Виды повреждений на шинах и основные способы выполнения защиты шин

На шинах станций и подстанций могут быть следующие основные виды повреждений: трехфазные КЗ - замыкания между тремя фазами, трехфазные замыкания на землю и тройные замыкания на землю, при которых одно или два места повреждения могут быть вне шин; двухфазные КЗ - замыкания между двумя фазами, двухфазные замыкания на землю и двойные замыкания на землю, причем одно из мест повреждений может находиться вне шин; однофазные замыкания на землю; обрыв фаз, в том числе с замыканием на землю.
К основным причинам замыканий на шинах относятся: ошибочные действия эксплуатационного персонала с шинными разъединителями, перекрытия втулок выключателей из-за дефектов конструкции, перекрытие изоляторов при грозах, загрязнении и гололеде, поломка изоляторов разъединителей и др.
Наиболее опасными повреждениями на шинах считаются КЗ, которые могут привести к частичному или полному разрушению шин и подключенного к ним оборудования из-за термического и электродинамического воздействия больших токов КЗ, сопровождающихся электрической дугой.

К серьезным последствиям КЗ на шинах распределительных устройств (РУ) станций и подстанций относятся:
значительное понижение напряжения в энергосистеме, что может привести к нарушению нормальной жизнедеятельности городов и других населенных пунктов, нарушению технологических процессов на предприятиях и т.п,;
повреждение и выход из строя дорогостоящего оборудования, например трансформаторов и генераторов в неповрежденной части энергосистемы;
потеря устойчивости системы, при этом возможны частичное или полное отключение электрических станций, подстанций, ЛЭП, значительный недоотпуск электроэнергии потребителям.
Для предотвращения (или уменьшения) этих последствий необходимо отключать КЗ на шинах РУ за минимальное время с помощью соответствующих устройств защиты.
По данным эксплуатации, основными причинами аварийных отключений (погашений) одной из систем или секций шин РУ являются:
отказы выключателей при отключении КЗ на присоединениях;
неполнофазные отключения воздушных выключателей при КЗ на присоединениях;
КЗ на шинах или на участках ошиновки присоединений с отказавшими выключателями;
ошибочные действия эксплуатационного персонала;
неправильная работа РЗА.
Полное отключение систем шин может быть вызвано:
КЗ на одной из систем шин при наличии временной «жесткой» связи между системами;
обесточением одной системы при отключенной другой, например в связи с ремонтом;
КЗ на шинах и присоединениях с перебросом дуги на обе системы или отказами выключателей;
отказами шиносоединительных выключателей (LL1CB) при КЗ на одной системе;
КЗ в «мертвой зоне», например на ошиновке между комплектом ТТ ШСВ и ШСВ;
обесточением систем шин из-за отключения источников питания;
неправильной работой РЗА, в том числе и защит шин.
Как отмечалось, защита шик станций и подстанций может осуществляться двумя основными способами:
1) с помощью основных или резервных защит присоединений защищаемых систем шин, например токовыми или дистанционными защитами линий. При этом обеспечивается относительная селективность отключения КЗ на шинах и поврежденные шины отключаются с выдержкой времени,

2) с помощью специальных быстродействующих защит абсолютной или относительной селективности, обеспечивающих отключение поврежденной секции или системы шин с минимальной возможной выдержкой времени.

В качестве специальных защит шин применяются токовые, с блокировкой от реле направления мощности, дистанционные, дифференциальные токовые, дифференциальные токовые с торможением и дифференциально-фазные защиты
Токовая защита шин осуществляется с помощью установленной на питающих элементах максимальной токовой защиты и отдельной ступенчатой защиты на секционном выключателе (СВ). При КЗ на шинах сначала отключается СВ, затем, с некоторой выдержкой времени, выключатель питающего элемента, включенного на поврежденную секцию шин.
Для повышения быстродействия токовая защита шин дополняется блокировкой от реле, установленных на питаемых от шип элементах. В качестве блокирующих используются максимальные реле тока или реле направления мощности.
Недостатками токовых защит являются; возможность ложных срабатываний при внешних КЗ; некоторое замедление для блокировки при внешних КЗ; требование отстройки от токов нагрузки; объединение оперативных цепей всех элементов.
По этим причинам токовые защиты не получили широкого применения.
Дистанционный принцип был разработай применительно к шинам генераторного напряжения мощной ТЭЦ, секции и линии которой реактированы. Защита имеет два комплекта дистанционных органов, токовые цепи которых включаются последовательно на общую группу ТТ, а цепи напряжения питаются отдельно or ТН смежных секций. Наличие сосредоточенных сопротивлений реакторов, а также генераторов и трансформаторов связи позволяет отличать КЗ на шинах от КЗ за указанными сопротивлениями с помощью дистанционной защиты. Достоинством дистанционной защиты для генераторного напряжения являются относительно небольшая выдержка времени и возможность использования при различных переключениях в главной схеме соединений. К недостаткам защиты относятся: наличие выдержки времени;
относительно невысокая чувствительность; возможность использования для ограниченного числа главных схем соединений. Дистанционная защита шин применяется относительно редко.
Наиболее эффективным для защит шин является дифференциальный принцип, который позволяет выполнять защиты с абсолютной селективностью, обеспечивающей отключение поврежденных систем шин без замедления, без согласования с другими смежными защитами.
Основные положения по выполнению дифференциальных защит шин. В зону действия защит шин обычно входят собственно ошиновка, выключатели, шинные разъединители, ТН, разрядники и другие элементы, подключенные непосредственно к секциям или системам шин. Защиты шин должны реагировать:
в сетях с глухозаземленнойнейтралью на все виды КЗ между фазами, однофазные и многофазные КЗ на землю;
в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью на все виды КЗ между фазами, двойные КЗ на землю и двухфазные КЗ на землю в одной точке.
При разработке и проектировании устройств дифференциальных защит шин РУ следует учитывать общие рекомендации:

1. Защиты шин подстанций в сетях 110 кВ и выше имеют, как правило, трехфазное трехсистемное исполнение, в сетях 35 кВ - двухфазное двухсистемное исполнение.

2. При разработке защит шин следует предусматривать возможность их использования с ТТ, имеющими неодинаковые коэффициенты трансформации.

3. В некоторых вариантах выполнения защит шин необходимо предусматривать устройство контроля целости соединительных проводов от ТТ присоединений к комплектам защит шин для сигнализации и блокировки действия защит при всех видах повреждения соединительных проводов, способных привести к отказу или неправильному действию защиты шин.

4. ТТ присоединений РУ, используемые для защиты шин, должны устанавливаться так, чтобы выключатели присоединений входили в зону действия защиты шин.

5. Для уменьшения нагрузки на ТТ путем снижения длины соединительных проводов цепи дифференциальных контуров или промежуточные ТТ, к которым подключаются устройства защиты шин, целесообразно собирать или устанавливать на открытой части РУ.

6. Для оперативных и эксплуатационных переключений в РУ, в цепях ТТ всех присоединений, в дифференциальных контурах защиты, а также в цепях, предназначенных для переключений в случае замены ремонтируемого выключателя обходным, секционным или ШСВ, должны устанавливаться испытательные блоки.

В схемах защит шин необходимо предусматривать возможность использования УРОВ и АПВ шин, устройств для опробования секции или системы путем ручного включения соответствующих выключателей для подачи на шины напряжения и мгновенного отключения данной секции или системы шин при КЗ.