Реферат: Релейная защита и автоматика трансформаторов
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
(технический университет)
Кафедра 309
Реферат на тему:
«Релейная защита и автоматика трансформаторов»
Выполнил:
Студент группы 02-509
Лешков А.М.
Принял:
Профессор кафедры 309
Бочаров В.В.
Москва 2002
ОГЛАВЛЕНИЕ
Общие сведения о релейной защите………………………………………………..3
Повреждения и ненормальныережимы работы трансформаторов………………4
Виды и назначениеавтоматических устройств трансформатора…………………4
Токовые защитытрансформаторов…………………………………………………5
Газовая защитатрансформатора……………………………………………………8
Продольная дифференциальнаятоковая защита трансформатора……………….9
Отключение трансформаторов отустройств релейной защиты при отсутствии выключателя на стороне высшегонапряжения…………………………………..15
Схема защиты трансформаторана переменном оперативном токе……………..17
Особенности АПВтрансформаторов……………………………………………...19
Автоматическое включениерезервного источника питания при отключениитрансформатора……………………………………………………………………..19
Автоматическое регулированиекоэффициента трансформации (АРКТ)………22
Списоклитературы…………………………………………………………………24
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ
Все электроустановки оборудуютсяустройствами релейной защиты, предназначенными для отключения защищаемогоучастка в цепи или 'элемента в случае его повреждения, если это повреждениевлечет за собой выход из строя элемента или электроустановки в целом. Релейнаязащита срабатывает и тогда, когда возникают условия, угрожающие нарушениемнормального режима работы электроустановки.
В релейной защитеэлектроустановок защитные функции возложены на реле, которые служат для подачиимпульса на автоматическое отключение элементов электроустановки или сигнала онарушении нормального режима работы оборудования, участка электроустановки,линии и т. д.
Реле представляет собой аппарат,реагирующий на изменение какой-либо физической величины, например тока,напряжения, давления, температуры. Когда отклонение этой величины оказываетсявыше допустимого, реле срабатывает и его контакты, замыкаясь или размыкаясь,производят необходимые переключения с помощью подали или отключения напряженияв цепях управления электроустановкой.
К релейной защите предъявляютследующие требования:
селективность (избирательность)— отключение только той минимальной части или элемента установки, котораявызвала нарушение режима;
чувствительность — быстраяреакция на определенные, заранее заданные отклонения от нормальных режимов,иногда самые незначительные;
надежность — безотказная работав случае отклонения от нормального режима; надежность защиты обеспечиваетсякак правильным выбором схемы и аппаратов, так и правильной эксплуатацией,предусматривающей периодические профилактические проверки и испытания.
Необходимая скоростьсрабатывания реле определяется проектом в зависимости от характератехнологического процесса. Иногда для сведения до минимума ущерба от возникшихповреждений релейная защита должна обеспечивать полное отключение в течениесотых долей секунды.
По своему назначению релеразделяют на реле управления и реле защиты.
Реле управления обычно включают непосредственно вэлектрические цепи и срабатывают они при отклонениях от технологическогопроцесса или изменениях в работе механизмов. Реле защиты включают вэлектрические цепи через измерительные трансформаторы и только иногданепосредственно. Они срабатывают при неформальных или аварийных режимах работыустановки. Реле характеризуется следующими показателями:
уставка — сила тока, напряжение или время, на которые отрегулировано данное реле для егосрабатывания;
напряжение (или ток) срабатывания — наименьшее или наибольшее значение, при котором релеполностью срабатывает;
напряжение (или ток) отпускания— наибольшее значение, при котором реле отключается (возвращается в исходноеположение); коэффициент возврата — отношение напряжения (или тока) отпускания кнапряжению (или току) срабатывания.
По времени срабатывания различаютреле мгновенного действия и с выдержкой времени.
ПОВРЕЖДЕНИЯ И НЕНОРМАЛЬНЫЕРЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ
К повреждениям трансформаторовотносят:
междуфазные к.з. на выводах и вобмотках (последние возникают гораздо реже, чем первые);
однофазные к.з. (на землю имежду витками обмотки, т. е. витковые замыкания);
«пожар стали» сердечника.
К ненормальным режимамотносятся:
перегрузки, вызванные отключением,например, одного из параллельно работающих трансформаторов. Токи перегрузкиотносительно невелики, и поэтому допускается перегрузка в течение времени,определяемого кратностью тока перегрузки по отношению к номинальному;
возникновение токов при внешнихк. з.,представляющих собой опасность в основном из-за их теплового действия наобмотки трансформатора, поскольку эти токи могут существенно превосходитьноминальные. Длительное прохождение тока внешнего к. з. может возникнуть принеотключившемся повреждении на отходящем от трансформатораприсоединении;
недопустимое понижение уровнямасла, вызываемое значительным понижением температуры я другими причинами.
Повреждения и ненормальныережимы работы предъявляют определенные требования к устройствам автоматическогоуправления трансформаторами, рассматриваемые ниже.
ВИДЫ И НАЗНАЧЕНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИХУСТРОЙСТВ ТРАНСФОРМАТОРА
На трансформаторахустанавливаются следующиезащиты:
защита от коротких замыканий,действующая на отключение поврежденного трансформатора и выполняемая безвыдержки времени (для ограничения размеров повреждения, а также дляпредотвращения нарушения бесперебойной работы питающей энергосистемы). Длязащиты мощных трансформаторов применяются продольные дифференциальные токовыезащиты, а для маломощных трансформаторов — токовые защиты со ступенчатойхарактеристикой выдержки временя. Кроме того, при всех повреждениях внутри бакаи понижениях уровня масла применяется газовая защита, работающая нанеэлектрическом принципе;
защита, от токов внешних к. з.,основное назначение которой заключается в предотвращении длительногопрохождения токов к. з. в случае отказа выключателей или защит смежныхэлементов путем отключения трансформатора. Кроме того, защита может работать вкачестве основной (на трансформаторах малой модности, а также при к. з. нашинах, если отсутствует специальная защита шин). Защиты от внешних к. з.обычно выполняются токовыми или (значительно реже) дистанционными — свыдержками времени;
защита от перегрузок,выполняемая с помощью одного максимального реле тока, поскольку перегрузкаобычно является симметричным режимом. Поскольку перегрузка допустима в течениедлительного промежутка времени (десятки минут при токе не больше 1,5Iт, ном), то защита от перегрузки приналичии дежурного персонала должна выполняться с действием на сигнал, а приотсутствии персонала — на разгрузку или на отключение трансформатора.
