Основы релейной защиты и автоматики распределительных сетей. Основы релейной защиты и автоматики распределительных сетей 1 Назначение релейной защиты и автоматики
 Скачать 5.63 Mb.
|
|
Рис.73 Принципиальная схема высокочастотного канала Каждый комплект содержит высокочастотный приемопередатчик 1, со- стоящий из генератора высокочастотных сигналов ГН и приемника ПР. Приемопередатчик через фильтр присоединения 2 и конденсатор связи С соединяется с линией. Ток от высокочастотного генератора в этой схеме подается на одну из фаз линии. Для того чтобы токи высокой час- тоты не выходили за пределы линии, по концам линии устанавливаются специальные высокочастотные заградители 3. Заградитель представляет собой индуктивно-емкостный фильтр, обла- дающий малым сопротивлением для токов промышленной частоты и не пропускающий токи высокой частоты за пределы защищаемой линии. С помощью фильтра присоединения согласуется входное сопротивле- ние высокочастотного кабеля 4 и линии. Параллельно обмотке L1 фильтра подключен разрядник FV, который срабатывает в случае про- боя конденсатора связи. Упрощенная принципиальная схема логической части направленной фильтровой высокочастотной защиты линий (110 – 330) кВ типа ПДЭ 2802 представлена на Рис.74. Рис.74 Упрощенная принципиальная схема логической части ПДЭ 2802 В схеме можно выделить несколько основных каналов, поясняющих принцип работы защиты: I – канал пуска высокочастотного передатчика; II – канал отключения; III – канал блокировки при качаниях. При внешнем несимметричном замыкании , т. 1 K , чувствительные изме- рительные органы обоих комплектов, содержащие реле тока обратной последовательности I2бл и реле напряжения обратной последователь- ности U2бл и включенные по схеме И , запускают высокочастотные пе- редатчики. Для 1 комплекта направление тока положительно, что приводит к сра- батыванию реле мощности обратной последовательности М2от, разре- шающего прохождение команды на отключение выключателя Q1 и ос- танавливающего высокочастотный передатчик своего комплекта. Реле мощности 2 комплекта не сработает, из-за чего прохождение ко- манды на отключение выключателя Q2 блокируется, а высокочастотный передатчик комплекта не останавливается. Блокирующий элемент DX6 1 комплекта при наличии высокочастотного сигнала в линии запрещает прохождение команды на отключение выключателя Q1. Защита не работает. Селективность действия защиты обеспечивается за счет согласования по чувствительности элементов I2бл и U2б л с более грубыми I2от и U2от При внутреннем несимметричном замыкании , т. 2 K , сработают реле мощности каждого из комплектов, передатчики останавливаются и по- дается команда на отключение Q1 и Q2. При симметричных повреждениях роль измерительных органов защиты выполняют два направленных реле сопротивления Zбл и Zот с эллип- тическими характеристиками Реле сопротивления вводятся в действие схемой блокировки при качаниях БК . Пуск блокировки производят реле I , реагирующее на производную фазного тока, и реле I2п , срабаты- вающее за счет появления кратковременной несимметрии. При внешнем симметричном к оротком замыкании реле сопротивления второго комплекта Zбл запускает высокочастотный передатчик и пере- дает по линии блокирующий сигнал. Отключения не произойдет. При симметричных коротких замыканиях в защищаемой зоне Zот оста- навливают передатчики всех комплектов и через элемент DW2 воздей- ствуют на основной канал отключения. При качаниях или асинхронном ходе реле I и I2п не разрешают про- хождение команды на отключение в случае возможного срабатывания реле Zот . В Ы В О Д Ы 1. Принцип действия дифференциально-фазной защиты основан на сравнении фаз токов по концам защищаемой линии. 2. Защита отличается быстродействием, высокой чувствительно- стью, обеспечивает требование селективности в сетях любой конфи- гурации и с любым числом источников питания. 3. По принципу действия дифференциально-фазная защита не реагиру- ет на нагрузку и качания. 