трансформаторов и трансформаторов собственных нужд — один раз в сутки, остальных трансформаторов — один раз в неделю;
в установках без постоянного дежурства персонала — не реже одного раза в месяц, а в трансформаторных пунктах — не реже одного раза в 6 месяцев.
С учетом местных условий и состояния трансформаторов сроки осмотра могут изменяться по решению главного инженера предприятия (технического руководителя организации).
8.11. Защита синхронных компенсаторов
Для защиты СК ПУЭ рекомендует применять следующие защиты:
защиту от токов, обусловленных симметричной нагрузкой, действующей на сигнал с выводом ее на период пуска, если в этом режиме возможно ее действие;
минимальную защиту напряжения, действующую на отключение выключателя СК. Напряжение срабатывания защиты должно быть принято равным 0,1–0,2 Uном, выдержка времени — около 10 с;
защиту, действующую при кратковременном исчезновении питания ПС (например, в бестоковую паузу АПВ питающей линии). Защита должна выполняться в виде минимальной защиты частоты и действовать на отключение выключателя СК или на АГП. Допускается использование защиты, выполненной на других принципах, например, реагирующей на скорость снижения частоты;
защиту от потери возбуждения (снижения тока возбуждения ниже допустимого предела) с действием на отключение СК или на сигнал, которую следует предусматривать на СК мощностью 50 Мвар и более. Для СК, на которых предусматривается возможность перевода на режим работы с отрицательным током ротора, эту защиту допускается не применять.
Для СК, работающего в блоке с трансформатором, при замыкании на землю в обмотке статора должно быть предусмотрено действие защиты, установленной на стороне НН трансформатора.
Если ток замыкания на землю на стороне НН трансформатора превышает 5 А, допускается не устанавливать дугогасящий реактор и выполнять защиту с двумя выдержками времени; с меньшей выдержкой времени предусматривается отключение выключателей СК, а с большей — подача сигнала.
При токе замыкания на землю до 5 А защита должна быть выполнена с одной выдержкой времени и с действием на сигнал. Для СК мощностью 50 Мвар и более должна быть предусмотрена возможность действия защиты на сигнал или на отключение.
На ПС без постоянного дежурства персонала защита СК от перегрузки должна выполняться с независимой выдержкой времени и действовать с меньшей выдержкой времени на сигнал и снижение тока возбуждения, с большей — на отключение СК (если предотвращение длительных перегрузок не обеспечивается устройствами АРВ).
8.12. Устройства резервирования отказов выключателей
УРОВ устанавливаются, в соответствии с ПУЭ, практически на всех ПС 110–220 кВ с двумя и более выключателями.
При отключении повреждений, сопровождающихся отказом выключателя, УРОВ отключает выключатели других электрических цепей, продолжающих питать КЗ. УРОВ подает команду на отключение этих выключателей по истечении времени, достаточного для нормальной работы релейной защиты и отключения выключателя поврежденной цепи.
Пуск УРОВ осуществляется защитой (основной и резервной) поврежденного элемента (линии, трансформатора, шин) одновременно с подачей команды на отключение выключателя. Если выключатель сработал нормально, схема УРОВ возвратится в исходное положение. Если же выключатель откажет при отключении или операция его отключения затянется, по истечении заданной выдержки времени (0,3–0,6 с) УРОВ отключит выключатели присоединений той системы шин, от которой питается электрическая цепь с неотключенным выключателем.
Команда на отключение выключателей подается УРОВ через выходные промежуточные реле своих избирательных органов.
При других схемах соединения, например, многоугольником, УРОВ действует избирательно и отключает выключатели, ближайшие к отказавшему. В результате отключается не вся электроустановка, а только ее часть.
На ПС с двойной системой шин при КЗ на шинах и отказе шиносоединительного выключателя схемой УРОВ предусматривается отключение выключателей другой (неповрежденной) системы шин.
