|
|
Реферат на тему РЗиА Защита трансформаторов и автотрансформаторов: дифференциальная защита. Реферат РЗиА Копытов 26. Защита трансформаторов и автотрансформаторов дифференциальная защита
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ижевский государственный технический университет им. М. Т. Калашникова»
Факультет Приборостроительный
Кафедра «Электротехника»
РЕФЕРАТ
по дисциплине «Релейная защита»
на тему «Защита трансформаторов и автотрансформаторов: дифференциальная защита» Вариант 26
Выполнил:
Студент гр. Б18-831-1з
Копытов А.В.
Проверил:
Желтышев А.В.
Ижевск
2021
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………………………...3
1. Область применения дифференциальной защиты………………………….5
2. Принцип действия дифференциальной защиты трансформаторов и автотрансформаторов …………………………………………………………....6
3. Особенности, влияющие на выполнение дифференциальной защиты……8
4. Схемы дифференциальной защиты трансформаторов и автотрансформаторов …………………………………………………………..13
Список литературы………………………………………………………………17
Введение
Энергетическая система представляет собой сложную многозвенную техническую систему, предназначенную для производства, распределения и потребления электроэнергии. Процессы, происходящие в энергосистеме, отличаются быстротой, взаимосвязанностью, единством процессов производства, распределения и потребления электроэнергии. Управление ими без применения специальных технических средств, называемых средствами автоматического управления, в большинстве случаев оказывается невозможным [1].
Управление энергосистемой при нарушении ее нормальных режимов тесно связано с работой релейной защиты. На релейную защиту возлагаются следующие функции:
1.Автоматическое выявление поврежденного элемента с последующей его локализацией. Защита подает команду на отключение выключателей этого элемента, восстанавливая нормальные условия работы для неповрежденной части энергосистемы.
2.Автоматическое выявление ненормального режима с принятием мер для его устранения. Нарушения нормального режима в первую очередь вызываются различного рода перегрузками, которые не требуют немедленного отключения. Поэтому защита действует на разгрузку оборудования или выдает сообщение дежурному персоналу.
К релейной защите предъявляются следующие основные требования:
- селективности: релейная защита должна определять поврежденный элемент и подавать команду на локализацию (отключение) этого элемента выключателями, ближайшими к месту повреждения. Например, для сети, изображенной на рис.1, короткое замыкание в точке К1 должно отключиться выключателем Q6, а короткое замыкание в точке К2 должно ликвидироваться при помощи выключателей Q1 и Q3;
Рис.1 Иллюстрация селективного действия релейной защиты
- быстродействия: быстрое отключение коротких замыканий позволяет уменьшить размер повреждения оборудования за счет термического и динамического действия токов, снизить влияние понижения напряжения на работу потребителей, повысить вероятность сохранения устойчивости параллельной работы энергосистемы. Защита считается быстродействующей при времени ее срабатывания до 0,1 сек;
- надежности: защита должна обладать аппаратной и функциональной надежностью. Аппаратная надежность обеспечивается надежностью ее отдельных компонентов, грамотными схемными реализациями и условиями эксплуатации. Функциональная надежность достигается за счет совершенства алгоритма функционирования защиты;
Наряду с изложенными выше требованиями при выборе и проектировании устройств релейной защиты следует принимать во внимание ряд дополнительных факторов:
1. Для повышения надежности функционирования не следует учитывать маловероятные режимы работы системы и маловероятные виды повреждений, если это приводит к заметному усложнению защит.
2. Выбор конкретного типа защиты должна проводиться с учетом экономической эффективности, включающую абсолютную стоимость, стоимость монтажа и наладки, эксплуатационные расходы, возможный ущерб от недовыработки промышленной продукции и снижения ее качества в случае несрабатывания защиты.
1. Область применения дифференциальной защиты
При выполнении защит трансформаторов и автотрансформаторов должны быть учтены следующие режимы [1]:
- 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 трансформаторов 110 кВ, работающих в режиме изолированной нейтрали);
- частичных пробоев изоляции вводов напряжением 500 кВ и более;
- перегрузки трансформатора;
- понижения уровня масла или отключение принудительной системы охлаждения;
- "пожара" стали магнитопровода.
Защита трансформаторов и автотрансформаторов должна выполнять следующие функции:
- отключать трансформатор при его повреждении от всех источников питания;
- отключать трансформатор при внешних замыканиях в случае отказа защит или выключателей смежных присоединений;
- подавать сообщения дежурному персоналу о возникновении перегрузок или выполнять необходимые операции для их устранения.
Продольная дифференциальная защита ставится на трансформаторах мощностью 6300 кВА и более, на трансформаторах меньшей мощности - токовая отсечка [2].
