Схема дифференциальной токовой защиты шин 6-10 кВ подстанций или электростанций

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СХЕМА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ШИН 6-10 кВ ПОДСТАНЦИЙ ИЛИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ(57) 1. Схема дифференциальной токовой защиты шин 6-10 кВ подстанций или электростанций, содержащая дифференциальные элементы токовых защит в пофазном исполнении, на которые подается геометрическая сумма токов всех присоединений шин, исполнительные элементы, действующие на отключение и запрет автоматического повторного включения питающих присоединений шин и запрет автоматического ввода резервных шин, отличающаяся тем, что включает блокирующие элементы на которые подаются токи присоединений шин, содержащие трансформаторы тока с полной погрешностью более 10 при коротких замыканиях вблизи шин. 2. Схема по п. 1, отличающаяся тем, что на каждый блокирующий элемент подается фазный ток одного или нескольких присоединений шин. 3. Схема по п. 1, отличающаяся тем, что блокирующие элементы одной фазы соединены своими выходами по логической схеме ИЛИ для осуществления запрета действия дифференциального элемента токовой защиты только этой фазы. 4. Схема по п. 1, отличающаяся тем, что каждый дифференциальный элемент токовой защиты выполнен с возможностью срабатывания с выдержкой времени. 5. Схема по п. 3, отличающаяся тем, что каждый блокирующий элемент выполнен с возможностью срабатывания с выдержкой времени для возврата схемы в исходное состояние.(56) Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем. - М. Энергия, 1976. - С. 467-486.2095907 1, 1997. 4758 12031507 1, 1995.1390699 1, 1988.05300638, 1993.3947728 , 1976.2012505 , 1979.4538196 , 1985.0099461 1, 1984. Предполагаемое изобретение относится к области релейной защиты. В настоящее время для защиты шин 6-10 кВ подстанций (ПС) и электростанций используются следующие устройства защиты. 1. Максимальная токовая защита (МТЗ) питающего элемента (генератор, трансформатор, секционный выключатель) 1. Защита реагирует на все виды междуфазных коротких замыканий (к.з.), в том числе и на двойные замыкания на землю, одно из которых присутствует на защищаемых шинах, а второе - в сети, питаемой от этих шин. Недостатками этой защиты являются большой ток срабатывания, равный 3-4 кратам номинального тока трансформатора. Из-за этого МТЗ недостаточно чувствительна к двойным замыканиям на землю в случае, если первая точка замыкания появляется на линии 6-10 кВ, а вторая - в результате возникших перенапряжений, возникает на шинах. Учитывая, что этот вид к.з. является основной причиной повреждения шин и что МТЗ в большинстве случаев срабатывает только после перехода двойного замыкания на землю в междуфазное к.з. непосредственно на шинах, можно считать, что МТЗ не способна предотвратить развитие повреждения шин большое, 2-3 с, время отключения повреждения. Опыт эксплуатации показывает, что за такое время термическое и электродинамическое действие тока к.з. вызывает пожары, производит значительные разрушения, в результате чего оборудование становится неремонтопригодным. 2. Логическая защита шин. Эта защита, по сути, является МТЗ питающего элемента (п. 1), ускоряемой до 0,4-0,5 с при к.з. на шинах. Ускорение действует при срабатывании измерительного органа МТЗ питающего элемента и несрабатывании измерительных органов МТЗ любого присоединения, отходящего от защищаемых шин. По сравнению с МТЗ логическая защита является более быстродействующей, однако ей присущ описанный выше недостаток МТЗ в плане чувствительности. Кроме того, известные логические защиты шин 2 по принципу своего исполнения не реагируют на двойные замыкания на землю в случае, если одно замыкание находится на шинах. 3. Неполная дифференциальная токовая защита шин 6-10 кВ подстанций и шин генераторного напряжения электростанций, включаемая на геометрическую сумму токов питающих присоединений, применяется исключительно при наличии реакторов на отходящих линиях 1 и 3. При отсутствии реакторов на линиях она неприменима из-за невозможности отстройки защиты шин от токов внешних к.з. Эта защита, так же как МТЗ и логическая защита шин, имеет низкую чувствительность к двойным замыканиям на землю. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению, прототипом изобретения,является полная дифференциальная токовая защита шин, включаемая на геометрическую сумму токов всех присоединений 1. Эта защита характеризуется высоким быстродействием и чувствительностью ко всем видам междуфазных к.з. на шинах, в том числе и к двойным замыканиям на землю, в случае, если одна из точек замыкания находится на шинах. Однако ее невозможно использовать в качестве защиты шин 6-10 кВ ПС или электростанций без замены существующих и проектируемых трансформаторов тока (ТТ) присоединений на более мощные, с более высоким коэффициентом трансформации, ввиду непригодности этих ТТ по условию нормируемой 10-ти процентной погрешности при токах внешнего к.з. вблизи шин 4. Задачей изобретения является создание быстродействующей защиты шин 6-10 кВ подстанций или электростанций, способной отключать как междуфазные к.з. на шинах, так и, благодаря ее высокой чувствительности, двойные замыкания на землю в случае, если одно замыкание присутствует на шинах с использованием существующих ТТ. В заявляемой защите шин поставленная задача решается благодаря использованию сочетания дифференциальных элементов токовых защит в пофазном исполнении, подключаемых на геометрическую сумму токов всех присоединений секции шин, совместно с блокирующими элементами в пофазном исполнении, подключаемыми к ТТ присоединений 6-10 кВ, имеющим полную погрешность более 10 при к.з. вблизи шин. Быстродействие и высокая чувствительность защиты шин обеспечивается за счет использования дифференциальных элементов токовых защит. 2 4758 1 Возможность селективного действия защиты шин при подключении к ТТ с полными погрешностями более 10 при к.з. вблизи шин реализуется благодаря использованию блокирующих элементов. Условием срабатывания защиты шин является срабатывание дифференциального элемента и несрабатывание блокирующих элементов одной фазы. Уставки срабатывания дифференциального и блокирующего элементов выбираются при одном и том же расчетном токе внешнего к.з., при котором обеспечивается 10-ти процентная полная погрешность ТТ. Ток срабатывания блокирующего элемента принимается равным расчетному току внешнего к.з., а ток срабатывания дифференциального элемента выбирается по условию отстройки от тока небаланса при протекании этого расчетного тока. Благодаря этому, при внешнем к.з. с током меньшим расчетного, дифференциальный элемент не срабатывает, а при внешнем к.з. с током большим расчетного возможное излишнее срабатывание дифференциального элемента запрещается действием блокирующего элемента. При повреждении на шинах срабатывает только дифференциальный элемент. Блокирующий элемент не срабатывает, так как уставка тока срабатывания последнего отстраивается от токов подпитки места к.з. двигательной нагрузкой. Именно сочетание в заявляемой защите дифференциального и блокирующего элементов дает возможность получить значительный положительный эффект, заключающийся в следующем Не требуется замена существующих ТТ на более мощные, с более высоким коэффициентом трансформации, необходимая в случае использования полной дифференциальной токовой защиты шин. Благодаря высокой чувствительности и быстродействию защиты предотвращаются пожары и резко снижается объем повреждений оборудования на подстанциях и электростанциях при повреждениях на шинах 6-10 кВ. На фиг. 1 и фиг. 2 представлены соответственно цепи тока и цепи логической части защиты шин подстанции 6-10 кВ 1 - трансформаторы тока ф.А ввода 6-10 кВ понижающего трансформатора 2 - трансформаторы тока ф.С ввода 6-10 кВ понижающего трансформатора 3 - трансформаторы тока ф.А линии 1 Л 4 - трансформаторы тока ф.С линии 1 Л 5 - блокирующий элемент ф.А линии 1 Л 6 - блокирующий элемент ф.С линии 1 Л 7 - трансформаторы тока ф.А линии 2 Л 8 - трансформаторы тока ф,С линии 2 Л 9 - трансформаторы тока ф.А линии 3 Л 10 - трансформаторы тока ф.С линии 3 Л 11 - трансформаторы тока ф.А секционного выключателя 12 - трансформаторы тока ф.С секционного выключателя 13 - блокирующий элемент ф.А линий 2 Л и 3 Л 14 - блокирующий элемент ф.С линий 2 Л и 3 Л 15 - дифференциальный элемент ф.А 16 - дифференциальный элемент ф.С 17 - Д 1 - логический элемент ИЛИ, объединяющий работу блокирующих элементов ф.А 18 - Д 2 - логический элемент ИЛИ, объединяющий работу блокирующих элементов ф.С 19 - ДТ 1 - элемент выдержки времени на срабатывание дифференциального элемента ф.