Выбор уставок - Устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВ) в сетях 110—220 кВ

4. ВЫБОР УСТАВОК

Трехфазные токовые реле типа РТ-40/Р. К уставкам токовых реле предъявляются два противоречивых требования.
1. Токовые реле  должны быть чувствительны при всех видах КЗ в конце отходящей от данной подстанции линии или за трансформатором. При работе УРОВ в режиме сопутствующего отказа, например при отказе выключателя, защиты которого работают в режиме дальнего резервирования, по тому же условию токовые реле должны быть чувствительны при повреждении в конце смежного участка. Для выполнения этого условия целесообразно, чтобы реле было чувствительнее последних ступеней защит от междуфазных защит и защит от замыканий на землю. Поскольку токи повреждения в конце зоны действия защит при двух- и трехфазных КЗ, как правило, больше чем при однофазных КЗ на землю, и поскольку реле тока обладает повышенной чувствительностью к междуфазным повреждениям, достаточно принять уставку реле РТ-40/Р в режиме питания его только по обмотке с малым числом витков меньше уставки последней ступени защиты от замыканий на землю.
2. Ток возврата реле должен быть больше емкостного тока соответствующей линии. Указанное требование может проявиться после срабатывания защиты, отказа выключателя, а затем самопогасания дуги. Случаи самопогасания дуги после отключения основных источников питания места повреждения в сети 110 кВ наблюдались неоднократно. Отстройка от тока возврата должна выполняться в трехфазном режиме, когда реле РТ-40/Р имеет наивысшую чувствительность (ток срабатывания реле в 1,32 раза меньше, чем при обтекании током одной обмотки с наибольшим количеством витков, и для токовых цепей с ТТ, имеющими /гном = 5 А, составляет 0,5 — 1 А, а ток возврата 0,35-0,7 А). При емкостном токе линий 220 кВ примерно 0,35 А/км ТТ с коэффициентом трансформации 600/5 или 1000/5 и отстройке с коэффициентом надежности 1,5 максимальные длины линий, при которых соблюдается рассматриваемое условие, составляют 80-160 и 130-260 км соответственно; для линий 110 кВ с емкостным током примерно 0,2 А/км и тех же ТТ длины линий составляют 140—280 и 235—470 км. В практике расчетов, как правило, это условие не является определяющим для сети 110 кВ, но учитывается в ряде случаев в сети 220 кВ.
Наконец, необходимо учитывать, что надежность возврата токовых реле после отключения выключателя является во многих случаях единственным условием несрабатывания УРОВ. С целью повышения надежности УРОВ уставку на реле желательно принимать во второй части   шкалы при затяжке пружины, близкой к максимальной.
С учетом изложенного уставка реле РТ-40/Р обычно принимается   1 А при обтекании током обмотки с малым числом витков или 0,5 А при обтекании током одной обмотки с большим числом витков. В режиме трехфазного питания ток срабатывания получается при этом примерно 0,38 А. (Для схем с ТТ, имеющими номинальный ток 1 А, токи срабатывания уменьшаются в 5 раз.) Для сети 220 кВ по условию отстройки от емкостного тока целесообразно загрублять уставку реле РТ-40/Р до максимальной.
Выбранная по приведенным условиям уставка реле в ряде случаев ограничивает возможности работы УРОВ (например, при работе последней ступени защиты от замыканий на землю с током срабатывания, меньшим 1 А вторичного, в режиме работы, близком к току срабатывания; или при действии газовой защиты трансформатора, работающего с малой нагрузкой, и т.д.).
Токовые трехфазные реле других типов, разрабатываемых в энергосистемах для использования в схемах УРОВ, обычно имеют ток срабатывания в режиме однофазного КЗ порядка*! А (для пятиамперных ТТ); в режиме трехфазного питания чувствительность их повышается в 1,3—1,4 раза, т.е. они имеют параметры, близкие к параметрам реле РТ-40/Р. При оценке отстройки от емкостных токов необходимо учитывать возможные отличия коэффициента возврата.
В тех случаях, когда реле РТ-40/Р подключается в цепи ТТ, собранных в треугольник для дифференциальных защит трансформаторов, чувствительность их повышается в 1,44 раза. Токи намагничивания силовых трансформаторов, от которых в данном случае надо отстраивать уставку РТ-40/Р, малы, и указанное повышение чувствительности не опасно; может, однако, представлять трудность отстройки от емкостного тока линии при сопутствующем отказе в рассмотренном выше режиме самопогасания дуги.

