Электронный учебник по курсу Релейная защита - файл n5.htm

приобрести
Электронный учебник по курсу Релейная защита
скачать (2295.2 kb.)
Доступные файлы (12):
Part_1.htm328kb.26.04.2004 05:20скачать
Part_2.htm671kb.26.04.2004 05:20скачать
n3.htm691kb.06.04.2004 22:29скачать
Part_3.htm318kb.26.04.2004 05:19скачать
n5.htm328kb.24.04.2004 03:42скачать
Part_4.htm108kb.26.04.2004 05:19скачать
n7.htm110kb.24.04.2004 06:54скачать
Part_5.htm302kb.26.04.2004 05:19скачать
n9.htm304kb.24.04.2004 06:32скачать
Part_6.htm51kb.26.04.2004 05:19скачать
Part_7.htm57kb.26.04.2004 05:16скачать
n12.htm12kb.13.05.2004 20:26скачать

n5.htm

         Оглавление
Глава 1 - Общие вопросы релейной защиты.

 1.1 Реле и их классификация.

 1.2 Основные требования к релейной защите.

 1.3 Виды повреждений и ненормальных режимов работы сетей.

 1.4 Оперативный ток и его источники.

 1.5 Первичные измерительные преобразователи в релейной защите и их схемы соединения с нагрузкой.

 1.5.1 Трансформаторы тока.

 1.5.2 Схемы соединения измерительный трансформаторов тока и обмоток реле.

1.5.2.1 Схемы соединения трансформаторов тока и обмоток реле в полную звезду.

1.5.2.2 Схемы соединения трансформаторов тока и обмоток реле в неполную звезду.

 1.5.2.3 Схемы соединения трансформаторов тока в треугольник, а обмоток реле взвезду.

 1.5.2.4 Двухфазная однорелейная схема соединения в неполный треугольник (на разность токов двух фаз).

 1.5.2.5 Схема соединения трансформаторов тока в фильтр нулевой последовательности.

 1.5.3 Трансформаторы напряжения и схемы соединения их обмоток и реле.

 

Общие вопросы релейной защиты

3. ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ

В процессе эксплуатации возможны повреждения в трансформаторах и на их соединениях с коммутационными аппаратами. Могут быть также опасные ненормальные режимы работы, не связанные с повреждением трансформатора или его соединений. Возможность повреждений и ненормальных режимов обусловливает необходимость установки на трансформаторах защитных устройств.

Основными видами повреждений являются многофазные и однофазные короткие замыкания в обмотках и на выводах трансформатора, а также «пожар стали» магнитопровода. Однофазные повреждения бывают двух видов: на землю и между витками обмотки (витковые замыкания). Наиболее вероятны многофазные и однофазные короткие замыкания на выводах трансформаторов и однофазные витковые замыкания в обмотках. Значительно реже возникают многофазные короткие замыкания в обмотках. Для групп однофазных трансформаторов они вообще исключены. Защита от коротких замыканий выполняется с действием на отключение поврежденного трансформатора. Для ограничения размеров разрушений ее выполняют быстродействующей.

Замыкание одной фазы на землю опасно для обмоток, присоединенных к сетям с глухозаземленными нейтралями. В этом случае защита должна отключать трансформатор и при однофазных коротких замыканиях в его обмотках на землю. В сетях с нейтралями, изолированными или заземленными через дугогасящие реакторы, защита от однофазных замыканий на землю с действием на отключение устанавливается на трансформаторе в том случае, если такая защита имеется в сети. При витковых замыканиях в замкнувшихся витках возникает значительный ток, разрушающий изоляцию и магнитопровод трансформатора, потому такие повреждения должны отключаться быстродействующей защитой. Но ис­пользовать для этого токовые, дифференциальные или дистанци­онные защиты не представляется возможным. При малом числе замкнувшихся витков ток в поврежденной фазе со стороны питания может оказаться даже меньше значения номи­нального тока, а напряжение на выводах трансформатора прак­тически не изменится.

Опасным внутренним повреждением является также «пожар стали» магнитопровода, который возникает при нарушении изоля­ции между листами магнитопровода, что ведет к увеличению потерь на перемагничивание и вихревые токи. Потери вызывают местный нагрев стали, ведущий к дальнейшему разрушению изоляции. За­щиты, основанные на использовании электрических величин, на этот вид повреждения тоже не реагируют, поэтому возникает не­обходимость в применении специальной защиты от витковых за­мыканий и от «пожара стали». Для маслонаполненных трансфор­маторов такой защитой является газовая, основанная на исполь­зовании явлений газообразования. Образование газа является следствием разложения масла и других изолирующих материа­лов под действием электрической дуги при витковых замыканиях или недопустимого нагрева при «пожаре стали». Электрическая дуга возникает и при многофазных коротких замыканиях в обмот­ках. Поэтому газовая защита является универсальной защитой от всех внутренних повреждений трансформатора.

