НАЗНАЧЕНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НЕЙ 8 страница

По выбранному определяют , а затем рассчитывают число витков, необходимых для установки на обмотках реле РНТ-565, исходя из того, что реле срабатывает при 100 А-витках .

Обмотки реле подключаются к обмоткам ТА таким образом, чтобы в нормальном режиме магнитные потоки, а следовательно, и намагничивающие силы, создаваемые токами высокой, средней и низкой сторон, были уравновешены. Поскольку вторичные токи сторон защищаемого трансформатора сбалансировать абсолютно точно невозможно, выравнивают намагничивающие силы . Для трехобмоточного трансформатора (рис. 100) баланс намагничивающих сил в нормальном режиме записывается следующим образом

.

Рис. 100 Схема включения реле РНТ в дифференциальной защите трехобмоточного трансформатора с односторонним питанием

У трехобмоточного трансформатора для выравнивания намагничивающих сил используют все три обмотки реле. Для двухобмоточного трансформатора можно использовать две обмотки, например, и или и .

Схема выполнения защиты на реле ДЗТ-11 приведена на рис. 101. Тормозная обмотка подключена на сторону СН. Ток определяется по условию отстройки от броска тока намагничивания , затем рассчитывают необходимое для установки число витков. Выбор производится исходя из требования недействия защиты при внешних к.з.

Следует отметить, что k_ч для защит с реле ДЗТ-11 получается выше, чем у защит с реле РНТ-565.

Для трансформаторов малой мощности (S<6300 кВА) может быть использована токовая отсечка. Она работает при междуфазных к.з., и в зону ее действия попадает не весь трансформатор. От витковых к.з. в таком случае используется газовая защита.

Газовая защита установлена на всех трансформаторах, она действует при к.з. внутри бака и отключает трансформатор без выдержки времени при сильном выделении газа. При слабом выделении газа газовая защита действует на сигнал.

В качестве резервной защиты от к.з. во внешней сети применяются МТЗ, МТЗ с блокировкой по минимальному напряжению, фильтровая токовая защита обратной последовательности, реагирующая на несимметричные к.з. На трансформаторах большой мощности и на автотрансформаторах применяется дистанционная защита. Все защиты выполняются таким образом, чтобы в зону их действия попадал трансформатор или автотрансформатор. Схема подключения резервных защит для двухобмоточного трансформатора приведена на рис. 102

В качестве резервной защиты используется МТЗ с пуском по напряжению (реле КА1, КА2, КА3 и реле времени KT)

.

Рис. 101 Схема включения реле ДЗТ в дифференциальной защите трехобмоточного трансформатора с двухсторонним питанием

Рис. 102 Токовые защиты понижающего трансформатора

Напряжение срабатывания защиты рассчитывается также как для аналогичных защит генератора. Время согласуется с временем отходящих от шин низкого напряжения присоединений.

Рис.103 Размещение токовых защит от межфазных к.з. и перегрузок

на трехобмоточном трансформаторе с двухсторонним питанием

Размещение резервных защит для трехобмоточного трансформатора приведено на рис. 103.

На трехобмоточных трансформаторах и автотрансформаторах, имеющих двухстороннее питание, резервная защита одной из питающих сторон должна быть выполнена направленной.

На рисунке 103 у защиты на СН установлены две выдержки времени. Направленная ступень (КА1, KW, KT2')имеет выдержку времени больше, чем у реле KТЗ, но меньше, чем у МТЗ на ВН. Данная ступень резервирует к.з. внешней сети СН. Ненаправленная ступень МТЗ на СН (КТ2")имеет выдержку времени больше, чем время МТЗ на НН и МТЗ на ВН. Предназначена эта ступень для отключения к.з. в трансформаторе.

Защиты от замыканий на землю установлены со стороны обмотки, имеющей заземленные нейтрали (рис. 104, а).

Трансформатор тока установлен в нейтрали трансформатора. Защита согласуется по току и по времени с защитами от замыканий на землю сети ВН.

