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.
|
|
1.11. ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ ЗАЩИТА С ВРЕМЯИМПУЛЬСНЫМ СПОСОБОМ ОТСТРОЙКИ ОТ ПЕРЕХОДНЫХ ТОКОВ НЕБАЛАНСА И ТОРМОЖЕНИЕМ У дифференциальных защит с реле РНТ-565 и ДЗТ-11 минимальный ток срабатывания защиты выбирается в пределах (1,3-1,5)I ном Для трансформаторов и автотрансформаторов большой мощности минимальный ток срабатывания дифференциальной защиты, согласно ПУЭ [1], должен выбираться меньше номинального тока трансформатора для того, чтобы защита действовала в самом начале повреждения изоляции и при витковых замыканиях в обмотках. Для таких трансформаторов разработаны и применяются реле типа ДЗТ-21 и ДЗТ-23 В защите ДЗТ-21 (ДЗТ-23) для отстройки от бросков тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение используется времяимпульсный принцип в сочетании с торможением током второй гармоники. Для отстройки от токов небаланса при внешних КЗ в защите используется торможение от токов плеч защи- ты. Защита выполнена на полупроводниковой элементной базе, что позволило, кроме увеличения чувствительности, снизить потребляемую защитой мощность по цепям переменного тока и повысить быстродействие по сравнению с защитами на реле РНТ и ДЗТ-11. Отстройка защиты от броска тока намагничивания. При включении трансформатора под напряжение по одной из его обмоток протекает бросок намагничивающегося тока, который может содержать большую апериодическую составляющую (рис. 1.8, б, благодаря которой вся кривая тока оказывается полностью смещенной по одну сторону оси времени. Кривая тока намагничивания при наличии апериодической составляющей может быть представлена состоящей из ряда однополяр- ных импульсов и пауз между ними, причем длительность пауз может достигать ½ периода тока промышленной частоты (0,5 Т) (рис. 1.17, а. Исследования показали [8], что при однополярных бросках тока намагничивания длительность пауз не может быть меньше мс. Это свойство броска использовано для блокировки защиты при наличии в кривой тока намагничивания пауз длительностью более мс (времяимпульсный принцип Рис. 1.17. Временные диаграммы реле ДЗТ-21 При КЗ в зоне действия защиты в реле будет протекать синусоидальный ток (рис. 1.17, б, паузы между мгновенными значениями выпрямленного тока будут малы, защита не будет блокироваться и сработает. Таким образом, оценивая с помощью специальной схемы длительность пауз, защита может отличить режим броска (блокирование защиты) от режима КЗ в зоне (действие на отключение). Бросок тока одной из фаз при включении трансформатора может не содержать апериодической составляющей, однако периодическая составляющая броска может в несколько раз превышать номинальный ток. При периодическом броске тока намагничивания ширина пауз между импульсами будет значительно меньше и блокировка защиты в этом случае не может быть осуществлена времяимпульсным методом. Однако ток периодического броска содержит значительный процент высших гармоник, прежде всего второй, величина которой достигает и более тока первой гармоники. Для блокировки защиты при периодическом броске тока намагничивания используется торможение от второй гармоники дифференциального тока. Для отстройки от токов небаланса при внешних КЗ в защите предусмотрено торможение от токов плеч защиты. Однолинейная структурная схема защиты ДЗТ-21 приведена на рис. 1.18. Она содержит трансреактор TAV, первичная обмотка которого включена в дифференциальную цепь защиты и обтекается дифференциальным током, равным при внешних КЗ 2 д. К вторичной обмотке TAV подключается рабочая цепь реле и цепь торможения оттока второй гармоники. Рабочая цепь реле состоит из выпрямителя VS3, от которого дифференциальный ток подводится к реагирующему органу РОВ рабочую цепь включено также реле дифференциальной отсечки КА. Цепь торможения оттока второй гармоники содержит фильтр тока второй гармоники ZF2, выпрямитель VS4 и устройство формирования УФ, через которое в РО подается тормозной ток второй гармоники. Рис. 1.18. Структурная схема дифференциальной защиты с реле ДЗТ-21 40 Цепь торможения от токов плеч защиты включает два промежуточных трансформатора Т и Т, первичные обмотки которых обтекаются токами I 1 и I 2 от трансформаторов тока. К вторичным обмоткам подключены выпрямители VS1 и VS2, через которые формируется тормозной ток плеч защиты, подаваемый к РО через устройство формирования УФ. Торможение осуществляется от полусуммы выпрямленных токов плеч защиты. В тормозную цепь включен последовательно стабилитрон VD, который обеспечивает при небольших токах работу реле без торможения, что повышает чувствительность защиты при малых токах. Тормозная характеристика защиты приведена на рис. 1.19. Она состоит из горизонтального и наклонного участков. Горизонтальный участок обеспечивается стабилитроном VD. Ток начала торможения I *нач можно установить равным 1 или 0,6 I ном Тормозная характеристика строится в осях р с * I и торм * 5 , 0 I Σ , где р с * I – относительный ток срабатывания реле, торм * I – относительный ток торможения плеч защиты. Рис. 1.19. Тормозные характеристики реле ДЗТ-21 41 Коэффициент торможения защиты равен тангенсу угла наклона наклонной части характеристики и определяется из выражения нач * торм * р с * * отс торм * р с * торм 5 , 0 р , где р относительный ток, протекающий в рабочей цепи реле при внешнем КЗ это ток небаланса; min I р с минимальный ток срабатывания реле при отсутствии торможения, регулируется в пределах от 0,3 до 0,7; торм * I – относительный ток торможения, равный относительному току плеч защиты (вторичный ток КЗ); нач * I – относительный ток начала торможения, выбирается равным или 1; отс k – коэффициент отстройки от токов небаланса при внешних КЗ, принимается равным Коэффициент торможения регулируется в пределах При больших кратностях тока КЗ при повреждении в защищаемой зоне, особенно при наличии апериодической составляющей тока КЗ, может наступить насыщение трансформаторов тока. При этом во вторичных токах появятся паузы, которые могут вызвать замедление или отказ защиты. Для обеспечения быстродействия и надежности защиты в этих режимах в схеме предусмотрена дифференциальная токовая отсечка КА. Ток срабатывания отсечки должен быть отстроен от броска тока намагничивания при включении трансформатора. Он может иметь значение ном или 9I ном Защиты ДЗТ-21 и ДЗТ-23 выполняются трехфазными. В защите ДЗТ-21 используется одно выходное реле для трех фаза у защиты ДЗТ-23 предусмотрен пофазный выход с помощью трех выходных промежуточных реле, что позволяет использовать ее для группы однофазных силовых трансформаторов или автотрансформаторов. Защита при срабатывании определит поврежденную фазу 1.12. ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ Выполняется с помощью специального газового реле, которое устанавливается на трубе, ведущей от бака трансформатора к расшири- телю. При повреждениях внутри трансформатора возникает дуга или сильный нагрев деталей. Масло под действием дуги будет разлагаться, образуются летучие газы, которые поднимаются в расширитель риса, имеющий сообщение с атмосферой. При большом повреждении будет интенсивное газообразование и газы под большим давлением будут вырываться в атмосферу. На пути газового потока ставится газовое реле 1, которое реагирует на появление газа, движение масла и газов и снижение уровня масла. На трансформаторах, снабженных газовым реле, бак трансформатора должен устанавливаться наклонно, чтобы край трансформатора, связанный с расширителем, имел подъем на 1,5÷2% и газы при повреждении не скапливались под крышкой, а беспрепятственно проходили в расширитель. Конструкции газовых реле имеют несколько разновидностей. Реле с чашкообразными элементами рис. 1.20, б. Состоит из чугунного корпуса с фланцами для соединения с трубой, идущей к расширителю. Внутри реле расположены два элемента верхний сигнальный и нижний – отключающий. Сигнальный и отключающий элементы представляют собой открытые алюминиевые чашки, которые могут поворачиваться вокруг осей 3. С каждой чашкой соединен подвижный контакт 5. Чашки, как и все реле, заполнены маслом и удерживаются в начальном положении с помощью пружин 2 и упоров При снижении уровня масла или при слабом газообразовании газ вытесняет масло из верхней части реле, и верхняя чашка реле под действием тяжести оставшегося в ней масла будет опускаться и замкнет верхний сигнальный контакт Рис. 1.20. Газовая защита: а – установка газового реле на трансформаторе (1 – газовое реле 2 – расширитель 3 – прокладка); б – устройство реле с чашкообразными элементами в – схема газовой защиты При интенсивном газообразовании нижняя чашка под действием потока масла опрокидывается и замыкает нижний контакт. С нижней чашкой соединена лопасть 6, которая при бурном газообразовании поворачивается вместе с нижней чашкой и замыкает отключающие контакты Запорожский трансформаторный завод выпускал реле с чашкооб- разными элементами типа РГЧ-66. Газовое реле с чашкообразными элементами имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, контакты реле находятся в масле. Масло благодаря примесям является агрессивной средой и создает на контактах окисную пленку, которая препятствует замыканию контактов. Во-вторых, в реле токоведущий проводник подключается к подвижному контакту, связанному с чашкой. Чашка при работе трансформатора слабо вибрирует, из-за чего проводник может обломиться. Новые газовые реле зарубежных и ряда российских фирм лишены указанных недостатков. Реле Бухгольца. Большое распространение в последние годы получили газовые реле, изготовленные в Германии реле Бухгольца (типа BE-80Q) и струйные реле (типа URF 25/10). Струйные реле предназначены для трансформаторов с регулированием под нагрузкой коэффициента трансформации (РПН). Устройство РПН размещается в отдельном баке, и для защиты устройства РПН от повреждений внутри его бака используется струйное реле. Эти реле имеют один отключающий элемент, реагирующим органом которого является поворотная пластина, установленная на пути потока маслогазовой смеси. Газовые реле типа РГТ 50 (РГТ 80). Начиная с 1996 г. российская фирма «ОРГРЭС» совместно с ВНИИР разработала и начала серийный выпуск новых отечественных газовых (РГТ50 и РГТ80) и струйных (РСТ25) реле защиты силовых трансформаторов. Новые реле по сравнению с известными отечественными и зарубежными имеют более простую и надежную конструкцию и более удобны в эксплуатации Реагирующий блок реле типа РГТ (рис. 1.21) имеет сигнальный и два отключающих элемента. Сигнальный элемент представляет собой пластиковый поплавок 5, на котором укреплен постоянный магнит. Отключающий элемент выполнен в виде такого же поплавка 4 с постоянным магнитом. Другим отключающим элементом служит пластина 6, 45 установленная поперек потока масла и газа. На пластине укреплен магнит 7. Поплавки реле выполнены сплошными и не имеют механических связей с другими элементами реле. Контактная система сигнального и отключающих элементов выполнена при помощи магнитоуправ- ляемых герконов, замыкание которых происходит при воздействии на них постоянных магнитов, перемещаемых поплавками и поворотной пластиной. Герконы вместе с соединительными проводами размещены в корпусе контактного узла 3 и полностью изолированы от масла. Специальная кнопка опробования обеспечивает проверку работы реле при действии поплавков и отдельно при действии напорной пласти- ны. В реле два независимых отключающих и два сигнальных контакта. Сигнальные контакты срабатывают при снижении уровня масла в реле, соответствующем уменьшению объема масла на 100-250 см отключающие контакты срабатывают раньше, чем уровень масла снизится до нижнего края отверстия фланца реле Рис. 1.21. Реагирующий блок газового реле – крышка реле 2 – вводной штуцер 3 – корпус контактного узла 4 – нижний поплавок – верхний поплавок 6 – напорная пластина 7 – магнит напорной пластины На реле можно установить следующие уставки по скорости потока маслогазовой смеси, м/с: на газовом 1,0; 1,5 на струйном 1,2; 1,5; 2,0; 2,5 Схема защиты Газовая защита обладает очень большой чувствительностью. Она работает при повреждениях трансформатора, сопровождающихся малыми токами КЗ, при витковых замыканиях, когда другие защиты будут нечувствительны. Поэтому все мас- лозаполненные трансформаторы мощностью 1000 кВА и выше оборудуются газовой защитой. Сигнальный орган срабатывает после накопления в газовой ловушке реле более 400 см газа. газа ≥ 400 см 47 Отключающий орган срабатывает, если скорость парогазовой смеси, воздействующей на пластину реле, превысит уставку V смеси ≥ V с.з. , где V с.з – уставка реле (0,65; 1,0; 1,5 м/с). Газовая защита может ложно работать при любых сотрясениях трансформатора (например, при внешних КЗ) или после доливки масла, когда воздух будет выделяться из масла при его нагревании. Для предотвращения ложного действия газовая защита после доливки масла переводится на сигнал. Схема газовой защиты приведена на рис. 1.20, в. В схеме применяется промежуточное реле KL с удерживающими обмотками. Газовое реле может замыкать контакты кратковременно, если нижний элемент будет болтаться в потоке газа. Оно подает кратковременно ток в обмотку реле KL. Реле срабатывает и удерживается своими удерживающими обмотками до отключения выключателя. Накладка SX служит для перевода газовой защиты на сигнал после доливки масла в трансформатор. Газовая защита не действует при повреждениях на выводах трансформатора, поэтому должна дополняться второй защитой от внутренних повреждений. Для маломощных трансформаторов это отсечка и МТЗ. Для мощных трансформаторов применяется дифференциальная защита. Газовая защита устанавливается также на маслонаполненных реакторах и дугогасящих катушках. ЗАЩИТА ОТ СВЕРХТОКОВ ПРИ ВНЕШНИХ КЗ Защита от внешних КЗ является резервной и служит для отключения трансформатора при КЗ на сборных шинах НН или отходящих от них присоединениях, если защиты или выключатели этих элементов отказали в работе (дальнее резервирование) (рис. 1.22). Одновременно защита от внешних КЗ выполняет функцию ближнего резервирования, т. е. отключает КЗ в трансформаторе при отказе основных защит. Наиболее простой защитой от внешних КЗ является МТЗ. В тех случаях, когда ее чувствительность оказывается недостаточной, применяются МТЗ спуском по напряжению токовая защита обратной последовательности дистанционная защита. Максимальные токовые защиты понижающих двухобмоточных трансформаторов устанавливаются со стороны питания. На рис. приведена схема МТЗ с двумя трансформаторами тока (неполная звезда) и двумя токовыми реле КА и КА, которые, сработав, пускают реле времени КТ. У реле КТ используются два контакта. Проскальзывающий контакт КТ.1 с меньшей выдержкой времени t 1 отключает выключатель Q2 со стороны НН, ас большей выдержкой) упорный контакт КТ.2 отключает выключатель Q1. В случае неотключившегося внешнего КЗ на стороне НН (точка К, рис. 1.22) МТЗ с выдержкой времени t 1 отключит выключатель Q2, трансформатор при этом остается под напряжением. В случае же повреждения в трансформаторе и отказе его основных защит МТЗ с выдержкой времени t 2 отключит выключатель Ток срабатывания МТЗ должен быть отстроен от максимального тока нагрузки с учетом самозапуска двигателей max I k k k I раб в сзп отс з с ⋅ = , (где k отс – коэффициент отстройки (1,1-1,2); k СЗП – коэффициент самозапуска, зависит от доли асинхронной нагрузки (в – коэффициент возврата реле. Максимальный ток нагрузки раб определяется из условия отключения параллельно работающего трансформатора Рис. Максимальная токовая защита двухобмоточного трансформатора Если на подстанции имеется АВР, то ток срабатывания защиты определяется дополнительно по условию увеличения нагрузки за счет подключения потерявшей питание соседней секции при включении устройством АВР секционного выключателя (рис. 1.23): ) ( раб 2 сзп раб 1 в отс з с max max I k I k k I + = (1.25) Коэффициент чувствительности защиты определяется по формуле з с КЗ ч I I k min = , где min I КЗ – минимальное значение тока КЗ в конце зоны резервирования при двухфазном КЗ. Значение ч должно быть не менее 1,5 при повреждении в точке К (рис. 1.22). Желательно иметь ч не менее 1,2 50 при КЗ в конце зоны дальнего резервирования, хотя допускается по ПТЭ невыполнение данного требования. Рис. 1.23. Подстанция с АВР на секционном выключателе Выдержка времени (действие на отключение Q2, рис. 1.22) выбирается на ступень селективности Δt больше наибольшей выдержки времени защит присоединений стороны НН трансформатора = t отх.прис. + Δt . При наличии на подстанции секционного выключателя (рис. выдержка времени t 1 выбирается на ступень селективности Δt больше выдержки времени МТЗ секционного выключателя t 1 = t с.з.СВ + Δt Выдержка времени на отключение выключателя Если чувствительность МТЗ оказывается недостаточной, то применяется МТЗ спуском по напряжению Максимальная токовая защита спуском по напряжению (рис. 1.24) обычно выполняется скомбинированным пуском по напряжению. В схеме используются два реле напряжения реле минимального напряжения KV1 типа РН-54 включено на линейное напряжение и действует при трехфазных КЗ; – фильтр-реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М (РСН-13) действует при несимметричных КЗ. Рис. 1.24. МТЗ с блокировкой напряжения При перегрузках и самозапуске двигателей напряжение сильно не снижается и защита от этих режимов отстраивается по напряжению, поэтому ток срабатывания защиты отстраивается от номинального тока трансформатора: ном в отс з с I k k I = (1.28) Напряжение срабатывания реле минимального напряжения отстраивается от остаточного напряжения при самозапуске последействия АВР или АПВ: отс сзп ) .( з с , (1.29) 52 где сзп U – междуфазное напряжение вместе установки защиты при самозапуске, может быть принято 0,7U ном ; отс k – коэффициент отстройки, равный Обычно принимается U с.з(KV1) =(0,5÷0,6)U ном Напряжение срабатывания фильтр-реле напряжения обратной последовательности принимается по условию отстройки от напряжения небаланса: U 2с.з(KV2) = ном (Чувствительность защиты потоку определяется по (1.26), чувствительность для реле минимального напряжения – по формуле max U k U k з. в с.з. ч ⋅ = , где з – междуфазное напряжение вместе установки МТЗ при трехфазном КЗ в расчетной точке. Для реле напряжения обратной последовательности з ч , где min U 2 – междуфазное значение напряжения обратной последовательности при двухфазных КЗ в расчетных точках. В соответствии с ПУЭ [1] для реле тока и напряжения необходимо обеспечить следующие коэффициенты чувствительности 1,5 – при КЗ на стороне НН трансформатора 1,2 – при КЗ в конце зоны резервирования. Если чувствительность МТЗ потоку недостаточна при двухфазных КЗ, то применяется токовая защита обратной последовательности. Токовая защита обратной последовательности рис. 1.25) состоит из токового реле KAZ, включенного через фильтр токов обратной последовательности. Тип реле РТФ-8. 53 Ток срабатывания защиты отстраивается оттока небаланса при максимальной нагрузке и согласуется по чувствительности с защитами отходящих присоединений. Из этих условий принимается I с.з. =(0,5÷0,6)I ном , (где ном – номинальный ток трансформатора. Отсюда следует, что чувствительность защиты обратной последовательности будет выше, чему МТЗ и МТЗ спуском по напряжению. Защита обратной последовательности действует только при несимметричных КЗ. Для действия при трехфазных КЗ она дополняется однофазной МТЗ спуском по напряжению, состоящей из реле тока КА1 и реле минимального напряжения Токовая защита нулевой последовательности реагирует на ток при одно- и двухфазных КЗ на землю. Она применяется на повышающих трансформаторах и автотрансформаторах и устанавливается со стороны обмоток ВН и СН, если последние соединены по схеме звезда с глухозаземленной нейтралью. Защита имеет два варианта исполнения (рис. 1.26). В схеме риса реле КА подключено к трехтрансфор-матор- ному фильтру нулевой последовательности Рис. 1.25. Токовая защита обратной последовательности Рис. 1.26. Токовая защита нулевой последовательности повышающего трансформатора: а – защита с трехтрансформаторным фильтром токов нулевой последовательности б – защита включена на ток нейтрали трансформатора в – оперативные цепи защиты В схеме рис. 1.26, б реле КА подключено к трансформатору тока, который установлен в токопроводе, связывающем нейтраль трансформатора с землей. Последняя схема рекомендуется к применению. Защита действует с выдержкой времени (реле KT) на отключение трансформатора. Защита является резервной и выполняет, как правило, функцию дальнего резервирования. Она отстраивается оттока небаланса фильтра и согласуется повремени с защитами отходящих присоеди- нений стороны ВН. |