Ненормальные режимы работы трансформаторов обусловлены внешними короткими замыканиями и перегрузками. В этих слу­чаях в обмотках трансформатора появляются большие токи (сверх­токи). Особенно опасны токи, проходящие при внешних коротких замыканиях; эти токи могут значительно превышать номиналь­ный ток трансформатора. В случае длительного прохождения то­ка (что может быть при коротких замыканиях на шинах или при не отключившемся повреждении на отходящем от шин присоеди­нении) возможны интенсивный нагрев изоляции обмоток и ее по­вреждение. Вместе с этим при коротком замыкании понижается напряжение в сети. Поэтому на трансформаторе должна предусматриваться защита, отключающая его при появлении сверхтоков, обусловленных не отключившимся внешним коротким замыканием.

Перегрузка трансформаторов не влияет на работу системы электроснабжения в целом, так как она обычно не сопровождается видением напряжения. Кроме того, сверхтоки перегрузки относительно невелики и их прохождение допустимо в течение некоторого времени, достаточного для того, чтобы персонал принял меры к разгрузке. Так, согласно нормам, перегрузку током Iпер =1,6Iт.ном можно допускать в течение t = 45 мин. В связи с этим защита трансформатора от перегрузки при наличии дежурного персонала должна выполняться с действием на сигнал. На подстанциях бeз дежурного персонала защита от перегрузки должна действовать на разгрузку или отключение.

К ненормальным режимам работы трансформаторов относите также недопустимое понижение уровня масла, которое может произойти, например, вследствие повреждения бака.

3.1. Газовая защита трансформатора

Принцип действия газовой защиты основала на использовании явления газообразования в баке поврежденного трансформатора. Интенсивность газообразования зависит от ха­рактера и размеров повреждения. Это дает возможность выпол­нить газовую защиту, способную различать степень повреждения и в зависимости от этого действовать на сигнал или отключение.



Рис. 52. Газовое реле защиты трансформатора

Основным элементом газовой защиты является газовое реле KSG, устанавливаемое в маслопроводе между баком и расшири­телем (рис.52 а). Ранее выпускалось поплавковое газовое реле ПГ-22. Более совершенно реле РГЧЗ-66 с чашкообразными эле­ментами 1 и 2 (рис.52 б).

Элементы выполнены в виде плоскодонных алюминиевых чашек, вращающих­ся вместе с подвижными контактами 4 вокруг осей 3. Эти контакты замыкаются с неподвижными контактами 5 при опускании чашек. В нормальном режиме при наличии масла в кожухе реле чашки удерживаются пружинами 6 в поло­жении, указанном на рисунке. Система отрегулирована так, что масса чашки с маслом является достаточной для преодоления силы пружины при отсутст­вии масла в кожухе реле. Поэтому понижение уровня масла сопровождается опусканием чашек и замыканием соответствующих контактов. Сначала опуска­ется верхняя чашка и реле действует на сигнал. При интенсивном газообразо­вании возникает сильный поток масла и газов из бака в расширитель через га­зовое реле. На пути потока находится лопасть 7, действующая вместе с нижней' чашкой на общий контакт. Лопасть поворачивается и замыкает контакт в цепи отключения трансформатора, если скорость движения масла и газов достигает определенного значения, установленного на реле. Предусмотрены три уставки срабатывания отключающего элемента по скорости потока масла: 0,6; 0,9; 1,2 м./c. При этом время срабатывания реле составляет tс.р= 0,05 ...0,5 с. Уставки по скорости потока масла определяется мощностью и характером охлаждения трансформатора.

В нашей стране широко используется газовое реле с двумя ша­рообразными пластмассовыми поплавками типа BF80/Q. Реле имеет некоторые конструктивные особенности. Однако принцип действия его такой же, как и других газовых реле.

Монтаж газовой защиты связан с выполнением некоторых специфических требований:

- для беспрепятственного прохода газов в расширитель должен быть небольшой подъем (1,0—1,5% у крышки трансформа­тора и 2—4% у маслопровода) от крышки к расшири­телю (рис.53 а);

 - действие газовой защиты на отклю­чение необходимо выполнить с самоудерживанием, чтобы обеспечить отключение трансформатора в случае  кратковременного замыкания  или вибрации нижнего контакта газового реле, обусловленных толчками потока масла при бурном газообразовании. 

Достоинства газовой защиты:

-  высокая чувствительность и peaгирование практически на все виды повреждения внутри бака;

-  сравнительно небольшое время срабатывания;

-  простота выполнения;

- способность защищать трансформатор при недопустимом понижении уровня масла по любым причинам.

Наряду с этим защита имеет ряд существенных недостатков, основной из, которых – не реагирование ее на повреждения, расположенные вне, бака, в зоне между трансформатором и выключателями. Защита  может подействовать ложно при попадании воздуха в бак транс­форматора, что может быть, например, после ремонта системы охлаждения и др. Возможны также ложные сра­батывания защиты на трансформаторах, установленных в районах, подверженных землетрясениям. В таких случаях допускается возможность перевода действия отключающего элемента на сигнал.

