Логическая защита шин принцип действия

ЛЗШ – логическая защита шин: схемы, принцип действия, назначение, реализация

Определение логической защиты шин

Логическая защита шин в настоящее время входит в состав практически любого микропроцессорного терминала РЗА. Ее задача – отключить короткое замыкание на шинах РУ за минимально возможное время, ограничивающееся только собственным временем срабатывания электронной части терминала. Обычно это от 0,1 до 0,15 с.

Почему именно ЛЗШ является наиболее эффективной защитой для этой части РУ? Рассмотрим возможные варианты ликвидации КЗ на шинах.

К тому же трансформаторы тока с дополнительными обмотками дороже. Накладываются ограничения по проверкам РЗА присоединений: при случайной подаче тестового тока на него защита сработает ложно.

Вариант с использованием неполной дифференциальной защитой шин тоже не является достаточно эффективным.

Он отличается от предыдущего тем, что используются трансформаторы тока только питающих линий и мощных потребителей. Но его применение, ко всему прочему, сильно ограничено.

С увеличением тока КЗ каждая секунда его действия становится фатальной для электрооборудования. Чем дольше горит дуга, тем больше разрушений она приносит.

Из чего состоит ЛЗШ

Элементы логической защиты шин не сосредоточены в одном месте. Это система, объединяющая терминалы защит питающих и отходящих линий.

Отходящие линии при запуске собственных защит (обычно – МТЗ), формируют сигнал блокировки ЛЗШ. Для этого на каждом из них выделяется по одному дискретному выходу. Сигналы от всех отходящих линий секции поступают на дискретные входы терминалов фидеров питания. Для передачи используется система шин питания и управления, входящая в состав любого современного распределительного устройства. На этом, собственно, вся конструктивная часть и заканчивается. Остается выставить правильные настройки ЛЗШ на всех терминалах, задать назначение дискретных входов и выходов.

Терминалы секционных выключателей получают сигнал блокировки ЛЗШ от присоединений обоих секций, которые они соединяют. Для этого используются разные дискретные входы.

Схемы ЛЗШ

Работа ЛЗШ при внешнем КЗ

При внешнем коротком замыкании запускается МТЗ присоединения, на котором оно произошло. Естественно, отключение произойдет по истечении выдержки по времени, предусмотренной для данного тока замыкания.

Но, при наличии ЛЗШ, терминал выполнит еще одну задачу: выдаст сигнал ее блокировки.

Он поступит на терминалы фидеров, питающих секцию.

На этих терминалах, если произойдет срабатывание МТЗ, запустится ЛЗШ. Именно в них она настроена на отключение, на отходящих элементах оно не нужно, их задача – только передача сигнала о том, что КЗ находится в их зоне действия, и они готовы его ликвидировать.

В случае отказа МТЗ отходящей линии короткое замыкание будет устранено МТЗ питающего фидера или УРОВ. За отказ ЛЗШ не отвечает.

Работа ЛЗШ при КЗ на шинах

Если короткое замыкание произошло на шинах РУ, сигнала блокировки от отходящих линий не поступит, так как ток КЗ через них не проходит. Запуск МТЗ питающих шины линий при отсутствии сигнала блокировки приведет к мгновенному действию ЛЗШ на отключение присоединений. Причем отключатся независимо друг от друга все выключатели, через которые в данный момент осуществляется питание. Если помимо ввода включен секционный выключатель, то ЛЗШ сработает и на нем.

Защита носит название логической именно потому, что ее работа связано с анализом места КЗ в системе: если ни один терминал отходящей линии не видит замыкание, значит – оно на шинах.

Зона, охваченная защитой, ограничивается местами установки трансформаторов тока всех присоединений секции. В этом она похожа на дифференциальную защиту шин, реализованную классическим образом. При срабатывании ЛЗШ формируется сигнал запрета АВР на поврежденную секцию.

Надежность ЛЗШ

В отличие от других защит, ЛЗШ редко срабатывает при проверках РЗА персоналом электролабораторий. При работе на отходящих присоединениях сигнал блокировки, хоть и поступает на входы терминалов линий питания, но вреда не приносит. Возможен только отказ в работе при совпадении фактора наличия проверочного тока на отходящем фидере и реальном КЗ на шинах, но вероятность такого казуса невелика.

При проверке РЗА питающей линии тем более ничего не произойдет. Если на шины приходит питание через секционный выключатель или другую линию питания, то их логические защиты работают независимо от проверяемой линии питания, достучаться до них оттуда нереально.

Этим ЛЗШ выгодно отличается от дифференциальных защит, работая в зоне действия которых можно ошибочно устроить масштабную техногенную аварию.

Поэтому, если при КЗ в комплектной ячейке дуга перескочит за выводы трансформатора, произойдет отказ ЛЗШ. И замыкание будет устранено только с выдержкой времени МТЗ питающего фидера.

Принцип работы лзш

Логическая защита шин (ЛЗШ): принцип действия, схема, реализация, видео

Логическая защита шин в настоящее время входит в состав практически любого микропроцессорного терминала РЗА. Ее задача – отключить короткое замыкание на шинах РУ за минимально возможное время, ограничивающееся только собственным временем срабатывания электронной части терминала. Обычно это от 0,1 до 0,15 с.