При КЗ на шинах и отказе выключателя трансформатора УРОВ действует на отключение выключателей других его обмоток через выходное промежуточное реле защиты трансформатора.
Если при КЗ на шинах откажет в отключении выключатель линии, защищенной дифференциально-фазной защитой, УРОВ сработает на временную остановку защиты, в результате чего защита сработает и отключит выключатель линии на другом ее конце.
Эксплуатируемые на ПС УРОВ представляют собой сложные устройства, связанные с оперативными цепями многих защит, что повышает вероятность неправильного срабатывания УРОВ при появлении неисправностей в цепях защит или отказ в замыкании контактов выходных реле защит. Ложная и излишняя работа УРОВ или его отказ приводит к тяжелым последствиям.
Для предотвращения неправильных срабатываний УРОВ в их схемах помимо основного пускового органа предусмотрен дополнительный орган, который запрещает (блокирует) работу УРОВ при отсутствии КЗ. Он выполняется с помощью реле, реагирующих на прохождение тока КЗ по цепи, выключатель которой не отключился. Если контакты этих реле остаются разомкнутыми, УРОВ не действует при ложном и излишнем срабатывании защит.
Исправность цепей УРОВ автоматически контролируется специальным промежуточным реле, которое при появлении неполадок в схеме снимает оперативный ток с выходных устройств УРОВ и действует на сигнальное устройство, оповещающее персонал о неисправности.
УРОВ может отключаться оперативным персоналом полностью, полукомплектами (на ПС с двойной системой шин) или отдельными цепями с помощью оперативных накладок. Кроме того, на панели каждой защиты, пускающей УРОВ, имеются указательные реле, переводом которых на «Сигнал» прекращается пуск УРОВ от той или иной защиты.
Операции с накладками персонал обязан выполнять при отключении защит для технического обслуживания, а также при опробовании действия защиты на отключение выключателя; при этом операция отключения цепи пуска УРОВ производится после включения защиты в работу.
Оперативному персоналу при отключении системы шин от УРОВ не следует опробовать шины напряжением вручную без их осмотра, так как при этом возможна подача напряжения на поврежденный трансформатор, выключатель которого не отключился (что исключено при АПВ шин за счет блокировки АПВ шин от защит трансформатора).
8.13. Автоматическое повторное включение линий, шин и трансформаторов
АПВ является одним из средств РЗиА, направленным на повышение надежности электроснабжения, и заключается в автоматическом включении отключенного с помощью аварийной автоматики или по ошибке участка электросети.
АПВ предусматривается для быстрого восстановления питания потребителей, межсистемных и внутренних связей, а также для улучшения условий сохранения устойчивости путем автоматического включения выключателей, отключенных устройствами релейной защиты или отключившихся самопроизвольно тремя фазами.
Все повреждения в электросети условно можно разделить на два типа: устойчивые и неустойчивые.
К устойчивым повреждениям относятся такие, для устранения которых требуется вмешательство оперативного персонала или аварийной бригады. Устойчивые повреждения не самоустраняются, и эксплуатация поврежденного участка электросети невозможна. К подобным повреждениям относятся обрывы проводов, повреждения участков линий, опор ЛЭП, повреждения электрических аппаратов.
Неустойчивые повреждения характеризуются тем, что они самоустраняются в течение короткого промежутка времени после возникновения. Такие повреждения могут возникать, например, при случайном схлестывании проводов. Возникающая при этом электрическая дуга не успевает нанести серьезных повреждений, поскольку через небольшой промежуток времени после возникновения КЗ цепь обесточивается аварийной автоматикой.
Включение отключенного участка сети под напряжением называется повторным включением. В зависимости от того, остался ли этот участок сети в работе или снова отключился, повторные включения разделяют на успешные и неуспешные. Соответственно, успешное повторное включение указывает на неустойчивый характер повреждения, а неуспешное — на то, что повреждение было устойчивым.