В связи с этим газовую защиту нельзя использовать в качестве единственной защиты трансформатора от внутренних повреж­дений.

Необходимо также отметить, что начальная стадия виткового замыкания может и не сопровождаться появлением дуги и газообразованием. В таком случае газовая защита не действует и витковые замыкания в трансформаторе могут длительно оставаться незамеченными.

Газовая защита обязательна для трансформаторов мощностью 6300 кВА и более. Допускается устанавливать газовую защиту и на  трансформаторах меньшей мощности. Для внутрицеховых подстанций газовую защиту следует устанавливать на понижающих трансформаторах практически любой мощности, допускающих это по конструкции, независимо от наличия другой быстродействующей защиты.

3.2. Максимальная токовая защита трансформаторов

Служит для отключения трансформатора от источника питания в случае КЗ на выводах или внутри трансформатора, а также на сборных шинах или линиях со стороны потребителя.

В качестве основной максимальная токовая защита применяется лишь на трансформаторах малой мощности, так как по условиям селективности она имеет недопустимо большую выдержку времени. На трансформаторах, имеющих отдельную защиту от повреждений в самом трансформаторе и на его выводах максимальная токовая защита применяется в качестве дополнительной.

На понижающих трансформаторах применяется простая максимальная токовая защита. На повышающих она имеет недостаточную чувствительность к повреждениям на высшей стороне. Чувствительность максимальной токовой защиты повышают применением блокировки по напряжению или включением токового реле через фильтр токов нулевой последовательности.

Защита трансформаторов и автотрансформаторов от сверхтоков является резервной, предназначенной для отключения их от источника питания как при повреждениях самих трансформаторов (автотрансформаторов) и отказе основных защит, так и при повреждении смежного оборудования и отказах его защиты или выключателей. При отсутствии специальной защиты шин защита трансформаторов от сверхтоков осуществляет также защиту этих шин.

В качестве защиты от сверхтоков при междуфазных КЗ используется максимальная токовая защита, максимальная токовая защита с пуском по напряжению, максимальная направленная защита, максимальная токовая защита обратной последовательности. Защита устанавливается со стороны источника питания, а при наличии нескольких источников – со стороны главного источника.

Для защиты от сверхтоков при однофазном КЗ используется максимальная токовая защита и максимальная направленная защита нулевой последовательности. Защита устанавливается со стороны обмоток, соединенных по схеме звезды с заземленной нулевой точкой.

На рис.53 изображена схема максимальной токовой защиты двухобмоточного понижающего трансформатора.

Защита устанавливается только со стороны источника питания. Действует на отключение одного выключателя в случае одностороннего питания, и двух выключателей при двухстороннем питании. Наиболее широкое распространение получила схема включения пусковых органов в неполную звезду.

Ток срабатывания защиты выбирается по двум условиям:

1.       Максимальная токовая защита не должна работать при перегрузках трансформатора.

2.       Максимальная токовая защита не должна работать при самозапуске.

С учетом этих условий:

,

где  – коэффициент отстройки, учитывающий погрешности расчета и работы реле, принимаемый равным =1,1¸1,2; - коэффициентом запуска;- максимальный рабочий ток нагрузки.



Рис. 53. МТЗ двухобмоточного трансформатора

Чувствительность защиты проверяется при КЗ в конце линий, отходящих от шин низшего напряжения:

.

Выдержка времени максимальной токовой защиты выбирается по условию селективности действия, на Dt больше выдержки времени присоединений, питающихся от шин низшего напряжения.

На рис.54 изображена схема максимальной токовой защиты трехобмоточного трансформатора.

В этом случае максимальная токовая защита должна:

1.       При повреждении внутри трансформатора отключить его со всех сторон, откуда возможна подпитка места КЗ;

2.       При внешнем КЗ селективно отключить лишь ту сторону, на которой произошло повреждение.

При одностороннем питании устанавливается два комплекта максимальных токовых защит. Один комплект со стороны обмотки низшего напряжения действует на отключение выключателей этой обмотки. Другой комплект со стороны обмотки высшего напряжения действует с двумя выдержками времени, с меньшей – на отключение выключателей обмотки среднего напряжения и с большей на выключение всех выключателей трансформатора (рис.54).



Рис. 54. МТЗ трехобмоточного трансформатора

В целях упрощения допускается не устанавливать защиты на одной из питаемых сторон, например среднего напряжения, при этом со стороны питания защита имеет две выдержки времени: с меньшей из них она действует на отключение той стороны, где защиты отсутствуют, а с большей – на выходное реле.

На трехобмоточных трансформаторах с двух- или трехсторонним питанием для обеспечения селективности действия максимальная токовая защита дополняется органами направления мощности.

На неответственных трансформаторах, имеющих АПВ и АВР допускается, применять ненаправленную максимальную токовую защиту. Неселективное действие защиты в этом случае исправляет действие автоматики.

