1Общие вопросы релейной защиты

• Название: 1Общие вопросы релейной защиты
• Анкор: releinaya_zashita.docx
• Дата: 23.03.2018
• Размер: 1.27 Mb.
• Имя файла: releinaya_zashita.docx
• Тип: Документы; #17077
• страница: 17 из 19

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).              

4.  Релейная защита шин станций и подстанций

Системы шин распределительных устройств находятся в относительно благоприятных условиях эксплуатации (по сравнению с линиями). Они расположены на территории станции или подстанции и защищены от грозовых перенапряжений. Часто распределительные устройства выполняются закрытыми, однако и в таких условиях возможны повреждения:

- поломки трансформаторов тока и напряжения, расположенных между выключателями и шинами;

-  перекрытие шинных изоляторов и вводов выключателей (особенно зимой);

- поломка изоляторов, выключателей, разъединителей от электродинамических усилий или при неправильных действиях персонала;

- отказ в срабатывании реле тока при низких температурах.

И, хотя вероятность повреждения невелика, последствия могут быть очень тяжелыми. КЗ на шинах часто сопровождается отключением целой подстанции или даже электростанции. Поэтому любое повреждение на шинах должно быть устранено как можно быстрее. Для этой цели часто используются резервные защиты питающих элементов - линий, трансформаторов, генераторов. Обычно это МТЗ или дистанционные защиты. Эти защиты могут быть и основными, и единственными, если шины подстанции питаются от одного источника и несекционированы. В основном такое решение применяется на маломощных подстанциях.

Если к шинам присоединено несколько источников или имеется две системы сборных шин, или сборные шины секционированы секционным выключателем, отключение КЗ резервными защитами получается неселективным.

В таких случаях применяются специальные защиты: токовые и дифференциальные.

4.1. Токовые защиты

В случае если от секционированных шин подстанции с включенным секционным выключателем отходят реактированные линии, защиту шин можно выполнить в виде токовой мгновенной отсечки (рис.67).

Ток срабатывания защиты выбирается больше тока КЗ за реактором. Защита действует на отключение секционного выключателя без выдержки времени.

При наличии не реактированных линий (рис.68) применяются токовые отсечки с выдержкой времени и МТЗ. Ток срабатывания и выдержка времени выбирается из условия отстройки от тока срабатывания и выдержки времени защит потребителей, например, защит отходящих линий.

 

                                                    

                                                                  Рис.67

 

     

                                                                 Рис.68

 

Время срабатывания защиты выбирается больше времени срабатывания защиты потребителей.

Для токовой отсечки:

;

,

где t_сз1 – время срабатывания защиты потребителей.

Для МТЗ:

;

.

 

Защиты действуют на отключение секционного выключателя. Отключение трансформатора происходит под действием его резервной защиты.

Токовая защита применяется на шинах напряжением 6-10 кВ и как исключение 35 кВ.

4.2. Дифференциальная защита

Для защиты шин напряжением 110 кВ и выше (а в ответственных случаях для шин 35 кВ) применяется полная дифференциальная защита.

Защита шин генераторного напряжения осуществляется неполной дифференциальной защитой.

Принцип действия полной дифференциальной защиты шин основан на сравнении геометрической суммы токов приходящих и отходящих от шин.

                                                

                                  Рис.69. Схема дифференциальной защиты шин

В нормальном режиме эта сумма равна нулю (рис.69):

;

S I = 0.

При КЗ на отходящей линии сумма также равна нулю (точка К1):

;

S I = 0.

При КЗ на шинах (точка К2) ток отличен от нуля:

;

.

         Для выполнения защиты на всех присоединениях устанавливают трансформаторы тока, обмотки которых соединяются параллельно.

Особенности выполнения дифференциальной защиты шин

1. Для правильной работы защиты необходимо чтобы трансформаторы тока всех присоединений имели одинаковые коэффициенты трансформации.

2.       Так как трансформаторы тока находятся в неодинаковых условиях, то имеет место большой ток небаланса.

Для уменьшения тока небаланса принимают следующие меры:

- применяют трансформаторы тока класса Д, имеющие не насыщающийся сердечник;

- уменьшают сопротивление соединительных проводов, завышая их сечение.

- дифференциальную схему собирают непосредственно на распределительном устройстве, а к реле протягивают лишь два провода;

- применяют реле с БНТ или торможением.

Ложное отключение шин дифференциальной защитой приводит к серьезной аварии. Под ложным имеется ввиду отключение, например, из-за обрыва соединительных проводов. В схеме защиты (рис.70) предусмотрена блокировка, осуществляющая вывод ее из действия в случае неисправности токовых цепей. Блокировка осуществляется с помощью токового реле нулевой последовательности КАо, включенного в нейтральный провод цепей защиты. В случае обрыва провода одной из фаз плеча любого присоединения несбалансированный ток фазы, пройдя через нулевой провод, вызовет срабатывание реле КАо, которое подаст «+» на обмотку реле времени КТ. Последнее, сработав, подаст «+» на обмотку промежуточного реле KL1. Это реле самоудерживается через свой нижний замыкающий контакт, а размыкающим (верхним) снимает «+» с контактов токовых реле, выводя защиту из действия. Возврат блокировки в исходное положение осуществляется с помощью кнопки SB1.

 

                       

                                                                                    Рис.70

 

Кроме токового реле КАо, для контроля за исправностью токовых цепей предусмотрен миллиамперметр PA, установленный в нулевом проводе защиты. Нормально кнопка этого прибора зашунтирована кнопкой SB2, которая размыкается при производстве замеров. Эти замеры раз в смену производит оперативный персонал, проверяя не превышает ли ток небаланса допустимую норму.

Недостаток рассмотренной блокировки состоит в том, что она не работает при обрыве соединительных проводов всех трех фаз. Для исключения этого недостатка в качестве пускового реле используют реле типа РТ-40/Р, каждая обмотка которого включается последовательно с обмоткой реле защиты шин. Эта блокировка будет работать при любом нарушении одного из плеч токовых цепей.

При повреждении на шинах сработает КА1 – токовое реле типа РНТ. Через промежуточное реле KL2 оно действует на отключение выключателей Q₁, Q₂ и Q₃. Использование реле с БНТ позволяет лучше отстроиться от токов небаланса и предотвратить ложное срабатывание защиты при внешних КЗ.

Ток срабатывания пусковых токовых реле в схеме полной дифференциальной защиты шин выбирается большим по двум условиям:

1)     отстройки от максимального тока нагрузки наиболее нагруженного присоединения, что необходимо для предотвращения ложного срабатывания дифференциальной защиты шин при обрыве токовых цепей:

,

где К_н - коэффициент надежности, равный 1,1-1,2 ;

2)     отстройки от максимального тока небаланса в дифференциальной защите при внешнем КЗ на одном из присоединений:

I_с.з=K_н*K_апер*I_{нб.расч.}

         где - расчетный ток небаланса; - коэффициент отстройки от апериодической сотавляющей тока КЗ в переходных режимах (при выполнении защиты на реле РНТ-560 =1; K_н =1,5).

Чувствительность пусковых реле защиты должна проверяться при минимальном токе КЗ на шинах в реальном режиме работы. Коэффициент чувствительности должен быть не меньше 2. В режиме опробования шин коэффициент чувствительности может быть понижен до 1,5.

На электростанциях и подстанциях с реактированными линиями для защиты шин 6-10 кВ применяется