Почему именно ЛЗШ является наиболее эффективной защитой для этой части РУ?

Первый вариант – применение дифференциальной защиты. Для ее реализации потребуются дополнительные обмотки трансформаторов тока на всех присоединениях секции. Их нужно соединить с дифференциальным реле, задача которого – в момент КЗ сложить токи, входящие на шины от фидеров питания и токи на отходящих присоединениях. В случае превышение током небаланса величины уставки реле дает команду на отключение.

Система получается очень сложной, но со сложностью падает ее надежность.

К тому же трансформаторы тока с дополнительными обмотками дороже. Накладываются ограничения по проверкам РЗА присоединений: при случайной подаче тестового тока на него защита сработает ложно.

Вариант с использованием неполной дифференциальной защитой шин тоже не является достаточно эффективным.

Он отличается от предыдущего тем, что используются трансформаторы тока только питающих линий и мощных потребителей. Но его применение, ко всему прочему, сильно ограничено.

Следующая возможность защитить шины – МТЗ питающих линий. В принципе, его и выполняют в подавляющем большинстве случаев. Но у этого вида защиты есть существенный недостаток. Для отстройки МТЗ от коротких замыканий на отходящих присоединениях ее выдержка времени должна быть больше, чем у МТЗ потребителей. На практике это 1 – 3 секунды.

С увеличением тока КЗ каждая секунда его действия становится фатальной для электрооборудования. Чем дольше горит дуга, тем больше разрушений она приносит.

Из чего состоит ЛЗШ

Элементы логической защиты шин не сосредоточены в одном месте. Это система, объединяющая терминалы защит питающих и отходящих линий.

Отходящие линии при запуске собственных защит (обычно – МТЗ), формируют сигнал блокировки ЛЗШ. Для этого на каждом из них выделяется по одному дискретному выходу. Сигналы от всех отходящих линий секции поступают на дискретные входы терминалов фидеров питания. Для передачи используется система шин питания и управления, входящая в состав любого современного распределительного устройства. На этом, собственно, вся конструктивная часть и заканчивается. Остается выставить правильные настройки ЛЗШ на всех терминалах, задать назначение дискретных входов и выходов.

Терминалы секционных выключателей получают сигнал блокировки ЛЗШ от присоединений обоих секций, которые они соединяют. Для этого используются разные дискретные входы.

Схемы организации ЛЗШ

Поведение ЛЗШ при внешнем КЗ

При внешнем коротком замыкании запускается МТЗ присоединения, на котором оно произошло. Естественно, отключение произойдет по истечении выдержки по времени, предусмотренной для данного тока замыкания. Сигнал блокировки поступит на терминалы фидеров, питающих секцию.

На этих терминалах запустится ЛЗШ. Появление сигнала блокировки приведет к тому, что ЛЗШ на терминалах питающих линий остановится, и отключения не произойдет.

В случае отказа МТЗ отходящей линии короткое замыкание будет устранено МТЗ питающего фидера или УРОВ. За отказ ЛЗШ не отвечает.

Работа ЛЗШ при КЗ на шинах

Если короткое замыкание произошло на шинах РУ, сигнала блокировки от отходящих линий не поступит, так как ток КЗ через них не проходит. Запуск МТЗ питающих шины линий при отсутствии сигнала блокировки приведет к мгновенному действию ЛЗШ на отключение присоединений. Причем отключатся независимо друг от друга все выключатели, через которые в данный момент осуществляется питание. Если помимо ввода включен секционный выключатель, то ЛЗШ сработает и на нем.

Защита носит название логической именно потому, что ее работа связано с анализом места КЗ в системе: если ни один терминал отходящей линии не видит замыкание, значит – оно на шинах.

Зона, охваченная защитой, ограничивается местами установки трансформаторов тока всех присоединений секции. В этом она похожа на дифференциальную защиту шин, реализованную классическим образом. При срабатывании ЛЗШ формируется сигнал запрета АВР на поврежденную секцию.

Надежность ЛЗШ

В отличие от других защит, ЛЗШ редко срабатывает при проверках РЗА персоналом электролабораторий. При работе на отходящих присоединениях сигнал блокировки, хоть и поступает на входы терминалов линий питания, но вреда не приносит. Возможен только отказ в работе при совпадении фактора наличия проверочного тока на отходящем фидере и реальном КЗ на шинах, но вероятность такого казуса невелика.

При проверке РЗА питающей линии тем более ничего не произойдет. Если на шины приходит питание через секционный выключатель или другую линию питания, то их логические защиты работают независимо от проверяемой линии питания, достучаться до них оттуда нереально.

Этим ЛЗШ выгодно отличается от дифференциальных защит, работая в зоне действия которых можно ошибочно устроить масштабную техногенную аварию.