На трансформаторахпредусматриваются следующие устройства автоматики:
автоматическое повторноевключение, предназначенное для повторного включения трансформатора после егоотключения максимальной токовой защитой. Требования к АПВ (автоматическоеповторное включение) и способы его осуществления аналогичны рассмотренным ранееустройствам АПВ линий. Основная особенность заключается в запрещении действияАПВ трансформаторов при внутренних повреждениях, которые.отключаютсядифференциальной или газовой защитой;
автоматическое включениерезервного трансформатора, предназначенное для автоматического включениясекционного выключателя при аварийном отключении одного из работающихтрансформаторов или при потере питания одной из секций по другим причинам;
автоматическое отключение ивключение одного из параллельно работающих трансформаторов, предназначенноедля уменьшения суммарных потерь электроэнергии в трансформаторах;
автоматическое регулированиенапряжения, предназначенное для обеспечения необходимого качества электроэнергииу потребителей путем изменения коэффициента n трансформации понижающих трансформаторовподстанций, питающих распределительную сеть. Для изменения n под нагрузкойтрансформаторы оборудуются устройствами РПН (регулятором переключения отпаекобмотки трансформатора под нагрузкой). Автоматическое изменение nосуществляется специальным регулятором коэффициента трансформации (АРКТ),воздействующим на РПН..
ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Трансформаторы малой мощности до750 кВ*А при напряжении 10 кВ и до 3200 кВ*А при напряжении 35 кВ тупиковыхподстанций, а также цеховые трансформаторы обычно коммутируют выключателяминагрузки ВНП. Для защиты таких трансформаторов от внутренних к. з. допускаетсяприменение (рис. 1) предохранителей (например, типа ПК). Номинальный токплавкой вставки I вс, ном выбирается из тех же условий,что и для линий. Кроме того, необходимо учитывать возможность нежелательногосрабатывания предохранителей при бросках тока намагничивания, вызванныхвключением трансформатора под напряжение. С учетом указанных условий I вс, ном= (1,5…2,5)Iт, ном. Селективность защиты обеспечиваетсясогласованием время-токовой характеристики предохранителя с характеристикамизащит отходящих присоединений со стороны низшего напряжения трансформатора.
/> <td/> />Рис. 1. Защита трансформаторамалой мощности с помощью предохранителей.
Для упрощения и удешевленияподстанций систем электроснабжения, подключаемых ответвлением к линииэлектропередачи, применяются открытые плавкие вставки (ОП), а также управляемыепредохранители.
Недостатками защиттрансформаторов, выполненных с помощью плавких вставок, являются:
нестабильность их защитныххарактеристик, которая может привести к недопустимому увеличению времениотключения трансформатора при некоторых видах внутренних повреждений;
трудность согласования сзащитами смежных участков.
Токовая защита трансформатороввыполняется с использованием вторичных максимальных реле тока (прямого иликосвенного действия). При этом следует иметь в виду, что трансформаторы малоймощности представляют для токов к. з. относительно большое сосредоточенноесопротивление. Поэтому защитоспособность первой ступени (отсечки без выдержкивремени) получается удовлетворительной. Учитывая это, защиту обычно выполняютдвухступенчатой. Первой ступенью защиты является токовая отсечка, токсрабатывания которой выбирается большим максимального тока при к. з. за трансформатором.Чувствительность первой ступени считается удовлетворительной, если kч = 2 при к. з. на стороневысшего напряжения трансформатора. Вторая ступень представляет собоймаксимальную токовую защиту, выдержка времени которой согласована с выдержкамивремени защит отходящих присоединений. Чувствительность максимальной токовойзащиты проверяется по току при к, з. на стороне низшего напряжения. Работатоковой защиты как резервной проверяется при к. з. в конце элементов,присоединенных к шинам низшего напряжения (при этом желательно иметь kч >= 1.2).
При параллельной работе двухтрансформаторов следует иметь в виду, что в случае к. з. на низшей сторонемаксимальные токовые защиты (вторые ступени) трансформаторов могут отключитьоба трансформатора. Если имеется секционный выключатель, то этот недостатокустраняется тем, что установленная на нем защита имеет меньшую выдержкувремени.
Для повышения чувствительностимаксимальная токовая защита дополняется пуском от реле напряжения обратнойпоследовательности (при несимметричных к. з.) и от реле минимального напряжения(при симметричных к. з.) (рис. 2).
При несимметричном к. з. навыходе фильтра ФНОП появляется напряжение, пропорциональное напряжению обратнойпоследовательности, максимальное реле напряжения 2РН срабатывает иобусловливает срабатывание минимального реле напряжения 3РН. Если при этом дляреле 1РТ Ip > Ic,p, то защита срабатывает. При симметричномк. з. срабатывает ЗРН и реле тока 1РТ.
Ток срабатывания защиты при этомвыбирается по условию отстройки от номинального тока, а не от тока самозапускаэлектродвигателей, питаемых от защищаемого трансформатора, что и обусловливаетповышение чувствительности защиты.
/>
Рис. 2. Защита трансформатораот внешних к. з. и перегрузок.
Напряжение срабатывания 2РНотстраивается от напряжения небаланса Uнб, раб на выходе фильтра ФНОП врабочем режиме:
/>
где kотс и kв — коэффициенты отстройки ивозврата реле; Uном и KU — номинальное напряжение икоэффициент трансформации трасформатора напряжения ТН.
Напряжение срабатывания ЗРНотстраивается от минимального значения напряжения в месте установки ТН с учетомсамозапуска электродвигателей
/>(1)
Коэффициент чувствительностизащиты по напряжению должен быть не ниже kч = 1,2¸1,3, причем kч, при симметричном к. з. можноопределять не по напряжению срабатывания минимального реле ЗРН, а по напряжениюего возврата, так как симметричное к. з. в начальный момент времени являетсянесимметричным, а следовательно, ЗРН срабатывает в результате срабатывания2РН. Такое взаимодействие реле повышает чувствительность защиты по напряжениюпри симметричных к. з.