На повышающих трансформаторах простая максимальная токовая защита не удовлетворяет по чувствительности, поэтому применяется максимальная токовая защита с пуском по напряжению.

Защита устанавливается на ту сторону трансформатора, откуда подается питание. Наличие реле напряжение позволяет выбрать ток срабатывания защиты без учета тока перегрузки

,

где  – номинальный ток трансформатора.

Блокировка по напряжению может быть выполнена или на базе двух реле минимального напряжения, включенных на междуфазные напряжения

(рис.55а), или (для трансформаторов мощностью 16 МВ×А и более) на базе одного реле минимального напряжения, включенного на выход фильтра напряжения обратной последовательности (рис.55б).



Рис. 55.  Схемы МТЗ с пуском по напряжению

Напряжение срабатывания принимается равным:

,

где - коэффициент надежности, равен 1,1 ; - минимальное рабочее напряжение; .

Напряжение срабатывания реле минимального напряжения, включенного на выход фильтра напряжения обратной последовательности:

.

При недостаточной чувствительности максимальной токовой защиты с блокировкой минимального напряжения применяют максимальную токовую защиту обратной последовательности.

Защита имеет пусковой орган – токовое реле, включенный через фильтр нулевой последовательности. Защита приходит в действие при протекании через трансформатор токов обратной последовательности, вызванных несимметричными внешними КЗ или внутри трансформатора.

Ток срабатывания защиты выбирается по условиям: отстройки от токов небаланса фильтра токов обратной последовательности в режиме максимальной нагрузки и согласованию по чувствительности с защитами присоединений со стороны высшего напряжения.



Рис.56. Схема МТЗ обратной последовательности

Практика показала, что эти условия выполняются при . Однако защита обратной последовательности не действует при симметричных КЗ. Поэтому она дополняется приставкой, реагирующей на симметричные КЗ. Приставка представляет собой максимальную токовую защиту с пуском минимального напряжения в однофазном исполнении (рис.56).

3.3. Максимальная токовая защита от перегрузки

На двухобмоточных трансформаторах защита от перегрузки устанавливается со стороны питания. На трехобмоточных трансформаторах при двухстороннем питании защиты устанавливаются с двух сторон, а при трехстороннем – с трех сторон (рис.61).



Рис.57.Схема МТЗ от перегрузок

Так как перегрузка обычно симметрична, то защиту выполняют в однофазном исполнении. Защита действует с выдержкой времени на сигнал. На подстанции без сопровождающего персонала защита от перегрузки выбирается с тремя выдержками времени. Время действия первой ступени на Dt больше, чем у максимальной токовой защиты от внешних КЗ. Вторая ступень действует на разгрузку трансформатора, третья ступень – на его отключение.

Ток срабатывания максимальной токовой защиты от перегрузки выбирается из условия:

.

3.4. Токовая отсечка

Токовая отсечка применяется на трансформаторах мощностью ниже 6300 кВ×А, работающих одиночно и 4000 кВ×А, работающих параллельно. В зону действия токовой отсечки входят ошиновка, выводы и часть обмотки трансформатора со стороны питания. Токовые отсечки предназначены для защиты от междуфазных КЗ и действуют без выдержки времени.

Токовая отсечка устанавливается со стороны питания (рис.58).



 

Рис. 58. Схема токовой отсечки

Ток срабатывания токовой отсечки выбирается по двум условиям:

1.     Токовая отсечка не должна работать при КЗ за трансформатором

,

где =1,25…1,5; – максимальное значение тока повреждения, протекающего через защиту при КЗ за трансформатором.

2.   Токовая отсечка должна отстраиваться от броска тока намагничивания , возникающего при включении трансформатора под напряжение:

.

Оба эти требования выполняются, если ток срабатывания выбрать

.

Чувствительность отсечки характеризуется коэффициентом чувствительности:

,

где  – минимальный ток, проходящий через защиту, при двухфазном КЗ на выводах трансформатора со стороны источника питания.

Чувствительность защиты считается достаточной если

.

3.5. Токовая защита нулевой последовательности

Применяется для защиты от однофазных КЗ в сетях с эффективно заземленной нейтралью. Защиты выполняют с помощью трех трансформаторов тока, включенных в фильтр токов нулевой последовательности, установленных на стороне высшего напряжения (рис.59а), или при помощи реле тока, подключенного к трансформатору тока, встроенному в нейтраль трансформатора (рис.59б).



Рис.59. Схема токовая защиты нулевой последовательности

Ток срабатывания защиты определяется из двух условий.

1.

Отстройки от небаланса :

,

где  – обусловлен несимметричной нагрузкой трансформатора.

 

Принимается  .

2.

Согласования по чувствительности с защитами нулевой последовательности установленных в сети высшего напряжения: .

 

Защита действует на отключение с выдержкой времени, которую выбирают из условия согласования данной защиты с защитой нулевой последовательности, установленными в сети высшего напряжения .