Отказы в работе ЛЗШ связаны, в основном, с короткими замыканиями на выводах трансформаторов тока. Дифференциальные защиты шин определяют КЗ на них с помощью реле, установленных в каждой фазе. Любое из реле, сработав, даст команду на отключение. В случае же с ЛЗШ наоборот: если через трансформатор тока любой из фаз отходящего фидера пойдет ток КЗ, сформируется сигнал блокировки.

Поэтому, если при КЗ в комплектной ячейке дуга перескочит за выводы трансформатора, произойдет отказ ЛЗШ. И замыкание будет устранено только с выдержкой времени МТЗ питающего фидера.

На рисунке 1 приведена простейшая схема логической защиты шин в комплексе с МТЗ на вводе 10 кВ.

При КЗ на шинах или на отходящей линии пускается защита на вводе от питающего трансформатора (срабатывает реле KA).

МТЗ на вводе отстроена по времени от защит отходящих линий и действует на отключение выключателя в двух случаях:

— отказе защит или выключателя отходящей линии;

— коротком замыкании на сборных шинах.

Рисунок 1. Схема логической защиты шин

При коротком замыкании на любой отходящей линии (КЛ1 – КЛn) срабатывает токовое реле KA1 в ее схеме и токовое реле KA в схеме ввода. Контактами KA1 блокируется действие защиты на реле KL.

При КЗ на шинах срабатывает реле KA в схеме ввода и нет срабатывания ни одного из реле KA1 в схемах отходящих линий. Реле KL срабатывает и действует на отключение выключателя ввода с запретом АПВ.

Схема достаточно простая, но имеет ряд недостатков:

1. При выводе в проверку защиты любого присоединения разрывается вся цепь, защита выводится из работы.

2. Большое количество последовательно соединенных элементов снижает надежность схемы в целом. Нарушение контакта в любом токовом реле или в соединительных проводах приводит к отказу защиты.

Более удобна и надежна схема, приведенная на следующем рисунке. Токовые реле всех отходящих линий соединены параллельно. Для исключения случайного срабатывания защиты при проверках РЗА присоединений включается последовательно с контактами собственных выключателей. В данном случае реле KL выступает в роли блокирующего.

Рисунок 2. Схема логической защиты шин

Недостатки ЛЗШ

На подстанциях с мощными синхронными электродвигателями (СД) или генераторами логическая защита шин не применяется из-за возможности ложных срабатываний при внешних КЗ в питающей сети, когда через ввод проходит ток подпитки от СД или генераторов.

Логическая защита шин

До развития микропроцессорной техники для защиты подстанций напряжением свыше 1000 вольт применялись различные системы на реле. Они потребляли огромное количество энергии для собственных нужд, были сложны в настройке и не отличались надёжностью. Сегодня эту задачу выполняют системы логической защиты шин, построенные на электронных блоках.

Релейная защита и автоматика

РЗиА – это система, предназначенная для защиты подстанции от аварийного режима работы. Она представляет собой сложнейший комплекс электрических и электронных устройств. Релейная защита и автоматика непрерывно контролируют состояние сети и, при необходимости, производят в ней различные переключения.

Любая РЗиА обладает селективностью (избирательностью). Т.е. она отключает именно тот участок энергосистемы, на котором возник ненормальный или аварийный режим работы. Соответственно, без напряжения остаётся часть потребителей, а не все сразу. Особенно это необходимо в случаях, когда отключение подразумевает нарушение тех. процессов предприятий, сопровождающихся риском возникновения ЧС или финансовых убытков.

Также релейная защита характеризуется быстродействием. Под этим свойством подразумевают время, затраченное на отключение повреждённого участка линии. Быстродействие тесно связано с селективностью. Уставка допустимого времени протекания аварийной ситуации учитывается в настройках терминала РЗиА, и от него зависит, на каком именно участке линия будет отделена от общей системы.

Дополнительная информация. Быстродействие защиты является её важнейшей характеристикой. Для правильной настройки нужна золотая середина. Если выдержки времени подобраны так, что они слишком короткие или продолжительные, то система будет отключать линии, которые в этом не нуждаются, т.е. будут происходить ложные срабатывания.

Из чего состоит ЛЗШ

Отвечая на вопрос «ЛЗШ защита что это», можно сказать, что она включает в себя сложный комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для отключения линии при внештатном режиме работы. Все их условно можно разделить на 3 категории:

1. Датчики – устройства, считывающие в реальном времени информацию о состоянии энергосистемы. Например, ток и напряжение на силовых шинах, частоту, сдвиг фазы и cosф нагрузки, а также температуру трансформаторов, окружающего воздуха и тому подобные показатели. Вся эта информация поступает в контроллер.
2. Микропроцессорные терминалы – вычислительный орган системы. С натяжкой его можно назвать компьютером. Внешне представляет собой небольшую коробку с экраном, отображаемым состояние сети, и множеством кнопок для настройки прибора и его взаимодействия с человеком.
3. Исполнительные органы – по аналогии с ПК это периферийные устройства. К ним относятся высоковольтные выключатели, вентиляторы и насосы систем охлаждения, различные приводы для коммутирующих устройств.

