методэ. Шелушенина РЗА генер. АТ и С.Ш.. М. О. Скрипачев релейная защита электроэнергетических систем. Защита генераторов, трансформаторов и сборных шин
 Скачать 4.26 Mb.
|
|
ТРАНСФОРМАТОРОВ При нагрузке и внешних КЗ в реле будет протекать вторичный ток небаланса 2 в нб . . . I I I − = , который может приводить к неправильной работе защиты. Ток небаланса в дифференциальной защите трансформатора может вызываться погрешностями трансформаторов тока регулированием напряжения силового трансформатора неполным выравниванием вторичных токов в плечах дифференциальной защиты. Расчетный ток небаланса, от которого отстраивается ток срабатывания дифференциальной защиты, определяется тремя составляющими и равен '' ' нб '' нб ' нб расч нб I I I I + + = , где ' нб I – ток небаланса, обусловленный погрешностями трансформаторов тока; '' нб I – ток небаланса, обусловленный регулированием напряжения защищаемого трансформатора; '' ' нб I – ток небаланса, возникающий за счет неполного выравнивания вторичных токов Составляющая ' нб I , вызванная погрешностями трансформаторов тока (наличием токов намагничивания. С учетом токов намагничивания разность вторичных токов, проходящих через реле при внешнем КЗ: = − = = 2 в нб p I I I I = − − − 2 нам 1 нам I II . II . I I . I . K I I K I I − − − = 2 нам 1 нам 2 II 1 I I II I I I I K I K I K I K I Считая, что неравенство первичных токов по значению и фазе полностью компенсировано (разность первой скобки равна нулю, получаем, что первичный ток небаланса равен разности намагничивающих токов: нам нам ' нб I II I I I − = (Эта составляющая тока небаланса имеет наибольшую величину и является основной. Трансформаторы тока с высшей и низшей сторон в дифференциальной защите трансформатора имеют разные типы и разную конструкцию, что ведет к различию магнитных характеристик трансформаторов тока, их токов намагничивания и к увеличению тока небаланса. Поэтому для дифференциальной защиты стараются применять трансформаторы тока с сердечниками класса Р. Они имеют очень высокие характеристики намагничивания и не насыщаются при больших кратностях тока. Особенно резко отличаются характеристики встроенных в силовые трансформаторы трансформаторов тока и выносных. Рассчитывается ' нб I по формуле: max I k ε k I КЗвн апер одн ' нб ⋅ ⋅ ⋅ = , (1.12) где одн k – коэффициент однотипности трансформаторов тока, принимается равным 1; ε – относительная полная погрешность трансформаторов тока, равна 0,1; 21 апер k – коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей в токе КЗ. Для защиты с реле РТ 2 апер = k , для защиты с реле РНТ и ДЗТ-11, которые имеют специальные быстронасы- щающиеся трансформаторы, 1 апер = k Составляющая '' нб I , вызванная регулированием напряжения (коэффициента трансформации т) силового трансформатора. Компенсация неравенства первичных токов с помощью выравнивающих трансформаторов или автотрансформаторов производится для номинального значения т. При регулировании напряжения переключаются отпайки на одной из обмоток трансформатора, т. е. изменяется его коэффициент трансформации т, компенсация токов в защите нарушается ив реле появляется ток небаланса '' нб I , который рассчитывается по формуле: max I u I КЗвн. '' нб 100 % ⋅ ∆ = , (где % u ∆ – максимальное значение отклонения от среднего напряжения при регулировании. На повышающих силовых трансформаторах предусматриваются ответвления, позволяющие изменять напряжения на отключенном трансформаторе в пределах % 5 ± от номинального (среднего) значения, при этом Современные понижающие трансформаторы и автотрансформаторы выпускаются с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) в довольно широком диапазоне. Например, у трансформаторов 110 кВ диапазон регулирования составляет % 2 8 × ± , тогда Составляющая '' ' нб I , возникающая при неточном выравнивании вторичных токов плеч защиты Составляющая '' ' нб I определяется по формуле: max I f I КЗвн выр ''' нб 100 % ⋅ ∆ = , (где ∆f выр % – относительное значение неравенства вторичных токов ив плечах защиты 100 % 1 2 1 выр ⋅ − = ∆ I I I f В формулах (1.12), (1.13), (1.14) max I КЗвн – максимальное значение тока КЗ при повреждении за трансформатором (точка К1 на рис. При этом учитывается тот вид КЗ, при котором ток больше, – обычно это трехфазное КЗ. Чтобы дифференциальная защита не сработала при внешних КЗ, ее ток срабатывания необходимо отстроить оттока небаланса: расч нб отс з с I k I ≥ , где k отс = 1,3. 