Если трансформатор с высшимнапряжением 110 кВ имеет глухозаземлённую нейтраль, то при однофазном к. з. всети 110 кВ через нейтраль трансформатора будут проходить токи нулевойпоследовательности, для отключения которых на трансформаторе устанавливаетсяспециальная токовая защита нулевой последовательности. Измерительный органзащиты, которая устанавливается только при наличии питания со стороны НН илиСН, состоит из одного реле тока 2РТ (рис. 2), подключенного к ТТ,установленному в цепи заземления нейтрали трансформатора. Ток срабатываниязащиты выбирается из условия надежной отстройки от тока небаланса в заземляющейцепи при внешних междуфазных к. з. и согласуется с токами срабатывания защитот однофазных к. з., установленных на линиях, примыкающих к защищаемомутрансформатору. Значение тока срабатывания обычно находится в пределах100—200А. Время срабатывания защиты (реле РВ) должно быть на ступень селективностибольше времени срабатывания наиболее медленно действующей защиты от однофазныхк. з. примыкающих к трансформатору лин-ий электропередачи, При питаниитрансформатора только со стороны высшего напряжения защита обычно неустанавливается.
Защита трансформатора от перегрузки, выполняемая однимреле, имеет ток срабатывания
/>
где kотс =1,05 — коэффициент, учитывающий погрешность в значении тока срабатывания.
На трехобмоточныхтрансформаторах с односторонним «питанием защита от перегрузкиустанавливается со стороны питания. При существенно различных мощностяхобмоток устанавливается дополнительно защита на питаемой обмотке меньшеймощности.
ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРА
Обмотки большинстватрансформаторов помещены в бак, залитый маслом, которое используется как дляизоляции обмоток, так и для их охлаждения. При возникновении внутри бакаэлектрической дуги к. з., а также при перегреве обмоток масло разлагается, чтосопровождается выделением газа. Это явление и используется для созданиягазовой защиты.
Защита выполняется с помощьюгазового реле, установленного в трубе, соединяющей бак трансформатора срасширителем. Газовое реле состоит из кожуха и двух расположенных внутри негопоплавков, снабженных ртутными контактами, замыкающимися при изменении ихположения. Оба поплавка шарнирно укреплены на вертикальной стойке. Один из нихрасположен в верхней части, а второй — в центральной. При слабом газообразовании(газ скапливается в верхней частей кожуха реле), а также при понижении уровнямасла верхний поплавок опускается, что приводит к замыканию его контактов.При бурном газообразовании потоки масла устремляются в расширитель, чтоприводит к замыканию контактов обоих поплавков… Контакты верхнего поплавканосят название сигнальных, а нижнего — основных контактов газового реле.
Движение масла через газовоереле, вызванное к. з. внутри бака трансформатора, обычно является толчкообразным:Поэтому замыкание основных контактов может быть ненадежным (перемежающимся),что учитывается, при выполнении схемы газовой защиты трансформатора.
На рис. 3 изображена схемагазовой защиты на переменном оперативном токе. Выходное промежуточное релезащиты РП самоудерживается до отключения выключателя 1В со стороны питания.
Поскольку газовая защита может сработать ложно,например, вследствие выхода воздуха из бака трансформатора после доливкисвежего масла, в схеме защиты предусмотрены переключающее устройство ПУ и резисторR, с помощыо которых действиегазовой защиты может быть переведено на сигнал.
Достоинствами газовой защитыявляются простота выполнения, срабатывание при всех видах повреждения внутрибака трансформатора, высокая чувствительность.
/>
Рис. 3. Принципиальная схема газовойзащиту трансформатора,
Однако газовая защита,естественно, не срабатывает при повреждениях вне бака трансформатора. Поэтомуона не может быть единственной основной защитой трансформатора.
Трансформаторы мощностью 1 МВ*Аи более обычно поставляются комплектно с газовой защитой.
ПРОДОЛЬНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТАТРАНСФОРМАТОРА
На трансформаторах мощностью более 7,5 МВ*А в качествеосновной защиты устанавливается продольная дифференциальная токовая защита.Принцип действия защиты аналогичен защите линий электропередачи. Однакоособенности трансформатора как объекта защиты приводят к тому, что Iнб в дифференциальной защитетрансформатора значительно больше, чем в дифференциальных защитах другихэлементов системы электроснабжения. „Ъсвовными факторами, которыенеобходимо учитывать при выполнении дифференциальной защиты трансформатора,являются следующие.
Бросок тока намагничивания привключении трансформатора под напряжение или при восстановлении напряженияпосле отключения внешнего к. з. Ток намагничивания трансформатора (рис. 4, а) Iнам = I1п— I11п в нормальном режиме работыневелик и составляет 2—3% номинального тока Iт, ном. После отключения внешнего к.з., как и при включении трансформатора под напряжение, возникающий бросок токанамагничивания может превышать номинальный ток /т, ном в 6—8 раз.
/>
Рис. 4. Изменение потока и тока намагничивания привключении трансформатора под напряжение.
а — поясняющая схема; б —изменение тока намагничивания; в — изменения напряжения и магнитного потока; г — характеристиканамагничивания.
Значение тока при броске зависит от момента включениятрансформатора под напряжение. Наибольшее значение бросок тока намагничиванияимеет при включении трансформатора в момент, когда мгновенное значениенапряжения U равно нулю(рис. 4, в, г). В этом случае магнитный поток Фt в сердечнике трансформатора вначальный период времени содержит большую апериодическую составляющую Фa и превышает при переходномпроцессе установившееся значение Фуст практически в 2 раза.Поскольку зависимость Ф = f(Iнам) нелинейна, то iнам увеличивается по отношению кустановившемуся значению в сотни раз, но остается обычно меньшим максимальныхпереходных токов внешних (сквозных) к. з. Бросок тока намагничивания можетсодержать большую апериодическую слагающую, а также значительный процентвысших гармоник (прежде всего второй). Затухание броска происходит медленнее,чем тока к. з. В результате кривая броска тока намагничивания iнам, бр (рис. 4, б) может оказатьсясмещенной по одну сторону оси времени.