Упрощённо всё это работает следующим образом. На шинах подстанции возникает какая-либо внештатная ситуация, например, короткое замыкание. Трансформаторы тока регистрируют критическое превышение этого параметра. С них сигнал передаётся в микропроцессорный терминал, который его обрабатывает. При этом учитывается ток короткого замыкания, его продолжительность и ряд других характеристик. Затем терминал подаёт сигнал на исполнительный орган – вакуумный выключатель, который отключает участок линии, поражённый коротким замыканием.

Схемы организации ЛЗШ

Большинство комплексов логической защиты шин реализуется по последовательной или параллельной схеме. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки, но принцип работы ЛЗШ похож в обоих случаях.

При последовательной схеме отдельные контакты следуют друг за другом. Пока все из них замкнуты, на вход блокировки ЛЗШ поступает сигнал, предотвращающий срабатывание защиты. Если хоть один контакт релейного терминала разомкнётся, то общая цепочка будет нарушена.

В случае с параллельной схемой контакты изначально находятся в нормально разомкнутом положении. Для срабатывания ЛЗШ также необходимо, чтобы один из них изменил своё состояние, т.е. замкнулся.

Поведение ЛЗШ при внешнем КЗ

Принцип действия логической защиты шин основан на отсечке линии при возникновении в ней тока короткого замыкания. В данном случае подразумевается, что КЗ произошло где-то за пределами подстанции. Пока линия находится в нормальном режиме работы, контакты ЛЗШ формируют сигнал блокировки. Он препятствует срабатыванию защиты, поэтому система находится под напряжением. Как только происходит КЗ или серьёзная перегрузка по току, контакты ЛЗШ размыкаются. Происходит включение защиты. Расчёт времени отключения линии напрямую зависит от интенсивности КЗ и настроек, внесённых наладчиком в терминал РЗиА.

Дополнительная информация. На воздушных линиях электропередач возможны неустойчивые короткие замыкания. Они могут быть вызваны перехлёстом проводов из-за ветра. В таком случае замыкание носит кратковременный характер, после его исчезновения линия снова включается в работу устройством автоматического повторного включения (АПВ).

Работа ЛЗШ при КЗ на шинах

Другая цель применения ЛЗШ – это отключение напряжения при возникновении короткого замыкании на шинах. При этом речь идёт о КЗ, происходящем непосредственно на территории распределительного устройства (РУ) или подстанции. Данная ситуация имеет особенность. Замыкание происходит в непосредственной близи от трансформатора. Сопротивление шин до точки КЗ имеет минимальное значение. Ток замыкания будет крайне высоким, вплоть до десятков тысяч ампер. Терминал РЗиА, регистрируя такое большое значение, соберёт цепочку ЛЗШ быстрее, чем, если бы авария сформировалась где-то далеко от подстанции. Если по каким-либо причинам данный каскад защиты не отработает, то питание отключится тем, который стоит выше по цепи. При этом из работы выйдет вся секция. Срабатывание будет неселективным, что является нежелательным.

Надежность ЛЗШ

ЛЗШ, с точки зрения тестирования на работоспособность, имеет отличие от прочих видов защит. Она редко срабатывает при испытаниях сотрудниками измерительных лабораторий. Объясняется это тем, что ЛЗШ отводится менее значимая роль, соответственно, она имеет более длительные по времени выдержки срабатывания и просто не успевает опередить другие виды защит.

Чаще всего логическая защита шин даёт сбой вследствие КЗ трансформатора тока либо его виткового замыкания. К счастью, происходит такое довольно редко. В этом случае трансформатор просто не в состоянии корректно измерить протекающий через контролируемую им шину ток. Поэтому не может сформироваться сигнал блокировки защиты ЛЗШ, что приводит к её непреднамеренному срабатыванию.

Важно! Перед отключением проводов от трансформатора тока его выводы требуется замкнуть между собой. В противном случае в обмотке ТТ возможно наведение высоковольтного потенциала, который опасен для жизни обслуживающего персонала и может привести к повреждению оборудования.

ЛЗШ является сравнительно простой и действенной системой по обеспечению бесперебойной работы энергосистемы. Её применение ощутимо снижает негативные последствия аварийных ситуаций, а также существенно уменьшает риск их возникновения.

Видео

Проект РЗА

Сайт о релейной защите и цифровых технологиях в энергетике

Логическая защита шин (ЛЗШ)

Сегодня логическая защита шин является неотъемлемой частью системы релейной защиты и автоматики распределительных устройств 6-35 кВ. Ее распространению способствовал переход от электромеханической элементной базы к микропроцессорным блокам РЗА. Еще 15-20 лет назад вы вряд ли бы увидели ЛЗШ в проекте.

Назначение ЛЗШ

Логическая защита шин нужна, чтобы сократить время отключения коротких замыканий на шинах 10 кВ.

При коротком замыкании на шинах 10 кВ логическая защита шин устраняет его практически без выдержки времени (0,1-0,15 с), а при замыкании на присоединении – ЛЗШ блокируется, позволяя устранить КЗ нижестоящим защитам.