1.6. НАЛИЧИЕ НАМАГНИЧИВАЮЩЕГО ТОКА СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА Намагничивающий ток силового трансформатора в нормальном режиме составляет (1-5%) ном. При включении под напряжение или при восстановлении напряжения после КЗ по обмотке трансформатора со стороны источника питания протекает бросок намагничивающего тока, который носит затухающий характер и содержит большую апериодическую составляющую (рис. 1.8, б. Ток намагничивания в первый момент может достигать значения ном нами быстро затухает. Кривая тока носит асимметричный характер и содержит различные, в основном четные гармоники. Характерным свойством кривой является наличие апериодической составляющей и наличие второй гармоники. Время затухания токов определяется постоянными времени трансформатора и сети и может достигать 2-3 с. Чем мощнее трансформатор, тем дольше продолжается затухание. В кривой тока КЗ в первый момент повреждения также содержится апериодическая составляющая, однако время ее затухания составляет несколько периодов тока промышленной частоты Протекает ток намагничивания только по той обмотке, которая включается под напряжение, и весь попадает в дифференциальное реле (рис. 1.8, а). Рис. 1.8. Бросок тока намагничивания в дифференциальной защите трансформатора Чтобы защита не срабатывала от броска намагничивающего тока, ток срабатывания защиты выбирается больше, чем ток намагничивания: нам. с.з I I max > Величина тока намагничивания, попадающая в реле, оценивается в долях от номинального тока коэффициентом k, тогда ном з с I k I ⋅ = , (где 6 1 ÷ = k в зависимости от вида реле. Для повышения чувствительности защиты и уменьшения коэффициента k принимаются специальные меры – применяются специальные быстронасыщающиеся промежуточные трансформаторы тока (НТТ), через которые включаются дифференциальные реле тока. НТТ не пропускает апериодическую составляющую, что позволяет уменьшить k до значения 3 , 1 1 ÷ (реле типа РНТ и ДЗТ-11), в то время как для реле РТ коэффициент k = 3 ÷ 5; – используются в реле ДЗТ-21 времяимпульсный принцип и торможение от второй гармоники тока намагничивания, что позволяет снизить коэффициент k до значений 0,3÷0,5. 1.7. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ОТСЕЧКА Защита выполняется с помощью реле тока типа РТ. Схема защиты приведена на рис. 1.9. Для выравнивания вторичных токов используется автотрансформатор Ток срабатывания защиты выбирается по двум условиям отстраивается от броска тока намагничивания при включении силового трансформатора 3 I ном з с ⋅ ÷ = (1.17) – отстраивается оттока небаланса при внешних КЗ (точка К на рис. 1.9): расч нб отс з с I k I = , (где k отс = Ток небаланса расч нб I содержит три составляющих и определяется по (За расчетное принимается большее значение тока срабатывания из условий (1.17) и (1.18). 25 Рис. 1.9. Дифференциальная отсечка на трансформаторе Коэффициент чувствительности защиты определяется при КЗ в зоне действия защиты в случае, когда ток КЗ будет иметь минимальное значение, и должен быть не менее 2: 2 с.з ч ≥ = I I k min КЗ , (где min I КЗ – ток двухфазного КЗ при повреждении в зоне действия защиты в минимальном режиме работы системы. Достоинство защиты – простота. Недостатком является низкая чувствительность, т. к. расчетным обычно бывает первое условие и ток срабатывания получается большим. Такая защита не будет чувствительной к витковым замыканиям. Раньше применялась на трансформаторах малой и средней мощности. В настоящее время не применяется 1.8. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЫСТРОНАСЫЩАЮЩИХСЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ Быстронасыщающийся трансформатор тока (НТТ) имеет две обмотки – первичную, которая включается в дифференциальную цепь трансформаторов тока, и вторичную. Ко вторичной обмотке подключено реле тока РТ (рис. 1.10, а). При внешних КЗ по первичной обмотке НТТ будет протекать ток небаланса, содержащий апериодическую составляющую. При включении силового трансформатора по первичной обмотке НТТ будет протекать вторичный ток намагничивания силового трансформатора, который также содержит большую апериодическую составляющую. Апериодическая составляющая тока I апер (рис. 1.10, б) мало изменяется во времени. Она создает в магнитопроводе НТТ магнитный поток Фа, который также слабо изменяется во времени. ЭДС Е, наводимая во вторичной обмотке НТТ, пропорциональна изменению магнитного потока Ф 2 − = . Слабо изменяющийся поток Фа будет наводить во вторичной обмотке ничтожную по величине ЭДС. Можно считать, что апериодическая составляющая практически не трансформируется во вторичную обмотку НТТ. Поток Фа будет намагничивать магнитопровод и насыщать его. В результате трансформация периодической составляющей тока из первичной обмотки НТТ во вторичную сильно ухудшится, ив реле попадет только часть периодической составляющей тока небаланса. 27 Рис. 1.10. Характеристики насыщающегося трансформатора После затухания апериодической составляющей условия для трансформации периодической составляющей восстанавливаются. Следовательно, ток срабатывания защиты с НТТ должен отстраиваться только от периодической составляющей тока небаланса и тока намагничивания при включении силового трансформатора. С НТТ выпускаются реле для защиты трансформаторов типов РНТ-560 и ДЗТ-11. Следует отметить, что в первый момент КЗ в зоне действий защиты в токе КЗ также будет содержаться большая апериодическая составляющая, которая будет насыщать НТТ и замедлит работу реле. Продолжительность такого замедления невелика и составляет с. Замедление действия защиты при КЗ в зоне является недостатком схемы с НТТ. 28 1.9. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА С РЕЛЕ ТИПА РНТ-560 Реле РНТ-560 совмещает в себе устройство для выравнивания вторичных токов в защите и быстронасыщающийся трансформатор НТТ для подавления апериодической составляющей Упрощенная схема реле РНТ и схема его подключения изображены на рис. Рис. 1.11. Токовые цепи дифференциальной защиты с реле РНТ-565 Насыщающийся трансформатор реле (НТТ) выполнен на трех- стержневом магнитопроводе. На среднем стержне расположены рабочая дифференциальная обмотка w p , две уравнительные обмотки w ур и одна секция короткозамкнутой обмотки 'к. На одном из крайних стержней магнитопровода расположена вторичная обмотка в, к которой подключено реле тока КА типа РТ-40. Уравнительные обмотки служат для выравнивания магнитных потоков от токов в плечах дифференциальной защиты Короткозамкнутая обмотка имеет две секции, одна их которых '' к w расположена на среднем, а другая 'к на крайнем стержне магнитопровода. Эта обмотка служит для лучшей отстройки от токов небаланса. Ток во вторичную обмотку НТТ попадает двумя путями: прямой трансформацией из дифференциальной обмотки во вторичную и двойной трансформацией – из дифференциальной обмотки в короткозамкнутую, а из короткозамкнутой – во вторичную. Если по обмотке р протекает ток небаланса с содержанием большой апериодической составляющей, то апериодическая составляющая будет намагничивать магнитопровод и ухудшать трансформацию периодической составляющей из первичной обмотки w p во вторичную в. Еще больше ухудшится двойная трансформация, поэтому в реле КА попадет только небольшая часть токов небаланса и защита будет от него отстроена. Ток срабатывания защиты с реле РНТ выбирается также по двум условиям отстройка от броска тока намагничивания при включении силового трансформатора: ном з с kI I = , где коэффициент k принимается равным ном – номинальный ток трансформатора по условию отстройки от токов небаланса