Реле напряжения (схема УРОВ по рис. 10). В связи с тем, что органы напряжения не обеспечивают во многих случаях чувствительности при повреждениях даже на присоединениях, отходящих от шин подстанции, уставки реле принимаются максимально возможной чувствительности, а затем производится оценка зоны, где обеспечивается надежная работа УРОВ.
При трехфазном КЗ действие УРОВ обеспечивается за счет срабатывания реле напряжения типа РН-54/160 (отпадания якоря реле), включенного на линейное напряжение. Уставка реле отстраивается от минимального рабочего напряжения с учетом коэффициента возврата кв и коэффициента надежности кн. Минимальное рабочее напряжение принимается с учетом местных условий и обычно составляет примерно 0,9 (/ном. При номинальном напряжении на вторичной стороне 105 В (115 кВ на первичной), кн = 1,1 и кн = 1,2 уставка принимается равной 72 В.
В условиях эксплуатации для повышения чувствительности коэффициент возврата настраивается в пределах 1,12-1,15; уставка при этом принимается равной 78-80 В. При принятой схеме включения реле (подрыв обмотки при кратковременном появлении напряжения обратной и нулевой последовательности) чувствительность определяется по напряжению возврата, т.е. при напряжении 86 В. При двухфазных повреждениях пуск УРОВ производится при срабатывании реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М с диапазоном уставок 6—12 В (линейное напряжение обратной последовательности). По вышеизложенным причинам на реле целесообразно принимать минимальную уставку 6 В (или соответственно фазное напряжение обратной последовательности 6/у/з= 3,48 В). Пуск УРОВ при КЗ за землю производится при срабатывании реле напряжения нулевой последовательности типа РНН-57 с минимальной уставкой 4 В. Недостаточная чувствительность реле напряжения подтверждается данными табл. 1-3.
Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Длина защищаемой зоны на линии, где реле напряжения УРОВ обладает чувствительностью не менее 1,5, при трехфазных, двухфазных КЗ, при однофазных КЗ на землю в зависимости от мощности питающей системы сети 110—220 кВ может быть определена по табл. 1. При расчетах принято сопротивление прямой и обратной последовательности линий 0,4 Ом/км, сопротивление нулевой последовательности 1,4 Ом/км, сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности системы приняты одинаковыми.
Соотношения между мощностью системы (током трехфазного КЗ на шинах) и мощностью двухобмоточных трансформаторов (мк = 10%),при повреждении за которыми обеспечивается чувствительность реле напряжения, приведены в табл. 2 - при трехфазных КЗ и в табл. 3 -при двухфазных КЗ. При уровнях токов КЗ больших, чем указано в табл. 2 и 3, чувствительность реле снижается ниже допустимой.

Реле времени. Выдержка времени УРОВ настраивается в полной схеме. Она должна обеспечивать несрабатывание схемы при повреждении на присоединении, нормальном срабатывании защит и нормальном отключении выключателя. При этом целесообразно обеспечить надежное несрабатывание, если реле контроля тока (напряжения) или выходное реле защиты присоединения не разомкнули свои контакты после ликвидации повреждения и отключения выключателя. Для всех схем выполнение этого условия является наиболее тяжелым и требует большей выдержки времени. По этому условию

где tвыкл — время отключения выключателя с учетом времени гашения дуги; Гв.защ - время возврата защиты; t'B - время возврата пусковых реле УРОВ; гзап - время запаса.
По данным заводов и по справочной литературе гвыкл обычно принимается 0,08 с. В условиях эксплуатации оно не может быть точно' определено, в частности, из-за невозможности учета времени горения дуги. В ряде случаев защита действует не на отключение, а через pent команды отключения РКО (КСТ), что равносильно увеличению времени отключения на 0,06 с (время срабатывания реле типа РП-23)-Действие защит через РКО наиболее часто встречается в схемах управления выключателями 220 кВ с пофазным управлением. В итоге гвыкл принимается 0,08-0,14 с. Известны случаи резкого возрастания вре« мени отключения выключателя в основном из-за ненормальной работы привода [5], однако учет таких режимов невозможен, так как привел бы к недопустимому увеличению времени работы УРОВ; при этом допускается возможность его излишнего срабатывания.
Время возврата защиты tв.защ состоит из времени возврата реагирующего органа (токовое реле, реле сопротивления), равного 0,01-0,02 с; времени возврата реле времени, равного 0,02-0,03 с для реле времени с искрогасительным контуром; 0,1-0,13 с для реле с диодным искрогасительным контуром; 0,04 с для реле РВ01 и 0,04 с для реле времени с варистором, включенным параллельно обмотке реле времени, и собственно времени возврата выходного реле защиты, достигающего для реле типа РП-250 0,1 с. В итоге tв.защ колеблется в широких пределах, но для наиболее часто применяющихся защит панелей ЭПЗ-1636 с реле времени, имеющими диодные искрогасительные контуры, может достигать 0,26 с.
Время возврата пусковых реле УРОВ fB  определяется временем возврата одного или двух промежуточных реле и может быть принято 0,04 с.
Время запаса гзап принимается 0,1 с. Необходимо отметить, что в формуле по определению выдержки времени УРОВ необходимо было бы учесть еще целый ряд факторов, влияющих на уставку: погрешность реле времени - основную и температурную, погрешность секундомера; разницу во времени срабатывания промежуточных реле, действующих в схеме УРОВ при разных вариантах работы УРОВ; отстройку от незначительной разновременности при повреждениях на двухцепных участках линий при набросах и грозовых повреждениях. Эти погрешности в большинстве своем невелики и могут быть включены в состав tзап однако вследствие этого уменьшать tзап нецелесообразно.