Простые защиты, вроде максимальной токовой, не могут выполнить селективное отключение короткого замыкания на шинах 6-35 кВ без выдержки времени, что приводит к увеличению повреждения в распределительном устройстве, особенно на уровнях распределения “ПС” и “РТП”, где уровень токов коротких замыканий обычно высок.

Стандартное время срабатывания МТЗ ввода 6-10 кВ – 1-2 секунды, против 0,1-0,15 секунд у ЛЗШ. Выигрыш в быстродействии очевиден.

Область применения ЛЗШ

В основном логическую защиту шин применяют для радиальных распределительных сетей 6-35 кВ, особенно массово для напряжения 6-10 кВ.

Большое количество присоединений в таких сетях не позволяют эффективно использовать дифференциальные защиты шин (дорого) и неполные дифференциальные защиты шин (обычно защищают реактированые линии, которые редко применяют в распределительных сетях).

В этих условия ЛЗШ является единственной недорогой защитой, позволяющей быстро отключить короткие замыкания на шинах 6-35 кВ.

С осторожностью нужно применять ЛЗШ на подстанциях с крупными двигателями 6-10 кВ, которые могут давать подпитку внешнего короткого замыкания с уровнем тока, достаточным для пуска защит присоединений и вводов РУ. Это может привести к ложной работе ЛЗШ с неселективным отключением секции 6-10 кВ или блокировки ЛЗШ при ложном пуске защит присоединений.

В последнее время ЛЗШ, для удешевления проектов, стали применять в кольцевых сетях с многосторонним питанием (шины 6-35 кВ ПС, РП, ГТЭС и т.д.). Для этого пусковые органы защит выполняют направленными. Данный вариант нужно всесторонне рассматривать с учетом надежности системы релейной защиты и в случае особо ответственных объектов, отдавать предпочтение дифференциальной защите шин!

Структура ЛЗШ

ЛЗШ — это распределенная защита. Она не находится в одном конкретном терминале, а распределена по защитам вводов, СВ и отходящих присоединений (линий, трансформаторов, двигателей, БСК и т.д.).

Так как защита шин 6-35 кВ осуществляется вводными и секционным выключателями, то именно в терминалах ввода и СВ реализована отключающая токовая ступень (ЛЗШ), работающая с минимальной выдержкой времени (0,1-0,15 с).

Пусковые органы защит нижестоящих присоединений дают информацию о том, есть ли замыкание на присоединении, и в случае его наличия, замыкают выходные контакты своего терминала для передачи сигнала на терминалы ввода и СВ. Это выходной сигнал называется “Блокировка ЛЗШ”.

Блоки защиты присоединений соединены с блоками ввода и секционного выключателями медными шинками для передачи сигнала по схеме “выходные контакты – дискретный вход”. В настоящее время, рассматривается вопрос передачи сигналов “Блокировка ЛЗШ” посредством информационных каналов (технология МЭК-61850 GOOSE)

Принцип работы

Принцип работы рассмотрим на примере возникновения внутреннего (на шинах) и внешнего (на присоединении) замыканий.

Замыкание на шинах 6-35 кВ (в зоне действия ЛЗШ)

• Ток КЗ протекает от энергосистемы, через ТТ защиты ввода, к точке КЗ;
• Защита ввода (и МТЗ и отдельная ускоренная ступень ЛЗШ) пускается от данного тока;
• Защиты присоединений не пускаются потому, что через них ток КЗ не протекает (подпитки “снизу” нет)
• Так как сигнал “Блокировка ЛЗШ” нижестоящими защитами не выдается, то защита ввода (ускоренная ступень ЛЗШ) отключает выключатель ввода с временем 0,1-0,15 секунд

Замыкание на присоединении (вне зоны действия ЛЗШ)

• Ток КЗ протекает от энергосистемы, через ТТ защиты ввода и ТТ защиты фидера, к точке КЗ;
• Происходит пуск защиты ввода (МТЗ и отдельной ускоренной ступени ЛЗШ) и защиты фидера (МТЗ и, возможно, ТО);
• Защита присоединения мгновенно выдает сигнал пуска собственных защит (Блокировка ЛЗШ) на защиты ввода (через сухой контакт);
• Защита ввода принимает сигнал “Блокировка ЛЗШ” и блокирует ускоренную ступень ЛЗШ (МТЗ ввода остается в работе);
• Защита фидера отключает свой выключатель для устранения КЗ, МТЗ ввода возвращается;
• При отказе защиты фидера, КЗ устраняет МТЗ ввода с выдержкой времени.

Зона действия ЛЗШ

Зона действия ЛЗШ показана на рис. 3

Стоит отметить, что несмотря на название, ЛЗШ защищает не только сами шины, но и зону выключателей. Как и для дифференциальной защиты шин, ее зона действия определяется местами установки трансформаторов тока.

На этом об Основах ЛЗШ все! В следующий раз поговорим о возможных схемах реализации логической защиты шин в реальных проектах.

