Релейная защита линий 110 - 220 кВ при разрывах фаз

Маруда И. Ф.

Из признаков, характеризующих разрывы фаз (появление несимметричных составляющих токов и напряжений, отсутствие тока в фазе с разрывом и др.) релейную защиту при разрывах фаз предлагается выполнять, используя токи и напряжения нулевой последовательности.

По току это должна быть ступень с чувствительной уставкой, включенная совместно с устройствами, обеспечивающими ее селективность. К ним относятся:

1. Реле направления мощности. Расчеты показывают, что в протяженных распределительных сетях 110-220 кВ реле направления мощности, как правило, обеспечивает селективность чувствительных ступеней токовых защит НП линий к разрывам фаз. В местах, где реле направления мощности типа РБМ-178 находится на грани чувствительности, полезной может оказаться замена его на более чувствительное реле типа РМ12.
2. В случаях, когда селективность токовых ступеней с помощью реле направления мощности обеспечить не удается, предлагается включать их с селективным органом. Это случаи на ПС с мощными источниками питания, когда напряжение НП на шинах при разрывах фаз на линиях настолько мало, что реле направления мощности с блокирующим сигналом не срабатывает и на неповрежденной линии не выводит чувствительную ступень из действия, в результате чего она отключается неселективно одновременно с линией с разрывом.

По этой причине имело место отключение параллельных линий 220 кВ Арчеда 1, Арчеда 2.

По принципу действия селективный орган обладает избирательностью по току. При включении плечами на токи НП присоединений в нем сравниваются по абсолютному значению токи присоединений и в плече с наибольшим значением тока срабатывает исполнительный орган, вводит защиту этого присоединения, защиты остальных присоединений блокируются несработанными исполнительными органами в их плечах [3].

Устройства селективного органа, разработанные в Волгоградэнерго, имеют чувствительность 0,1 и 0,2 А. Она достаточна для самых чувствительных ступеней в 60 (40) А - первичных или (0,1 -:- 0,05) Iн вторичных [4].

Рассмотрим примеры выполнения защиты с селективным органом.

Такие нарушения нормального режима, как разрывы фаз на линиях, возникающие в результате неполнофазных коммутаций, разрывов шлейфов проводов, нарушений контактов и по другим причинам, в настоящее время не обеспечены релейной защитой.

Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) [1] релейная защита при разрывах фаз не предусматривается и к защитам линий предъявляются требования, чтобы они были отстроены по принципам действия или параметрам срабатывания от неполнофазного нагрузочного режима [2].

Однако на практике эти требования часто оказываются невыполнимыми, а в отдельных случаях и нецелесообразными.

Например, обеспечивая дальнее резервирование в сетях, во многих случаях появляются такие ступени токовых защит нулевой последовательности (НП), которые оказываются затем чувствительными к токам НП при разрывах фаз на линиях в нагрузочных режимах. И поэтому их следует оценивать с точки зрения разрывов фаз, чтобы они обладали в них селективностью, не приводили к излишним отключениям или обесточению потребителей.

В ряде случаев полезной может оказаться сигнализация о появлении разрывов фаз на линиях.

В Волгоградэнерго в 2000 г. имели место два случая неселективного действия релейной защиты линий 110 - 220 кВ при разрывах фаз.

В первом случае при разрыве фазы на одной из параллельных линий 220 кВ Арчеда 1, Арчеда 2 отключились обе линии направленными четвертыми ступенями токовых защит НП, что значительно снизило надежность электроснабжения района.

Во втором случае разрыв фазы был на одной из двух линий связи 110 кВ Камышинской ТЭЦ с системой. Релейной защитой разрыв фазы не был выявлен и сигнализация о нем отсутствовала. Поэтому при выводе в ремонт другой линии связи произошло отделение Камышинской ТЭЦ от системы токовой защитой НП с погашением потребителей и тяжелыми последствиями для ТЭЦ.

Сигнализация о наличии разрыва фазы здесь была бы полезной.

В обоих случаях релейная защита на линиях от таких видов повреждения, как разрывы фаз, была необходима.

Далее излагаются предложения по выполнению такой защиты.

Рис. 1. Принципиальная схема включения чувствительных ступеней токовых зашит НП параллельных линий с селективным органом:

1 - селективный орган; 2,3 - трансформаторы тока линий; 4, 5 - токовые защиты НП линий; а, б - в цепи работы чувствительной ступени токовой защиты НП линий Л-1, Л-2; в - реле-повторитель исполнительного органа плеча ЗР селективного органа

1. Параллельные линии.

На рис. 1 приведена принципиальная схема включения чувствительных ступеней токовых защит НП параллельных линий с селективным органом.

В защите селективный орган содержит три плеча: первое и второе включены на токи нулевой последовательности линий и третье на их сумму (магнитную или электрическую).

Правильная работа чувствительных ступеней токовых защит линий селективным органом обеспечивается следующим образом:

а) при разрывах фаз: в линии с разрывом протекает полный ток НП, в неповрежденной параллельной - доля тока, в третьем плече протекает разность токов линий, которая по значению также меньше тока линии с разрывом и в результате сравнения токов в селективном органе срабатывает исполнительный орган плеча линии с разрывом и вводит ее чувствительную ступень в действие, чувствительная ступень неповрежденной линии блокируется;

б) при коротком замыкании в зоне резервирования защиты: при КЗ в смежной сети в линиях протекают одинаковые токи, в третьем плече селективного органа протекает сумма токов обеих линий.

