Дифференциальная защита шин (ANSI 87B): высокоомная vs распределённая цифровая

Сравнение высокоомной дифференциальной защиты шин со стабилизирующим резистором и современных низкоомных цифровых защит с устойчивостью к насыщению ТТ.

1. Важность быстрого отключения повреждений на шинах подстанций

Короткое замыкание на шине подстанции приводит к максимально возможному предполагаемому току повреждения (от Ik'' до 40 - 63 kA), поскольку все входящие линии передачи и фидеры генерации одновременно вносят свой вклад в шину. Время отключения защиты должно быть сверхбыстрым (< 15 - 25 ms), чтобы предотвратить разрушение конструкции распределительного устройства и катастрофическое отключение электроэнергии в системе. Однако следует безоговорочно избегать ложных отключений при замыкании внешнего фидера.

2. Высокоомная и цифровая распределенная низкоомная дифференциальная защита

Расчетный параметрДифференциал высокого импеданса (87B)Распределенный низкоомный дифференциал (87B)
CT ТребованияВсе трансформаторы тока должны иметь одинаковый коэффициент трансформации, низкое вторичное сопротивление и высокую точку перегиба VkСовместимы с различными коэффициентами CT, стандартными защитными сердечниками (5P20, TPX/TPY)
Вторичная проводкаПрямые параллельные медные перемычки к центральной панелиВыделенные отсеки (BU) оцифровывают токи; оптоволоконные линии связи с центральным блоком (ЦУ)
CT Безопасность насыщенияВнешний последовательный стабилизирующий резистор (Rstab) и варистор MetrosilСложные числовые детекторы насыщения (направленное фазовое сравнение, вейвлет)
Конфигурация шинКомплексные вспомогательные контакты для переключения зон шиныПрограммное динамическое выделение зон на основе вспомогательных контактов разъединителя
Отказ выключателя (50BF)Требуются отдельные внешние реле и реле отключенияПолностью интегрированный 50BF с автоматическим повторным отключением и резервным отключением зоны

Расчет стабилизирующего напряжения для высокоомной защиты выглядит следующим образом:

Vstab = If,max · (Ns) / (Np) · (Rct + 2 · Rlead) [Volts]

Где:

  • If,max — максимальный ток внешнего сквозного повреждения.
  • Rct – сопротивление вторичной обмотки трансформатора тока.
  • Rlead — сопротивление одностороннего контура от клеммной коробки CT до панели реле.
  • Необходимый внешний стабилизирующий резистор: Rstab = (Vstab) / (Iset) - Rrelay.

3. Ограничение напряжения с помощью нелинейных резисторов Metrosil

При внутреннем замыкании шины все насыщенные трансформаторы тока подают полный ток в дифференциальную цепь с высоким импедансом, что приводит к возникновению разрушительных пиковых напряжений уровня киловольт (Vpeak > 5 - 10 kV) на клеммах реле и в проводке. Нелинейный карбидокремниевый варистор Metrosil подключен параллельно дифференциальной цепи для безопасного ограничения мгновенных скачков напряжения ниже пика 1500 - 2000 V без отклонения рабочего тока во время срабатывания.

4. Рекомендации по инженерной защите

  • Для простых промышленных подстанций с одной шиной высокоомная дифференциальная система остается исключительно безопасной, экономичной и математически прозрачной.
  • Для сложных подстанций с двойной шиной, выключателем 1.5 или подстанций с кольцевой шиной (от 110 kV до 400 kV) укажите распределенные цифровые системы с низким импедансом согласно IEC 60255-187-1 для устранения опасности контакта с тяжелыми медными кабелями и разъединителем.
  • Встроенная защита от сбоя выключателя (ANSI 50BF) с таймером 100 - 150 ms, согласованным со временем отключения механизма выключателя.
  • Постоянно контролируйте вторичную проводку CT с помощью чувствительных сигналов тревоги дисбаланса токов (ANSI 60) для обнаружения обрыва цепей CT до того, как произойдет ложное срабатывание.

*Источники: IEC 60255-187-1:2021; IEEE C37.234-2020; CIGRE Technical Brochure 824.*