Как работает логическая защита шин

материалы для расчета и оформления проектов

Логическая защита шин (ЛЗШ)

19 мар. 2009 г. | 19.3.09

Логическая защита шин (ЛЗШ) широко используется на подстанциях распределительных сетей без синхронной нагрузки и синхронных генераторов. Принцип действия логической защиты шин заключается в следующем. На вводном выключателе секции МТЗ (максимальную токовую защиту) выполняют либо с двумя выдержками времени (при применении электромеханических защит), либо используют два комплекта МТЗ (при применении цифрового терминала). Первая ступень («быстрый» комплект) имеет выдержку времени 0,15-0,2 с и выполняет функции ЛЗШ. Она вводится в работу, если через защиту протекает ток повреждения и нет блокирующего сигнала от пусковых органов защиты отходящих от шин линий. Этот блокирующий сигнал передается от защит отходящих линий к комплекту ЛЗШ с помощью общей шинки блокировки EBZ, расположенной вдоль всех ячеек секции. Если повреждена отходящая линия, то срабатывают пусковые органы защиты этой линии и ЛЗШ на вводе блокируется (не работает), а МТЗ ввода работает с обычной селективной выдержкой времени, резервируя защиту линии. Блокировка выполняется с помощью общего выходного реле. Если повреждены шины, то блокирующий сигнал со стороны отходящих линий отсутствует и срабатывает ЛЗШ («быстрый» комплект МТЗ), отключая через 0,15-0,2 с выключатель ввода.

Недостатки ЛЗШ. На подстанциях с мощными синхронными электродвигателями (СД) или генераторами логическая защита шин не применяется из-за возможности ложных срабатываний при внешних КЗ в питающей сети и в послеаварийных качаниях, когда через ввод проходит ток подпитки от СД или генераторов или ток качаний, достаточный для пуска защиты, а блокирующий сигнал отсутствует, так как защиты СД и генераторов по принципу действия не работают в этом режиме (например, дифференциальная) или отстроены от него (например, токовая отсечка). Кроме того, ЛЗШ не работает при КЗ в ячейке после трансформаторов тока защиты отходящей линии.

(по материалам «Библиотечка электротехника» приложение к журналу «Энергетик» выпуск «Вторичная коммутация в распределительных устройствах, оснащенных цифровыми РЗА» 2006 г. Автор: Беляев А.В.)

6.19. Логическая защита шин (ЛЗШ)

Назначение: Общесекционная защита, обеспечивающая отключение вводного

выключателя с меньшей выдержкой времени срабатывания при замыкании на секции шин.

Применяется для МКЗП, обслуживающих вводные выключатели распределительных устройств.

Алгоритм ЛЗШ применяется в распределительных устройствах для анализа места возникновения замыкания — на шинах либо на отходящей линии — и, соответственно, быстрого отключения вводного выключателя при замыкании на шинах.

Алгоритм ЛЗШ работает с сигналом «Пуск МТЗ», сформированным собственным блоком МКЗП, а также сигналами «Пуск МТЗ» блоков МКЗП устройств секции шин (далее -«Пуск МТЗ сш»). Внимание — для корректной работы алгоритма сигналы «Пуск МТЗ» должны быть настроены на срабатывание от первой ступени МТЗ.

При возникновении сигнала «Пуск МТЗ» собственного блока и отсутствии сигналов «Пуск МТЗ сш» (т.е. возникновении КЗ на шинах, а не отходящей линии), после выдержки времени, задаваемой временной уставкой, формируется «Сраб. ЛЗШ» на отключение и блокировку включения выключателя и сигнализацию. На индикаторе блока выводится сообщение «СРАБОТАЛА ЗАЩИТА Срабат.ЛЗШ», на лицевой панели мигают светодиоды «ОТКЛ» и «АВАРИЯ». Вводится блокировка последующего включения выключателя, которая потом выводится нажатием кнопки «СБРОС». Формируется аварийный протокол «Срабат.ЛЗШ».

При замыкании на отходящем присоединении срабатывание ЛЗШ блокируется сигналом «Пуск МТЗсш».

Пример работы ЛЗШ показан на рисунке. На верхних графиках показаны токи вводного (сверху, зеленым) и отходящего (снизу, красным) распределительных устройств. Ниже показаны сигналы «Пуск МТЗ» отходящего РУ (СШ), «Пуск МТЗ» вводного РУ (в приведенных примерах сигналы «Пуск МТЗ» настроены на работу от МТ31), а также сигнал срабатывания ЛЗШ.

На графиках в левой части показаны процессы при замыкании на отходящей линии. При этом ток распределительных устройств возрастает — и для РУ-ОТ, и для РУ-В становится выше уставки МТ31, алгоритмы «Пуск МТЗ» срабатывают, формируя соответствующие сигналы. Алгоритм ЛЗШ, получая оба сигнала, не срабатывает. Аварийный процесс прекращается после отключения отходящей линии собственной защитой МТ31. При этом РУ-В остается включенным, поскольку временная уставка МТ31 РУ-В, выставленная из соображений селективности работы защит, больше, чем уставка МТ31 РУ-ОТ.