2. Принцип действия дифференциальной защиты
трансформаторов и автотрансформаторов
Принцип действия защиты основан на сравнении токов по входам защищаемого трансформатора. Для выполнения защиты на каждой стороне трансформатора ставятся трансформаторы тока с такими коэффициентами трансформации, чтобы их вторичные токи в нормальном режиме были примерно равны между собой [3].
Вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются между собой параллельно и к ним подключается токовое реле (Рис.2).
а) б)
Рис.2 Принцип действия дифференциальной защиты трансформатора:
а) внешнее короткое замыкание; б) короткое замыкание в трансформаторе
В нормальном режиме и при внешнем коротком замыкании в точке К1 ток в реле близок к нулю:
IР = I1 / nТТ1 – I2 / nТТ2 ≈ 0
и защита не работает.
При повреждении трансформатора, короткое замыкание в т. К2, в реле проходит сумма вторичных токов
IР = I1 / nТТ1 + I2 / nТТ2 ≠ 0
защита сработает.
3. Особенности, влияющие на выполнение дифференциальной защиты.
По сравнению с дифференциальной защитой линий, дифференциальная защита трансформаторов обладает повышенными погрешностями [1].
Причины появления погрешностей:
1. Возможная неодинаковость схем соединения обмоток силового трансформатора. В большинстве случаев обмотки силовых трансформаторов имеют разные группы соединения. Тогда, даже при равенстве вторичных токов из-за наличия фазового сдвига в реле будет протекать ток небаланса (Рис.3).
Рис.3 Ток небаланса реле из-за неодинаковости схем соединения
обмоток трансформатора
Для устранения этого фактора трансформаторы тока на стороне треугольника силового трансформатора соединяют в звезду, а на стороне звезды в треугольник.
2. Наличие броска тока намагничивания.
При включении трансформатора под напряжение в обмотке трансформатора со стороны источника питания возникает бросок намагничивающего 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 тока намагничивания; недостаток способа - существенное загрубление защиты;
- ввести замедление в действие защиты на время броска тока намагничивания; недостаток - замедление времени ликвидации короткого замыкания;
- использовать признак наличия апериодической составляющей в токе намагничивания; практическая реализация последнего способа состоит в том, что обмотка токового реле подключается к трансформаторам тока через специальный промежуточный трансформатор, называемый быстронасыщающимся трансформатором; за счет апериодической составляющей сердечник трансформатора насыщается и трансформации периодической составляющей в обмотку реле практически не происходит; cледовательно, на время существования броска тока намагничивания защита выводится из работы; в начальный момент возникновения короткого замыкания также возникает апериодическая составляющая, но время ее протекания составляет доли секунды и практически замедления срабатывания защиты не происходит;
- идентифицировать момент включения по наличию второй гармоники; использование данного признака предполагает введение дополнительного пускового элемента - реле отсечки, которое должно работать при больших кратностях первичного тока; При внутренних повреждениях, связанных с глубоким насыщением трансформаторов тока, во вторичном токе появляется вторая гармоника, что может привести к отказу защиты.
3. Возможна неодинаковость вторичных токов в плечах защиты.
Токи силовых трансформаторов со стороны обмоток высшего и низшего 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 снижения тока небаланса, вызванного неравенством вторичных токов, необходимо выровнять эти токи путем включения промежуточных выравнивающих автотрансформаторов тока или использовать в дифференциальном 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 внимание принимается два фактора [4]:
1. Защита не должна работать от броска тока намагничивания в момент включения ненагруженного силового трансформатора под напряжение:
IСЗ ≥ kН ꞏ IНОМ
где kH = 0,3 ÷ 1,5 - коэффициент надежности, учитывающий выполнение измерительного органа защиты.
2. Защита не должна работать от максимально возможного тока небаланса в режиме внешнего замыкания:
IСЗ ≥ kН ꞏ (I'НБ + I''НБ + I'''НБ)
где I'НБ - составляющая тока небаланса, вызываемая погрешностью трансформаторов тока;
I''НБ - составляющая тока небаланса, вызываемая наличием устройства регулирования коэффициента трансформации силовых трансформаторов;
I'''НБ - 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 повышения чувствительности дифференциальной защиты в таких случаях используется пусковой орган с торможением. Принцип эффекта торможения можно рассмотреть на примере дифференциального реле с быстронасыщающимся трансформатором (Рис.4).
Рис.4 Принцип действия защиты с торможением
При возникновении внешнего короткого замыкания в точке К1 по рабочей обмотке wP протекают два приблизительно равных и направленных встречно друг другу тока I1ВТ и I2ВТ. За счет магнитодвижущих сил, создаваемых этими токами,
I1ВТ ꞏ wP - I2ВТ ꞏ wP = IНБ ꞏ wP,
в сердечнике быстронасыщающегося трансформатора (БНТ) создается результирующий поток, который пронизывает витки выходной обмотки и может привести к срабатыванию реле. Тормозная обмотка wТ и ток I2ВТ создают дополнительный поток, который насыщает сталь сердечника и загрубляет защиту.