3.6. Дифференциальная токовая защита трансформаторов

Предназначена для защиты от повреждений внутри трансформатора и на его выводах.  Применяется:

               на одиночно работающих трансформаторах мощностью свыше 6300 кВ×А;

               на параллельно работающих трансформаторах мощностью от 4000 кВ×А и более;

              на трансформаторах мощностью более 1000 кВ×А в случае, если отсечка не обеспечивает необходимую чувствительность, а время срабатывания максимальной токовой защиты более 1 с.

Для осуществления защиты с обеих сторон трансформатора установлены трансформаторы тока, к ним по схеме с циркулирующими токами подключено реле (рис.60).

Принцип действия аналогичен принципу действия продольной дифференциальной защиты ЛЭП.

При внешнем КЗ (точка К1) ток в дифференциальном реле  близок к нулю, так как вторичные токи равны и противоположны по направлению. При КЗ в зоне действия защиты (точки К2 и К3) через реле протекает ток, защита сработает и отключит выключатель.

Особенностями выполнения продольной дифференциальной защиты трансформаторов являются:

1. Необходимость компенсации сдвигов токов по фазе.

Для этого у силовых трансформаторов с группой соединения D/Y трансформаторы тока на стороне «D» силового трансформатора соединяются по схеме «Y», а на стороне «Y» силового трансформатора по схеме «D» (рис.60). Такое решение позволяет компенсировать сдвиг фаз тока в симметричном и несимметричном режимах. Если обмотки силового трансформатора соединены по схеме Y/Y, то трансформаторы тока с обеих сторон должны быть соединены по схеме «Y».

2. Необходимость компенсации неравенств токов.

Коэффициенты трансформации трансформаторов тока стараются подобрать таким образом, чтобы их вторичные токи были одинаковыми. Но коэффициенты трансформации строго стандартизированы, поэтому полностью ликвидировать токи небаланса не удается.

В случае значительной  разности токов плеч применяют уравнительные трансформаторы и автотрансформаторы.



Рис.60. Схема продольной дифференциальной защиты трансформатора

Составляющие токов небаланса в дифференциальной защите трансформатора:

1. Ток небаланса обусловленные наличием  РПН.

Использование РПН приводит к нарушению соотношения между первичными и вторичными токами, что обуславливает появление в цепях защиты тока небаланса. У трансформаторов с ПБВ ток небаланса имеет небольшое значение, так как пределы регулирования DU = ±5%. У трансформаторов с РПН DU = ±15%. В последнем случае необходимо учитывать ток небаланса при выборе тока срабатывания защиты.

2. Токи небаланса, возникающие из-за разнотипности трансформаторов тока, установленных на высокой и низкой сторонах силового трансформатора. Нередко на стороне высшего напряжения используются встроенные трансформаторы тока, а на стороне низшего напряжения – выносного типа (другого типа и конструкции). В таких случаях измерительные трансформаторы тока могут иметь различные номинальные параметры. В режиме внешнего КЗ кратности токов у них также неодинаковы. Эти обстоятельства обуславливают повышенное значение токов небаланса по сравнению с дифференциальной защитой линий. Поэтому при расчете тока срабатывания дифференциальной защиты трансформатора коэффициент однотипности выбирают большим.

3. Токи небаланса, обусловленные броском тока намагничивания при включении трансформатора под нагрузку. В нормальном режиме ток намагничивания невелик и его можно не учитывать. Однако при включении трансформатора под напряжение происходит бросок тока намагничивания, значение которого может достигать (6¸8)×IНОМ трансформатора.

4. Токи небаланса, возникающие из-за неточной компенсации неравенства токов плеч. Точная установка расчетного значения числа витков регулировочных устройств не всегда возможна, так как число выводов уравнительных автотрансформаторов, например, ограничено.

Учет тока небаланса при выборе тока срабатывания защиты

При выборе тока срабатывания защиты  из условия отстройки от токов небаланса рассматривают два случая:

1.     Ток срабатывания защиты отстраивается от броска тока намагничивания при включении трансформатора под нагрузку. Другие составляющие тока небаланса при этом не учитываются

.

В зависимости от используемых реле и способа отстройки коэф­фициент

принимается равным 0,3 ...4,5.

2.     Ток срабатывания защиты выбирается больше, чем максимальный ток небаланса, проходящий через защиту при внешнем КЗ. В этом случае бросок тока намагничивания при включении трансформатора не учитывается. Расчетный ток небаланса определяется по трем составляющими:

а)  – обусловлен погрешностью трансформаторов тока:

                              ,

где - коэффициент, учитывающий переходный режим (наличие апериодической составляющей тока; - коэффициент однотипности трансформаторов тока, установленных на стороне высшего и низшего напряжения (для расчета дифференциальной защиты трансформатора принимается =1); - относительное значение полной погрешности трансформаторов тока, принимается равным 0,1; - максимальный ток внешнего КЗ.

б)  – обусловлен наличием РПН:

                                 ,

где - половине диапазона регулирования.

в)  – обусловлен неточным выравниванием токов плеч защиты:

                                          ,

где - расчетное значение числа витков неосновной обмотки;  -выбранное число витков обмотки.