На графиках в правой части показаны процессы при замыкании на шинах распределительного устройства (между РУ-В и РУ-ОТ). При этом ток РУ-В возрастает выше уставки МТ31, формируется сигнал «Пуск МТЗ». Ток РУ-ОТ остается ниже уставки МТЗ, поэтому сигнал «Пуск МТЗ сш» не формируется. Наличие сигнала «Пуск МТЗ» при отсутствии «Пуск МТЗ сш» — условие запуска алгоритма ЛЗШ. Поскольку в течение выдержки времени Тср ЛЗШ — временной уставки алгоритма — сигналы не изменились — ток вводного шкафа не упал ниже уставки, а отходящих линий — не вырос, происходит отключение РУ-В по ЛЗШ.

При этом следует обратить внимание, что, если алгоритм ЛЗШ выведен, отключение произойдет только по истечении уставки МТ31 РУ-В, как показано на верхнем графике.

Для корректной работы алгоритма «Пуск МТЗ» должен быть введен и настроен на срабатывание от МТЗ 1.

Уставка Т — независимая выдержка времени, выбирается нулевой, либо с небольшой задержкой для отстройки от помех и случайных срабатываний. Но в любом случае должна быть ниже уставки срабатывания МТ31

МТЗсш1/МТЗсшО — сервисная уставка, для корректной работы алгоритма должна быть установлена в положение МТЗсшО

Ввод/вывод защиты производится программным переключателем «введен/выведен».

Питающая энергетическая система являет собой очень сложную, многокомпонентную технологическую систему. Данная система предназначена для производства, распределения и потребления электроэнергии.

Схема электрического снабжения

Релейная защита

Отличительными особенностями работы энергосистем являются:

• Быстрота;
• Взаимосвязанность;
• Согласованность процедур производства, распределения и потребления электрической энергии.

Для управления всеми процессами в энергосистеме используются специальные средства автоматического управления. Все используемые устройства автоматики по своему предназначению и области применения подразделяются на два класса:

1. Местная и системная технологическая автоматика;
2. Местная и системная противоаварийная автоматика.

Предназначение системной технологической автоматики заключается в обеспечении нормальной работы аппаратуры, а именно:

• Запуск блоков турбина-генератор и включение в работу синхронных генераторов;
• Автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности на шинах электростанции;
• Автоматическое регулирование частоты и обеспечение режима заданной нагрузки электростанции;
• Оптимальное распределение электрической нагрузки между блоками;
• Регулирование напряжения в распределительной сети;
• Регулирование частоты и перетекания мощности.

Системная противоаварийная автоматика предназначена для предотвращения и наиболее эффективной ликвидации последствий аварий, а именно:

• Защита электрического оборудования от короткого замыкания и нестандартных способов работы;
• Самостоятельное включение после ликвидации неисправности;
• Самостоятельное включение резервного оборудования;
• Автоматическая разгрузка по частоте;
• Автоматическое устранение асинхронного режима;
• Самостоятельное предупреждение перебоев устойчивости.

Главную роль среди устройств аварийной аппаратуры занимает релейная защита, которая оценивает поведение электрической питающей системы и ее компонентов в режимах больших негативных влияний и резких скачков электрических характеристик.

Негативные реакции могут быть вызваны рядом факторов, а именно:

• Пробоем или замыканием изолирующих элементов линий электропередач ввиду грозовых воздействий или при их загрязнении;
• Разрывом проводов или грозозащитных заземлений из-за намерзания льда или больших колебаний;
• Механической деформацией опор, повреждением изоляторов, схлестыванием проводов;
• Некомпетентными действиями оперативного персонала;
• Заводским браком оборудования.

Основными задачами релейной защиты являются:

1. Самостоятельное обнаружение неисправного элемента с последующей его изоляцией. Защитная система сообщает сигнал на срабатывание выключателей этого компонента, создавая приемлемые условия работы для нетронутой части энергетической системы;
2. Самостоятельное обнаружение необычного режима работы с использованием мер для его исправления. Отклонение от привычного режима первостепенно вызывается разными перегрузками, отключение которых не обязательно. Разгрузив оборудование, защита сообщает этот сигнал ошибки оперативному персоналу.

Логическая защита шин

Схема логической защиты шин

Логическая защита шин является следствием модернизации релейной защиты. Основной областью применения лзш являются радиальные распределительные сети от 6 кВ до 35 кВ. Основными причинами использования защитной логики шин выступают малое время для отключения КЗ на шинах, а также ее дешевизна. Время срабатывания лзш составляет 0,1-0,15 с.

К преимуществам цифровой защиты шин перед другими устройствами относятся:

1. По принципу работы дифференциальная защита подразумевает использование вспомогательных обмоток трансформаторов тока на всех стыковках секции, которые необходимо соединить с дифференциальным реле. Само реле при коротком замыкании складывает токи, приходящие на шины от фидеров питания, и токи отходящих присоединений и при дисбалансе дает сигнал на блокировку реле. В этом заключается сложность и недостаточная надежность оборудования;
2. Для защиты шин широко используется максимальная токовая защита питающих линий. Согласно принципу действия данной защиты, время ее срабатывания составляет 1-3 секунды. За столь длительное время дуга тока при коротком замыкании принесет непоправимый урон оборудованию.

