Защита воздушных линий в сетях напряжением 110-500 кВ с отлично заземленной нейтралью
3.2.106. Для линий в сетях 110-500 кВ с отлично заземленной нейтралью должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных замыканий и от замыканий на землю.
3.2.107. Защиты должны быть оборудованы устройствами, блокирующими их действие при качаниях, если в сети вероятны качания либо асинхронный ход, при которых возможны лишние срабатывания защиты. Допускается выполнение защиты без блокирующих устройств, если она отстроена от качаний по времени (около 1,5-2 с).
3.2.108. Для линий 330 кВ и выше в качестве основной должна быть предусмотрена защита, действующая без замедления при КЗ в хоть какой точке защищаемого участка.
Для линий напряжением 110-220 кВ вопрос о типе основной защиты, в том числе о необходимости использования защиты, действующей без замедления при КЗ в хоть какой точке защищаемого участка, должен решаться прежде всего с учетом требования сохранения стойкости работы энергосистемы. При всем этом, если по расчетам стойкости работы энергосистемы не предъявляются другие, более жесткие требования, может быть принято, что обозначенное требование, обычно, удовлетворяется, когда трехфазные КЗ, при которых остаточное напряжение на шинах электрических станций и подстанций ниже 0,6-0,7 Uном, отключаются без выдержки времени. Наименьшее значение остаточного напряжения (0,6 Uном) может быть допущено для линий 110 кВ, наименее ответственных линий 220 кВ (в сильно разветвленных сетях, где питание потребителей накрепко обеспечивается с нескольких сторон), также для более ответственных линий 220 кВ в случаях, когда рассматриваемое КЗ не приводит к значительному сбросу нагрузки.
При выборе типа защит, устанавливаемых на линиях 110-220 кВ, не считая требования сохранения стойкости работы энергосистемы должно быть учтено следующее:
1. На линиях 110 кВ и выше, отходящих от АЭС, также на всех элементах прилегающей сети, на которых при многофазных КЗ остаточное напряжение прямой последовательности на стороне высшего напряжения блоков АЭС может понижаться более чем до 0,45 номинального, следует обеспечивать резервирование быстродействующих защит с выдержкой времени, не превосходящей 1,5 с с учетом деяния УРОВ.
2. Повреждения, отключение которых с выдержкой времени может привести к нарушению работы ответственных потребителей, должны отключаться без выдержки времени (к примеру, повреждения, при которых остаточное напряжение на шинах электрических станций и подстанций будет ниже 0,6 Uном, если отключение их с выдержкой времени может привести к саморазгрузке вследствие лавины напряжения, либо повреждения с остаточным напряжением 0,6 Uном и поболее, если отключение их с выдержкой времени может привести к нарушению технологии).
3. По мере надобности воплощения быстродействующего АПВ на полосы должна быть установлена быстродействующая защита, обеспечивающая отключение покоробленной полосы без выдержки времени с обеих сторон.
4. При выключении с выдержкой времени повреждений с токами, в пару раз превосходящими номинальный, вероятен недопустимый перегрев проводников.
Допускается использование быстродействующих защит в сложных сетях и при отсутствии изложенных выше критерий, если это нужно для обеспечения селективности.
3.2.109. При оценке обеспечения требований стойкости, исходя из значений остаточного напряжения по 3.2.108, нужно управляться следующим:
1. Для одиночной связи между электрическими станциями либо энергосистемами обозначенное в 3.2.108 остаточное напряжение должно быть испытано на шинах подстанций и электрических станций, входящих в данную связь, при КЗ на линиях, отходящих от этих шин, не считая линий, образующих связь; для одиночной связи, содержащей часть участков с параллельными линиями, — также при КЗ на каждой из этих параллельных полосы.
2. При наличии нескольких связей между электрическими станциями либо энергосистемами обозначенное в 3.2.108 значение остаточного напряжения должно быть испытано на шинах только тех подстанций либо электрических станций, где соединяются эти связи, при КЗ на связях и на других линиях, питающихся от этих шин, также на линиях, питающихся от шин подстанций связей.
3. Остаточное напряжение должно быть испытано при КЗ в конце зоны, охватываемой первой ступенью защиты в режиме каскадного отключения повреждения, т. е. после отключения выключателя с обратного конца полосы защитой без выдержки времени.