.

Ток срабатывания принимают наибольшим из двух значений, по­лученных по этим условиям.

В большинстве случаев ток срабатывания защиты, выбранный по первому условию значительно превышает ток срабатывания защиты, выбранный по второму. Поэтому чаще производят отстройку защиты от бросков тока намагничивания.

Отстройка защиты от броска тока намагничивания достигается в основном тремя путями: загрублением защиты по току сраба­тывания; включением реле через промежуточные насыщающиеся трансформаторы тока (НТТ); выявлением различия между фор­мой кривой тока КЗ и формой кривой тока намагничивания.

Если определяющим ока­зывается условие 2, а коэффициент чувствительности полу­чается недостаточным, то используют специальные реле с тормо­жением, например типа ДЗТ. Наибольшие возможности для обеспечения требуемого коэффициента чувствительности имеет диф­ференциальная защита ДЗТ-21.

Согласно требовани­ям, коэффициент чувствительности, определяемый при двухфазном коротком замыкании на выводах низшего напряжения трансфор­матора, должен быть kч ³2,0.

Дифференциальные токовые защиты выполняют в виде дифференциальных токовых отсечек, дифференциальных токовых защит с быстронасыщающимися трансформаторами, дифференциальных защит с торможением.

Дифференциальной отсечкой называется дифференциальная защита мгновенного действия, имеющая ток срабатывания больше броска намагничивающего тока.

Ток срабатывания  дифференциальной отсечки определяется условием отстройки от броска намагничивающего тока  (принимается  =3¸4) и отстройки от тока небаланса.

Дифференциальная защита с быстронасыщающимися трансформаторами (БНТ) на реле тока серии РНТ-560. Основными элементами этих реле являются насыщающиеся трансформаторы тока TALT (рис.61), первичная обмотка которых  включается в дифференциальную цепь защиты. К вторичной обмотке TALT  подключается исполнительное реле тока KA

Для сердечника трансформатора TALT применяется сталь с широкой петлей гистерезиса. Сечение сердечника, параметры реле и обмоток  подбираются таким образом, что во вторичную цепь хорошо трансформируется только синусоидальный ток. Апериодический ток практически не трансформируется и в исполнительное реле не попадает, а производит лишь подмагничивание сердечника.

Насыщающийся трансформатор тока TALT работает как обычный трансформатор, если через его первичную обмотку проходит симметричный синусоидальный ток. В этом случае магнитный поток Ф и пропорциональная ему магнитная индукция в сердечнике трансформатора В изменяются от положительного  до отрицательного  максимальных значений (рис.62), создавая большую э.д.с. e на вторичной обмотке TALT и достаточный для работы исполнительного реле KA ток [11] :

 ,


Рис.61. Магнитная система реле серии РНТ-560 с БНТ

,

,

где S – сечение магнитопровода.



Рис.62. Изменение магнитной индукции в магнитопроводе

насыщающегося трансформатора тока

Иначе работает насыщающийся трансформатор, если через его первичную обмотку проходит ток с несимметричной формой кривой, имеющей одностороннее смещение (рис.63). Такое смещение кривой тока относительно оси времени происходит из-за наличия апериодической составляющей. В этом случае магнитный поток и магнитная индукция в сердечнике трансформатора будут изменяться только от положительного максимального значения  до значения. Несмотря на большое значение магнитной индукции, скорость ее изменения будет небольшой, поэтому на вторичной обмотке будет создаваться небольшая э.д.с. и недостаточный для работы реле ток.

При включении токовых реле через насыщающиеся трансформаторы тока они становятся нечувствительными к токам намагничивания силовых трансформаторов и токам небаланса при переходных процессах, что дает возможность повысить чувстви­тельность защиты. В то же время реле с насыщающимся трансформатором тока надежно срабатывает при коротком замыкании в зоне защиты, когда  токи имеют несимметричную форму лишь в первый момент времени и по истечении нескольких периодов, когда затухает переходный процесс, становятся симметричными. Такие токи хорошо трансформируются через насыщающиеся трансформаторы тока и приводят в действие исполнительное реле КА.



Рис.63. Изменение магнитной индукции в магнитопроводе

насыщающегося трансформатора тока

Для усиления или ослабления подмагничивающего действия апериодического тока, поступающего в обмотку , у реле серии РНТ используется короткозамкнутая обмотка , состоящая из двух секций, расположенных на среднем и правом стержнях насыщающегося трансформатора тока (рис. 61).

Принцип работы насыщающиеся трансформаторы тока такого типа состоит в следующем. При прохождении по рабочей обмотке симметричного синусоидального тока,  магнитный поток в среднем стержне наводит в первой секции  э.д.с., под действием которой протекает ток ,  который, проходя по второй секции ,создает в правом стержне магнитный поток . Суммарный магнитный поток = +  замыкаясь через левый стержень, наводит во вторичной обмотке ток , который проходит по обмотке реле КА и вызывает его сраба­тывание. Таким образом, ток из рабочей обмотки  трансформируется во вторичную обмотку  как непосредственно, так и путем двойной трансформации из обмотки . При этом чем больше число витков короткозамкнутых обмоток или чем меньше их сопротивление, тем больше магнитный потек и тем, следовательно, сильнее проявляется действие двойной трансформации.

