Основы релейной защиты и автоматики распределительных сетей. Основы релейной защиты и автоматики распределительных сетей 1 Назначение релейной защиты и автоматики
 Скачать 5.63 Mb.
|
|
БНТ создается результирующий поток, который пронизывает витки выходной обмотки и может привести к срабатыванию реле. Тормозная обмотка т w и ток 2вт I создают дополнительный поток, который насыщает сталь сердеч- ника и загрубляет защиту. Рис.78 Принцип действия защиты с торможением: БНТ - быстронасышающийся трансформатор; р w - рабочая обмотка; т w - тормозная обмотка; вых w - выходная обмотка. При внутреннем коротком замыкании ток 2вт I отсутствует, и реле КА сработает. Сопоставление чувствительности защиты без торможения и с торможе- нием показано на Рис.79. Рис.79 Оценка чувствительности дифференциальной защиты: 1 - ток небаланса защиты в зависимости от величины тока короткого замыкания ; 2 - зависимость тока срабатывания защиты без торможения ; 3 - ток в реле при внутреннем коротком замыкании ; 4 - зависимость тока срабатывания защиты с торможением; ''' k I - максимально возможное значение тока внешнего короткого замыкания; '' k I - значение тока короткого замыкания, при котором сработает защита без торможения; ' k I - значение тока короткого замыкания, при котором сработает защита с тор- можением. 5.1.5 Выполнение измерительного органа защиты на реле РНТ 565 Электромагнитное токовое реле с БНТ выполняется на трехстержневом сердечнике (Рис.80), на котором размещены рабочая раб w , две уравни- тельных 1 ур w и 2 ур w , короткозамкнутая кз w и вторичная вт w обмот- ки. К вторичной обмотке подключено электромагнитное токовое реле КА. Использование насыщающегося трансформатора тока позволяет от- строить защиту от бросков тока намагничивания в момент включения силового трансформатора. Апериодическая слагающая тока насыщает магнитопровод, тем самым резко уменьшается сопротивление ветви на- магничивания БНТ. В результате этого значительная часть периодиче- ской слагающей также замыкается через ветвь намагничивания не попа- дая в обмотку реле. Рис.80 Принципиальная схема БНТ реле РНТ-565 Быстронасыщающийся трансформатор реле одновременно позволяет компенсировать неравенство вторичных токов в плечах дифференци- альной защиты. Ток во вторичной обмотке БНТ, к которой подключено реле, определяется суммарным магнитным потоком, создаваемого рабо- чей и уравнительными обмотками. Если включить эти обмотки таким образом, чтобы при внешнем коротком замыкании потоки, создаваемые токами обмоток, были направлены встречно друг другу, и выровнять величину потоков за счет подбора витков, то величина тока небаланса уменьшается. Короткозамкнутая обмотка используется для улучшения отстройки реле от переходных режимов. Возможные варианты включения реле типа РНТ 565 для защиты двух- обмоточного и трехобмоточных трансформаторов показаны на Рис.81. Рис.81 Примеры схем включения реле типа РНТ 565 5.1.6 Дифференциальное реле тока типа РСТ 15 Реле типа РСТ 15 выполнено на микроэлектронной основе и применяет- ся для защиты понизительных трансформаторов и электродвигателей для случаев, когда не требуется торможение. Структурная схема реле представлена на Рис.82. Сигнал от трансформаторов тока подается на трансреактор TAV, кото- рый содержит одну основную и две дополнительные обмотки. Обмотки связаны между собой перемычками. Трансреактор работает на выпря- мительный мост, состоящий из двух диодов и двух резисторов, что по- зволяет повысить чувствительность реле к малым сигналам. К выходу выпрямительного моста подключен активный фильтр нижних частот А1. Параметры фильтра подобраны таким образом, что для по- стоянной составляющей входного сигнала коэффициент усиления равен единице, для рабочей частоты – 2.2 , для второй гармоники – 0.9. Рис. 82 Дифференциальное реле тока типа РСТ 15 На Рис.83 представлена амплитудно-частотная характеристика этого фильтра. Рис.83 Амплитудно-частотная