7.3 Защита от замыкания на землю в сетях с компенсированной нейтралью
В разветвленных электрических сетях 635 кВ при относительно больших емкостных токах замыкания на землю более 2030А в нейтраль включают индуктивность, резонансно-настроенную с емкостью сети (дугогасящий реактор – ДГР). В настоящее время серийно выпускаются автоматические регуляторы ДГР типа РУОМ. Этот ДГР при отсутствии ОЗ работает в режиме холостого хода, но его автоматика постоянно следит за изменением емкости сети и в момент возникновения ОЗ выводит ДГР на режим, близкий к резонансной настройке. При полной компенсации емкости сети в точке замыкания на землю ток практически отсутствует. В этой связи рассмотренные выше защиты, реагирующие на ток 3Iо принципиально не могут быть использованы в компенсированных сетях. Для таких сетей заводом ЭТЗ "Чебоксары" выпускается переносное аналоговое устройство сигнализации типа УСЗ-ЗМ, принцип действия которого основан на измерении гармонических составляющих тока ОЗ (от 150 до 650 Гц) в каждом присоединении. Поврежденное присоединение определяется по наибольшему значению высокочастотных составляющих тока ОЗ (относительный замер). В цифровом реле типа SPAC-800 используется такой же принцип действия, но измерение производится одновременно в каждом присоединении, а результаты выводятся на дисплеи.
В цифровом реле типа Sepam 2000 для компенсированных сетей применяется направленная защита от замыкания землю, реагирующая на направление вектора активной составляющей тока замыкания на землю (3I0). Величина активной составляющей тока очень мала, но цифровой принцип измерения позволяет его обнаружить и сравнить с уставкой. Защита характеризуется своей способностью обнаружения кратковременных повторяющихся замыканий на землю в течение выдержки времени при перемежающейся дуге. Надо отметить, что в зарубежной практике сети с компенсированной нейтралью в настоящее время практически не применяются, следовательно, отсутствует достаточный опыт эксплуатации и есть сомнения в надежности такой защиты. Однако, надо иметь в виду, что в компенсированных сетях защита от ОЗ действует только на сигнал, а не на отключение.
За рубежом, а также у нас на блочных электростанциях, в основном применяются сети 6 (10) кВ с нейтралью, заземленной через резистор (резистивное заземление нейтрали). Основное преимущество резистивного заземления нейтрали заключается в том, что при дуговых замыканиях на землю в сети не возникает опасных коммутационных перенапряжений. Такие сети характеризуются относительно большим до 40А током замыкания на землю (активным), поэтому в них применяют либо ненаправленную защиту (см. п. 7.1), либо направленную (см. п. 7.2). В последней устанавливают характеристический угол м.ч = 0.
8 Логическая селективность как функция цифровых реле
Принцип логической селективности давно известен, но реализация его на аналоговых реле затруднительна. Цифровые реле, как правило, объединены линией связи – проводной "витая пара", оптико-волоконной или телефонной (через модем) с целью передачи (приема) информации на центральный диспетчерский пункт в системе АСУ ТП. Эта связь позволяет передавать и принимать сигналы логического ожидания от одного реле к другому реле, размещенных на разных объектах.
Принцип логической селективности заключается в следующем (рис. 8.1). В каждом цифровом реле 1, 2, 3, 4 используется отдельная ступень токовой защиты, имеющая такую же уставку по току как и последняя самая чувствительная ступень максимальной токовой защиты (МТЗ). Время срабатывания этой отдельной ступени примерно равно 0,2 с, т.е. она быстродействующая. Однако данная ступень может быть заблокирована сигналом логического ожидания (ЛО), переданного по каналу связи от реле предыдущей защиты. Реле может сигнал ЛО передавать транзитом на вышестоящие последующие элементы.
Рис. 8.1 Логическая селективность в радиальной сети
Когда короткое замыкание происходит в радиальной сети, ток КЗ протекает по цепи от источника питания до точки КЗ. Например, при КЗ в точке К1 активизируются пусковые органы предыдущей 1 и последующей 2 защит. Реле 1 передает на все последующие защиты 2, 3, 4 сигнал логического ожидания и быстродействующие их ступени блокируются. Но обычная МТЗ с временной селективностью остается в работе. В данном примере без выдержки времен сработает реле 1 и отключит КЗ в точке К1. При коротком замыкании в точке К2 предыдущие реле 1, 2, 3 не активизируются, поскольку через низ ток КЗ не проходит. Реле 4 не получает сигнал ЛО и поэтому отключит КЗ без замедления. Таким образом, функция логической селективности, в отличии от классической МТЗ, обеспечивает селективность без накопления выдержек времени на головных элементах. Основное требование данной функции – необходимость иметь высоконадежные линии связи. За счет способности цифровых реле к самодиагностике в том числе и линий связи указанное требование выполняется.
Частным случаем применения функции логической селективности является логическая защита шин подстанции. Короткие замыкания на сборных шинах 6 (10) кВ могут вызвать серьезные последствия и поэтому желательно их немедленно отключать. Однако, классические МТЗ секционного и вводного выключателей (см. рис. 5.2) имеют выдержки времени. Для реализации логической защиты шин цифровые реле на всех присоединениях подстанции объединяются по цепи передачи сигнала логического ожидания на входы реле секционного и вводного выключателей. При КЗ на шинах защиты секционного или вводного выключателей без замедления отключат повреждение при условии, что не запустилась защита ни на одном из отходящих фидеров. Пуск защиты на каком-либо фидере свидетельствует о внешнем, по отношению к шинам, замыкании.
Противопоказанием к применению логической защиты шин является двигательная нагрузка на фидерах. В случае замыкания на шинах двигатели подпитывают точку КЗ. Это может привести к запуску защит на отходящих фидерах, а, следовательно, к задержке в отключении выключателя ввода. В этом случае преимущества, даваемые логической связью защит, теряются.
Большинство цифровых реле оборудованы устройством резервирования отказа выключателя (УРОВ). Защиты отходящих линий и электродвигателей комплектуются датчиками УРОВ, а защиты секционного выключателя, ввода и трансформатора – приемниками УРОВ. Датчик УРОВ формирует выходной дискретный сигнал при срабатывании защиты и отказе своего выключателя. Выходной сигнал формируется с выдержкой времени 0,2-0,3 с после подачи команды на отключение выключателя. Приемники УРОВ получают сигнал от датчиков и своим собственным пусковым органом контролируют наличие КЗ в зоне действия УРОВ. При выполнении этих двух условий происходит отключение либо одной секции, либо системы шин подстанции. Устройство УРОВ рекомендуется вводить в работу на тех присоединениях подстанции, где не обеспечивается дельнее резервирование МТЗ ввода или секционного выключателя. Это, например, отходящие линии большой протяженности. Также УРОВ целесообразно применять в тех случаях, когда МТЗ резервной защиты имеет чрезмерно большую выдержку времени.