Логическая защита шин является неотъемлемой частью любого микропроцессорного терминала релейной защиты аппаратуры.

Среди всех используемых защит в энергетических системах лзш качественно отличается надежностью и быстродействием. Аппаратура логической защиты постепенно вытеснит электромеханическую элементную базу, что только положительно отразится на безопасности энергетических систем в целом.

Дуговая и логическая защита шин

Дуговая защита — особый вид быстродействующей защиты от коротких замыканий, основанный на регистрации спектра света открытой электрической дуги.

Значительную опасность для комплектных распределительных устройств (КРУ) напряжением 6-10 кВ представляют внутренние короткие замыкания (КЗ), сопровождаемые электрической дугой (ЭД). Температура электрической дуги может достигать значений порядка 7000 … 12000 °C за время менее одного периода промышленной частоты.

Электрическая дуга воздействует на элементы конструкции КРУ, вызывая повреждения различной степени тяжести, а в случае отсутствия адекватных и своевременных мер по её ликвидации неминуемо приводит к их разрушению. Опыты, проведенные в научно-исследовательском центре испытаний высоковольтной аппаратуры (НИЦ ВВА), показывают, что открытая электрическая дуга в изолированных отсеках КРУ приводит к повреждению изоляции (как правило, это проходные изоляторы). Степень ущерба зависит от типа изоляционного материала, величины тока КЗ и времени его протекания.

Дуговая защита шин (ДуЗШ) или защита от дуговых замыканий (ЗДЗ) применяется для защиты сборных шин и элементов ошиновки распределительных устройств 6-10 кВ, размещенных в закрытых отсеках (КРУ или КРУН). Работа защиты основана, в основном, на физическом принципе. Может реагировать на два фактора: вспышка света в отсеках распредустройства и на механическое воздействие дуги. В связи с этим может применяться только в КРУ, где все токоведущие части размещены в закрытых отсеках.

ЗДЗ клапанного типа

На повышение давления воздуха в ограниченном отсеке ячейки КРУ реагирует ЗДЗ клапанного типа. В ЗДЗ этого типа в качестве датчика, реагирующего на повышение давления воздуха, используются специальные разгрузочные клапаны с путевыми выключателями, смонтированные в КРУ.

ЗДЗ с мембранным выключателем

Представляет из себя систему из шлангов, вентилей обратного давления и мембранного выключателя. В каждый защищаемый отсек ячейки подводится шланг, объединение шлангов производится через вентили обратного давления, объединённый участок подключается к мембранному выключателю, реагирующему на волны давления, создаваемые электрической дугой.

ЗДЗ фототиристорного типа

На световую вспышку от электрической дуги реагируют ЗДЗ фототиристороного типа. В качестве датчика, реагирующего на световую вспышку от электрической дуги используется фототиристор.

ЗДЗ волоконно-оптического типа

Как и ЗДЗ фототиристорного типа, данный тип ЗДЗ реагирует на световую вспышку от электрической дуги. В качестве датчика, реагирующего на световую вспышку от электрической дуги используется волоконно-оптический датчик (ВОД).

Логическая защита шин ЛЗШ

Логическая защита шин (ЛЗШ) может использоваться как в открытых, так и в комплектных распредустройствах. На первом рисунке приведена простейшая схема логической защиты шин в комплексе с МТЗ на вводе 10 кВ. При КЗ на шинах или на отходящей линии пускается защита на вводе от питающего трансформатора (срабатывает реле KA). МТЗ на вводе отстроена по времени от защит отходящих линий и действует на отключение выключателя в двух случаях:

— отказе защит или выключателя отходящей линии;

— коротком замыкании на сборных шинах.

Но отстройка по времени от защит отходящих линий затягивает отключение повреждения и приводит к излишнему повреждению оборудования. Для обеспечения достаточно быстрого и селективного отключения можно выполнить дополнительную цепочку из последовательно включенных контактов токовых реле отходящих линий.

При коротком замыкании на любой отходящей линии (КЛ1 – КЛn) срабатывает токовое реле KA1 в ее схеме и токовое реле KA в схеме ввода. Контактами KA1 блокируется действие защиты на реле KL.

При КЗ на шинах срабатывает реле KA в схеме ввода и нет срабатывания ни одного из реле KA1 в схемах отходящих линий. Реле KL срабатывает и действует на отключение выключателя ввода с запретом АПВ.

Схема достаточно простая, но имеет ряд недостатков:

1. При выводе в проверку защиты любого присоединения разрывается вся цепь, защита выводится из работы.
2. Большое количество последовательно соединенных элементов снижает надежность схемы в целом. Нарушение контакта в любом токовом реле или в соединительных проводах приводит к отказу защиты.

Более удобна и надежна схема, приведенная на следующем рисунке. Токовые реле всех отходящих линий соединены параллельно. Для исключения случайного срабатывания защиты при проверках РЗА присоединений включается последовательно с контактами собственных выключателей. В данном случае реле KL выступает в роли блокирующего.