При прохождении по рабочей обмотке насыщающегося трансформатора  несимметричного тока, его трансформация во вторичную обмотку как непосредственная, так и особенно двойная существенно ослабляются, благодаря чему ток во вторичной обмотке не достигает значения, равного току срабатывания реле.

Ток срабатывания  дифференциальной защиты с БНТ определяется условием отстройки от броска намагничивающего тока  (принимается  = 1,3) и отстройки от тока небаланса.

Дифференциальная защита с торможением. В ряде случаев, когда при внешних КЗ через дифференциальную защиту проходят большие токи небаланса, ток срабатывания, получается очень большими. При этом дифференциальная защита может не обеспечивать необходимой чувствительности.

Для повышения чувствительности дифференциальной защиты в таких случаях используются реле КАW с тормозным действием типа ДЗТ. У таких реле на БНТ кроме обмоток, аналогичных тем, что имеются у реле типа РНТ, расположены дополнительно одна или несколько тормозных обмоток. Включение реле с одной тормозной обмоткой типа ДЗТ-11 показано на рис. 64. Тормозная обмотка Т, включенная в плечо дифференциальной защиты, по которой проходит ток сквозного КЗ, подмагничивает сердечник БНТ, что приводит к увеличению тока срабатывания реле и обеспечивает отстройку от увеличивающихся токов небаланса.



Рис.64. Принципиальная схема подключения дифференциальной защиты

 с реле ДЗТ-11 для двухобмоточного трансформатора

Ток срабатывания  дифференциальной защиты с ДЗТ-11 определяется только условием отстройки от броска намагничивающего тока  (принимается  = 1,5).

Для защиты трансформаторов и автотрансформаторов большой мощности  выпускаются дифференциальной защиты с торможением типов ДЗТ-21 и ДЗТ-23, в которых применен новый принцип отстройки от бросков тока намагничивания и токов небаланса. Эта защита обладает более высокой чувствительностью, быстродействием и потребляет меньшую мощность по сравнению с другими дифференциальными защитами.

На дифференциальных защитах с реле ДЗТ-21 и ДЗТ-23 может быть выполнена минимальная уставка по току срабатывания 0,3 трансформатора. Для отстройки от бросков намагничивающего тока трансформаторов и переходных токов небаланса используется время-импульсный принцип блокирования защиты в сочетании с торможением от составляющих второй гармонической тока, содержащихся, как показывает анализ, в токах намагничивания.

Время-импульсный принцип основывается на анализе длительности пауз, появляющихся в кривой дифференциального тока (рис. 65). При апериодическом броске тока намагничивания паузы  между моментами, когда мгновенные значения тока намагничивания превышают ток срабатывания реагирующего органа защиты (РО), велики (рис 65, а и б). При синусоидальном токе (режим КЗ в защищаемой зоне) паузы между мгновенными значениями выпрямленного тока КЗ, превышающими ток срабатывания РО, малы (рис.65 в и г). Таким образом, оценивая с помощью специальной схемы продолжительность пауз, защита может отличить режим броска тока намагничивания (блокировка защиты) от режима КЗ в зоне (срабатывание защиты).



      Рис.65. Временные диаграммы, поясняющие принцип действия

дифференциальной защиты с реле типа ДЗТ-21:

а- выпрямленный рабочий ток в реле при броске тока намагничивания; б - то же при симметричном токе КЗ; в - импульсы и паузы на выходе органа, формирующего импульсы при броске тока намагничивания; г - то же при сим-метричном токе КЗ

Сочетание в ДЗТ-21 (ДЗТ-23) двух указанных способов позволяет обеспечить отстройку защиты от бросков тока намагничивания при необходимых быстродействии и чувствительности В защите предусмотрено также торможение от фазных токов в двух плечах защиты, улучшающее отстройку от установившихся и переходных токов небаланса При больших кратностях тока в защищаемой зоне, особенно при наличии апериодической составляющей, может наступить насыщение трансформаторов тока защиты При этом во вторичных токах трансформаторов появляются паузы которые могут вызвать замедление или отказ защиты Для обеспечения надежности и быстродействия защиты в этих режимах в схеме предусмотрена дополнительная отсечка.

3.7. Особенности защиты трансформаторов, не имеющих выключателей на стороне высшего напряжения

В эксплуатации применяются упрощенные подстанции без выключателей на стороне ВН трансформаторов и автотрансформаторов. Подобные схемы применяются в электроустановках напряжением до 500 кВ, позволяющие уменьшить стоимость подстанции и сложность ее эксплуатации. Вместе с тем, из-за отсутствия выключателей на стороне ВН трансформаторов необходимо предусмотреть дополнительные мероприятия, обеспечивающие отключение линий в случае повреждения трансформатора.

