Дифференциальная токовая защита шин предназначена для быстрого отключения электрических цепей, включенных на сборные шины, при КЗ на сборных шинах или на любом другом оборудовании, входящем в зону действия защиты.
Зона ее действия ограничивается трансформаторами тока, к которым подключены реле защиты. В основу выполнения защиты положен принцип сравнения значений и фаз токов электрических цепей при КЗ и других режимах работы.
Для выполнения защиты дифференциальное реле РТ подключают к трансформаторам тока присоединений, как показано на рис. 1. При таком включении ток в реле всегда будет равен геометрической сумме вторичных токов присоединений.
При КЗ на шинах (рис. 1, а) вторичные токи присоединений будут иметь одно направление и через реле будет проходить сумма этих токов
Если Iр
При внешнем КЗ (рис. 1,б) ток в обмотке реле
реле работать не будет, если оно отстроено от тока небаланса, появляющегося вследствие погрешности трансформаторов тока.
Рис. 1. Токи в реле дифференциальной токовой защиты шин при КЗ на шинах (а) и внешнем КЗ (б)
Основанные на общем принципе, дифференциальные защиты шин могут отличаться друг от друга по схеме, что связано с приспособлением их к той или иной главной схеме подстанции. В эксплуатации находятся дифференциальные защиты шин для подстанций с одной и двумя системами шин, а также для подстанций с реактированными линиями и несколькими источниками питания.
Наибольший интерес с точки зрения обслуживания их оперативным персоналом представляют дифференциальные токовые защиты шин для подстанций с двумя системами шин с фиксированным распределением присоединений, которое часто используется как одно из средств ограничения токов КЗ в сетях 110—220 кВ. Ниже рассматривается одна из таких защит.
Отличительной особенностью защиты (рис. 2) является избирательность в отключении поврежденной системы шин, если соблюдено установленное распределение присоединений по шинам. Селективность действия обеспечивается применением в схеме двух избирательных токовых органов (комплектов реле) РТ1 и РТ2 и общего пускового органа (комплекта реле) РТЗ.
Реле каждого избирательного комплекта подключены к трансформаторам тока присоединений, зафиксированных за данной системой шин, и действуют на отключение выключателей только этих присоединений. Реле общего пускового комплекта подключены к трансформаторам тока присоединений обеих систем шин и поэтому срабатывают при КЗ на любой из систем шин. На внешние КЗ они не реагируют, даже если нарушена фиксация присоединений.
Работа дифференциальной токовой защиты шин.
При КЗ на одной из систем шин сработают токовые реле общего пускового комплекта РТЗ и подадут оперативный ток на отключение шиносоединительного выключателя (реле РПЗ) и одновременно на токовые реле избирательных комплектов РТ1 и РТ2. Отключение выключателей присоединений поврежденной системы шин произойдет в результате срабатывания промежуточного реле соответствующего избирательного комплекта.
В случае нарушения установленной фиксации присоединений оба избирательных комплекта защиты могут сработать при внешнем КЗ, так как токи в них не балансируются. Однако это не приведет к отключению присоединений, поскольку постоянный ток на реле избирательных органов подается общим пусковым комплектом, в реле которого токи будут уравновешены, и он не сработает.
Если при нарушенной фиксации присоединений КЗ возникнет на одной из рабочих систем шин, то сработают все три комплекта защиты и отключатся обе системы шин. Для сохранения селективности действия защиты в случае изменения фиксации Присоединений необходимо переключение из одного избирательного комплекта в другой токовых и оперативных цепей присоединений, переведенных на другую рабочую систему шин.
В схеме защиты (рис. 2) предусмотрен рубильник «Нарушение фиксации присоединений», шунтирующий цепи постоянного тока обоих избирательных органов. Включением этого рубильника из схемы защиты исключаются контакты токовых реле РТ1 и РТ2 избирательных комплектов, рубильник включают перед началом операций с коммутационными аппаратами, нарушающих установленную фиксацию присоединений. Он должен быть также включен, когда в работе находится одна система шин и на нее включены все присоединения.
При включенном рубильнике защита действует на отключение сразу всех выключателей. Если рубильник будет включен при работе обеих систем шин и фиксированном распределении присоединений, то в случае КЗ на одной из систем шин защита неселективно подействует на отключение выключателей обеих систем шин непосредственно от общего комплекта.
Для опробования напряжением одной из систем шин с помощью ШСВ в схеме защиты предусмотрена автоматическая блокировка, замедляющая отключение выключателей присоединений рабочей системы шин в случае включения ШСВ на КЗ. Блокировка выполнена с помощью реле ПВ7, имеющего при возврате большую выдержку времени, чем время отключения ШСВ. Именно на это время реле РП4 снимает минус оперативного тока с реле РП1 и РП2 избирательных комплектов, благодаря чему они не смогут отключать выключатели присоединений. Импульс на отключение ШСВ подается без замедления от реле РПЗ, как только подействуют реле пускового комплекта. Если отключение ШСВ по какой-либо причине затянется, по истечении времени возврата реле ПВ7 произойдет отключение рабочей системы шин.
Рис. 2. Принципиальная схема дифференциальной токовой защиты двойной системы шин: 1 — ключ управления шиносоединительного выключателя В1 (ШСВ); 2 — то же обходного включателя В2 (ОВ). Контакты 1 и 2 замкнуты только на время включения, на рисунке они условно изображены как кнопки; 3 — кнопка, шунтирующая миллиамперметр; 4 — кнопка деблокировки сигнального реле; РТ1 — токовое реле избирательного комплекта I, системы шин; РТ2 — то же II системы шин; РТЗ — токовое реле общего комплекта; РТ0 — токовое реле сигнального комплекта; РП1—РП6 — промежуточные реле; PП0 — то же сигнального комплекта: ПВ7, ПВ8 — промежуточные реле с выдержкой времени; РВ0— реле времени сигнального комплекта; БИ9—БИ14 — испытательные блоки; С — рубильник нарушения фиксации; Н — накладки (отключающие устройства)
Аналогичная блокировка (реле ПВ8) предусмотрена и на случай опробования напряжением обходной системы шин с помощью обходного выключателя. На момент опробования вторичные цепи трансформаторов тока обходного выключателя должны быть выведены из схемы защиты (вынуты крышки испытательных блоков БИ9 и БИ10). Иначе возможное КЗ на обходной системе шин окажется внешним КЗ, и защита не сработает.
В эксплуатации не исключены обрывы или шунтирование вторичных цепей трансформаторов тока, к которым подключены реле защиты. В результате баланс токов в реле нарушается и они могут сработать даже при нормальном режиме работы подстанции.
Для предупреждения неправильной работы защиты предусмотрено устройство контроля исправности токовых цепей, выполненное при помощи токового реле РТ0 и миллиамперметра mA, включенных в нулевой провод трансформаторов тока. При некотором (опасном) значении тока небаланса устройство контроля срабатывает, выводит защиту из действия и оповещает персонал о неисправности. Постепенно развивающиеся повреждения в токовых цепях выявляются периодическими измерениями тока небаланса с помощью миллиамперметра при нажатии шунтирующей его кнопки 3.