Для того чтобы ускорить и автоматизировать процесс повторного включения, применяют устройства АПВ. Их использование в сочетании с другими средствами РЗиА позволяет полностью автоматизировать ПС, избежать тяжелых последствий от ошибочных действий обслуживающего персонала или ложных срабатываний релейной защиты на защищаемом участке электросети.
Согласно требованиям ПУЭ, устройствами АПВ должны снабжаться все ВЛ и кабельно-воздушные линии напряжением 1 кВ и выше, а также трансформаторы, сборные шины ПС и электродвигатели.
В зависимости от количества фаз, на которые действуют устройства АПВ, их разделяют:
на однофазное АПВ, которое включает одну фазу, например, при отключении из-за однофазного КЗ. Применяется в сетях 220 кВ и выше;
трехфазное АПВ, которое включает все три фазы участка цепи. Устанавливается на линиях с односторонним и двусторонним питанием;
комбинированное АПВ, которое включает одну или три фазы в зависимости от характера повреждения участка сети.
Трехфазные АПВ в зависимости от условий работы разделяются:
на простые (ТАПВ);
несинхронные (НАПВ);
быстродействующие (БАПВ);
с проверкой наличия напряжения (АПВНН);
с проверкой отсутствия напряжения (АПВОН);
с ожиданием синхронизма (АПВУС);
в сочетании с самосинхронизацией генераторов и синхронных компенсаторов (АПВС).
В зависимости от того, какое количество раз подряд требуется совершить повторное включение, АПВ разделяют на АПВ однократного действия, двукратного и т. д. Наибольшее распространение получили АПВ однократного действия.
По способу воздействия на выключатель АПВ могут быть:
механические, которые встраиваются в пружинный привод выключателя;
электрические, которые воздействуют на электромагнит включения выключателя.
Поскольку механические АПВ работают без выдержки времени, их использование нецелесообразно, и в современных схемах защитной автоматики используются только электрические АПВ.
По типу защищаемого оборудования АПВ разделяются на АПВ линий, АПВ шин, АПВ электродвигателей и АПВ трансформаторов.
Основной принцип действия АПВ заключается в сравнении положения ключа управления выключателя и состояния этого выключателя. То есть, если на схему АПВ поступает сигнал о том, что выключатель отключился, а со стороны управляющего выключателем ключа приходит сигнал о том, что ключ в положении «Включено», это значит, что произошло незапланированное (аварийное) отключение выключателя. Такой принцип применяется для того, чтобы исключить срабатывание устройства АПВ в случаях, когда произошло запланированное отключение выключателя.
К схемам и устройствам АПВ применяются следующие обязательные требования, связанные с обеспечением надежности электроснабжения:
АПВ должно обязательно срабатывать при аварийном отключении на защищаемом участке сети;
АПВ не должно срабатывать, если выключатель отключился сразу после его включения ключом управления. Такое отключение говорит о том, что в схеме присутствует устойчивое повреждение, и срабатывание АПВ усугубит ситуацию. Для выполнения этого требования делают так, чтобы устройства АПВ приходили в готовность через несколько секунд после включения выключателя. Кроме того, АПВ не должно срабатывать при оперативных переключениях, осуществляемых персоналом;
в схемах АПВ должна присутствовать возможность выведения их для ряда защит, например, после действия газовой защиты трансформатора срабатывание устройства АПВ нежелательно;
устройства АПВ должны срабатывать с заданной кратностью: однократное АПВ должно срабатывать 1 раз, двукратное — 2 раза и т. д.;
после успешного включения выключателя схема АПВ должна самостоятельно вернуться в состояние готовности;
АПВ должно срабатывать с заданной выдержкой времени, обеспечивая возможно быстрое восстановление питания на отключенном участке сети. Как правило, эта выдержка должна быть 0,3–0,5 с. Однако в ряде случаев целесообразно замедлять работу АПВ до нескольких секунд.