При внутреннем коротком замыкании ток I2ВТ отсутствует, и реле КА сработает. Сопоставление чувствительности защиты без торможения и с торможением показано на Рис.5.
Рис.5 Оценка чувствительности дифференциальной защиты трансформаторов
1 - ток небаланса защиты в зависимости от величины тока КЗ; 2 - зависимость тока срабатывания защиты без торможения; 3 - ток в реле при внутреннем коротком замыкании; 4 - зависимость тока срабатывания защиты с торможением; I'''K - максимально возможное значение тока внешнего КЗ; I''K - значение тока КЗ, при котором сработает защита без торможения; I'K - значение тока КЗ, при котором сработает защита с торможением.
4. Схемы дифференциальной защиты
трансформаторов и автотрансформаторов
1. Схема дифференциальной защиты трансформатора с использованием реле типа ДЗТ-21.
Реле типа ДЗТ-21 используется на энергетических объектах России для выполнения дифференциальной защиты с торможением и до настоящего времени является наиболее распространенным типом защиты трансформаторов и автотрансформаторов большой мощности от внутренних повреждений и повреждениях на выводах. Реле обладает высокой чувствительностью и быстродействием.
Для отстройки от бросков намагничивающего тока силовых трансформаторов и переходных токов небаланса применяется время-импульсный способ блокирования защиты в сочетании с торможением от составляющей второй гармоники тока намагничивания. В защите предусмотрено также торможение от фазных токов.
Рис. 6. Однолинейная структурная схема защиты
Реле ДЗТ-21 выполнено трехфазным в четырехмодульной кассете и включает в себя три фазных модуля и модуль питания и управления. Однолинейная структурная схема защиты приведена на Рис.6.
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 торможения 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 торможения при небольших токах.
2. Схема дифференциальной защиты трансформатора с использованием реле дифференциального реле тока типа РСТ 15.
Реле типа РСТ 15 выполнено на микроэлектронной основе и применяется для защиты понизительных трансформаторов и электродвигателей для случаев, когда не требуется торможение. Структурная схема реле представлена на Рис.7.
Рис. 7. Дифференциальное реле тока типа РСТ 15.
Сигнал от трансформаторов тока подается на трансреактор TAV, который содержит одну основную и две дополнительные обмотки. Обмотки связаны между собой перемычками. Трансреактор работает на выпрямительный мост, состоящий из двух диодов и двух резисторов, что позволяет повысить чувствительность реле к малым сигналам.
К выходу выпрямительного моста подключен активный фильтр нижних частот А1. Параметры фильтра подобраны таким образом, что для постоянной составляющей входного сигнала коэффициент усиления равен единице, для рабочей частоты – 2.2, для второй гармоники – 0,9. На Рис.8. представлена амплитудно-частотная характеристика этого фильтра.
Рис. 8. Амплитудно-частотная характеристика фильтра
С выхода фильтра А1 сигнал подается в логический блок, выполненный на операционных усилителях А2, А3 и предназначенный для идентификации повреждения. Усилитель А2 представляет собой компаратор, выполняющий сравнение входного сигнала с опорным, подаваемым с блока уставок. Усилитель А3 выполняет функции элемента задержки с установленной 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 операционного усилителя А3 соединен положительной обратной связью с входом компаратора А2.
При возникновении короткого замыкания в зоне действия защит входной сигнал превысит опорный, что приведет к смене знака выходного напряжения компаратора А2. Элемент А3 отработает задержку времени, и транзистор выходного блока А4 откроется. Реле сработает.
В момент включения силового трансформатора элемент задержки не успевает отработать выдержку времени за время пока изменен знак выходного напряжения компаратора А2. Реле не работает.
Существуют и другие схемы дифференциальной защиты трансформаторов и автотрансформаторов, например на реле РТН565 и на цифровом терминале RET 316. Подробное опиcание схем приведено в [1]
Список литературы
1. Копьев В.Н. Релейная защита. Вопросы проектирования: Учебное пособие. - http://www.elti.tpu.ru/doc/lib/RZ_VP.pdf , 2006 -107 с.
2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ).
3. Андреев В.А. Релейная защита систем электроснабжения: Учебник для ВУЗов. 4е изд. переработанное и дополненное - М.: Высшая школа, 2006, 639 с.
4. Федосеев А.М. Релейная защита электроэнергетических систем. - М.: Энергоатомиздат,1984 520 с. |
|
|
Скачать 148 Kb.