3.2.110. На одиночных линиях с однобоким питанием от многофазных замыканий следует устанавливать ступенчатые токовые защиты либо ступенчатые защиты тока и напряжения. Если такие защиты не удовлетворяют требованиям чувствительности либо быстроты отключения повреждения (см. 3.2.108), к примеру на головных участках, либо если это целенаправлено по условию согласования защит смежных участков с защитой рассматриваемого участка, должна быть предусмотрена ступенчатая дистанционная защита. В последнем случае в качестве дополнительной защиты рекомендуется применять токовую отсечку без выдержки времени.
От замыканий на землю должна быть предусмотрена, обычно, ступенчатая токовая направленная либо ненаправленная защита нулевой последовательности. Защита должна быть установлена, обычно, только с тех сторон, откуда может быть подано питание.
Для линий, состоящих из нескольких последовательных участков, с целью упрощения допускается внедрение неселективных ступенчатых защит тока и напряжения (от многофазных замыканий) и ступенчатых токовых защит нулевой последовательности (от замыканий на землю) в купе с устройствами поочередного АПВ.
3.2.111. На одиночных линиях, имеющих питание с 2-ух либо более сторон (последнее — на линиях с ответвлениями), как при наличии, так и при отсутствии обходных связей, также на линиях, входящих в кольцевую сеть с одной точкой питания, от многофазных замыканий должна быть использована дистанционная защита (в большей степени трехступенчатая), применяемая в качестве запасной либо основной (последнее — лишь на линиях 110-220 кВ).
В качестве дополнительной защиты рекомендуется применять токовую отсечку без выдержки времени. В отдельных случаях допускается применять токовую отсечку для деяния при неверном включении на трехфазную закоротку в месте установки защиты, когда токовая отсечка, выполненная для деяния в других режимах, не удовлетворяет требованию чувствительности (см. 3.2.26).
От замыканий на землю должна быть предусмотрена, обычно, ступенчатая токовая направленная либо ненаправленная защита нулевой последовательности.
3.2.112. В качестве основной защиты от многофазных замыканий на приемном конце головных участков кольцевой сети с одной точкой питания рекомендуется использовать одноступенчатую токовую направленную защиту; на других одиночных линиях (в большей степени 110 кВ) допускается в отдельных случаях использовать ступенчатые токовые защиты либо ступенчатую защиту тока и напряжения, выполняя их в случае необходимости направленными. Защиту следует устанавливать, обычно, только с тех сторон, откуда может быть подано питание.
3.2.113. На параллельных линиях, имеющих питание с 2-ух либо более сторон, также на питающем конце параллельных линий с однобоким питанием могут быть применены те же защиты, что и на соответственных одиночных линиях (см. 3.2.110 и 3.2.111).
Для ускорения отключения замыканий на землю, а в отдельных случаях и замыканий между фазами на линиях с двухсторонним питанием может быть использована дополнительная защита с контролем направления мощности в параллельной полосы. Эта защита может быть выполнена в виде отдельной поперечной токовой защиты (с включением реле на ток нулевой последовательности либо на фазные токи) либо исключительно в виде цепи ускорения установленных защит (токовой нулевой последовательности, наибольшей токовой, дистанционной и т. п.) с контролем направления мощности в параллельных линиях.
С целью увеличения чувствительности защиты нулевой последовательности допускается предугадывать выведение из работы отдельных ее ступеней при выключении выключателя параллельной полосы.
На приемном конце 2-ух параллельных линий с однобоким питанием, обычно, должна быть предусмотрена поперечная дифференциальная направленная защита.
3.2.114. Если защита по 3.2.113 не удовлетворяет требованиям быстродействия (см. 3.2.108), в качестве основной защиты (при работе 2-ух параллельных линий) на питающем конце 2-ух параллельных линий 110-220 кВ с однобоким питанием и на 2-ух параллельных линиях 110 кВ с двухсторонним питанием в большей степени в распределительных сетях может быть использована поперечная дифференциальная направленная защита.