Для трехобмоточных трансформаторов защиты установлены со стороны двух обмоток, имеющих заземленные нейтрали (рис. 104, б).Реле времени KTимеет две выдержки времени. С меньшей выдержкой отключается выключатель своей стороны, с большей - трансформаторные выключатели всех трех сторон. Таким образом, вторая ступень резервирует дифференциальную защиту трансформатора при однофазных к.з. в трансформаторе.

Обе МТЗ нулевой последовательности (рис. 104, б) выполнены направленными, что позволяет селективно отключать повреждения во внешних сетях.

а)

б)

Рис. 104 Токовые защиты нулевой последовательности трансформаторов:

а - с трансформатором тока в проводе заземления нейтрали; б - направленная токовая защита нулевой последовательности

Защита от перегрузки током устанавливается на всех трансформаторах со стороны источника питания или, в случае необходимости, со всех сторон трансформатора. По типу - это МТЗ в однофазном исполнении. Защита действует на сигнал. На подстанциях без обслуживающего персонала защита от перегрузки действует с выдержкой времени на сигнал, c - на отключение части потребителей и с t₃>t₂ - на отключение силового трансформатора. На рисунке 102 МТЗ от перегрузки выполнена на реле и КTЗ.

Условие срабатывания

,

где =1,05; =0,85.

15. ОСНОВНЫЕ ЗАЩИТЫ БЛОКОВ «ГЕНЕРАТОР-ТРАНСФОРМАТОР»

Современные крупные ГРЭС, АЭС, ГЭС выполняются по блочному принципу. Релейная защита генераторов, трансформаторов и трансформаторов собственных нужд

выполняется таким же образом, как для оборудования, не объединенного в блок, но существует ряд особенностей при выполнении защит блоков.

1. Соединение в один блок нескольких элементов позволяет объединить однотипные защиты в одну. Например, дифзащита блока, МТЗ от внешних к.з., МТЗ от перегрузки и т.п.

2. Различные режимы работы нейтрали генератора и сети, т.е. отсутствие электрической связи, позволяет не согласовывать между собой защиты от замыканий на землю в ста-горной обмотке генератора и защит)' от однофазных к.з. во внешней сети.

3. На блоках релейные защиты действуют не только на выключатель блока и АГП, но и на технологические защиты и на останов блока в целом

4. Малые запасы по нагреву мощных генераторов обусловливают необходимость применения защит от нагрева ротора при несимметричном режиме

5. Высокая стоимость мощных блоков повышает требования к надежности, чувствительности и быстродействию защит блоков.

К основным защитам блока относятся: продольная дифференциальная защита генератора, поперечная дифференциальная защита генератора (если она может быть установлена на генераторе, т.е. статорная обмотка генератора содержит параллельные ветви), дифференциальная защита силового трансформатора, газовая защита трансформатора, дифференциальная защита ошиновки высокого напряжения (по принципу действия аналогична дифференциальной защите шин). Все перечисленные защиты действуют без выдержки времени на отключение и останов блока при всех видах к.з. в генераторе, трансформаторе и на выводах блока к шинам высокого напряжения. В блоке обязательно присутствие трансформатора собственных нужд (ТСН). Он имеет свою дифференциальную и газовую защиту, которая отключает выключатель на высоком напряжении ТСН, если он установлен, или выключатель блока с его остановом, если этого выключателя нет. Тип реле, используемых в дифзащитах, зависит от мощности блока. На генераторах это чаще всего реле ДЗТ-11, а на силовых трансформаторах - реле ДЗТ-21. Принцип действия данного реле заключается в отличии вида тока включения и тока к.з. Применение реле ДЗТ-21 позволяет увеличить зашиты, т.к. для реле ДЗТ-21, а для реле ДЗТ-11 - .

Рис. 105 Дифференциальные защиты блока

Дифференциальные защиты выполняются отдельно для трансформатора и генератора, но зоны защит должны перекрывать друг друга (рис. 105).

Расчет защит приведен в соответствующих разделах.

