Блокировка дифференциальной защиты шин
Автор: Кузник Ю.С., кандидат технических наук
Курскэнерго

Дифференциальные защиты сборных шин (ДЗШ) имеют разветвленные токовые цепи, поэтому Правилами устройств электроустановок (ПУЭ) предусматривается контроль их исправности для предотвращения излишних срабатываний ДЗШ при толчках токов нагрузки или при внешних коротких замыканиях в случаях нарушения целостности токовых цепей или пробоя их изоляции.
Устройство контроля обычно реагирует на ток в нулевом проводе с действием на сигнал и блокировку дифференциальной защиты шин путем прекращения питания её оперативных цепей с задержкой, отстроенной от времени срабатывания ДЗШ. Ток небаланса возникает при обрыве или закорачивании отдельных ф аз токовых цепей присоединений с достаточной нагрузкой для срабатывания реле контроля.
Применяются так же трехфазные токовые реле, включенные в дифференциальную цепь ДЗШ, которые обеспечивают срабатывание блокировки при симметричном нарушении цепей циркуляции токов дифференциальной защиты шин. Для повышения чувствительности используется арифметическое суммирование фазных дифференциальных токов ДЗШ с током нулевой последовательности.
При всех способах контроля исправности цепей тока ДЗШ возможен отказ срабатывания блокировки из-за её недостаточной чувствительности к обрывам или шунтированию токовых цепей отдельных присоединений. Ещё в меньшей степени обеспечивается чувствительность известных схем контроля к нарушениям изоляции токовых цепей, так как пробои изоляции происходят в основном при коротком замыкании в электрической сети, когда в токовых цепях возникают повышенные напряжения.
Следует отметить, что указанные устройства контроля вообще не могут предотвратить излишнее действие ДЗШ при возникновении обходных цепей в момент пробоя изоляции токовых цепей дифференциальной защиты шин при внешнем коротком замыкании в примыкающей сети.
В практике эксплуатации ДЗШ отмечены их частые излишние срабатывания из-за пробоя изоляции токовых цепей ДЗШ при внешних КЗ. По статистике в Курскэнерго за последние два года число таких неправильных действий достигло 20 - 30 % общего количества срабатываний дифференциальной защиты шин.
Так, на одной из подстанций (ПС ) 110 кВ Курскэнерго произошел пробой изоляции клеммника трансформатор а тока (ТТ) с коэффициентом трансформации 1000/5 , а на другой ПС при аналогичных условиях случилось так же излишнее срабатывание ДЗШ 110 кВ из-за пробоя зазора в испытательном блоке при снятой крышке между шунтирующей пластиной выводов ТТ с коэффициентом трансформации 1500/1 и токовыми цепями дифференциальной защиты шин.
Лабораторными испытаниями установлено, что при смещении перемычки к контактам происходит пробой изоляции при испытательном напряжении 1 кВ переменного тока, а в случае ее удаления (за счет имеющегося запаса люфта крепления перемычки) пробои не наблюдаются. В связи с этим необходимо следить за состоянием зазоров в испытательных блоках всех присоединений и максимально регулировать их.
Пробои изоляции происходят на клеммных досках ТТ мощных электростанций и ПС при коротких замыканиях на территории этих ПС из-за неудовлетворительного состояния контура заземления. В связи с этим Госинспекция по эксплуатации электростанций и сетей выпустила «Оперативное сообщение №030-04/1», в котором отмечено, что « . . . в последнее время на блочных электростанциях участились срабатывания ДЗШ высокого напряжения при К З, происшедших вне зоны их действия, вызванных .. . выносом потенциала в цепи защит».
Поскольку ПУЭ допускается наличие напряжения на заземляющем устройстве (при стекании с него тока КЗ на землю) в пределах 5 + 10 кВ, поэтом у даже при исправном контур е заземления пробои изоляции токовых цепей вполне возможны . Так, на Курской ТЭЦ-1 при КЗ в ОРУ 110 кВ произошли массовые пробои изоляции со срабатыванием защиты на присоединениях.
В обзоре статистических данных о работе РЗ и автоматики за 1988 - 1990 гг. указано: «неправильные срабатывания ДЗШ обусловлены так же снижением сопротивления изоляции токовых цепей и з-за недостаточного качества монтажа и низкого уровня эксплуатации контрольных кабелей». Аналогичное положение отмечается в технической литературе, посвященной дифференциальной защите шин электростанций и ПС 110 - 220 кВ.
Для предотвращения излишних отключений сборных шин со всеми присоединениями достаточно включить обмотку токового реле блокировки ДЗШ последовательно в цепь заземления токовых цепей защиты. При уставке срабатывания блокировки ниже тока срабатывания дифференциальной защиты шин в момент пробоя изоляции токовых цепей и возникновения дополнительного тока в месте пробоя и заземления токовых цепей ДЗШ через реле блокировки проходит ток, вызывающий ее срабатывание. Таким образом предотвращается действие ДЗШ от возможного срабатывания ее измерительных органов.
При пробое изоляции токовых цепей дифференциальной защиты шин включаются размыкающие контактные реле блокировки в цепи выходных реле ДЗШ, которые исключают ее срабатывание. Поскольку пробой изоляции токовых цепей возможен и при коротком замыкании в зоне действия ДЗШ, для предотвращения отказа ее срабатывания по всем выходным цепям целесообразно включить размыкающие контакты реле блокировки только в цепи выходных реле отключения основных источников питания сборных шин.
При этом цепи выходных реле на отключение связей с другим и секциям и источниками питания следует сохранить без изменения (без размыкающих контактов реле блокировки). Тогда даже при нарушении изоляции токовых цепей в момент КЗ на сборных шинах произойдет мгновенное отключение всех связей с другим и источниками, а собственный источник будет отключаться быстродействующими «грубыми» ступеням и резервных РЗ.
Следовательно, при исправной изоляции токовых цепей ДЗШ не блокируется и срабатывает в зависимости от места короткого замыкания. При пробое изоляции в момент КЗ за счет протекания токов через контур заземления срабатывает блокировка (исключающая излишние действия ДЗШ на отключение основных источников) в результате нарушения баланса токов в ДЗШ при возникновении обходных цепей в схеме питания защиты.
Аналогичная блокировка может быть выполнена и на других устройствах РЗ, которые ложно срабатывают при пробое их токовых цепей. Простота исполнения и включение блокировки в цепи заземления, а так же в оперативные цепи РЗ повышают надежность функционирования сложных устройств защиты ответственных объектов энергосистемы и потребителей.

От редакции. Статья Ю. С. Кузника посвящена ДЗШ с повышенной надежностью «на несрабатывание» и вместе с тем со снижением ее надежности  «на срабатывание». Поэтом у, реализуя предложение автора, следует поискать способы устранения этого недостатка. Например, можно шунтировать размыкающий контакт токового реле блокировки замыкающим контактом дополнительно реле напряжения нулевой последовательности. Возможны и другие варианты повышения надежности реконструированной ДЗШ «на срабатывание» по предложенном у Ю .С . Кузником способу.
Следует так же отметить, что вероятность повреждения токовых цепей ДЗШ (и других РЗ) при внешних КЗ на землю повышается в случае неудовлетворительного состояния цепей заземления. В связи с этим эксплуатационники должны внимательно следить за состоянием цепей заземления подстанций и электростанций.

Источник: Журнал Энергетик 1996, №6 стр. 27-28