При всем этом в режиме работы одной полосы, также в качестве запасной при работе 2-ух линий применяется защита по 3.2.110 и 3.2.111. Допускается включение этой защиты либо отдельных ее ступеней на сумму токов обеих линий (к примеру, последней ступени токовой защиты нулевой последовательности) с целью увеличения ее чувствительности к повреждениям на смежных элементах.
Допускается внедрение поперечной дифференциальной направленной защиты в дополнение к ступенчатым токовым защитам параллельных линий 110 кВ для уменьшения времени отключения повреждения на защищаемых линиях в случаях, когда по условиям быстродействия (см. 3.2.108) ее внедрение не является неотклонимым.
3.2.115. Если защита по 3.2.111-3.2.113 не удовлетворяет требованию быстродействия (см. 3.2.108), в качестве главных защит одиночных и параллельных линий с двухсторонним питанием следует предугадывать высокочастотные и продольные дифференциальные защиты.
Для линий 110-220 кВ рекомендуется производить основную защиту с внедрением частотной блокировки дистанционной и токовой направленной нулевой последовательности защит, когда это целенаправлено по условиям чувствительности (к примеру, на линиях с ответвлениями) либо упрощения защиты.
По мере надобности прокладки специального кабеля внедрение продольной дифференциальной защиты должно быть обусловлено технико-экономическим расчетом.
Для контроля исправность вспомогательных проводов защиты должны быть предусмотрены особые устройства.
На линиях 330-350 кВ в дополнение к частотной защите следует предугадывать внедрение устройства передачи отключающего либо разрешающего частотного сигнала (для ускорения деяния ступенчатой запасной защиты), если это устройство предвидено для других целей. На линиях 500 кВ допускается устанавливать обозначенное устройство специально для релейной защиты.
Допускается в случаях, когда это нужна по условиям быстродействия (см. 3.2.108) либо чувствительности (к примеру, на линиях с ответвлениями), внедрение передачи отключающего сигнала для ускорения деяния ступенчатых защит линий 110-220 кВ.
3.2.116. При выполнении основной защиты по 3.2.115 в качестве запасных следует использовать:
- от многофазных КЗ, обычно, дистанционные защиты, в большей степени трехступенчатые;
- от замыканий на землю ступенчатые токовые направленные либо ненаправленные защиты нулевой последовательности.
На случай долгого выведения из деяния основной защиты, обозначенной в 3.2.115, когда эта защита установлена по просьбе быстроты отключения повреждения (см. 3.2.108), допускается предугадывать неселективное ускорение запасной защиты от замыканий между фазами (к примеру, с контролем значения напряжения прямой последовательности).
3.2.117. Главные защиты, быстродействующие ступени запасных защит от многофазных замыканий и измерительные органы устройства ОАПВ для линий 330-350 кВ должны быть специального выполнения, обеспечивающего их обычное функционирование (с данными параметрами) в критериях насыщенных переходных электромагнитных процессов и значимых емкостных проводимостей линий. Для этого должны быть предусмотрены:
- в комплектах защит и измерительных органах ОАПВ — мероприятия ограничивающие воздействие переходных электромагнитных процессов (к примеру, низкочастотные фильтры);
- в дифференциально-фазной частотной защите, установленной на линиях длиной более 150 км, — устройства компенсации токов, обусловленных емкостной проводимостью полосы.
При включении быстродействующих защит на сумму токов 2-ух либо более трансформаторов тока в случае невозможности выполнения требований 3.2.29 рекомендуется предугадывать особые мероприятия для исключения лишнего срабатывания защит при наружных повреждениях (к примеру, загрубление защит) либо устанавливать в цепи полосы отдельный набор трансформаторов тока для питания защиты.
В защитах, установленных на линиях 330-500 кВ, оборудованных устройствами продольной емкостной компенсации, должны быть предусмотрены мероприятия для предотвращения лишнего срабатывания защиты при наружных повреждениях, обусловленного воздействием обозначенных устройств. К примеру, могут быть применены реле направления мощности оборотной последовательности либо передача разрешающего сигнала.
3.2.118. В случае использования ОАПВ устройства релейной защиты должны быть выполнены так, дабы:
1) при замыканиях на землю одной фазы, а в отдельных случаях и при замыканиях между 2-мя фазами было обеспечено отключение только одной фазы (с последующим ее автоматическим повторным включением);
2) при неуспешном повторном включении на повреждения, обозначенные в п. 1, выполнялось отключение одной либо 3-х фаз зависимо от того, предусматривается долгий неполнофазный режим работы полосы либо не предусматривается;
3) при других видах повреждения защита действовала на отключение 3-х фаз.