От однофазных к.з. в цепи статора генератора предусмотрена специальная защита, причем на блоках большой мощности это защита типа ЗЗГ (рис. 106).

Данная защита реагирует на напряжение нулевой последовательности. В устройстве ЗЗГ содержится 2 блока: один (ZF1)реагирует на напряжение первой гармоники (f=50 Гц), а второй блок (ZF3) - на напряжение третьей гармоники.

При к.з. в точке К1«вблизи нейтрали» близко к нулю и блок первой гармоники на него не реагирует, но при к.з. в точке К1напряжение ,следовательно, к.з. «вблизи нейтрали» попадает в зону действия блока третьей гармоники. При к.з. в точке К2 на выводах статарной обмотки, наоборот, , а , поэтому работаег блок первой гармоники. Таким образом, в зоне защиты оказывается вся статарная обмотка генератора. Серийно выпускаются защиты типа ЗЗГ-1, ЗЗГ-2. Эти защиты не имеют «мертвой зоны».

От к.з. на землю на стороне ВН защита установлена в глухозаземленной нейтрали силового трансформатора (рис. 107). Защита реагирует на ток , возникающий при к.з. на землю и согласуется по току и по времени с защитой от замыканий на землю во внешней сети.

Для блоков с генераторами мощностью больше 1000 МВт устанавливается дополнительно резервная дифференциальная защита блока. Она охватывает весь блок и действует на отключение и останов блока с выдержкой времени.

Для защиты блоков от внешних к.з. устанавливаются МТЗ и дистанционные защиты. Они подключаются к трансформаторам тока, установленным в нейтрали генератора и к трансформаторам напряжения, установленным на выводах статорной обмотки генератора. Этим самым увеличивается зона действия защиты, т.к. в нее попадает блок. Защиты согласуются по токам, сопротивлениям и временам с защитами внешних присоединений и действуют на отключение и останов блока с выдержкой времени (рис. 108).

На рисунке 108, апоказано размещение защит блока с двухобмоточным трансформатором. На рисунке 108, б - с трехобмоточным блочным трансформатором.

Рис. 107 Защита от замыканий на землю генератора и трансформатора

В качестве защиты от несимметричных к.з. на генераторах устанавливается токовая защита обратной последовательности на базе реле РТФ-6М, имеющем интегрально зависимую выдержку времени (рис. 109). В данном реле большее значении отключается с меньшим временем. Может быть реализована многоступенчатая защита (см. рис. 109, кр. 2), которая реализуется на реле РТФ-7. Сигнализация от симметричной перегрузки устанавливается общей для блока и выполняется в виде МТЗ с выдержкой времени большей, чем время действия самой медленной ступени токовых чащит блока. Реле подключается к трансформаторам, установленным в нейтрали генератора.

а)

б)

Рис. 108 Токовые защиты от междуфазных к.з. и перегрузок блока генератор-трансформатор:

а - размещение защит на блоке генератор-двухобмоточный трансформатор; б - размещение защит на блоке генератор-трехобмоточный трансформатор.

Рис. 109 Интегрально зависимая выдержка времени

На генераторах устанавливается защита от повышения напряжения, отключающая блок при .

На роторе генератора установлены зашиты от замыканий на землю в цепи обмотки ротора, а также защиты от перегрузки ротора током возбуждения. Они описаны в разделе «Защиты генераторов».

Блочные генераторы, как правило, имеют защиту от потери возбуждения. При потере возбуждения генератор начинает работать в асинхронном режиме, он выдает в сеть активную мощность и потребляет из сети реактивную. Защита от потери возбуждения выполняется с помощью реле сопротивления, подключенного к трансформаторам тока, установленным в нулевых выводах генератора.

Принцип выполнения защиты основан на том, что в нормальном режиме может быть представлена вектором , расположенным в первом квадранте комплексной плоскости (рис. 110).