8.14. Автоматическое включение резерва
АВР служит для того, чтобы при авариях, когда исчезает напряжение на одной системе шин (секции сборных шин), автоматически восстановить электроснабжение потребителей от резервного источника питания: трансформаторов, линий, смежных секций сборных шин, получающих питание от других источников. Устройства АВР предусматриваются также для автоматического включения резервного оборудования при отключении рабочего оборудования, приводящего к нарушению нормального технологического процесса.
Кроме того, устройства АВР могут предусматриваться для снижения токов КЗ.
Автоматическое включение секционного или шиносоединительного выключателя применяется на двухтрансформаторных ПС, где секции сборных шин питаются раздельно, а секционные выключатели находятся в отключенном положении с действием на них АВР.
Схемы АВР включаются при исчезновении напряжения на сборных шинах, питающих нагрузку. При секционированной одиночной системе сборных шин и питании каждой секции от отдельного источника питания причиной исчезновения напряжения может быть отключение выключателя релейной защитой, самопроизвольно или ошибочно персоналом и др.
Пуск АВР осуществляется вспомогательными контактами отключившегося выключателя рабочего источника.
Чтобы АВР действовал на сборных шинах ВН, он дополнен пусковым органом минимального напряжения. При исчезновении напряжения это орган, подключенный к ТН со стороны НН, воздействует на отключение выключателей трансформатора. После отключения трансформатора со стороны НН схема АВР приходит в действие.
На ПС применяют АВР трансформаторов и секционных (шиносоединительных) выключателей.
Когда на двухтрансформаторной подстанции питание потребителей осуществляется от одного трансформатора, то второй находится, как правило, в автоматическом резерве. При отключении выключателя НН рабочего трансформатора происходит переключение вспомогательных контактов в приводе отключившегося выключателя трансформатора, что приведет к запуску схемы АВР; при этом АВР подействует на включение обоих выключателей ВН и НН резервного трансформатора.
Если резервный трансформатор включился на неустранившееся КЗ, то он отключится релейной защитой после действия АВР и вторично АВР включаться не будет. Это является положительным свойством АВР однократного действия.
Сборные шины могут потерять питание и при отключении выключателя ВН рабочего трансформатора. Для того чтобы в этом случае произошел запуск схемы АВР, вспомогательными контактами отключившегося выключателя ВН подается команда на отключение выключателя НН. Затем после отключения этого выключателя пойдет команда от АВР на включение резервного трансформатора.
При питании трансформаторов от разных секций сборных шин ВН может исчезнуть напряжение на одной из них. При этом схема АВР не будет действовать, так как оба выключателя трансформатора, потерявшего напряжение, останутся включенными. На этот случай предусмотрен пусковой орган минимального напряжения, действие которого приведет к отключению обоих выключателей трансформатора.
При отключении любого выключателя трансформатора переключаются вспомогательные контакты в приводе выключателя НН, при этом через контакты реле положения «Включено» этим выключателем будет включен секционный выключатель.
Для быстрого отключения секционного выключателя при его включении на неустановившееся КЗ предусмотрено ускорение действия максимальной токовой защиты секционного выключателя после АВР.
При питании взаиморезервирующих трансформаторов от общих сборных шин ВН пусковой орган минимального напряжения не устанавливается, так как при исчезновении напряжения на сборных шинах ВН действие АВР становится бесполезным.
Возможны следующие варианты выполнения устройств АВР:
АВР с приоритетом первого ввода, когда электропитание потребителей осуществляется исключительно от первого ввода. В случае пропадания напряжения на нем происходит переключение на второй ввод. При восстановлении напряжения на первом вводе происходит автоматический возврат на этот ввод;
АВР с равноценными вводами может работать длительное время как от первого, так и от второго ввода. В случае пропадания напряжения на первом вводе или принудительном отключении электропитания происходит автоматическое переключение на второй ввод, без возврата на первый, независимо от того, что электропитание может быть восстановлено на первом вводе. Автоматическое переключение на первый ввод происходит в случае пропадания электропитания на втором вводе при условии наличия электропитания на первом вводе. Возможно ручное переключение с одного ввода на другой;
АВР без возврата. При пропадании электропитания на первом вводе АВР автоматически переключается на второй ввод. При восстановлении электропитания на первом вводе переключение производится только в ручном режиме;
АВР может работать в таком режиме, когда каждый ввод работает на своего потребителя независимо от другого. В случае выхода из строя одного из вводов все потребители подключаются к исправному вводу.