при внешних КЗ расч нб отс з с I k I = (1.21) Ток небаланса рассчитывается по (1.10), причем при расчете составляющей нб I ′ коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую в токе КЗ, принимается равным k апер = Завод ЧЭАЗ выпускает реле серии РНТ-560 нескольких исполне- ний. Для дифференциальной защиты генераторов и трансформаторов используются реле РНТ-565 и РНТ-566, которые различаются выполнением первичных обмоток У реле типа РНТ-565 на насыщающемся трансформаторе одна рабочая дифференциальная обмотка и две уравнительные обмотки. Схема защиты трехобмоточного трансформатора с реле РНТ-565 приведена на рис. 1.12. Уравнительные обмотки w ур1 и w ур2 включены в плечи защиты со стороны ВН и НН трансформатора. Токи этих плеч защиты проходят по уравнительными дифференциальной р обмоткам. В плечо со стороны СН включена только дифференциальная обмотка. Ток срабатывания реле регулируется изменением числа витков обмоток р, w ур1 и w ур2 Рис. 1.12. Реле РНТ – а – расположение обмоток на магнитопроводе 1 – дифференциальная, 2 – вторичная – короткозамкнутая, 4 – уравнительные б – схема внутренних соединений В реле типа РНТ-566 имеется три рабочих обмотки р, р, w р3 , каждая из которых подключается к трансформаторам тока одной из сторон защищаемого трехобмоточного трансформатора или автотрансформатора (рис. 1.13). Обмотки р и р выполнены на вторичный номинальный ток 1 А, а обмотка w 3 – на ток 5 А. Рис. 1.13. Реле РНТ-566 1.10. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА С РЕЛЕ, ИМЕЮЩИМ ТОРМОЖЕНИЕ (ДЗТ) Применяется такая защита на трансформаторах с регулированием напряжения под нагрузкой или на многообмоточных трансформаторах. В таких случаях периодическая составляющая небаланса при внешних КЗ имеет большое значение, и чувствительность защиты с реле РНТ получается низкой. Для повышения чувствительности применяются реле с магнитным торможением типа ДЗТ-11. Реле ДЗТ-11 имеет конструкцию, приведенную на рис. Реле состоит из трехстержневого насыщающегося трансформатора, на среднем стержне которого расположены рабочая дифференциальная обмотка р и две уравнительные обмотки. Рабочая обмотка включается в дифференциальную цепь трансформатора тока на разность токов плеч защиты На крайних стержнях расположены две секции тормозной обмотки w т . Тормозная обмотка включается водно из плеч дифференциальной защиты и обтекается одним из вторичных токов (на рис. 1.14 – током Рис. 1.14. Токовые цепи дифференциальной защиты с реле ДЗТ-11 Кроме того, на крайних стержнях расположены две секции вторичной обмотки, к которым подключено электромагнитное реле КА типа РТ-40. Магнитный поток рабочей обмотки Фр замыкается по двум крайним стержням магнитопровода. Он наводит ЭДС в секциях вторичной обмотки. Секции включены так, что ЭДС от потока Фр в них складываются и создают ток в реле. Следовательно, ток из рабочей обмотки трансформируется во вторичную. Магнитный поток тормозной обмотки замыкается по двум крайним стержням магнитопровода. Он будет наводить в двух секциях вторичной обмотки ЭДС, направленные навстречу друг другу. Эти ЭДС взаимно уничтожаются и не создают ток в реле. Следовательно, ток из тормозной обмотки во вторичную обмотку не трансформируется. Ток тормозной обмотки и поток Ф т будут насыщать сердечники ухудшать трансформацию из рабочей дифференциальной обмотки во вторичную. Чем больше этот поток, тем хуже будет трансформация. Токовое реле КА имеет постоянное значение тока срабатывания. Чем хуже трансформация, тем меньшая доля тока будет попадать в реле и тем, следовательно, больше должен быть первичный ток, чтобы реле сработало. Таким образом, чем больше будет тормозной магнитный поток, тем больше будет ток срабатывания реле. На риса показаны токи, протекающие по обмоткам реле при внешнем КЗ (точка К. Как видно из рисунка, по дифференциальной обмотке р протекает разность вторичных токов, равная току небаланса I нб. . По тормозной обмотке т протекает вторичный ток КЗ I 1 . На рис. 1.15, б показано максимальное значение тока КЗ при повреждении в точке К к. Этот ток протекает по тормозной обмотке и создает магнитный поток торможения, под действием которого ток срабатывания увеличивается. Для того чтобы защита надежно не сработала при внешних КЗ, ее тормозная характеристика 1 должна проходить выше кривой тока небаланса 2. Приуменьшении тока внешнего КЗ уменьшается торможение и ток срабатывания реле. Но одновременно уменьшается и ток небаланса, поэтому защита остается отстроенной от I нб. При КЗ в зоне ток, протекающий по тормозной обмотке, загрубляет реле – увеличивает его I с.