Селективность МТЗ в многоуровневых сетях 6-10 кВ. Часть 1

Добрый день

Сегодня посмотрим, как можно решить проблему накопления выдержек времени МТЗ и отсутствия селективности защит в распределительных сетях 6-10 кВ

С этой проблемой, я думаю, сталкиваются все расчетчики потому, что современные распределительные сети имеют много уровней «выключатель + РЗА», а время срабатывания головной МТЗ всегда сильно ограниченно

В первой части мы рассмотрим оптимизацию расчета при помощи вывода МТЗ на тех присоединениях, где это возможно, не нарушая основные требования к РЗА. Во второй части применим зависимых характеристик МТЗ для более эффективной координации защит

Вот схема сети, которую будем рассматривать далее

Если учесть сеть от центра питания (например, РУ 10 кВ на ПС 110/10 кВ), то мы получим следующую цепочку — “ПС -> РТП гор. -> РТП объект -> ТП объект”

Это один из самых плохих случаев, с точки зрения обеспечения селективности защит потому, что здесь присутствует много уровней распределения. К сожалению, сегодня на практике такие случаи встречаются очень часто

На схеме приведены расчетные токи КЗ, по которым можно определить чувствительность, выбираемых далее защит

Итак, мы хотим подключить нашу сеть к городской РТП 10 кВ. Границу балансовой принадлежности примем по кабельным вводам питающего кабеля на внутриобъектовой РТП. Всего на объекте у нас 4 двухтрансформаторных ТП, три из который по 630 кВА и одна 1000 кВА (последнюю будем рассматривать подробнее). Строительство собственной РТП обусловлено ограниченным количеством питающих фидеров, а также удобством обслуживания

Из исходных данных данных сетевая компания предоставила токи КЗ, на шинах 10 кВ своей РТП, и существующие уставки МТЗ на отходящих, к нашей РТП, фидерах. Также нам известны все данные по кабелям и силовому оборудованию

ТП решено выполнить с применением выключателей на вводах и СВ из-за того, что используются ячейки с воздушной изоляцией (КРУ, КСО), где необходимо выполнить дуговую защиту (лучше было бы использовать элегазовые моноблоки с ВНА, но предположим, что заказчик отказался от этого решения)

Из схемы видно, что присутствует много уровней распределения с выключателями и РЗА (между трансформатором 10/0,4 кВ и отходящей линией от городской РТП 6 уровней). 

Если принять на каждом выключателей независимую ступень МТЗ с минимальной выдержкой 0,3 с, то на отходящей линии от городской РТП получится выдержка времени 2,1 с, в том время как выдержка времени существующей МТЗ этого  фидера 0,7 с. Очевидно, что используя данный поход добиться селективности защит невозможно. Не будет приводить карту селективности для данного случая потому, что это не имеет особого смысла

Давайте рассмотрим прямые способы ограничения накопления выдержек времени МТЗ присоединений, которые помогут нам обеспечить селективность защит

Снижение стандартной ступени селективности

В целом, для современных РЗА и выключателей, уменьшение ступени селективности до 0,2-0,25 с допустимо. В российских нормах (например, в СТО 56947007-29.120.70.305-2020) вы не найдете такое допущение, однако, в иностранных стандартах эти значения встречаются

Здесь, CTI — это coordination time interval, то есть, ступень селективности

Для ввода внутренней РТП оставим ступень в 0,3 с по отношению вышестоящей защите городской РТП потому, что скорее всего сетевая компания откажется принимать сниженное значение этой ступени

Исключение МТЗ на секционных выключателях

На РТП и ТП для защиты шин установлена ЛЗШ, что позволяет отказаться от МТЗ СВ, как основной защиты шин. Резервирование отходящих линий (ОЛ) будет осуществлять вышестоящая защита, а именно:

• для ОЛ от РТП — МТЗ ввода РТП
• для защиты трансформатора в ТП — МТЗ ОЛ РТП

При отказе защиты (или выключателя) линии поврежденной секции, при работе через СВ с одновременным КЗ на линии, секционный выключатель будет отключаться от УРОВ, поэтому неселективного действия не будет даже в таком маловероятном режиме работы

В целом даже некоторые сетевые компании отказываются от МТЗ на СВ или вводах ТП/РТП из-за невозможности обеспечить селективность защит, поэтому данное решение вполне оправдано

Исключение МТЗ на вводах ТП

Аналогично предыдущему пункту. 

Защиту шин осуществляет ЛЗШ, от собственных пусковых органов тока. МТЗ ввода ТП выведена из работы. Дальнее резервирование осуществляет МТЗ ОЛ от РТП

При выполнении вышеуказанных мероприятий мы получим следующую схему и примерные уставки защит:

Пунктиром показаны выключатели, на которых МТЗ была выведена из работы. 

Стоит еще раз отметить, что вывод МТЗ из работы никак не сказывается на защите шин (ЛЗШ), а также дуговой защиты, которые имеют отдельные пуски по току

В целом ситуация с накоплением выдержек времени МТЗ улучшилась (1,25 с на ОЛ городской РТП против 2,1 с ранее), однако, защиты все еще неселективны. В этом можно убедиться построив карту селективности в программе Гридис

В качестве вводного автомата 0,4 кВ был применен автомат DEKraft ВА-730, с электронным расцепителем типа H. Выдержка времени ступени S (МТЗ) tsd=0,2 с для обеспечения селективности с нижестоящими выключателями

На объекте применены терминалы РЗА типа БМРЗ-150 производства НТЦ Механотроника. На городской РТП применены терминалы ТОР 200 производства компании Релематика

Помимо рассмотренных ранее защитных характеристик я добавил еще одну — МТЗ секционного выключателя на РТП гор. (фиолетовый цвет). Уставку МТЗ данного выключателя примем 1500 А / 1 с. Эти данные нам пригодятся во второй части статьи

Из карты селективности видно пересечение защитных кривых в области согласования, что подтверждает предположение о неселективности защит. Нам не хватает около 0,5 с, чтобы разнести защитные кривые по допустимым временам срабатывания

Дальнейшее решение задачи с использованием независимых ступеней МТЗ невозможно, иначе нам пришлось бы вывести МТЗ еще на 2 уровнях распределения

В следующей статье мы попробуем решить эту задачу с использованием зависимых ступеней МТЗ

P.S. Если вы знаете другие способы снижения накопления выдержек времени МТЗ, аналогичные тем, что я приводил в этой статье, то пишите о них в комментариях