Заземление нейтралей и защита разземленных нейтралей трансформаторов от перенапряжений
В современных энергосистемах сети 110 кВ и выше эксплуатируются с действенным заземлением нейтралей обмоток силовых трансформаторов. Сети напряжением 35 кВ и ниже работают с изолированной нейтралью либо заземлением через дугогасящие реакторы.
Каждый вид заземления имеет свои достоинства и недочеты.
В сетях с изолированной нейтралью однофазовое замыкание на землю не приводит к недлинному замыканию. В месте замыкания проходит маленький ток, обусловленный емкостью 2-ух фаз на землю. Значимые емкостные токи обычно компенсируются на сто процентов либо отчасти включением в нейтраль трансформатора дугогасящего реактора. Остаточный в итоге компенсации малый ток не способен поддерживать горение дуги в месте замыкания, потому покоробленный участок, обычно, не отключается автоматом. Железное однофазовое замыкание на землю сопровождается увеличением напряжения на неповрежденных фазах до линейного, а при замыкании через дугу может быть возникновение перенапряжений, распространяющихся на всю электрически связанную сеть, в какой могут находиться участки с ослабленной изоляцией. Дабы уберечь трансформаторы, работающие в сетях с изолированной нейтралью либо с компенсацией емкостных токов, от воздействия завышенных напряжений, изоляцию их нейтралей делают на тот же класс напряжения, что и изоляцию линейных вводов. При таком уровне изоляции не нужна использование никаких средств защиты нейтралей, не считая вентильных разрядников, включаемых параллельно дугогасящему реактору.
В сетях с действенным заземлением нейтрали (рис. 1.19) однофазовое замыкание на землю приводит к недлинному замыканию. Ток недлинного замыкания (КЗ) проходит от места повреждения по земле к заземленным нейтралям трансформаторов Т1 и Т2 распределяясь назад пропорционально сопротивлениям веток. Покоробленный участок выводится из работы действием защит от замыканий на землю. Через трансформаторы (ТЗ и Т4), нейтрали которых не имеют глухого заземления, ток однофазового КЗ не проходит.
С учетом того, что однофазовое КЗ является частым (до 80% случаев КЗ в энергосистемах приходится на однофазовые КЗ) и томным видом повреждений, принимают конструктивные меры по уменьшению токов КЗ. Одной из таких мер является частичное разземление нейтралей трансформаторов.
Нейтрали автотрансформаторов не разземляются, так как они рассчитаны для работы с неотклонимым заземлением концов общей обмотки.
Число заземленных нейтралей на каждом участке сети устанавливается расчетами и принимается наименьшим. При выборе точек заземления нейтралей в энергосистеме руководствуются как требованиями релейной защиты в части поддержания на определенном уровне токов замыкания на землю, так и обеспечением защиты изоляции разземленных нейтралей от перенапряжений. Последнее событие вызвано тем, что все трансформаторы 110-220 кВ российских заводов имеют пониженный уровень изоляции нейтралей. Так, у трансформаторов 110 кВ с регулированием напряжения под нагрузкой уровень изоляции нейтралей соответствует стандартному классу напряжения 35 кВ, что обосновано включением со стороны нейтрали переключающих устройств с классом изоляции 35 кВ. Трансформаторы 220 кВ имеют также пониженный на класс уровень изоляции нейтралей. Во всех случаях это дает значимый экономический эффект, и тем больший, чем выше класс напряжения трансформатора.
Выбор обозначенного уровня изоляции нейтралей трансформаторов, созданных для работы в сетях с отлично заземленной нейтралью, на техническом уровне обосновывается значением напряжения, которое может показаться на нейтрали при однофазовом КЗ. А оно может добиться практически 1/3 линейного напряжения (к примеру, для сетей 110 кВ около 42 кВ — действующее значение). Разумеется, что изоляция класса 35 кВ разземленной нейтрали нуждается в защите от завышенных напряжений. Не считая того, при неполнофазных отключениях (либо включениях) ненагруженных трансформаторов с изолированной нейтралью переходный процесс сопровождается краткосрочными перенапряжениями. Достаточно надежной защитой нейтралей от краткосрочных перенапряжений является использование вентильных разрядников. Нейтрали трансформаторов 110 кВ защищаются разрядниками 2хРВС-20 с большим допустимым действующим напряжением гашения 50 кВ.
