Релейная защита шин станций и подстанций
Системы шин распределительных устройств находятся в относительно благоприятных условиях эксплуатации (по сравнению с линиями). Они расположены на территории станции или подстанции и защищены от грозовых перенапряжений. Часто распределительные устройства выполняются закрытыми, однако и в таких условиях возможны повреждения:
- поломки трансформаторов тока и напряжения, расположенных между выключателями и шинами;
- перекрытие шинных изоляторов и вводов выключателей (особенно зимой);
- поломка изоляторов, выключателей, разъединителей от электродинамических усилий или при неправильных действиях персонала;
- отказ в срабатывании реле тока при низких температурах.
И, хотя вероятность повреждения невелика, последствия могут быть очень тяжелыми. КЗ на шинах часто сопровождается отключением целой подстанции или даже электростанции. Поэтому любое повреждение на шинах должно быть устранено как можно быстрее. Для этой цели часто используются резервные защиты питающих элементов - линий, трансформаторов, генераторов. Обычно это МТЗ или дистанционные защиты. Эти защиты могут быть и основными, и единственными, если шины подстанции питаются от одного источника и несекционированы. В основном такое решение применяется на маломощных подстанциях.
Если к шинам присоединено несколько источников или имеется две системы сборных шин, или сборные шины секционированы секционным выключателем, отключение КЗ резервными защитами получается неселективным.
В таких случаях применяются специальные защиты: токовые и дифференциальные.
Токовые защиты
В случае если от секционированных шин подстанции с включенным секционным выключателем отходят реактированные линии, защиту шин можно выполнить в виде токовой мгновенной отсечки (рис.67).
Ток срабатывания защиты выбирается больше тока КЗ за реактором. Защита действует на отключение секционного выключателя без выдержки времени.
При наличии не реактированных линий (рис.68) применяются токовые отсечки с выдержкой времени и МТЗ. Ток срабатывания и выдержка времени выбирается из условия отстройки от тока срабатывания и выдержки времени защит потребителей, например, защит отходящих линий.
Рис.67
Рис.68
Время срабатывания защиты выбирается больше времени срабатывания защиты потребителей.
Для токовой отсечки:
;
,
где tсз1 – время срабатывания защиты потребителей.
Для МТЗ:
;
.
Защиты действуют на отключение секционного выключателя. Отключение трансформатора происходит под действием его резервной защиты.
Токовая защита применяется на шинах напряжением 6-10 кВ и как исключение 35 кВ.
Дифференциальная защита
Для защиты шин напряжением 110 кВ и выше (а в ответственных случаях для шин 35 кВ) применяется полная дифференциальная защита.
Защита шин генераторного напряжения осуществляется неполной дифференциальной защитой.
Принцип действия полной дифференциальной защиты шин основан на сравнении геометрической суммы токов приходящих и отходящих от шин.
Рис.69. Схема дифференциальной защиты шин
В нормальном режиме эта сумма равна нулю (рис.69):
;
S I = 0.
При КЗ на отходящей линии сумма также равна нулю (точка К1):
;
S I = 0.
При КЗ на шинах (точка К2) ток отличен от нуля:
;
.
Для выполнения защиты на всех присоединениях устанавливают трансформаторы тока, обмотки которых соединяются параллельно.