Указанные характерныеособенности броска тока намагничивания используются для обеспеченияотстроенности дифференциальной токовой защиты трансформатора, поскольку приотстройке защиты по току срабатывания она имеет очень низкуюзащитоспособность, а при отстройке по времени — теряет быстроту срабатывания.
Схемы соединения обмоток трансформатора. Если обмотки высшего и низшегонапряжения трансформатора соединены не по схеме Y/Y -12, а по какой-то другой схеме, то между токами фаз трансформатора насторонах высшего и низшего напряжения существует фазовый сдвиг. Так, при широкораспространенной схеме соединения обмоток трансформатораY/D-11 фазовый сдвиг составляет ÐI1пI11п = 30 эл. град. Поэтому приодинаковых схемах соединения вторичных обмоток групп 1ТТ и 2ТТ трансформаторовтока (на сторонах высшего и низшего напряжения) в дифференциальной цепизащиты при внешнем к. з, проходит значительный ток, равный примерно половиневторичного тока ТТ при внешнем к. з. •
Поэтому схемы соединения групп 1ТТ и 2ТТ должны бытьтакими, чтобы указанный сдвиг по фазе отеутствовал (ÐI1пI11п = 0). При этом возможны два варианта:вторичные обмотки группы 1ТТ соединяются в треугольник, а группы 2ТТ — взвезду или вторичные обмотки группы 2ТТ — в треугольник, а 1ТТ — в звезду.Схема соединения обмоток ТТ в первом случае ясна из рис. 5. Предпочтение всегдаотдается первому варианту, так как соединение в треугольник вторичных обмотокТТ, установленных со стороны звезды силового трансформатора, предотвращаетвозможное неправильное срабатывание дифференциальной защиты при внешних однофазныхк. з. (когда нейтраль трансформатора заземлена), поскольку соединение втреугольник предотвращает попадание токов нулевой последовательности в релезащиты. При соединении вторичных обмоток 1ТТ в треугольник токи в цепициркуляции от 1ТТ (I’1в) в ÖЗ раз больше вторичных токов1ТТ (I1в). Поэтому коэффициенттрансформации 1ТТ выбирается равным IтYном ÖЗ/5, где IтYном — номинальный токтрансформатора со стороны обмотки силового трансформатора, соединенной взвезду.
/>
Рис. 5. Схема соединения ТТ дифференциальной токовойзащиты трансформатора Y/D-11 ивекторные диаграммы.
Несоответствие коэффициентов трансформации ТТ расчетнымзначениям. Дляобеспечения равенства токов в цепи циркуляции должно соблюдаться соотношение
/>
соответственно для трансформаторов с соединением обмотокпо схеме Y/Y и Y/D.Выпускаемые промышленностью трансформаторы тока имеют дискретную шкалукоэффициентов трансформации. Поэтому в общем случае I’11в ¹ I’1в что вызывает дополнительный токнебаланса в реле защиты.
Регулирование коэффициента трансформациитрансформатора.При регулировании коэффициента трансформации трансформатора соотношение междупервичными, а следовательно, и между вторичными токами 1ТТ и 2ТТ изменяется,что также приводит к появлению тока небаланса в дифференциальной цепи защиты.Различия типов ТТ, их нагрузок и кратностей токов внешнего к. з. Трансформаторытока ТТ дифференциальной защиты трансформатора устанавливаются на сторонахтрансформатора, имеющих различное напряжение, поэтому они не могут быть одинаковыми.Кроме того, схемы соединения вторичных обмоток ТТ также различны, аследовательно, трансформаторы тока имеют разную нагрузку. Различны у разныхгрупп ТТ (особенно в случае трехобмоточного трансформатора) и кратности токавнешнего к.з. по отношению к их номинальным токам. Все это обусловливаетразные погрешности' у разных групп ТТ, что приводит к появлению повышенныхтоков небаланса в дифференциальной цепи защиты при внешних к. з.
Рассмотренные выше факторыобусловливают применение защит различной сложности и с использованием разныхспособов обеспечения их защитоспособности и отстроенности. В простейшем случаев качестве РТД (рис, 5) используют обычное реле тока без замедления (такуюзащиту называют дифференциальной отсечкой). Однако защитоспособность ее малаиз-за того, что защита получается весьма грубой. Для повышения чувствительностиприменяют реле и схемы, основные из которых (реле с промежуточныминасыщающимися трансформаторами в дифференциальной цепи, реле с торможением)были рассмотрены применительно к продольной дифференциальной защите линий. Вряде случаев применяются и более сложные принципы (особенно для обеспеченияотстроенности защиты от бросков тока намагничивания трансформатора).
Наибольший (расчетный) токнебаланса в дифференциальной цепи защиты может иметь место при включениитрансформатора под напряжение или при внешнем к. з. Поэтому ток небалансадолжен определяться в обоих случаях.
При включении трансформатора поднапряжение действующее значение броска тока намагничивания Iбр.нам в первый период равно (6—8)Iт, ном. где Iт, ном— номинальный токтрансформатора.
При внешнем к. з.,сопровождающемся прохождением через ТТ защиты наибольших токов к. з., ток небаланса
Iнб = I'нб<sub/>+ I“нб + I»’нб, (1)
где I'нб<sub/>I"нбI"’нб — токи небаланса, обусловленныесоответственно погрешностями ТТ, регулированием коэффициента трансформациитрансформатора и неравенством токов в цепи циркуляции от различных групп ТТ.
Раскрывая выражения для отдельных составляющих токанебаланса (1), можно записать:
Iнб, расч = (kоднkаперe + DU*рег + Dfвыр)Iк, ве,max (2)
где kодн<sub/>= 1—коэффициент однотипности; kапер — коэффициент, учитывающийналичие апериодической составляющей в первичном токе ТТ при внешнем к. з.; e = 0,1—допустимая относительная погрешность ТТ; DU*рег = DUрег /Uном — относительный диапазонизменения напряжения на вторичной стороне трансформатора при регулированиикоэффициента трансформации под нагрузкой устройством РПН; Dfвыр = (I’1в — I’11в )/ I’1в — относительное значение токанебаланса в дифференциальной цепи защиты, обусловленное несоответствиемрасчетных и фактических коэффициентов трансформации ТТ.