В результате  УРОВ  может достигать 0,59 с. Вместе с тем в практике эксплуатации широко применяется время действия УРОВ в полной схеме 0,4 с. Такое решение целесообразно ради снижения выдержек времени вторых зон защит противоположных сторон линий по условию согласования с мгновенными ступенями защит присоединений при отказе их выключателей с последующей работой УРОВ до 0,9 с, а в отдельных случаях и до 0,8 с.
В условиях, когда время срабатывания УРОВ отстраивается только от времени отключения выключателя, времени возврата токового трехфазного реле и пусковых реле схемы УРОВ, при гзап = 0,1 с с учетом вышеприведенных параметров отдельных реле fypog можно принимать 0,3 с даже при использовании в схеме управления реле РКО.
Таким образом, при выборе уставок следует принимать во внимание приведенные ниже исходные положения.
1. Если учитывать воз упомянутые факторы, выдержка времени УРОВ должна приниматься 0,6 с.
2. В каждом случае следует рассматривать возможность снижения времени действия УРОВ с учетом конкретных условий, схем защиты и управления рассматриваемой подстанции. Так, отсутствие реле РКО в схемах управления позволяет снизить уставку На 0,05 с, отсутствием схемах защит реле времени с диодными искрогасительными контурами на 0,09 с, отсутствие выходных реле защит серии РП-250 - на 0,08 с.
3. Снижение времени работы УРОВ с контролем по напряжению может привести к его излишней работе при нормальном отключении выключателя повредившейся линии, поскольку в некоторых режимах (см. пояснение к рис. 11) отстройка по времени является единственным фактором, предотвращающим его неправильное срабатывание.
4. Снижение времени УРОВ с контролем наличия тока до 0,4-0,5 с может быть во многих случаях допущено, поскольку это позволяет уменьшить время действия защит прилежащей сети. Однако при таком решении необходимо считаться с возможностью излишней работы УРОВ при нормальной работе защиты, нормальном отключении выключателя и относительно нечастом случае невозврата реле РТ-40/Р после исчезновения тока в присоединении (особенно редком в тех случаях, когда последовательно включаются контакты двух реле тока).

Реле времени в схемах контроля исправности реле постоянного тока. Реле срабатывает и выводит УРОВ из работы, если любое нормально обесточенное промежуточное реле или реле времени схемы УРОВ срабатывает и не возвращается в исходное состояние дольше заданной выдержки времени. Очевидно, что это время должно быть больше времени работы УРОВ, т.е. приниматься не менее 1 с.
По отношению к времени АПВ присоединений выдержка времени рассматриваемого реле может приниматься:
меньше времени АПВ. В этом случае (если реле УРОВ, запустившиеся при первом КЗ, не вернулись в исходное состояние) схема контроля к моменту включения присоединения выводит УРОВ из действия. При отказе выключателя в цикле неуспешного АПВ УРОВ работать не будет. Такое решение нельзя признать правильным;
больше времени АПВ. В этом случае (если реле времени УРОВ после пуска при первом КЗ не вернулось в исходное положение и к моменту АПВ замкнуло свой контакт) при неуспешном АПВ сразу же после срабатывания защиты с действием на отключение исправного выключателя сработает без выдержки времени УРОВ с излишним отключением системы шин. Хотя такое развитие событий нельзя признать правильным, представляется, что оно предпочтительнее отказа УРОВ в первом случае.

С учетом сказанного выдержку времени реле целесообразно принять:

где tАПВ - уставка АПВ;   tвыкл - время включения выключателя; tзащ — время действия защиты после АПВ; tзап — время запаса, принимается 1 с.
Если на линиях установлены двукратные АПВ, то, пользуясь тем же правилом, необходимо было бы отстроиться по времени от цикла неуспешного двукратного АПВ. Это время составит примерно 25-30 с, и его невозможно выставить на используемых реле времени. В этом случае целесообразно принимать максимальную выдержку на реле времени, допуская, однако, возможность отказа УРОВ из-за его вывода из работы, если неисправность схемы УРОВ возникла при первом КЗ, а отказ выключателя проявился в цикле неуспешного второго АПВ. В целях однотипности выдержку времени можно принимать во всех случаях максимальную, по шкале реле.
В схемах УРОВ по рис. 12 и 13, где выдержка времени схемы контроля исправности определяется только временем возврата реле типа РП-252, при проявлении неисправности схемы УРОВ после первого КЗ схема УРОВ будет выведена и откажет, если отказ выключателя произойдет при неуспешном АПВ.
Выдержка времени на срабатывание  реле типа РП-252 в схеме контроля исправности реле постоянного тока (KL43 в схеме на рис. 12 и KL30 в схеме на рис. 13) должна быть больше времени действия УРОВ и принимается 0,8-1,0 с.
Выдержка времени на срабатывание реле типа РП-252, запоминающего факт срабатывания защиты (реле KL31 в схеме на рис. 13), также должна быть больше времени работы УРОВ и принимается 0,8—1,0 с.
В заключение необходимо отметить, что некоторые параметры аппаратуры (например, времена возврата реле разных типов), а также значительная часть рекомендаций по выбору уставок базируется только на конкретном опыте ряда энергосистем.