5. Особенности защиты основного электрооборудования энергосистем 5.1 Защита трансформаторов и автотрансформаторов 5.1.1 Выбор типа защит 5.1.2 Защита от внутренних повреждений 5.1.3 Токовая отсечка 5.1.4 Дифференциальная защита 5.1.5 Выполнение измерительного органа защиты на реле РНТ 565 5.1.6 Дифференциальное реле тока типа РСТ 15 5.1.7 Дифференциальное реле тока с торможением типа ДЗТ 21 5.1.8 Защита трансформаторов на реле типа RET 316 5.1.9 Газовая защита 5.1.10 Защита от внешних замыканий 5.1.11 Максимальная токовая защита 5.1.12 Максимальная токовая защита с блокировкой по на-пряжению 5.1.13 Токовая защита обратной последовательности 5.1.14 Дистанционная защита 5.1.15 Защита от внешних замыканий на землю 5.1.16 Защита от перегрузок 5.1.17 Пример выполнения схемы защиты трансформатора 5.2 Защита генераторов 5.2.1 Виды повреждений и ненормальных режимов работы генераторов 5.2.2 Защита генераторов от внутренних повреждений 5.2.3 Поперечная дифференциальная защита 5.2.4 Продольная дифференциальная защита 5.2.5 Защита от замыканий на землю 5.2.6 Защиты от внешних коротких замыканий 5.2.7 Максимальная токовая защита с блокировкой по на- пряжению 5.2.8 Токовая защита обратной последовательности 5.2.9 Дистанционная защита 5.2.10 Защита от повышения напряжения 5.2.11 Пример выполнения защиты турбогенератора 5.3 Защита электродвигателей 5.3.1 Виды повреждений и ненормальных режимов работы электродвигателей 5.3.2 Защита электродвигателей от междуфазных замыканий 5.3.3 Защита от перегрузок 5.3.4 Защита от потери питания 5.3.5 Пример схемы защиты электродвигателя 5.4 Защита шин 5.4.1 Дифференциальная защита 5.1 Защита трансформаторов и автотрансформаторов При выполнении защит трансформаторов и автотрансформаторов должны быть учтены следующие режимы: - многофазных замыканий в обмотках и на выводах; - однофазных замыканий в обмотках и на выводах; - витковых замыканий в обмотках; - внешних коротких замыканий; - повышения напряжения на неповрежденных фазах ( для транс- форматоров 110 кВ, работающих в режиме изолированной нейтрали); - частичных пробоев изоляции вводов напряжением 500 кВ и бо- лее; - перегрузки трансформатора; - понижения уровня масла или отключение принудительной сис- темы охлаждения; - "пожара" стали магнитопровода. Защита трансформаторов и автотрансформаторов должна выполнять следующие функции: - отключать трансформатор при его повреждении от всех источ- ников питания; - отключать трансформатор при внешних замыканиях в случае от- каза защит или выключателей смежных присоединений; - подавать сообщения дежурному персоналу о возникновении пе- регрузок или выполнять необходимые операции для их устранения. 5.1.1 Выбор типа защит Для защиты трансформаторов от повреждений и ненормальных режи- мов должны быть предусмотрены следующие типы релейной защиты: 1. От повреждений на выводах и внутренних повреждений - токовая отсечка или продольная дифференциальная защита . Продольная дифференциальная защита ставится на трансформаторах мощностью 6300 кВА и более, на трансформаторах меньшей мощности - токовая отсечка. 2. От повреждений внутри кожуха, сопровождающихся выделением газа и (или) понижением уровня масла, - газовая защита с действием на сигнал и отключение: для трансформаторов мощностью 6300 кВА и более; для внутрицеховых понижающих трансформаторов мощностью 630 кВА и более; для трансформаторов мощностью (1000 -4000) кВА, если отсутствует быстродействующая защита. 3. От токов внешних коротких замыканий должны быть установлены следующие защиты с действием на отключение: максимальная токовая защита для трансформаторов мощностью до 1000 кВА ; максимальная токовая защита или максимальная токовая защита с комбинированным пуском напряжения или токовая защита обратной последовательности для трансформаторов мощностью 1000 кВА и бо- лее; дистанционная защита на понижающих автотрансформаторах напря- жением 220 кВ и более, если это необходимо по условиям дальнего ре- зервирования. 