С устройствами АВР могут быть совмещены:
световая индикация и звуковая сигнализация;
приборы учета и распределения электроэнергии;
приборы контроля нагрузки и параметров электропитания.
При применении устройств АВР следует учитывать недопустимость их действия на включение потребителей, отключенных устройствами АЧР и противоаварийной автоматики. С этой целью применяются специальные мероприятия (например, блокировка по частоте); в отдельных случаях, при специальном обосновании невозможности выполнения указанных мероприятий, допускается не предусматривать АВР.
8.15. Обслуживание устройств РЗиА
Основные обязанности оперативного персонала при обслуживании устройств РЗиА регламентируются действующими ПТЭ электрических станций и сетей Российской Федерации.
Вторичные обмотки ТТ должны быть всегда замкнуты на реле и приборы или закорочены. Вторичные цепи ТТ, ТН и вторичные обмотки фильтров присоединения ВЧ каналов должны быть заземлены.
В цепях оперативного тока должна быть обеспечена селективность действия аппаратов защиты (предохранителей и автоматических выключателей).
Автоматические выключатели, колодки предохранителей должны иметь маркировку с указанием назначения и тока.
Для выполнения оперативным персоналом на панелях и в шкафах устройств РЗиА переключений с помощью ключей, накладок, испытательных блоков и других приспособлений должны применяться таблицы положения указанных переключающих устройств для используемых режимов или другие наглядные методы контроля, а также программы для сложных переключений.
На щитах управления электростанций и ПС, а также на панелях и шкафах переключающие устройства в цепях РЗиА должны быть расположены наглядно, а однотипные операции с ними должны производиться одинаково.
Силовое электрооборудование электростанций, ПС и электрических сетей должно быть защищено от КЗ и нарушений нормальных режимов устройствами РЗиА, автоматическими выключателями или предохранителями и оснащено устройствами электроавтоматики, в том числе устройствами противоаварийной автоматики и устройствами автоматического регулирования.
В эксплуатации должны быть обеспечены условия нормальной работы аппаратуры РЗиА и вторичных цепей (допустимые температура, влажность, вибрация, отклонения рабочих параметров от номинальных, условия электромагнитной совместимости и др.).
На панелях РЗиА и шкафах двухстороннего обслуживания, а также на панелях и пультах управления на лицевой и оборотной сторонах должны быть надписи, указывающие их назначение в соответствии с диспетчерскими наименованиями.
Установленная на панелях, пультах и в шкафах с поворотными панелями аппаратура должна иметь с обеих сторон надписи или маркировку согласно действующим схемам.
На панелях с аппаратурой, относящейся к разным присоединениям или разным устройствам РЗиА одного присоединения, которые могут проверяться раздельно, должны быть нанесены разграничительные линии и обеспечена возможность установки ограждения при проверке отдельных устройств РЗиА.
Силовое электрооборудование и ЛЭП могут находиться под напряжением только с включенной релейной защитой от всех видов повреждений. При выводе из работы или неисправности отдельных видов защит оставшиеся в работе устройства РЗиА должны обеспечить полноценную защиту электрооборудования и ЛЭП от всех видов повреждений. Если это условие не выполняется, должна быть осуществлена временная быстродействующая защита или введено ускорение резервной защиты, либо присоединение должно быть отключено.
При наличии быстродействующих релейных защит и УРОВ все операции по включению линий, шин и оборудования после ремонта или нахождения без напряжения, а также операции по переключению разъединителями и воздушными выключателями должны осуществляться при введенных в работу этих защитах; если на время проведения операций какие-либо из этих защит не могут быть введены в работу или должны быть выведены из работы по принципу действия, следует ввести ускорение на резервных защитах либо выполнить временную защиту, хотя бы неселективную, но с таким же временем действия, как и постоянная защита.