А 20 - ДТ 2 - элемент выдержки времени на возврат блокирующих элементов ф.А 21 - ДТ 3 - элемент выдержки времени на срабатывание дифференциального элемента ф.С 22 - ДТ 4 - элемент выдержки времени на возврат блокирующих элементов ф.С 23 - Д 3 - логический элемент ЗАПРЕТ, объединяющий работу дифференциального и блокирующего элементов ф.А 24 - Д 4 - логический элемент ЗАПРЕТ, объединяющий работу дифференциального и блокирующего элементов ф.С 25 - Д 5 - логический элемент ИЛИ, объединяющий сигналы с выходов Д 3 и Д 4 26 - исполнительный элемент. К дифференциальному элементу фазы А (ф.С) 15 (16) подключены цепи тока фаз А (ф.С) всех присоединений защищаемой секции шин. В нем производится выравнивание и суммирование этих токов. 4758 1 Один из блокирующих элементов ф.А (ф.С) 5 (6) включен на ток линии 1 Л, второй 13 (14) - на токи линий 2 Л и 3 Л. Варианты подключения блокирующего элемента по цепям тока к одной или нескольким линиям зависят от величины и характера нагрузки линий и от величины коэффициентов трансформации ТТ этих линий. Дифференциальный и блокирующий элементы выполнены пофазными, т.е. блокирующий элемент ф.А может запретить действие дифференциального элемента только ф.А. Такое выполнение позволяет осуществить действие защиты шин при двойных замыканиях на землю, одно из которых находится на шинах. В исходном режиме на входах и выходах всех логических элементов схемы присутствуют логические сигналы 0,поэтому исполнительный орган 26 не работает. При внешнем к.з., например, двухфазном к.з. между фазами А и В на линии 1 Л с током большим расчетного срабатывают блокирующий элемент 5 и возможно, дифференциальный элемент 15 и на их выходах появляется логический сигнал 1. На запрещающем зажиме элемента 23 логический сигнал 1 через элемент 20 появляется мгновенно,а на входном зажиме элемента 23 - с выдержкой времени, задаваемой на элементе 19. Поэтому на выходе элемента 23 будет сохраняться логический сигнал 0. При отключении внешнего к.з. релейной защитой линии 1 Л логический сигнал 1 на запрещающем зажиме элемента 23 будет сохраняться на время, задаваемое на элементе 20, а на входном зажиме исчезнет мгновенно. Этим обеспечивается надежное блокирование защиты шин при отключении внешнего к.з При том же виде к.з. на шинах срабатывает только дифференциальный элемент 15 и с выдержкой времени элемента 19 логический сигнал 1 поступает на входной зажим элемента 23. Так как на запрещающем зажиме этого элемента присутствует логический сигнал 0, на его выходе появляется логический сигнал 1, который поступает на один из входов элемента 25, что приводит к срабатыванию исполнительного элемента 26. Исполнительный элемент защиты 26 действует на отключение и запрет АПВ ввода 6-10 кВ трансформатора,на отключение и запрет АПВ секционного выключателя 6-10 кВ, на запрет АВР шин 6-10 кВ. При двойном замыкании на землю, если, например, одна точка замыкания на землю находится на ф.А шин ПС, а вторая - на ф.С линии 1 Л, срабатывание дифференциального элемента 16 блокируется за счет срабатывания блокирующего элемента 6, а срабатывание дифференциального элемента 15 не блокируется, так как в этом случае не срабатывают блокирующие элементы 5 и 13. Это приводит к появлению логического сигнала 1 только на входном зажиме элемента 23 и к последующему срабатыванию исполнительного элемента 26. При двойном внешнем замыкании на землю, например одна точка замыкания находится на ф.А линии 2 Л, а вторая- на ф.С линии 1 Л, возможное срабатывание дифференциальных элементов 15 и 16 блокируется за счет появления логического сигнала 1 на запрещающих зажимах элементов Д 3 и Д 4 при срабатывании блокирующих элементов 13 и 6. В итоге на выходе элементов 23 и 24 сохраняется логический сигнал 0 и исполнительный элемент 26 не работает. Источники информации 1. Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем. - М. Энергия, 1976. - С. 467-486. 2. Производственное издание. Из опыта работы высоковольтных сетей Ленэнерго. - Л. Энергоатомиздат, 1986. С. 18-22. 3. Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 3. Защита 6-220 кВ станций и подстанций. Госэнергоиздат,1961. - С. 28-48. 4. Правила устройств электроустановок. - М. Энергоатомиздат, 1986. - С. 295-296. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.