характеристика фильтра С выхода фильтра А1 сигнал подается в логический блок, выполненный на операционных усилителях А2, А3 и предназначенный для идентифи- кации повреждения. Усилитель А2 представляет собой компаратор, вы- полняющий сравнение входного сигнала с опорным, подаваемым с бло- ка уставок. Усилитель А3 выполняет функции элемента задержки с ус- тановленной выдержкой времени 22 мс и в сочетании с предыдущим элементом позволяет отличить режим короткого замыкания от режима включения трансформатора. Для устранения «дребезга» реле в момент срабатывания выход опера- ционного усилителя А3 соединен положительной обратной связью с входом компаратора А2. Принцип работы реле рассмотрим при помощи временных диаграмм (Рис.84). Рис.84 Временные диаграммы работы реле: ( ) I f t - ток на входе реле; ( ) выпр I f t - ток на выходе выпрямителя; ( ) Iф f t - опорный сигнал с блока уставок; ( ) k U f t - напряжение на выходе компаратора; 3 ( ) выхА U f t - напряжение на выходе элемента задержки При возникновении короткого замыкания в зоне действия защит (Рис.84,а) входной сигнал превысит опорный, что приведет к смене зна- ка выходного напряжения компаратора А2. Элемент А3 отработает за- держку времени, и транзистор выходного блока А4 откроется. Реле сра- ботает. В момент включения силового трансформатора (Рис.84,б) элемент за- держки не успевает отработать выдержку времени за время пока изме- нен знак выходного напряжения компаратора А2. Реле не работает. 5.1.7 Дифференциальное реле тока с торможением типа ДЗТ 21 Реле типа ДЗТ-21 используется на энергетических объектах России для выполнения дифференциальной защиты с торможением и до настояще- го времени является наиболее распространенным типом защиты транс- форматоров и автотрансформаторов большой мощности от внутренних повреждений и повреждениях на выводах. Реле обладает высокой чув- ствительностью и быстродействием. Для отстройки от бросков намаг- ничивающего тока силовых трансформаторов и переходных токов неба- ланса применяется времяимпульсный способ блокирования защиты в сочетании с торможением от составляющей второй гармоники тока на- магничивания. В защите предусмотрено также торможение от фазных токов. Однолинейная структурная схема защиты приведена на Рис. 85. Рис.85 Однолинейная структурная схема защиты ДЗТ-21 Реле ДЗТ-21 выполнено трехфазным в четырехмодульной кассете и включает в себя три фазных модуля и модуль питания и управления. На ней представлены: промежуточные автотрансформаторы TL1 и TL2 - для выравнивания вторичных токов; промежуточные трансформаторы TL3 и TL4 и выпрямители VS1 и VS2 - для формирования цепи тормо- жения от фазных токов; трансреактор TAV - для формирования цепи торможения током второй гармоники при помощи фильтра ZF и питания токовой отсечки КА; реагирующий орган РО - для создания управляющего сигнала. Стабилитрон VD обеспечивает запрет торможе- ния при небольших токах. 5.1.8 Защита трансформаторов на реле типа RET 316 Цифровая защита типа RET 316 фирмы АББ Реле-Чебоксары применя- ется: - на электростанциях для защиты трансформаторов собственных нужд, трансформаторов и автотрансформаторах связи, блочных трансформа- торов; - в электрических сетях для защиты трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов. RET 316 состоит из следующих блоков (Рис.86): 1. Аналоговый входной блок 2. Входной блок обработки 3. Центральное процессорное устройство 4. Блок ввода/вывода 5. Дополнительная плата связи и памяти 6. Материнская плата 7. Блок питания В аналоговом входном блоке 1 производится гальваническая развязка входных сигналов и их нормирование. В состав блока может входить до шести трансформаторов тока и трех трансформаторов напряжения или девяти трансформаторов тока. Входной блок обработки 2 преобразует аналоговые сигналы в цифровые с помощью АЦП и производит цифровую фильтрацию сигналов под управлением входного процессора типа 80186. Дискретизация входных сигналов производится 12 раз за период, т.