При включении после монтажа и первом профилактическом контроле изоляции относительно земли электрически связанных цепей РЗиА и всех других вторичных цепей каждого присоединения, а также между электрически не связанными цепями, находящимися в пределах одной панели, за исключением цепей элементов, рассчитанных на рабочее напряжение 60 В и ниже, изоляция должна быть испытана напряжением 1000 В переменного тока в течение 1 мин.
В последующей эксплуатации изоляция цепей РЗиА (за исключением цепей напряжением 60 В и ниже) должна испытываться при профилактических испытаниях напряжением 1000 В переменного тока в течение 1 мин или выпрямленным напряжением 2500 В.
В службе РЗиА (электротехнической лаборатории) энергопредприятия на устройства РЗиА, находящиеся в эксплуатации, должна быть следующая техническая документация:
паспорта-протоколы;
инструкции или методические указания по наладке и проверке; технические данные об устройствах в виде карт уставок и характеристик;
исполнительные рабочие схемы: принципиальные, монтажные или принципиально-монтажные;
рабочие программы вывода в проверку (ввода в работу) сложных устройств РЗиА с указанием последовательности, способа и места отсоединения их цепей от остающихся в работе устройств РЗиА, цепей управления оборудованием и цепей тока и напряжения; перечень групп устройств, на которые должны быть составлены рабочие программы, утверждается техническим руководителем энергосистемы или энергообъекта.
Результаты технического обслуживания должны быть занесены в паспорт-протокол, а подробные записи по сложным устройствам РЗиА при необходимости должны быть сделаны в рабочем журнале.
Реле, аппараты и вспомогательные устройства РЗиА, за исключением тех, уставки которых изменяет оперативный персонал, разрешается вскрывать только работникам служб РЗиА (электротехнической лаборатории), эксплуатирующим эти устройства, или — в исключительных случаях — по их указанию оперативному персоналу.
Работы в устройствах РЗиА должен выполнять персонал, обученный и допущенный к самостоятельной проверке соответствующих устройств.
На сборках (рядах) зажимов пультов управления, шкафов и панелей не должны находиться в непосредственной близости зажимы, случайное соединение которых может вызвать включение или отключение присоединения, КЗ в цепях оперативного тока или в цепях возбуждения генератора (СК).
Выполнение работ на панелях, пультах, в шкафах и в цепях управления без исполнительных схем, протокола проверки и типовой или рабочей программы вывода (ввода) устройства РЗиА не допускается.
Операции во вторичных цепях ТТ и ТН должны производиться с выводом из действия устройств РЗиА, которые по принципу действия и параметрам настройки (уставкам) могут ложно срабатывать в процессе выполнения указанных операций.
Работы в устройствах РЗиА, которые могут вызвать неправильное отключение присоединений, а также иные непредусмотренные воздействия на оборудование и действующие устройства РЗиА, должны производиться по разрешенной заявке, учитывающей эти возможности.
Периодичность контроля и опробования, перечень аппаратов и устройств, подлежащих опробованию, порядок операций при опробовании, а также порядок действий персонала при выявлении отклонений от норм должны быть установлены местными инструкциями.
Устройства РЗиА и вторичные цепи должны быть проверены и опробованы в объеме и в сроки, указанные в действующих правилах и инструкциях.
После неправильного срабатывания или отказа в срабатывании этих устройств должны быть произведены дополнительные (послеаварийные) проверки.
Провода и жилы контрольных кабелей, присоединенные к сборкам (рядам) зажимов, должны иметь маркировку, соответствующую схемам. Контрольные кабели должны иметь маркировку на концах, в местах разветвления и пересечения потоков кабелей, при проходе их через стены, потолки и проч. Концы свободных жил контрольных кабелей должны быть изолированы.