4. От возможной перегрузки на трансформаторах мощностью 400 кВА и более следует предусматривать максимальную токовую защиту с дей- ствием на сигнал или на разгрузку и на отключение. 5. От токов внешних замыканий на землю при наличии заземленной нейтрали для трансформаторов мощностью 1000 кВА и более устанав- ливается максимальная токовая защита нулевой последовательности, если это необходимо по условиям дальнего резервирования. 5.1.2 Защита от внутренних повреждений Для защиты трансформаторов от внутренних повреждений и поврежде- ний на выводах применяются токовая отсечка, продольная дифференциальная защита; газовая защита. 5.1.3 Токовая отсечка Токовая отсечка устанавливается на трансформаторах со стороны пита- ния, Рис.75. Для обеспечения требований селективности ее ток срабаты- вания отстраивается от тока трехфазного короткого замыкания на ши- нах низшего напряжения: 1 (3) сз н кз макс к I k I Рис.75 Схема токовой отсечки трансформатора: а) цепи переменного тока; б) цепи постоянного тока Чувствительность отсечки проверяется по току двухфазного короткого замыкания на вводах трансформатора со стороны источника питания, точка 2 K : 2 (2) 2. кз мин к ч сз I k I Использование токовой отсечки позволяет отключать короткие замыка- ния с высоким быстродействием. К недостаткам следует отнести невы- сокую чувствительность и то, что отсечка защищает только часть трансформатора. 5.1.4 Дифференциальная защита Принцип действия защиты основан на сравнении токов по входам за- щищаемого трансформатора. Для выполнения защиты на каждой сторо- не трансформатора ставятся трансформаторы тока с такими коэффици- ентами трансформации, чтобы их вторичные токи в нормальном режиме были примерно равны между собой. Вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются между собой параллельно, и к ним подключается токовое реле (Рис.76). Рис.76 Принцип действия дифференциальной защиты трансформато- ра: а) внешнее короткое замыкание; б) короткое замыкание в трансформаторе В нормальном режиме и при внешнем коротком замыкании в точке 1 K ток в реле близок к нулю: 1 2 1 2 0. р TA TA I I I n n и защита не работает. При повреждении трансформатора, короткое замыкание в точке 2 K , в реле проходит сумма вторичных токов 1 2 1 2 0. р TA TA I I I n n Защита сработает. По сравнению с дифференциальной защитой линий, дифференциальная защита трансформаторов обладает повышенными погрешностями. Причины появления погрешностей: 1. Возможная неодинаковость схем соединения обмоток силового трансформатора. В большинстве случаев обмотки силовых трансформаторов имеют раз- ные группы соединения. Тогда, даже при равенстве вторичных токов из- за наличия фазового сдвига в реле будет протекать ток небаланса (Рис.77). Рис.77 Ток небаланса в реле из-за неодинаковости схем соединения обмоток силового трансформатора Для устранения этого фактора трансформаторы тока на стороне тре- угольника силового трансформатора соединяют в звезду, а на стороне звезды в треугольник. 2. Наличие броска тока намагничивания . При включении трансформатора под напряжение в обмотке трансфор- матора со стороны источника питания возникает бросок намагничи- вающего тока, который в первый момент времени в 5 – 8 раз превышает номинальный и затухает в течение 1 – 2 сек. К характерным признакам броска тока намагничивания можно отнести наличие апериодической слагающей и значительный процент высших гармоник, в первую очередь четных. Поскольку броски тока намагничивания воздействуют на защиту как внутренние замыкания, от них необходимо отстраиваться. К основным способам отстройки можно отнести следующие: - принять ток срабатывания больше максимального значения броска то- ка намагничивания. Недостаток способа - существенное загрубление защиты; - ввести замедление в действие защиты на время броска тока намагни- чивания. Недостаток - замедление времени ликвидации короткого замыкания; - использовать признак наличия апериодической составляющей в токе