Значения коэффициента kапер в (2) и коэффициента,учитывающего отстройку от броска тока намагничивания,, выбираются разными взависимости от типа применяемого РТД. Так, для дифференциальной отсечки токсрабатывания определяется как
Iс, з = kотсIбр, нам;(3)
Iс, з = kотсIнб, расч.(4)
При этом в (4) kотс » 2, а выражение (3) с учетом некоторого затухания переходного значения Iбр, нам в течение собственного временисрабатывания электромеханического реле принимает вид:
Iс, з = (3.5¸4.5) Iт, ном (5)
и, как правило, является определяющим. Ток срабатыванияреле дифференциальной токовой отсечки
Ic,p = Iс, зÖ3/K1TT,(6)
если Iс, зотнесен к стороне Y трансформатора,где вторичные обмотки 1ТТ соединены в треугольник. Дифференциальная отсечкасчитается приемлемой, если при двухфазном к. з. на выводах низшего напряжениятрансформатора kч >= 2. Несмотря на низкуючувствительность дифференциальной отсечки ее достоинство заключается вобеспечении быстроты срабатывания при наибольших кратностях тока к. з.
При использовании реле с насыщающимися промежуточнымитрансформаторами РНТ выбор тока срабатывания защиты Iс, з производится по выражениям;
Iс, з = (1 ¸ 1,3I)т, ном (7)
Iс, з = kотс(I’нб + I”нб) (8)
В (8) неучет I”нб объясняется возможностью скомпенсироватьэту составляющую (в первом приближении) с помощью промежуточного насыщающегосятрансформатора тока ПНТТ с несколькими первичными обмотками (рис. 5,5), когдадля предотвращения попадания в реле защиты тока небаланса, обусловленногонеравенством токов I’11в и I’1в в цепи циркуляции, производитсявыравнивание м. д. с. первичных обмоток w1, w2 промежуточных трансформаторовтока так, что I’1в w1 » I’11в w2, т. е. Eв, т » 0 и Iр<sub/>» 0.
Кроме того, в (8) при расчете I’нб значение коэффициента kапер принимается равным единице.
/> <td/> />Существуют специальные реледифференциальной защиты серии РНТ, содержащие максимальное реле тока,включенное на вторичную обмотку ПНТТ. Они характеризуются постоянной м. д. с.срабатывания (Fc,p = const)
Рис. 5.5 Схема включения релеРНТ в дифференциальной токовой защите трансформатора
Принципиальная схемадифференциальной защиты трансформатора с РНТ (в однолинейном изображении)представлена на рис. 5,5.
Следует отметить, чтоопределение составляющей расчетного тока небаланса I”нб обусловленной регулированиемнапряжения защищаемого трансформатора, и расчетных чисел витков обмотокпромежуточных насыщающихся трансформаторов тока реле защиты производится сучетом одинакового максимального регулирования ±DUmax в обе стороны по отношению ксреднему положению переключателя РПН, принимаемого в качестве расчетного.Такой учет регулирования напряжения соответствует определению оптимальнойуставки защиты только при условии независимости сопротивления трансформатора итока к. з. от положения переключателя РПН.
Для повышения чувствительностидифференциальной токовой защиты трансформатора предусматривают болееэффективную (по сравнению с защитой с РНТ) отстройку от броска токанамагничивания трансформатора, используя: несинусоидальность броска токанамагничивания; наличие в нем апериодической слагающей; наличие провалов (нижезаданного уровня) в кривой тока Iнам, пер.В настоящее-время желательно на мощныхтрансформаторах устанавливать защиту с током срабатывания (0,2—0,3)Iт, ном. Дифференциальные защиты, применяемыев эксплуатации, можно разделить на три группы: с токовыми реле; с реле РНТ; среле с торможением.
Наибольший ток срабатыванияимеют защиты первой группы (дифференциальные токовые отсечки). Ток срабатываниязащит второй группы значительно меньше. Наиболее распространеннойразновидностью таких защит является уже рассмотренная защита с применениемпромежуточных насыщающихся ТТ в дифференциальной цепи. Недостатком этой защитыявляется, небольшое замедление из-за наличия некоторой апериодической слагающейв токе к. з.
Еще меньший ток срабатываниямогут иметь зашиты третьей группы.
В настоящее время выпускаетсяполупроводниковая дифференциальная токовая защита типа ДЗТ-21, токсрабатывания которой равен примерно 0,3Iт, ном.
ОТКЛЮЧЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ ОТ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ПРИ ОТСУТСТВИИВЫКЛЮЧАТЕЛЯ НА СТОРОНЕ ВЫСШЕГО НАПРЯЖЕНИЯ
В настоящее время в системахэлектроснабжения все более широко применяются понизительные подстанции безвыключателей на стороне высшего напряжения. Такие подстанции выполняются поупрощенным схемам присоединения к сети системы электроснабжения (по блочнымсхемам линия — трансформатор или отпайками от линий электропередачи). Дляотключения повреждений в понизительных трансформаторах таких подстанцийприменяются следующие способы:
установка на выводах высшегонапряжения трансформаторов плавких предохранителей; •» фиксация и ликвидацияповреждений в трансформаторе с помощью защит, установленных на питающихконцах линии;
установка короткозамыкателей,автоматически включаемых при срабатывании защит трансформатора и вызывающихк. з, на выводах высшего напряжения, которое ликвидируется затем защитамипитающего конца линии;
передача отключающего сигнала повысокочастотному каналу (на базе проводов линии) или по жилам специальногокабеля от защит трансформатора на отключение выключателя питающего концалиний.
Если защиты питающего концалинии не обеспечивают необходимой чувствительности при повреждениях в обмоткахтрансформатора и на его вывоДах низшего напряжения или имеют большие выдержкивременнгто для отключения повреждения используются защиты трансформатора,Действующие в сочетании с короткозамыка-телем.
Включение короткозамыкателяосуществляется от защиты трансформатора, а отключение — вручную. В сетях сзаземленной нейтралью короткозамыкатель устанавливается в одной фазе, а всетях с изолированной нейтралью он выполняется двухполюсным с общим приводом иустанавливается на двух фазах.