р. также, как в условиях внешнего КЗ. Но при КЗ в зоне по рабочей обмотке будет протекать вторичный ток КЗ, рабочий магнитный поток возрастает и реле срабатывает. При КЗ в зоне в минимальном режиме работы системы ток КЗ будет уменьшаться (прямая 3, рис. 1.15, б, но при этом будет уменьшаться торможение и ток срабатывания реле Рис. 1.15. Реле ДЗТ-11: а – токи в обмотках при внешних КЗ; б – характеристики реле – тормозная характеристика 2 – ток небаланса; 3 – ток в реле при КЗ в зоне Минимальный ток, при котором реле сработает, определяется точкой аи чувствительность реле с торможением оказывается выше, чему реле с БНТ без торможения (точка б). Зависимость тока срабатывания реле оттока в тормозной обмотке называется тормозной характеристикой реле (рис. 1.16). Из-за насыщения магнитопровода характеристика нелинейна. Ток срабатывания реле и торможение регулируются изменением чисел витков рабочей и тормозной обмоток, поэтому типовые тормозные характеристики реле ДЗТ-11 [8] представляют собой зависимость ампервитков срабатывания реле F с.р. =AW ср от ампервитков торможения F т =AW т (рис. Для упрощения расчетов тормозная характеристика реле спрямляется (проводится касательная к характеристике изначала координат. Из спрямленной характеристики определяется коэффициент торможения: т рт р ст tg F F AW AW k = = α = 35 Значения коэффициентов торможения для различных модификаций реле ДЗТ-11 приводятся в справочниках и паспортах реле. Для ДЗТ-11/2, которое используется для защиты двухобмоточных трансформаторов, т, для реле ДЗТ-11/5 k т =0,75. Рис. 1.16. Тормозные характеристики реле типа ДЗТ-11/4: 1 – зона срабатывания 2 – зона срабатывания или торможения в зависимости от угла между тормозными рабочим токами 3 – зона торможения – характеристика срабатывания, соответствующая максимальному торможению – тоже минимальному торможению Благодаря использованию в реле насыщающегося трансформатора апериодический ток почти не трансформируется во вторичную обмотку, поэтому реле ДЗТ-11 не реагирует на апериодическую составляющую в броске тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение ив токе небаланса при внешнем КЗ. Однако у реле нет короткозамкнутой обмотки, как у реле РНТ, поэтому защита с реле ДЗТ-11 оказывается несколько хуже отстроенной от апериодических составляющих, чем защита с реле РНТ. 36 При расчете защиты с реле ДЗТ-11 учитываются два условия ток срабатывания защиты при отсутствии торможения выбирается по условию отстройки от броска тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение: I с.з.min =kI ном , где коэффициент k, учитывающий величину броска, принимается равным. По значению тока I с.з.min определяется ток срабатывания реле I с.р.min и число витков рабочей дифференциальной обмотки д отстройка от токов небаланса при внешнем КЗ обеспечивается выбором числа витков тормозной обмотки. При внешнем КЗ в дифференциальной обмотке протекает ток не- баланса I нб.max и создает ампервитки раб I нб.max да по тормозной обмотке протекает тормозной ток т и создает ампервитки торможения F т =I т w т Чтобы реле не сработало при внешних КЗ, точка с координатами F раб и т (см. рис. 1.16) должна лежать ниже характеристики торможения, те. число витков тормозной обмотки нужно выбрать так, чтобы k отс F раб = F т k т , k отс I нб.max w д = I т w т k т Отсюда число витков тормозной обмотки т т р нб отс т , (где коэффициент отстройки k отс =1,5. |