Рис. 2. Схема подстанции 110 кВ Волгоградэнерго, расположенной между двумя подстанциями с мощными источниками:

пт - разрыв фазы

В селективном органе срабатывает исполнительный орган третьего плеча и вводит в действие одновременно чувствительные ступени защит обеих линий, аналогично действию при включении их с реле направления мощности.

Отключение линии при разрыве фаз достаточно производить с одной стороны. Однако в общем случае вопрос, выполнять релейную защиту с одной или двух сторон параллельных линий, решается исходя из результата анализа поведения чувствительных ступеней защит смежных сетей при разрыве фаз на параллельных линиях.

2. Распределительные сети.

На рис. 2 приведен пример подстанции 110 кВ Волгоградэнерго, расположенной между подстанциями с мощными источниками. По режиму сеть характеризуется наличием перетока мощности через ПС Е. При разрывах фаз на линиях № 10 и 12 напряжение нулевой последовательности на шинах ПС Е мало и не обеспечивает работу реле направления мощности с блокирующим сигналом в защитах линий и селективность последних поэтому ими не обеспечивается.

Рассмотрим пример отключений при разрыве фаз на линии в этой сети.

До выполнения релейной защиты при разрывах фаз:

при разрыве фазы на линии № 10 срабатывает и отключает линию № 12 IV ступень защиты на ПС Е с уставкой 50 А - 3,2 с, как имеющая в транзите наименьшую выдержку времени. Следующей отключается на ПС К линия с разрывом № 10 от нагрузочного тока двух трансформаторов ПС Е (нейтрали трансформаторов заземлены). В результате оказалась излишне погашенной ПС Е.

Селективное отключение будет достигнуто, если на линиях 110 кВ ПС Е выполнить релейную защиту при разрывах фаз.

На рис. 3 приведена принципиальная схема включения чувствительных ступеней токовых защит НП с селективным органом линий на ПС со схемой “Мостик с выключателями в цепях линий”.

Селективный орган имеет два плеча, которыми включается на токи НП линий. Токи в линиях отличаются друг от друга на величину токов нейтралей трансформаторов, что обеспечивает работу селективного органа по выбору поврежденной линии.

Именно так выполняется защита на ПС Е.

Рис. 3. Принципиальная схема включения чувствительных ступеней токовых защит НП с селективным органом линий на ПС со схемой “Мостик с выключателями в цепях линий”:

1,2 - трансформаторы тока защит линий; 3 - селективный орган; 4 - токовые защиты НП линий

Рис. 4. Принципиальная схема релейной защиты линий 110 кВ при разрывах фаз на Камышинской ТЭЦ:

1 - устройство релейной защиты линий при разрывах фаз; 2 - селективный орган

После выполнения релейной защиты при разрывах фаз на ПС Е: при том же разрыве на линии №10 ток НП в линии № 12 на ПС Е меньше тока линии № 10 и селективным органом будет блокирована IV ступень токовой защиты линии № 12 и введена IV ступень линии № 10.

По времени IV ступень защиты линии № 10 сработает раньше на ПС К и неполнофазный режим работы линии ликвидируется, что предотвращает погашение ПС Е.

Пример выполнения защиты с действием на сигнал.

На рис. 4 приведена принципиальная схема релейной защиты линий 110 кВ при разрыве фаз на Камышинской ТЭЦ (Волгоградэнерго).

На линиях связи 110 кВ ТЭЦ с системой предложено выполнить такую защиту с использованием устройства релейной защиты при разрыве фаз. Устройство содержит два токовых реле и селективный орган, включенные на токи нулевой последовательности линий.

Для расширения зоны действия защиты уставка токовых реле принимается минимально возможной (0,05 и- 0,1)/н. При появлении разрыва защита выявляет его и подает сигнал.

Аналогичным образом может быть выполнена защита с использованием реле направления мощности, где они обеспечивают селективность.

Выводы

1. Целесообразно рассмотреть и внести в ПУЭ положение о необходимости выполнения на линиях 110 - 220 кВ селективной релейной защиты при разрывах фаз, предотвращающей тяжелые последствия при разрывах фаз.
2. В качестве релейной защиты линий при разрывах фаз могут использоваться чувствительные ступени токовых защит нулевой последовательности, включенные с реле направления мощности или селективным органом, или устройства релейной защиты при разрывах фаз.

Список литературы

1. Правила устройства электроустановок. М.: Энергоатомиздат,1985.
2. Чернин А. Б. Вычисление электрических величин и поведение релейной защиты при неполнофазных режимах в электрических системах. М.-Л.: ГЭИ, 1963.
3. Маруда И. Ф. Токовые защиты нулевой последовательности автотрансформаторов. - Электрические станции, 1997, №6.
4. Руководящие указания по релейной защите “Токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю линий 110 - 500 кВ”.М.: Энергия, 1980.