После включениякороткозамыкателя возникает однофазное (или двухфазное) к. з. на выводахвысшего напряжения трансформатора. При этом срабатывают быстродействующиезащиты, установленные на питающих концах линии. Допускается однократное АПВ питающейлинии (хотя оно может вызвать увеличение размеров повреждения трансформатора).Когда к одной линии подключены ответвлениями два или несколько трансформаторов, на каждом из них дополнительно устанавливают отделители(трехполюсные разъединители с автоматическим управлением). Отключениеотделителя поврежденного трансформатора осуществляется автоматически вбестоковую паузу после отключения питающей линии. После АПВ восстанавливаетсяпитание неповрежденных трансформаторов, оставшихся подключенными к линии.
В простейшем случае дляотключения отделителя используется специальное реле прямого действия —блокирующее реле отделителя (БРО), установленное в приводе отделителя иподключенное к трансформатору тока, включенному в цепи короткозамыкателя. Подвоздействием тока к. з. взводится боек БРО. После отключения защитой питающейлинии и исчезновения тока в цепи короткозамыкателя БРО срабатывает и отключаетотдел-итель. Однако такая схема автоматического отключения отделителя не нашлаширокого распространения из-за присущих ей недостатков: малой надежности БРО инеобходимости оснащения линии двукратным АПВ, поскольку при одновременномсрабатывании быстродействующих защит линии и трансформатора (при повреждениив трансформаторе) отделитель в первую бестоковую паузу может не отключиться.
Более надежной является схемаавтоматического отключения отделителя, использующая в качестве источникаоперативного тока предварительно заряженную (от зарядного устройства УЗ)батарею конденсаторов С, показанную на рис. 6. При включении короткозамыкателя К реле тока РТразмыкающим контактом запрещает отключение отделителя О, пока не отключитсявыключатель питающей линии. Катушка отключения отделителя Кб подключается к.конденсатору С после возврата реле РТ и срабатывания реле РП. Задержка присрабатывании реле.РЯ предотвращает недопустимое отключение отделителя припрохождении через него тока к. з., если вспомогательные контакты К1замкнутся раньше основных контактов короткозамыкателя.
Следует отметить некоторыеособенности защиты трансформаторов упрощенных подстанций при наличиикороткозамыкателей иотделителей. 1.Если в качестве единственной основной защиты применяется газоваязащита-(трансформаторы небольшой мощности), то она должна обеспечить включениекороткозамыкателя при любых повреждениях внутри бака трансформатора. Поэтомутрансформатор собственных нужд (ТСН) или трансформатор напряжения (ТН) уже неможет служить источникам оперативного тока для газовой ' защиты, поскольку приповреждении силового трансформатора оперативное напряжение может значительноснижаться. Единст-
/>
Рис. 6. Схема отключения отделителя с. применением батарейпредварительно заряженных конденсаторов.
венным надежным источником оперативного тока в данномслучае могут быть батареи предварительно заряженных конденсаторов.
2. Для включениякороткозамыкателя на стороне высшего напряжения трансформатора (и для отключения выключателя на стороне низшего напряжения) часто используютэнергию предварительно заряженных конденсаторов при невозможности использованиясхем с дешунтированием электромагнитов включения короткозамыкателя и отключения выключателя (когда вторичные токи к. з. составляют более 150А). Такие случаи характерны для трансформаторов 110 кВ малой мощности (2,5;4; 6,3 МВ*А) при использовании встроенных во вводы трансформатора трансформаторовтока (типа ТВТ-110). Вместе с тем зарядные устройства, включаемые на ТСНили ТН, не могут обеспечить заряд разряженных конденсаторов при включениитрансформатора на трехфазное к. з. на его выводах или на шинах НН подстанции.Поэтому заряд конденсаторов в этих случаях обеспечивается применениемспециального зарядного устройства, питающегося как от цепей напряжения, так иот цепей тока.
3. Вследствие кратковременности разряда конденсатора серьезные требования предъявляютсяк качеству наладки и состоянию аппаратуры (короткозамыкателей и отделителей). Загрязнения, окисление, загустение смазки могут привести кнедолустимому замедлению действия этих аппаратов.
Применение подстанций скороткозамыкателями на 'стороне высшего напряжения характеризуется увеличениемвремени отключения поврежденного участка из-за сравнительно большогособственного времени включения короткозамыкателей. Этот недостаток можноисключить, если вместо короткозамыкателей использовать телеотключение. Припередаче команды телеотключения лр кабелю предусматривается постоянный контрольсостояния его жил с помощью специального устройства (например,.типа УК-1)
В эксплуатации применяется также передача отклю-,.4чающего импульса по в. ч. каналу, организованному по проводам линииэлектропередачи с помощью специальной аппаратуры в. ч. обработки и специальныхустройств высокочастотного телеотключения (ВЧТО).
При повреждении трансформатора и срабатывании его защитыодновременно с отключением выключателя и запретом его АПВ подается по линиямсигнал телеотключения (ТО) к передатчику. Сигнал по каналу связи подается навходы приемников питающих подстанций, вызывая срабатывание на них промежуточныхреле, отключающих головные выключатели. С целью повышения надежности приосуществлении устройства телеотключения сохраняется и
короткозамыкатель.
СХЕМА ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА НАПЕРЕМЕННОМ ОПЕРАТИВНОМ ТОКЕ
На рис. 7 представлена схема защиты трансформатора отпаечной подстанции. Обаконтакта газовой защиты (как сигнальный, так и отключающий) питаются оттрансформатора собственных нужд ТСН (рис. 7, а). Это допустимо, поскольку имеетсядифференциальная защита, которая, являясь основной, резервирует действиегазовой защиты в случае отказа последней при повреждениях трансформатора,сопровождающихся значительным снижением напряжения на шинах собственных нужд.Резистор 2СД (рис. 7, в), подключенныйпараллельно обмотке реле; ЗРП (типа РП-26), «увеличивает ток в обмоткеуказательного реле 2РУ (типа РУ-21) для обеспечения более четкой его работы.Реле ЗРП, сработав, самоудерживается через размыкающий.вспомогательныйконтакт короткозамыкателя 1К… Резистор 1СД необходим для работы 2РУ припереводе действия газовой защиты отключающим устройством 2ОУ на сигнал.
