Способ устранения короткого замыкания в секционированных сетях цеховых кабельных линий 6–10 кВ на предприятиях сельского поселения

Рассматривается алгоритм работы релейной защиты и автоматики (РЗА) в объеме: токовой отсечки (ТО); максимальной токовой защиты (МТЗ) и автоматики повторного включения (АПВ) в секционированных цеховых кабельных сетях в сельских предприятиях.

Ключевые слова: токовая отсечка, максимальная токовая защита, токи короткого замыкания, секционирования, кабельная линия 6–10кВ, селективность релейной защиты, автоматизация распределительные сети.

Описание: вданной статье рассматривается по шаговый алгоритм использования релейной защиты в объеме неселективной токовой отсечки и максимальной токовой защиты с АПВ для отключения короткого замыкания в секционированных сетях коротких кабельных линий 6–10 кВ сельского поселения при пологой зависимости токов КЗ от протяженности кабельных линий (КЛ) [2].

Отличительной особенностью цеховых радиальных или кольцевых сетей 6–10 кВ крупного промышленного объекта в сельской местности является их относительно малая протяженность между трансформаторными подстанциями (ТП) 6–10 кВ производственных (зданий) комплексов, с возможным средним расстоянием до 0,5 км, при высоком сечении питающих кабельных линий 120 мм² и более. вследствие чего существует проблема в достижении селективности работ РЗА. при коротком замыкании.

Схемы для электроснабжения цеховые ТП, как правило, используются радиальные с односторонним или двухсторонним питанием, «кольцевые», «петлевые» и других конфигураций сетей. Эффективная токовая отсечка релейной защиты в упомянутых сельских сетях, как правило, выводится и не используется из-за невозможности четкого разграничения смежных зон защит. Это ограничение и является следствием пологой характеристики токов короткого замыкания относительно протяженности кабельной сети, коротких участков секционирования и значительного сечения кабельных линий (рис. 1).

Использование максимальной токовой защиты с выдержкой времени по условиям селективности работы приводов выключателей в сетях 6–10 кВ приводит к повышению уставок времени на головном участке, так при дальнем резервировании, временная уставка граничит с уровнем термической устойчивости изолированной кабельной изоляции при значительных увеличениях токов КЗ.

Рис. 1. Зависимость токов короткого замыкания от протяженности кабельной линии

Одним из способов решения проблемы по снижению времени срабатывания релейной защиты является использование многократной автоматики повторного включения, с увеличением кратности в сторону головной части кабельной линии на главной понизительной подстанции (ГПП). Так на приводе питающей кабельной линии на головной подстанции возможно использование трехкратного АПВ.

Другим альтернативным решением является использование блокирующих высокочастотных импульсов коммутации выключателей секционирующих пунктов, но это техническое решение дорогостоящее.

Рис. 2. Карта уставок

Предлагаемое нами техническое решение работает по следующему методике:

1. При межфазном КЗ, например, на кабельной линии 4КЛ в точке «А» (рис. 2) отключаются не селективно, единовременно, кабельные участки 4КЛ…1КЛ выключателями 4Q, 3Q, 2Q и 1Q от действия собственных неселективных токовых отсечек.

После чего включается выключатель 1Q на ГПП от действия мгновенного АПВ. Поскольку на участке 1КЛ отсутствует короткое замыкание, т. е. нет и тока КЗ, то отключение от токовой отсечки 1ТО в течение времени в среднем за Δt = 0,15 cек. блокируется контактом таймера КТ1 (рис.3).

Рис. 3. Функциональная схема релейной защиты кабельной линии

Контрольное время Δt = 0,15 cек. задается таймером КТ, как среднее время равное времени работы электрической схемы и механического привода выключателя Q. При заблокированной токовой отсечке остается резервная максимально-токовая защита 1МТЗ с уставкой по току соответствующей дальнему резервированию защит. Временная уставка 1МТЗ контактом электронного таймера КТ2 выставляется равным t_1МТЗ1=0,5 сек., после истечения контрольного времени равного 0,15сек.