намагничивания. Практическая реализация этого способа состоит в том, что обмотка то- кового реле подключается к трансформаторам тока через специальный промежуточный трансформатор, называемый быстронасыщающимся трансформатором. За счет апериодической составляющей сердечник трансформатора насыщается и трансформации периодической состав- ляющей в обмотку реле практически не происходит. Следовательно, на время существования броска тока намагничивания защита выводится из работы. В начальный момент возникновения короткого замыкания также возни- кает апериодическая составляющая, но время ее протекания составляет доли секунды и практически замедления срабатывания защиты не про- исходит; - идентифицировать момент включения по наличию второй гармоники. Использование данного признака предполагает введение дополнитель- ного пускового элемента - реле отсечки, которое должно работать при больших кратностях первичного тока. При внутренних повреждениях, связанных с глубоким насыщением трансформаторов тока, во вторич- ном токе появляется вторая гармоника, что может привести к отказу защиты. 3. Возможная неодинаковость вторичных токов в плечах защиты Токи силовых трансформаторов со стороны обмоток высшего и низше- го напряжений не равны между собой, поэтому трансформаторы тока, выбираемые по номинальному первичному току, будут иметь разные коэффициенты трансформации, различное конструктивное исполнение и, соответственно, различные погрешности. Кроме того, номинальные токи силовых трансформаторов обычно не совпадают со шкалой номинальных токов трансформаторов тока. Вследствие этого в плечах дифференциальной защиты будут протекать разные по величине токи. При внешнем коротком замыкании ток небаланса резко возрастает, что может привести к ложному срабатыванию защиты. Поэтому для сниже- ния тока небаланса, вызванного неравенством вторичных токов, необ- ходимо выровнять эти токи путем включения промежуточных выравни- вающих автотрансформаторов тока или использовать в дифференциаль- ном реле специальные уравнительные обмотки. 4. Наличие устройства автоматического регулирования напряжения силового трансформатора. Устройства автоматического регулирования напряжения силовых трансформаторов меняют коэффициент трансформации защищаемого трансформатора, в результате чего меняется соотношения первичных токов и, соответственно, вторичные токи трансформаторов тока. При выборе тока срабатывания дифференциальной защиты во внима- ние принимается два фактора: 1. Защита не должна работать от броска тока намагничивания в момент включения ненагруженного силового трансформатора под напряжение: , сз н ном I k I где 0,3 1,5 н k - коэффициент надежности, учитывающий выполне- ние измерительного органа защиты. 2. Защита не должна работать от максимально возможного тока неба- ланса в режиме внешнего замыкания: ' '' ''' ( ), сз н нб нб нб I k I I I где ' нб I - составляющая тока небаланса, вызываемая погрешностью трансформаторов тока; '' нб I - составляющая тока небаланса, вызываемая наличием уст- ройства регулирования коэффициента трансформации силовых транс- форматоров; ''' нб I - составляющая тока небаланса, вызываемая неточностью выравнивания вторичных токов в плечах защиты. В ряде случаев при внешних замыканиях через реле проходят большие токи небаланса, учет которых существенно загрубляет защиту и может привести к отказу защиты при некоторых видах повреждений Для по- вышения чувствительности дифференциальной защиты в таких случаях используется пусковой орган с торможением. Принцип эффекта тормо- жения можно рассмотреть на примере дифференциального реле с быс- тронасыщающимся трансформатором (Рис.78). При возникновении внешнего короткого замыкания в точке 1 K по рабочей обмотке р w протекают два приблизительно равных и направ- ленных встречно друг другу тока 1вт I и 2вт I . За счет магнитодвижу- щих сил, создаваемых этими токами, 1 2 , вт р вт р нб р I w I w I w в сердечнике быстронасыщающегося трансформатора |