е. частота дискретизации со- ставляет 600 Гц. Центральное процессорное устройство 3 состоит из главного микро- процессора защиты (Intel 80186) и микропроцессора логики (Intel 8031). Основной микропроцессор получает сигналы от входного микропроцес- сорного устройства, реализует алгоритм защиты и передает результат вычислений микропроцессору логики. Последовательный интерфейс RS-232C, входящий в ЦПУ, позволяет настроить защиту с персонально- го компьютера оператора и передать информацию о происходящих со- бытиях на персональный компьютер. Рис.86 Блок-схема защиты трансформатора RET 316 Дополнительная плата связи и памяти 5 содержит микропроцессор In- tel 80186.для обеспечения связи защиты и системы управления электро- станцией, часы реального времени. Плата позволяет дистанционно ус- танавливать параметры защиты, передавать результаты измерений тока, напряжения, мощности и т.д. оперативному персоналу станции и на ре- гистратор отклонений. Программное обеспечение защиты позволяет : отстроиться от броска тока намагничивания; выполнить амплитудно - фазовую коррекцию входных токов; получить токозависимую нелинейную характеристику сраба- тывания; отстроиться от апериодических составляющих и высших гар- моник; обеспечить высокую устойчивость функционирования при внешних повреждениях и насыщении трансформаторов тока; обеспечить быстродействие. 5.1.9 Газовая защита Газовая защита устанавливается на трансформаторах и автотрансфор- маторах с масляной системой охлаждения. Принцип действия газовой защиты основан на том, что при любом, да- же незначительном повреждении обмоток, за счет выделяющегося тепла происходит разложение масла. Разложение масла сопровождается выде- лением газа, интенсивность выделения которого зависит от тяжести по- вреждения. Газовая защита выполняется при помощи газовых реле, представляю- щих собой металлический корпус, устанавливаемый в маслопровод ме- жду баком и расширителем трансформатора. Внутри корпуса реле уста- навливают поплавковые контакты, которые при появлении газа замы- кают свои контакты. При слабом газообразовании реле действует на сигнал, при интенсивном - на отключение. Газовая защита является простым и универсальным инструментом для определения внутренних повреждений трансформаторов. Она позволяет определить и витковые замыкания, на которые не реагирует дифферен- циальная защита из-за малой величины тока. Установки газовой защиты обязательна на трансформаторах мощностью от 4000 кВА . В Ы В О Д Ы 1. Для защиты трансформаторов от внутренних повреждений, в зави- симости от мощности, применяются токовая отсечка, дифференци- альная защита, газовая защита. 2. При использовании дифференциального принципа для защиты трансформаторов следует учитывать наличие дополнительных по- грешностей. 3. Введение принципа торможения в дифференциальной защите позво- ляет повысить ее чувствительность. 4. Отличительными признаками дифференциальной защиты являются быстродействие, сравнительно высокая чувствительность к между- фазным замыканиям и замыканиям на выводах, надежность. 5. Газовая защита является простым и универсальным средством для определения внутренних повреждений трансформаторов, в том числе витковых замыканий. 5.1.10 Защита от внешних замыканий Защиты от внешних замыканий служат для резервирования собствен- ных защит и защит смежных присоединений. В зависимости от мощно- сти трансформаторов и их назначения используются максимальная то- ковая защита, максимальная токовая защита с блокировкой по напряже- нию, токовая защита обратной последовательности, токовая защита ну- левой последовательности, дистанционная защита. В основном защита от внешних замыканий устанавливается со стороны источников питания. Защита от внешних однофазных замыканий уста- навливается со стороны обмотки, соединенной в звезду с заземленной нейтралью. 