2. После включения выключателя 1Q собственной автоматикой повторного включения (готовность завода пружины выключателя осуществляется электродвигателем МУН напряжением 220 В), трансформатор подстанции 1ТП и сеть собственных нужд будут под напряжением, вследствие чего включится выключатель 2Q. По факту отсутствия в зоне действия токовой отсечки выключателя 2Q на 2КЛ короткого замыкания, токовая отсечка 2ТО спустя контрольное время Δt = 0,15 cек., после появления оперативного напряжения электронным таймером, 2ТО заблокируется контактом КТ1 (рис.3). В этом случае в комплекте защит выключателя 2Q остается резервная максимально — токовая защита, 2МТЗ с заданной таймером для контакта КТ2, уставкой по времени равной t_МТЗ2=0,5 сек.

3. По этому же алгоритму происходит включение 3Q

4.При появлении напряжения на шинах трансформатора подстанции 3ТП и оперативного напряжения включится выключатель 4Q в 3ТП, однако включится на короткое замыкание на кабеле 4КЛ (точка «А» рис.2).

Место короткого замыкания находится в зоне токовой отсечки выключателя 4Q, которая срабатывает до истечения контрольного времени t = 0,15 cек.,т. е. t_срТОЗ 0,15 cек. Cледовательно, место КЗ будет отключено 4Q при включенных 3Q, 2Q и 1Q. В случае запаздывания в срабатывании ТО4 выключателя 4Q, то по истечении t = 0,15 cек. сработает МТЗ 3.

В случае отказа в работе выключателя 4Q и в этом рассматриваемом случае произойдет селективное отключение МТЗ 3 на выключателе 3Q, имеющую временную уставку 0,5 сек. При этом токовая отсечка 2ТО на выключателе 3Q останется заблокированной электронным таймером, соответственно при переведенной уставке 2МТЗ на выключателе 2Q на время 1,0 сек. И соответственно МТЗ на выключателе 1Q на уставку 1,5сек. И в этом случае отказов соответствующие МТЗ выключателей сработают селективно.

Преимуществом данного технического решения в организации работы релейной защиты на секционированных коротких цеховых кабельных сетях сельского поселения является; 1) автоматическая избирательность уставок по времени МТЗ на упомянутых секционированных выключателях, будет меньше, чем при традиционном выставлении ступеней селективности по цепочке РЗА. 2) сокращается время протекания тока КЗ.3) малое время бестоковой паузы.

Общее время протекания тока КЗ равно времени первого импульса при неселективном отключении токовой отсечки и второго импульса при селективном отключении токовой отсечки, в среднем общее время может составить не более 0,3 сек. (рис.4).

Рис. 4. Сопоставление традиционного и предлагаемого технического решения.

При устранении участка кабельной линии с местом КЗ от остальной кабельной сети, в каждом комплекте МТЗ соответствующих выключателей 1Q…3Q токовые реле РТ-40 предусмотрен возврат схемы в исходный режим. Нормально открытый контакт (НО) отключается, а нормально закрытый (НЗ) контакт замыкается. Через этот контакт подается импульс на электронный таймер в каждом комплекте на замыкание КТ1, в цепь отключения с маркой жилы (133) выключателя, токовой отсечки.

По аналогичному процессу происходит работа комплектов защит при КЗ на вводах 6–10 кВ трансформаторов 1ТП, 2ТП и 3ТП.

Заключение: выше предложенная методика решение технического вопроса позволяет использовать неселективную токовую отсечку на коротких секционированных цеховых кабельных линиях сельского поселения где автоматическая избирательность уставок по времени МТЗ, будет меньше, чем при традиционном выставлении ступеней селективности по цепочке РЗА. 2) сокращается время протекания тока КЗ.3) малое время бестоковой паузы, также можно осуществить дальнее резервирование максимально токовой защитой с минимальной гибкой избирательной работой РЗА во времени в зависимости от места короткого замыкания.

Литература:

1. Правила устройства электроустановок. М.: ГЛАВГОСЭНЕРГОНАДЗОР, 7-ое издание.
2. ГОСПАТЕНТ СССР. SU 1788550 A1. Устройство для отключения выключателей секционирования короткой линии электропередачи 6–35 кВ. Н 02 Н 7/26. 3/03.
3. Андреев В. А. Релейная защита в системе электроснабжения в примерах и задачах. — М.: Высшая школа, 2008г.