В этих случаях используют:

а) защиты питающих линий для фиксации и отключения повреждения в трансформаторе;

б) передачу отключающего импульса от защит трансформатора на отключение линейных выключателей;

в) установку специальных аппаратов ­– короткозамыкателей, которые при срабатывании защиты трансформатора включаются и устраивают КЗ на выводах ВН трансформатора. При возникновении этого КЗ сработают защиты, установленные на концах защищаемой линии и подействуют на отключение выключателей.

Наиболее простым и экономичным способом является использование защит линий. Если защиты линии достаточно чувствительны, чтобы обеспечить отключение повреждения в обмотках трансформатора и на его выводах низшего напряжения, на самом трансформаторе защиты со стороны высшего напряжения можно не устанавливать.

Например, для защиты трансформатора можно использовать двухступенчатую МТЗ, установленную на питающей линии. Отсечка обеспечивает защиту при повреждении на выводах высшего напряжения и в части обмоток трансформатора. КЗ в трансформаторе и на стороне низшего напряжения будут отключены второй ступенью МТЗ. Ток срабатывания должен быть отстроен от максимального тока нагрузки и согласован по чувствительности с защитой. Установленная на стороне низшего напряжения трансформатора газовая защита в этом случае включается на сигнал. Данный способ может применяться на линиях сравнительно небольшой длины при малых токах нагрузки.

Недостатком является замедление отключения линии максимальной токовой защитой при повреждении трансформатора с малым током КЗ.

Передача отключающего импульса используется, если первый способ не обеспечивает необходимую чувствительность при КЗ в трансформаторе. В этом случае в трансформаторе устанавливаются все защиты.

При повреждении в трансформаторе его защиты срабатывают и передают отключающий импульс на отключение выключателя, установленного на питающем конце линии. Для передачи отключающего импульса можно использовать жилы контрольного или телефонного кабеля (рис.66).



Рис.66

На длинных линиях электропередачи напряжением до 500 кВ передача отк68лючающего импульса осуществляется с помощью специального устройства телеотключения.

Достоинством данного способа является быстрота отключения, а основным недостатком - возможность отказа в отключении при нарушении соединительных проводов или ВЧ канала. Поэтому в наиболее ответственных случаях предусматривают вторую, резервную цепочку соединительных проводов или второй ВЧ канал связи с передачей отключающего импульса.

Когда первый способ по соображениям чувствительности, а передача импульса нецелесообразны по причине ненадежности, сложности или дороговизны, отключение повреждения осуществляется с помощью короткозамыкателей.

При срабатывании защиты поврежденного трансформатора подается импульс на включение короткозамыкателя, управление которым осуществляется с помощью специального привода. Короткозамыкатель включается и создает на выводах высшего напряжения трансформатора искусственную точку КЗ. Вследствие этого защиты, установленные по концам питающей линии, срабатывают и отключают выключатели.

В сетях напряжением 110 кВ и выше, работающих с заземленной нулевой точкой, обычно применяются однополюсные короткозамыкатели, замыкающие одну из фаз на землю. В сетях, работающих с незаземленной нейтралью, применяются двухфазные или трехфазные короткозамыкатели, устраивающие междуфазные КЗ. Короткозамыкатели выполняются для наружной установки в однополюсном исполнении для напряжений 35-220 кВ. Время включения короткозамыкателя 0,4…0,5 с.

Чтобы не отключать оба трансформатора устанавливают специальные отделители, представляющие собой трехполюсные разъединители для наружной установки с автоматическим управлением. Каждый полюс отделителя имеет свою собственную пружину. Отделитель нормально включен.

После отключения линии выключателями, установленными на ее питающих концах, отделитель поврежденного трансформатора отключается, отсоединяя его от линии. Вслед за этим линия может быть включена вновь аппаратом повторного включения (АПВ), благодаря этому будет восстановлено питание другого трансформатора. Время отключения отделителя составляет 0,5-1с.

Основные требования к устройствам релейной защиты на трансформаторе и подстанции:

1.   Защита трансформатора, действующая на включение короткозамыкателя, должна быть чувствительней, чем защита, установленная на питающих подстанциях;

2.   Суммарное время действия защиты и отключение выключателей питающей подстанции должно превышать время срабатывания защиты трансформатора и механического привода короткозамыкателя. Это необходимо чтобы обеспечить включение короткозамыкателя и последующее отключение отделителя в бестоковую паузу при повреждении на стороне ВН трансформатора в зоне действия быстродействующей защиты линии.

3.   Время действия отделителя должно быть меньше времени аппарата повторного включения на питающей подстанции.

Достоинства данного способа:

- универсальность – установка короткозамыкателя может быть использована на любых линиях, любой длины;

  - не требует каналов связи.

Недостаток заключается в замедлении отключения повреждения трансформатора на время включения короткозамыкателя (0,4…0,5 с).              


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации