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.
|
|
1.14. ОСОБЕННОСТИ РЕЗЕРВНЫХ ЗАЩИТ АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ Резервные защиты от внешних междуфазных КЗ автотрансформаторов. На трехобмоточных понижающих автотрансформаторах и на автотрансформаторах связи электрических станций применяются на стороне НН – МТЗ скомбинированным пуском напряжения на сторонах ВН и СН автотрансформаторов связи электростанций одноступенчатые или двухступенчатые (для автотрансформаторов с ВН 500 кВ) дистанционные защиты на автотрансформаторах с высшим напряжением 220 кВ подстанций направленная токовая защита обратной последовательности от несимметричных КЗ, которая дополняется МТЗ спуском минимального напряжения для действия при трехфазных КЗ. Порядок действия защит от междуфазных КЗ приведен на рис. Максимальная токовая защита скомбинированным пуском по напряжению со стороны НН (защита 3, реле КА и KV) присоединяется к трансформаторам тока, встроенным в его выводы. С первой выдержкой времени I 3 t защита действует на отключение выключателя со стороны НН, со второй II 3 t – на отключение всех выключателей автотрансформатора. Направленные дистанционные защиты (KZ) устанавливаются на сторонах ВН и СН автотрансформаторов (защита 1 и защита 2). Они направлены в сторону сетей высшего и среднего напряжения соответственно и служат резервными защитами на случай отказа защитили выключателей отходящих линий. Дистанционные защиты действуют стремя выдержками времени с первой выдержкой времени, большей выдержек времени резервных защит ЛЭП своей стороны, на отключение шиносоедини- тельного или секционного выключателя своей стороны, если они есть (деление шин); Рис. 1.27. Резервные защиты от междуфазных КЗ на автотрансформаторах со второй – на отключение выключателя автотрансформатора со своей стороны с третьей – на выходные промежуточные реле, отключающие автотрансформатор со всех сторон. Как видно из рис. 1.27, автотрансформатор в зону действия дистанционных защит не входит, поэтому для ближнего резервирования на автотрансформаторе устанавливается дублирующая дифференциальная защита Токовые защиты нулевой последовательности автотрансформаторов. На выполнение защит нулевой последовательности влияют особенности автотрансформатора, рассмотренные в разделе 1.2. У автотрансформатора обмотки ВН и СН электрически связаны и имеют общую нулевую точку. При КЗ на землю в сети одного напряжения в заземляющем проводе протекает разность токов нулевой последовательности сторон ВН и СН (рис. 1.28) вн 0 сн 0 н 0 3 3 3 I I I − = , которая меньше своих составляющих. Поэтому токовую защиту нулевой последовательности в нейтрали не устанавливают, а подключают к трех- трансформаторным фильтрам токов нулевой последовательности со стороны выводов ВН и СН. Рис. 1.28. Распределение токов нулевой последовательности в автотрансформаторе КЗ на землю на стороне одного напряжения вызывает протекание токов 3I 0 на стороне другого напряжения, причем эти токи имеют разное направление. Поэтому на автотрансформаторах устанавливается два комплекта защит нулевой последовательности, которые выполняют направленными в сторону сетей своего напряжения. 58 На рис. 1.29 приведена схема токовых защит нулевой последовательности автотрансформатора. Комплект стороны ВН состоит из реле тока КА, реле направления мощности KW1 и реле времени. Защита направлена в сторону шин ВН. Защита с первой выдержкой времени (проскальзывающий контакт KT1.1) отключает выключатель Q1 стороны ВН. Со второй выдержкой времени (контакт КТ1.2) защита действует на отключение автотрансформатора со всех сторон. Рис. 1.29. Схема токовых защит нулевой последовательности на автотрансформаторе Комплект стороны СН состоит из реле тока КА, реле направления мощности KW2 и реле времени КТ2. С первой выдержкой времени защита отключает выключатель Q2 стороны СН, а со второй – все выключатели автотрансформатора В каждом комплекте может быть предусмотрено действие наделение шин (отключение шиносоединительного или секционного выключателя своей стороны. ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ На трансформаторах подстанций с обслуживающим персоналом защита от перегрузки действует на сигнал с выдержкой времени. Она выполняется с помощью одного токового реле и реле времени. На двухобмоточных трансформаторах защита устанавливается со стороны питания. Ток срабатывания защиты от перегрузки отстраивается от номинального тока трансформатора ном в отс з с I k k I = , где k отс принимается равным Время действия защиты принимается равным 9 с, что больше времени всех защит трансформатора, действующих на отключение. На подстанциях без дежурного персонала защита от перегрузок может выполняться трехступенчатой. Первая ступень при малых перегрузках действует на сигнал, передаваемый с помощью устройств телемеханики на пункт управления с выдержкой времени обычно 9 с. Вторая ступень при больших перегрузках действует на отключение части потребителей. Выдержка времени должна быть меньше допустимой длительности перегрузки. Третья ступень действует на отключение трансформатора, если вторая ступень не осуществила разгрузку. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ В номенклатуре всех фирм, изготовляющих микропроцессорные защиты и терминалы, есть защиты трансформаторов. Фирма Радиус Автоматика, г. Зеленоград, выпускает микропроцессорные устройства защит двухобмоточных трансформаторов «Сириус-Т» и трехобмоточных трансформаторов «Сириус-Т3». Фирма «АВВ Автоматика, г. Чебоксары, выпускает микропроцессорные защиты типа RET-316 и RET-521 для трансформаторов и автотрансформаторов электрических станций и подстанций. Фирма «Экра», г. Чебоксары, выпускает шкафы основных защит автотрансформаторов с высшим напряжением 220 кВ типа ШЭ2607042 и шкафы резервных защит автотрансформаторов типа ШЭ2607071 с микропроцессорными терминалами. В настоящем пособии рассматривается защита трансформатора с использованием устройства Сириус фирмы Радиус Автоматика Устройства «Сириус-Т» и «Сириус-Т3» предназначены для двух- обмоточных и трехобмоточных трансформаторов с высшим напряжением кВ. Устройства включают полный набор защити автоматики, требуемых для трансформаторов. Функции защит двухступенчатая дифференциальная токовая защита трансформатора (дифференциальная отсечка и чувствительная дифференциальная защита с торможением от сквозного тока КЗ и отстройкой от броска тока намагничивания при включении двухступенчатая МТЗ стороны ВН трансформатора, для которой можно использовать комбинированный пуск по напряжению со сторон среднего и низшего напряжения (по дискретным входам. Можно ввести блокировку пой гармонике дифференциального тока для отстройки от бросков намагничивающего тока без загрубления ступеней МТЗ повремени и потоку ступень МТЗ средней стороны с возможностью комбинированного пуска по напряжению своей стороны 61 – ступень МТЗ низшей стороны с возможностью комбинированного пуска по напряжению (МТЗ средней и низшей сторон могут действовать с двумя выдержками времени, отключая сначала выключатель своей стороны, затем через общие реле отключения – трансформатор со всех сторон защита от перегрузки для каждой стороны с действием на сигнал. Кроме того, устройство выполняет ряд функций автоматики и сигнализации, а также дополнительные функции, такие как регистрация событий и аварийный осциллограф. Дифференциальная защита трансформатора. Особенностью цифровых дифференциальных защит трансформаторов является то, что в них выравнивание вторичных токов по величине и по фазе производится расчетным путем группа соединений трансформатора и вторичные токи задаются в качестве уставок. Трансформаторы тока со всех сторон собираются в звезду, что позволяет уменьшить нагрузку на вторичные обмотки трансформаторов тока. Ток нулевой последовательности при этом устраняется программно, что делает характеристики защиты независимыми от режима нейтрали трансформатора. В защите предусмотрена коррекция погрешности, вносимой изменением положения РПН. На силовых трансформаторах устройство РПН устанавливается на стороне высшего напряжения. При изменении положения РПН изменяется число витков обмотки ВН, изменяется номинальный ток стороны ВН, а следовательно, коэффициент трансформации силового трансформатора. По отношению тока стороны ВН к току стороны НН в нагрузочном режиме можно рассчитать новое значение коэффициента трансформации, а по нему определить положение РПН. В обычных защитах выравнивание вторичных токов в плечах производится для среднего положения РПН, поэтому изменение положения РПН будет вносить дополнительную погрешность в работу защиты. В устройстве «Сириус-Т» производится коррекция этой погрешности путем контроля соотношения токов сторон в нагрузочном режиме сравниваются только токи фазы А. Коррекция работает при нагрузках не менее 30% от номинальной и действует медленно. Дифференциальная защита имеет две ступени дифференциальную токовую отсечку ДЗТ-1 (быстродействующая грубая ступень) и чувствительную дифференциальную защиту с торможением от сквозного тока КЗ и отстройкой от бросков тока намагничивания трансформатора ДЗТ-2. В защите дифференциальный ток (при принятом положительном направлении токов в трансформатор, рис. 1.30) определяется как модуль геометрической суммы всех токов, поступающих на входы реле: Рис.1.30. Принятые положительные направления токов в трансформаторе 1, 2, 3 – трансформаторы тока сторон ВН, СН и НН трансформатора, 5, 6 – цифровые трансформаторы тока внутри реле Тормозной ток рассчитывается с учетом реального направления токов в защищаемом трансформаторе. Такой способ расчета тормозного тока называется направленным торможением». 63 . I I I I 3 2 1 + + = д Формирование тормозного тока при внешнем КЗ и при КЗ в защищаемом трансформаторе показано на рис. 1.31. Тормозной ток определяется в зависимости от угла φ между двумя векторами токов 1 I ′ и При этом за ток 1 I ′ принимается максимальный из токов, аза ток разность между дифференциальным током и током 1 I ′ : , 3 2 1 1 ) I , I , I max( I = ′ , 1 3 2 д Длят 1 0 ≤ ϕ cos 0 = т I При внешнем КЗ (точка К, риса) дифференциальный ток будет равен разности вторичных токов или току небаланса: . нб I I I I I = − + = 3 2 1 д Для токов торможения д 3 1 I I I I I , I I + = ′ − = ′ − = ′ 64 Рис. Формирование тормозного тока: а – при внешнем КЗ; б – при КЗ в зоне действия защиты Угол между векторами 1 I ′ и ) I ( 2 ′ − будет близок к нулю (без учетов тока нагрузки, ст. е. больше 0, и ток торможения с 1 т При КЗ в трансформаторе (точка К, рис. 1.31, б) все токи будут направлены в трансформатор. Дифференциальный ток равен вторичному току КЗ: . вт I I I I I КЗ 3 2 1 д = + + = Тормозной ток 1 I ′ равен большему из вторичных токов, например 1 I I = ′ . Ток 2 I ′ будет равен сумме оставшихся двух токов 1 2 I I I + = ′ 65 Угол между векторами 1 I ′ и ) I ( 2 ′ − будет близок к 180°, ст. е. меньше 0, и ток торможения 0 т = I Направленное торможение отличается от других способов формирования тормозного тока тем, что при КЗ в защищаемой зоне тормозной ток будет близок к нулю и торможение будет отсутствовать, что повышает чувствительность защиты. Чувствительная ступень с торможением (ДЗТ-2) предназначена для защиты трансформатора как от повреждений, сопровождающихся большими токами КЗ, таки от межвитковых замыканий, при которых значение тока КЗ меньше номинального тока трансформатора, поэтому минимальный ток срабатывания защиты д выбирается меньше номинального тока. Тормозная характеристика приведена на рис. 1.32. Она состоит из трех участков. Участок АВ – начальный, на этом участке ток срабатывания не зависит от торможения. Начальный участок задается устав- кой ном 1 д / I I – минимальный дифференциальный ток срабатывания, отнесенный к номинальному вторичному току стороны ВН ( ВН ном I ). В точке В характеристика начального участка пересекается с первой тормозной характеристикой, которая начинается от начала координат и наклонена коси абсцисс под углом φ (участок 2). Этот участок определяется коэффициентом торможения ,% k т (задается в процентах, при этом т. Конец участка 2 (точка С) определяется уставкой ном 1 т / I I . Уставка задается как отношение тормозного тока к номинальному вторичному току стороны ВН. Участок 3, правее точки С, имеет постоянный наклон, равный 60°. Ломаная линия АВСД представляет общую характеристику защиты. Она делит плоскость на две зоны зону срабатывания, которая лежит выше ломаной, и зону торможения (несрабатывания Рис Тормозная характеристика ступени ДЗТ-2 Для отстройки от бросков тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение в защите используется блокировка по второй гармонике дифференциального тока. Срабатывание ступени с торможением блокируется, если отношение дифференциального тока второй гармоники к току первой гармоники 1 дг 2 дг / I I превышает уставку. Рекомендуется уставка 15 , 0 / 1 дг 2 дг = I I Ступень ДЗТ-1 – дифференциальная токовая отсечка – предназначена для быстрого отключения КЗ, сопровождающихся большим дифференциальным током, в котором в первый момент КЗ будет присутствовать большая апериодическая составляющая и большой процент второй гармоники, что заблокирует чувствительную ступень защиты. Дифференциальная отсечка отстраивается потоку срабатывания от броска намагничивающего тока и оттока небаланса при внешнем КЗ с максимальным током. Дифференциальная отсечка работает без блокировок и не имеет торможения. Ступень срабатывает, когда действующее значение первой гармоники дифференциального тока превышает уставку ном д I I У защиты есть дополнительная ступень ДЗТ-3, которая используется для контроля и сигнализации небаланса в плечах дифференциальной защиты. Если в течение времени, определяемого уставкой с t (обычно несколько секунд, дифференциальный ток превышает устав ку ном 3 д / I I , то защита действует на сигнал «небаланс ДЗТ». Обычно уставка потоку выбирается меньше, чем минимальная уставка чувствительного органа ном д I I 1.17. РАСЧЕТ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА НА ПРИМЕРЕ УСТРОЙСТВА «СИРИУС-Т» Расчет чувствительной ступени ДЗТ-2 1. Относительный начальный ток срабатывания ДЗТ-2 при отсутствии торможения должен быть отстроен оттока небаланса в нагрузочном режиме: ) 100 / % ( / выр нб одн отс ном 1 д I u k k I I + ∆ + ε ⋅ = , где 5 , 1 отс = k – коэффициент отстройки 1 одн = k – коэффициент однотипности трансформаторов тока 0, = ε – относительное значение полной погрешности ТТ в режиме, соответствующем началу торможения (точка В 100 / % u ∆ – при отсутствии коррекции положения РПН – относительное значение половины суммарного диапазона регулирования напряжения РПН; например, при диапазоне регулирования ±12% следует взять % 12 % = ∆ u ; при наличии коррекции работы РПН ∆u % можно принять равным одной ступени РПН; 03 , 0 выр нб = I – точность выравнивания вторичных токов в реле не более (поданным фирмы-изготовителя). Уставка ном 1 д / может изменяться в пределах 0,3÷1,0. Типовое значение уставки 0,3. 2. Коэффициент торможения (наклон характеристики) второго участка ВС: %) I % u k ( k ,% k ВС нб.выр апер отс т (1.37) 68 где 2 , 1 отс = k – коэффициент отстройки ,% ε – полная погрешность ТТ, для малых токов равна 5%; % u ∆ – половина суммарного диапазона регулирования напряжения РПН (например, 12% при отсутствии коррекции положения РПН, 2,5% – при наличии коррекции % 3 выр нб = I ; 2 5 , 1 апер ÷ = k – коэффициент, учитывающий переходный режим. Уставка задается в процентах и может изменяться в пределах. Далее надо проверить, что наклон характеристики второго участка не превышает 60 0 %) % ( % выр нб апер отс т I u k k k СD + ∆ + ε ⋅ = , где % % 10 = ε – относительное значение полной погрешности в режиме КЗ. 100 т / % k tg CD CD = ϕ ; Расчет дифференциальной отсечки ДЗТ-1 Ток срабатывания дифференциальной отсечки выбирается по двум условиям по условию отстройки от броска тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение, при этом значение уставки приводится к номинальному току высшей стороны трансформатора ном отсечки (1.38) – по условию отстройки от максимального тока небаланса при внешнем КЗ ) I % u k ( I I k I I max нб.выр апер ном КЗвн отс ном отсечки (где max I вн КЗ – максимальное значение тока внешнего КЗ, приведенное к ВН U трансформатора, ε = 0,1 (10 Из двух полученных значений следует выбрать большее. Уставка ном отсечки может изменяться в диапазоне 4,0 ÷ 30,0. Пример расчета В качестве примера рассчитаем дифференциальную защиту трансформатора связи ТЭЦ. Тип трансформатора ТРДНС – Номинальная мощность н = 40 МВА Номинальное напряжение U ВН = 230 кВ Регулирование напряжения ∆u = ± 12 Максимальный ток КЗ, протекающий через трансформатор 0 3 , I ) ( max КЗ = кА (приведен к U ВН ). Расчет чувствительной ступени ДЗТ-2 Уставки рассчитываются в относительных величинах, приведенных к номинальному току трансформатора стороны ВН. 1. Номинальный ток трансформатора стороны ВН 5 , 100 230 3 10 40 ном ном ном А . 2. Относительное значение начального тока срабатывания ДЗТ-2 + + ε ⋅ = нб.выр одн отс ном 1 д 100 I % u k k I / I ∆ = = 1,5 (1· 0,05 + 12/100 + 0,03) = 0,3 о.е. Принимаем в качестве уставки дном. Коэффициент торможения участка ВС (определяется в %) k тВС % = k отс (k апер · ε + ∆u % + I нб.выр. %) = 1,2 (2 · 5 + 12 + 3) = Принимаем в качестве уставки k TВС % = 30%, при этом угол наклона характеристики при tgφ = 30 / 100 = 0,3, arctg 0,3 = 16,7°. 4. Проверяем, что наклон характеристики второго участка не превышает 60°. ( ) % % % выр нб апер отс т = 1,2 (2 · 10 + 12 + 3) = 42% 42 0 100 42 , / tg CD = = ϕ ; ° = 8 22 42 0 , , arctg < Расчет дифференциальной отсечки ДЗТ-1 Ток срабатывания дифференциальной отсечки по условию отстройки от броска тока намагничивания при включении трансформатора принимается равным I отс / ном = 6,5 о.е.; – по условию отстройки от максимального тока небаланса при внешнем КЗ 84 , 3 03 , 0 100 12 1 , 0 2 5 , 100 920 2 , 1 100 % / выр нб апер ном ВН КЗ отс ном отс е о I u k I I k I I max = + + ⋅ ⋅ = = + ∆ + ε ⋅ = Принимаем в качестве уставки I отс / ном = 6,5 о.е. |