/> <td/> />Дифференциальная защита(1РНТ, 2РНТ) (рис. 7, б) выполнена на реле РНТ-363 (с насыщающимися трансформаторами)и действует на промежуточные выходные реле 1РП и 2РП
Рис. 7. Схема защиты трансформатора отпаечнойподстанции, имеющего встроенные трансформаторы тока.
(типа РП-341). Пуск реле РП-341осуществляется замыкающими контактами реле 1РНТ, 2РНТ. Мощные контакты реле 1РПи 2РП, переключаясь, подключают трансформаторы тока к электромагнитамвключения короткозамыкателя 1ЭВК, 2ЭВК. и электромагнитам отключения 1ЭО и 2ЭОвыключателя стороны низшего напряжения трансформатора. При подключенииэлектромагнитов возрастает нагрузка на питающие их трансформаторы тока. Дляпредотвращения возврата пускового реле из-за увеличения нагрузки в токовыхцепях контакты реле 1РП и 2РП подключены параллельно контактам пусковых релезащиты. Таким образом, реле РП-341 самоудерживается за счет тока, проходящегопо его обмотке, независимо от положения контактов пусковых реле. Чтобыобеспечить надежную работу электромагнита, его ток срабатывания должен быть неболее 0,8 тока срабатывания действующей на него защиты. Посколькучувствительность основных токовых защит должна быть не менее 1,5, то при минимальномтоке к. з., при котором она обеспечивается, чувствительность электромагнитабудет не менее 1,5/0,8 » 2. Соблюдение этого условия важно, потому что при малых токах, близких ктоку срабатывания, электромагнит работает замедленно и защита питающей линииможет сработать раньше, чем сработает электромагнит короткозамыкателя. Это всвою очередь приведет к неуспешному АПВ выключателя линии.
ОСОБЕННОСТИ АПВ ТРАНСФОРМАТОРОВ
На однотрансформаторнойподстанции АПВ трансформатора является обязательным. Осуществление на»двухтрансформаторной подстанции АПВ трансформаторов рекомендуется, если приотключении одного трансформатора оставшийся в работе трансформатор не можетобеспечить питание нагрузки без отключения части, потребителей.
Запрет АПВ. при повреждениивнутри бака трансформатора осуществляется с помощью сигнального контактагазового реле.
Для осуществления АПВтрансформатора используются те же устройства, что и для АПВ линии. При этомАПВ должно действовать с выдержкой времени для исключения его срабатывания привнутренних к. з., сопровождающихся бурным газообразованием, когда отключающийконтакт газового реле замыкается раньше, чем сигнальный.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ РЕЗЕРВНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯПРИ ОТКЛЮЧЕНИИ ТРАНСФОРМАТОРА
На подстанциях широкоераспространение получили устройства автоматического включения секционного выключателяС В при исчезновении питания на одной из секций шин низшего напряжения.
Схема АВР СВ, выполненная спомощью реле РПВ-358, представлена на рис. 8. Пуск АВР осуществляется присоблюдении следующих условий: несоответствие положения ключа управления(фиксируемого с помощью реле 1РПФ, обмотки которого не показаны
/> <td/> />Рис. 8. Схема АВР СВ сустройством выявления потери питания и проверкой значения встречногонапряжения.
на рис. 8, г) и выключателя 1В (рис. 8, а) (фиксируемогос помощью реле РПО, срабатывающего при отключении выключателя). При этомподается «минус» на зажим 5 комплектного устройства РПВ-358 и происходитсрабатывание АВР. Действие АВР контролируется замыкающим контактом реле 2РПФ,который замыкается в случае срабатывания защиты от внутренних повреждений втрансформаторе или защиты от потери питания.
Аналогичная цепь пуска АВРпредусмотрена на рис. 8, г и при отключении трансформатора Т2, питающеговторую секцию подстанции IIс-(рис. 8, а). Цепь пуска АВР контролируется также размыкающим контактомРПФ, который замкнут при отключенном СВ.
Двухпозиционное реле РПФ срабатывает и переключает своиконтакты при отключении СВ ключом управления КУ (фиксируя тем самымотключенное положение выключателя) и при включении выключателя по любой причинеот контактов электромагнита включения СВ (фиксируя включенное положениевыключателя).
В рассматриваемой схеме АВРпредусмотрен также — контроль отсутствия напряжения на резервируемой секциишин, который осуществляется последовательно включенными размыкающими контактамиреле минимального напряжения 1РН и 2РН, подающими «плюс» на зажим 6 комплектного устройства РПВ-358. Контроль отсутствия напряжения необходим дляпредотвращения несинхронного включения резервного источника питания на остаточноенапряжение тормозящихся крупных синхронных. или асинхронных двигателей.Затухание э. д. с. синхронного электродвигателя при неотключенном возбуждениибудет происходить по мере уменьшения частоты вращения, а при гашении поля — по мере уменьшения тока в обмотке возбуждения.
Пуск АВР при исчезновениинапряжения, на секциях шин, когда выключатель питающего трансформатораостанется включенным, с помощью минимальных реле напряжения может оказатьсянеэффективным, поскольку синхронные двигатели и конденсаторные батареи могутдлительно поддерживать остаточное напряжение на шинах, потерявших питание.Поэтому в рассматриваемой схеме пусковой орган АВР дополнен устройством,реагирующим на снижение частоты и изменение направления активной мощности.Этот пусковой орган срабатывает при снижений частоты, если активная мощностьчерез питающую линию или трансформатор стала равной нулю или измениланаправление.
Устройство состоит из релечастоты РЧ (рис. 8, в), промежуточных реле РПЧ и РПМ, реле направления мощности1РМ, 2РМ (рис. 8, б) и реле времени РВ.