Но практика указывает, что на нейтрали трансформаторов могут повлиять не только лишь краткосрочные перенапряжения. Нейтрали возможно окажутся под воздействием фазного напряжения промышленной частоты (для сетей 110 кВ 65-67 кВ), которое небезопасно как для изоляции трансформатора, так и для разрядника в его нейтрали. Такое напряжение может показаться и продолжительно (10-ки минут) оставаться незамеченным при неполнофазных режимах коммутации выключателями, разъединителями и отделителями ненагруженных трансформаторов, также при некоторых аварийных режимах.
Рис. 1.19. Однофазовое куцее замыкание в сети с действенным заземлением нейтрали.
Неполнофазное включение ненагруженных трансформаторов. На рис. 1.20 показан трехфазный трансформатор с изолированной нейтралью. Из векторной диаграммы видно, что при симметричном напряжении сети и параметрах схемы токи намагничивания и магнитные потоки в сердечнике также симметричны, т. е. , , а напряжение на нейтрали равно нулю.
При пофазной коммутации трансформатора его электрическое и магнитное состояние меняется. Включение трансформатора со стороны обмотки, соединенной в звезду, 2-мя фазами (рис. 1. 20, б) приводит к исчезновению потока Фс и возникновению на нейтрали и на отключенной фазе напряжения, равного половине фазного:
Напряжение на разомкнутых контактах коммутационного аппарата
При подаче напряжения по одной фазе все обмотки трансформатора и его нейтраль будут находиться под напряжением включенной фазы. Между разомкнутыми контактами аппарата напряжение D U = U л .
В эксплуатации задержка в устранении неполнофазных режимов ненагруженных трансформаторов не один раз приводила к трагедиям. Наилучшей мерой защиты пониженной изоляции трансформаторов от небезопасных напряжений является глухое заземление их нейтралей. Потому нужно перед включением либо отключением от сети (разъединителями, отделителями либо воздушными выключателями) трансформаторов 110-220 кВ, у каких нейтраль защищена вентильными разрядниками, глухо заземлять нейтраль включаемой под напряжение либо отключаемой обмотки, если к этим же шинам либо к питающей полосы не подключен другой трансформатор с заземленной нейтралью.
Испытаниями установлено, что глухое заземление нейтрали трансформатора упрощает процессы отключения и включения намагничивающих токов. Дуга при выключении трансформатора пылает наименее активно и стремительно угасает.
Отключение заземляющего разъединителя в нейтрали трансформатора, работающего нормально с разземленной нейтралью, защищенной разрядником, следует создавать сразу после включения под напряжение и проверки полнофазности включения коммутационного аппарата. Нельзя продолжительно оставлять заземленной нейтраль, если это не предвидено режимом работы сети. Заземлением нейтрали вносится изменение в рассредотачивание токов нулевой последовательности и нарушается селективность деяния защит от однофазовых замыканий на землю.
Схемы питания от одиночных и двойных проходящих линий 110-220 кВ подстанций, выполненных по облегченным схемам, в текущее время получили обширное распространение. Число присоединяемых к полосы трансформаторов не регламентируется и доходит до четырех-пяти. Если к полосы присоединены два трансформатора и поболее (рис. 1.21), то целенаправлено повсевременно (либо на время производства операций) хотя бы у 1-го из них иметь глухое заземление нейтрали (трансформаторы Т2 и ТЗ на рис. 1.21). Это дозволит избежать возникновения небезопасных напряжений на изолированных нейтралях других трансформаторов в случае неполнофазной подачи напряжения на линию совместно с присоединенными к ней трансформаторами.
Так, при однофазовом включении (фаза В) питающей полосы под напряжение (рис. 1.22, а) в сердечниках отключенных фаз трансформатора с глухозаземленной нейтралью T 1 замкнется магнитный поток Ф B неотключенной фазы. Он наведет в обмотках фаз А и С приблизительно равные ЭДС взаимоиндукции Е A и ес. Трансформатор T 1 будет находиться в уравновешенном однофазовом режиме.
При однофазовой симметричной системе напряжений на линейных выводах трансформатора (сумма этих напряжений равна нулю) напряжение на незаземленной нейтрали Т2 относительно земли также равно нулю:
где
При двухфазном включении (фаз А и В) питающей полосы (рис. 1.22, б) по сердечнику отключенной фазы замыкается суммарный магнитный поток Ф A +Ф B =-Ф C , который наведет в обмотке отключенной фазы ЭДС взаимоиндукции E C , равную по значению и направлению напряжению фазы U c , если б она была включена. Таким макаром, на линейных вводах всех присоединенных к полосы трансформаторов появляется симметричная трехфазная система напряжений, при которой напряжение на изолированной нейтрали трансформатора Т2 равно нулю:
Рис. 1.20. Полнофазный (а) и двухфазный (б) режимы включения ненагруженного трансформатора с изолированной нейтралью
Рис. 1.21. Схема питания ответвительных подстанций от проходящей полосы
В сетях с отлично заземленной нейтралью трансформаторы подвержены небезопасным перенапряжениям в аварийных режимах, когда, к примеру, при обрыве и соединении провода с землей выделяется по тем либо другим причинам участок сети, не имеющий заземленной нейтрали со стороны источника питания. На таком участке напряжение на нейтралях трансформаторов становится равным по значению и оборотным по знаку ЭДС заземленной фазы, а напряжение неповрежденных фаз относительно земли увеличивается до линейного. Возникающие при всем этом в итоге колебательного перезаряда емкостей фаз на землю перенапряжения представляют собой суровую опасность для изоляции трансформаторов и другого оборудования участка.
В сетях с отлично заземленной нейтралью на случай перехода части сети в режим работы с изолированной нейтралью от замыканий на землю предугадывают защиты, реагирующие на напряжение нулевой последовательности 3 U о , которое возникает на зажимах разомкнутого треугольника трансформатора напряжения при соединении фазы с землей. Защиты действуют на отключение выключателей трансформаторов с незаземленной нейтралью. Защиты от замыканий на землю в сети настраивают таким макаром, дабы при однофазовом повреждении первыми отключались питающие сеть трансформаторы с изолированной нейтралью, а потом трансформаторы с заземленной нейтралью. На тех подстанциях 110 кВ, где силовые трансформаторы не могут получать подпитку со стороны СН и НН, такие защиты от замыканий на землю не инсталлируются, не делается также и глухое заземление нейтралей.
Советы оперативному персоналу. На основании изложенного оперативному персоналу могут быть даны следующие советы.
При выводе в ремонт силовых трансформаторов, также конфигурациях схем подстанций нужно смотреть за сохранением режима заземления нейтралей, принятого в энергосистеме, и не допускать при переключениях в сетях с отлично заземленной нейтралью выделения участков без заземления нейтралей у питающих сеть трансформаторов.
Во избежание же автоматического выделения таких участков на каждой системе шин подстанции, где может быть питание от сети другого напряжения, лучше иметь трансформатор с заземленной нейтралью с включенной на нем токовой защитой нулевой последовательности. В случае вывода в ремонт трансформатора, нейтраль которого заземлена, нужно за ранее заземлить нейтраль другого параллельно работающего с ним трансформатора.
Без конфигурации положения нейтралей других трансформаторов делается отключение трансформаторов с изолированной нейтралью (трансформаторы старенькых выпусков с равнопрочной изоляцией выводов) либо нейтралью, защищенной вентильным разрядником.
Сеть с действенным заземлением нейтрали — сеть, в какой заземлена большая часть нейтралей обмоток силовых трансформаторов. При однофазовом замыкании в таковой сети напряжение на неповрежденных фазах не должно превосходить 1,4 фазного напряжения обычного режима работы сета. В СССР сети напряжением 110 кВ и выше, работающие, обычно, с глухозаземленной нейтралью, относят к сетям с отлично заземленной нейтралью
Неполнофазным отключением (включением) именуется коммутация, при которой выключатели, разъединители либо отделители в цепи оказываются включенными не 3-мя, а 2-мя либо даже одной фазой