5.1.11 Максимальная токовая защита Защита применяется для трансформаторов малой мощности. На двухобмоточных понижающих трансформаторах с односторонним питанием устанавливается один комплект со стороны источника пита- ния (Рис.87,а), на трехобмоточных трансформаторах с односторонним питанием устанавливается два комплекта защиты. Один комплект со стороны обмотки низшего напряжения действует на отключение вы- ключателя этой обмотки. Второй комплект, на стороне высшего напря- жения, имеет две выдержки времени. С меньшей выдержкой времени защита действует на отключение выключателя со стороны обмотки среднего напряжения, с большей - на отключение всех выключателей (Рис.87,б). Рис.87 Схемы максимальной токовой защиты трансформаторов 5.1.12 Максимальная токовая защита с блокировкой по напряже- нию Максимальная токовая защита с блокировкой по напряжению ставится на трансформаторах средней мощности для повышения чувствительно- сти при дальнем резервировании. Принципиальная схема защиты при- ведена на Рис.88. В состав защиты входят токовый пусковой орган - реле тока KA1 и KA2 и пусковой орган напряжения - фильтр-реле напряжения обратной по- следовательности KV2 и реле минимального напряжения KV1. При возникновении двухфазного короткого замыкания появляется на- пряжение обратной последовательности, которое приводит к срабаты- ванию фильтр-реле напряжения обратной последовательности KV2. Ре- ле KV2 снимает питание с обмотки KV1, которое сработав в свою оче- редь запитывает обмотку реле KL1, тем самым разрешается прохожде- ние команды на запуск реле времени от токовых реле. Рис.88 Схема максимальной токовой защиты с блокировкой по напря- жению При трехфазных коротких замыканиях напряжение обратной последо- вательности отсутствует, и реле KV2 не работает. Однако в этих случаях снижения напряжения достаточно для срабатывания реле KV1. Ток срабатывания защиты отстраивается от номинального тока, реле минимального напряжения KV1 не должно работать в максимальных нагрузочных режимах мин U и в условиях самозапуска электродвигате- лей сз U , напряжение срабатывания реле KV2 выбирается из условия от- стройки от напряжения небаланса на выходе фильтра в нормальном ре- жиме: ; н сз ном в k I I k 1 1 0,85 ; ; мин сз срKV ном срKV н в в U U U U U k k k 2 0,06 срKV ном U U Из принципа действия защиты ясно, что она обладает более высокой чувствительностью по сравнению с обычной максимальной токовой за- щитой. 5.1.13 Токовая защита обратной последовательности Токовая защита обратной последовательности устанавливается, как правило, на повышающих трансформаторах или автотрансформаторах связи для обеспечения требований дальнего резервирования при несим- метричных коротких замыканиях. Защита состоит из фильтр-реле тока обратной последовательности KA2 и реле времени КТ (Рис.89). Рис.89 Токовая защита обратной последовательности Для обеспечения действия защиты при трехфазных коротких замыканиях схема защиты дополнена приставкой, состоящей из токового реле КА1 и реле минимального напряжения KV. Первичный ток срабатывания защиты выбирается из условия отстройки от тока небаланса на выходе фильтра при максимально возможной экс- плуатационной нагрузке. В большинстве случаев условию отстройки удовлетворяет следующее выражение: 2 (0 .1 0.2) cз ном I I В случае использования защиты обратной последовательности на мощ- ных автотрансформаторах, осуществляющих ответственные связи меж- ду системами, рекомендуется при выборе тока срабатывания произво- дить согласование по чувствительности. 5.1.14 Дистанционная защита Дистанционная защита выполняет функции дальнего резервирования защиты сетей на сторонах высокого и среднего напряжений и ближнего резервирования основных защит автотрансформатора. Для выполнения защиты в энергосистемах России применяется панель ПЭ 2105, содержащую две ступени. Характеристика реле сопротивления первой ступени имеет вид окруж- ности или эллипса, проходящих через начало координат или смещенных в |