Резервирование отключения коротких замыканий в электрических сетях

Глава 2. Резервирование отключения коротких замыканий (К.З) в электрических сетях. [3]

2.1. Способы резервирования и их назначение.

Устранение КЗ в электрических сетях осуществляется отключением высоковольтного выключателя (выключателей) путем воздействия на него устройства релейной защиты. Поэтому КЗ может быть не устранено в двух случаях: при отказе релейной защиты и при отказе выключателя. В соответствии с ПУЭ на каждом элементе сети устанавливается две защиты – основная и резервная, каждая из которых воздействует на отключение выключателя защищаемого объекта. Резервная защита отключает выключатель в случае отказа срабатывания или неработоспособности основной. Такой способ резервирования называется ближним резервированием защиты.

В случае отказа выключателя КЗ может быть отключено смежным выключателем, находящимся в этом же распределительном устройстве (РУ). Для выполнения этой задачи в РУ 110 кВ и выше ПУЭ предусматривает специальное устройство, которое называется устройством резервирования отказа выключателя (УРОВ). Вместе с ближним резервированием защит УРОВ образуют систему ближнего резервирования.

ПУЭ предусматривает еще и дальнее резервирование, при котором в случае отказа срабатывания (или неработоспособности) защиты или отказа выключателя поврежденного элемента КЗ ликвидируется свойством защит элементов смежных с поврежденным путем  отключения выключателей этих элементов. Дальнее резервирование можно подразделить на два вида – местное и удаленное. В первом случае КЗ ликвидируется действием защит и выключателей, установленных на той же подстанции, на которой произошел отказ срабатывания защиты или отказ выключателя. Во втором случае резервная защита и выключатели находятся на других подстанциях. Местное резервирование по сравнению с удаленным в большинстве случаев обладает большей чувствительностью, но не позволяет устранить КЗ в случае отказ источника постоянного оперативного тока (если он единственный).

Рисунок 17. Пример участка сети

Совокупность защит, предназначенных для дальнего резервирования при КЗ на смежном элементе, составляет систему дальнего резервирования. Реализацию различных способов резервирования можно рассмотреть на примере схемы участка сети на рис.17. КЗ в точке К1 должно отключаться выключателями Q6 и Q11, на которые действуют защиты 4 и 9. При отказе основной защиты 4^/ выключатель Q6 отключается резервной защитой 4^// (ближнее резервирование защиты). При отказе выключателя Q6 и наличии в ОРУ 220 подстанции В УРОВ КЗ устраняется путем отключения выключателей Q3, Q7, Q9. В случае отказа УРОВ в данном РУ КЗ устранится системой дальнего резервирования – отключением выключателей Q1.Q2. Q10 (удаленное дальнее резервирование) и Q7. Q8 (местное дальнее резервирование). Дальнее резервирование – более простой и дешевый способ резервирования. Он не требует дополнительных устройств (резервной защиты и УРОВ), но он имеет принципиальные недостатки: большой объем отключений, большее время отключения и трудности с обеспечением чувствительности. Таким образом каждый факт срабатывания системы дальнего резервирования можно рассматривать как дополнительно нанесенный ущерб системе по сравнению с условием, когда КЗ устранено с помощью устройств ближнего резервирования. Этот факт определяет основное направление развития релейной защиты – совершенствование и внедрение устройств ближнего резервирования, уменьшения тем самым потребности в срабатывании устройств дальнего резервирования. В перспективе роль последнего должна стремиться к нулю. В настоящем издании ПУЭ уже сейчас допускает в ряде случаев не иметь полного дальнего резервирования при наличии ближнего резервирования, если это связано со значительным усложнением защиты или технически невозможно. К таким случаям относятся КЗ за трансформаторами, на реактированных линиях, в конце длинного смежного участка линий 6 ÷ 35 кВ. Допустимо также не учитывать редкие режимы работы.

2.2. Способы ближнего резервирования защит.

Все возможные способы ближнего резервирования защит в зависимости от эффективности можно разделить [3] на наиболее полное, полноценное и условно-ближнее резервирование.

Наиболее полным ближним резервированием защит называют такое выполнение двух отдельных защит элемента, при котором отказ срабатывания одной из защит не приводит к дополнительным потерям по сравнению со случаем нормального функционирования обеих защит, а одновременный отказ их маловероятен. Под дополнительными потерями понимается увеличение времени устранения КЗ или дополнительные (неселективные) отключения в сети. При таком способе ближнего резервирования предполагается наличие двух основных быстродействующих защит, дублирование их цепей тока и напряжения, каналов связи, источников питания. Используются разные трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, аккумуляторные батареи, отдельные электромагниты отключения выключателей. Считается целесообразным выполнение защит на разных принципах.

До последнего времени данный способ ближнего резервирования находил применение за рубежом на ВЛ сверхвысокого напряжения. В настоящее время он признан целесообразным и для наших сетей напряжения 500 кВ и выше. Выключатели нашими отечественными заводами сейчас выпускаются с дублированными электромагнитами отключения. Такой способ резервирования при наличии УРОВ позволяет рассматривать вопрос об отказе от дальнего резервирования или хотя бы о существенном снижении требований к нему.

Полноценным ближним резервированием считается такое выполнение двух отдельных защит, при котором в случае отказа одной из них обеспечивается селективное отключение поврежденного элемента, за исключением случаев полного отказа постоянного тока на объекте (работает дальнее резервирование) и отказа электромагнита отключения выключателя (работают УРОВ). При этом совпадения отказов двух защит маловероятно. Чтобы исключить сопутствующие отказы двух защит, необходимо как и при наиболее полном резервировании выполнять защиты на разных принципах. Например, в качестве основной применить высокочастотную защиту с включением измерительных органов на токи и напряжения обратной последовательности, а в качестве резервной ступенчатые защиты – дистанционную от междуфазных КЗ и токовую направленную нулевой последовательности от замыканий на землю. Каждая из защит включается на отдельные сердечники ТТ, цепи постоянного тока основной и резервной защиты включаются через отдельные автоматические выключатели. Цепи отключения должны действовать через разные выходные реле и, если есть такая возможность, действовать на разные электромагниты отключения. Однако в большинстве случаев пока у выключателя имеется один электромагнит отключения, существует один источник оперативного постоянного тока, а цепи напряжения питаются от общего трансформатора напряжения. Данный способ резервирования у нас в стране в прежние годы находил широкое применение на линиях 330 ÷ 500 кВ. В настоящее время считается целесообразным использовать его при выполнении всех защит линий напряжением 110÷220 кВ.