К реле мощности подводятсялинейное напряжение и ток отстающей фазы: Ubc и —Iс; Uca и —Ia. При таком включении ивнутреннем угле, равном 30°, реле имеет положительный момент при направленииактивной мощности к шинам и отрицательный — при направлении активной мощностиот шин; реле подключается таким образом, чтобы при направлении мощности кпотребителю контакты его были замкнуты. Необходимость двух реле направлениямощности объясняется тем, что при двухфазном к. з. за трансформатором одно изреле может сработать 'неправильно. Уставка срабатывания по частоте реле РЧпринимается равной 48—48,5 Гц. Для облегчения работы контактов реле направлениямощности и уменьшения нагрузки на трансформатор напряжения напряжение наобмотки реле мощности подается после снижения частоты. Если срабатывание релечастоты будет обусловлено снижением частоты в энергосистеме, контакты РЧзамкнутся, сработает реле РПЧ, а реле времени (с уставкой 0,3—0,5 с) несработает, так как контакты реле РПМ останутся разомкнутыми (мощностьнаправлена к шинам, и контакты 1РМ и 2РМ замкнуты).
Если срабатывание реле РЧ произойдет вследствиезатухания напряжения на шинах подстанции при потере питания, контакты реленаправления мощности останутся разомкнутыми и реле времени сработает.
Запрет АВР осуществляетсяподачей «плюса» на зажим 8 от замыкающего контакта РПФ, который замкнут привключенном СВ.
Важно отметить, что"устройство АВР СВ должно работать только при потере питания (отключениипитающей линии) и при внутренних повреждениях трансформатора. В остальныхслучаях отключения выключателя на низшей стороне трансформатора (от токовыхзащит) должно работать АПВ шин низшего напряжения путем повторного включенияосновного источника (трансформатора). Такое разграничение действия устройствАПВ и АВР СВ вызвано тем, что при включении секционного выключателя на к. з.имеется опасность отключения второго трансформатора и полного обесточенияпотребителя (при отказе защиты секционного выключателя или неисправностисамого выключателя). Для реализации указанного сочетания действия устройств АПВи АВР СВ в схемах защиты трансформатора устанавливается специальное реле 2РПФ,запоминающее работу защит от внутренних повреждений и потери питания.
В отдельных случаях запрещаетсяработа устройства АВР при наличии замыкания на землю в резервируемой илирезервирующей сети из-за опасения повышенной вероятности перекрытия другой фазывследствие коммутационных перенапряжений в момент включения СВ. При этомможет возникнуть двойное замыкание на землю — одно на резервирующей части сети,другое — на резервируемой. Действие АВР должно также запрещаться, еслиосновной источник питания будет отключен от АЧР.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРАНСФОРМАЦИИ(АРКТ)
С целью поддержания требуемогоуровня напряжения широко распространено регулирование напряжения Uп у потребителей (рис. 9) путемизменения коэффици-
/>
Рис. 9. Поясняющая схема (а) и характеристика изменениянапряжения у потребителя при наличии АРКТ (б).
ента трансформации трансформаторов понижающих подстанций,питающих распределительную сеть. Для изменения коэффициента трансформации поднагрузкой трансформаторы оборудуются устройствами РПН (переключение отпаек поднагрузкой). Автоматическое изменение nт осуществляется специальным регулятором АРКТ, воздействующим на РПН.
В общем случае электрическаясеть, получающая питание от шин подстанции, может быть разветвленной и питатьзначительное количество нагрузок. При этом наиболее выгодно поддерживатьнеизменным напряжение в некоторой контролируемой точке, представив разветвленнуюсеть в виде эквивалентной линий с одной нагрузкой на конце. Поскольку значениенапряжения Uп при данном напряжений на шинах Uш зависит от падения напряженияв эквивалентной линии (Uп = Uш – Zэ, лIп ), то напряжение Uш должно быть тем больше, чембольше нагрузка потребителя. Такое регулирование напряжения получило названий встречногорегулирования.
Неизменность напряжения вконтролируемой точке сети при различных режимах нагрузки может быть обеспечена,если смоделировать на входе измерительного органа АРКТ напряжения,существующие в регулируемой цепи. Для этого к нему необходимо подвести напряжение
Uп = Uш – sIп
Измерительный орган АРКТявляется регулятором по отклонению напряжения от заданного значения UКОНТР, пропорционального напряжению вконтролируемой точке. Если sIп будет равно падению напряжения в эквивалентной линии Zэ, л (от шин подстанции до контролируемойточки), т, е. sIп = Zэ, лIп, то при наличии АРКТ напряжениеу потребителя (в контролируемой точке) будет соответствовать заданномузначению. Из сказанного следует необходимость ввести в измерительный органнапряжения АРКТ сигнал, пропорциональный току нагрузки. Целесообразноиспользовать суммарный ток нагрузки, поскольку при различных графикахизменения нагрузок потребителей регулирование по суммарному току более точноотвечает необходимому закону регулирования.
Измерительный орган подключаетсяк трансформатору напряжения ТН и трансформаторам тока ТТ (рис. 9, а).
При отключении выключателя В(рис. 9, а) АРКТ необходимо вывести из работы, что производитсявспомогательным контактом В путем отсоединения выхода АРКТ от приводного механизмаПМ устройства РПН. *
На двухтрансформаторныхподстанциях, работающих с отключенным СВ, АРКТ устанавливается на каждомтрансформаторе. При отключении одного из трансформаторов и включении секционного. выключателя следует убедиться (у АРКТ остающегося в работе трансформатора) вправильности поддержания напряжения при встречном регулировании и принеобходимости изменить значение s.
Особенностями АРКТ являютсярелейность действия, наличие зоны нечувствительности Uнч выбираемой большей, чемступень изменения напряжения DUст припереключении одной отпайки:
Uнч = (1.25¸1.3) DUст
Переключение отпаек необходимопроизводить с выдержкой времени, обеспечивающей отстройку от кратковременныхколебаний напряжения (например, при пуске электродвигателей). Поэтом при выходенапряжения у потребителя из зоны нечувствительности регулятора (рис. 9, б)АРКТ через время tср = 1¸2 мин воздействует на РПН.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. КривенкоВ.В., Новелла В.Н. «Релейная защита и автоматика систем электроснабжения» М.,«Энергоиздат», 1981
2. Крюков В.И.«Обслуживание и ремонт электрооборудования подстанций и распределительныхустройств», М., «Высшая школа», 1983