При потере возбуждения генератор работает с потреблением реактивной мощности Qиз сети, т.е. смещается из первого квадранта, т.к. . Следовательно, если использовать реле сопротивления, имеющее характеристику, расположенную в нижней части полуплоскости Z_cp (см. рис. 110), то можно получить защиту, отличающую нормальные режимы от режимов, вызванных потерей возбуждения. Часть плоскости, расположенная внутри окружности Z_cp, соответствует рабочей зоне реле сопротивления. Защита действует на разгрузку блока и турбины или на отключение генератора при недопустимости работы его в асинхронном режиме.

16. ЗАЩИТА ШИН СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ. УРОВ

Короткие замыкания на сборных шинах станций и подстанций возникают:

1) из-за перекрытия шинных изоляторов и вводов выключателя;

2) повреждения трансформаторов тока и напряжения;

3) поломка изоляторов разъединителей и воздушных выключателей;

4) ошибок оперативного персонала при переключениях.

Отключение повреждений на шинах может производиться защитами элементов, питающих эти шины. Это, как правило, резервные защиты трансформаторов, генераторов, линий, двигателей. Они имеют большие выдержки времени и иногда не могут обеспечить селективного отключения повреждения на шинах. Для защиты шин используют специальные защиты с высокими показателями по надежности и чувствительности.

Для шин 110 кВ и выше используется дифзащита, принцип действия которой основан на первом законе Кирхгофа. Сумма токов, притекающих к шинам равна сумме токов, уходящих из шин. В нормальном режиме и в режиме внешнего к.з. это условие всегда выполняется. Если же к.з. происходит на шинах, то весь ток течет в точку к.з., а ток протекающий по реле отличен от нуля (рис. 111). Таким образом, записанное ниже условие выполняется в нормальном режиме и в режиме внешнего к з.

.

Рис. 111 Принцип действия дифзащиты шин

При к.з. К1 ток и , т.е. при к.з. на отходящих присоединениях защита не работает.

При к.з. К2 на системе шин все токи текут в точку к.з. и , защита работает и действует на отключение всех присоединений данной системы шин без выдержки времени. Дифзащита шин выполняется с помощью реле типа РНТ (реле с быстронасыщающимся трансформатором). Все трансформаторы тока принимаются одинаковыми с одинаковым коэффициентом трансформации. Ток срабатьтания защиты выбирается, исходя из двух условий:

1. , ; -наибольшее значение тока небаланса, протекающего по реле при внешнем к.з.

2. ; -нагрузочный ток наиболее мощного присоединения.

Выполнение схемы защиты шин определяется схемой выполнения сборных шин станции или подстанции. Рассмотрим в качестве примера релейную защиту шин для подстанции с двумя системами шин и фиксированным распределением элементов.

Структурная схема защиты приведена на рис. 112. В данной схеме обязательно наличие трех комплектов токовых реле (реле типа РНТ). Комплекты 1 и 2 называются избирательными, а комплект 3 - пусковым. Избирательные комплекты определяют на какой системе шин возникло к.з. Пусковой комплект работает при к.з. на любой из систем шин. Наличие комплекта 3 необходимо для того, чтобы при нарушениях фиксации (например, элемент 2 присоединен ко II системе шин (--)) и внешних к.з. (К1)защита ложно не отключала все присоединения на подстанции. Отключение присоединений системы шин произойдет только при условии работы пускового комплекта и одного из избирательных. При нарушениях фиксации (---) и к.з. К1работают оба избирательных комплекта, но не работает пусковой, вследствие чего не происходит ложного отключения подстанции.

Рис. 112 Защита шин для подстанции с двумя системами шин и фиксированным

распределением элементов

В схеме присутствуют 2 чувствительных комплекта (4 и 5), которые работают после неуспешного АПВ шин. АПВ шин включает элементы, отключенные дифзащитой шин поочередно, начиная с наиболее мощного питающего элемента. Если к.з. было устойчивое, то включенный элементы вновь отключается защитой с помощью чувствительного комплекта ( ) " подается сигнал «запрет АПВ» на остальные элементы данной системы шин.

Дифзащита называется полной, когда трансформаторы тока установлены на всех присоединениях. Такая защита применяется для шин 110 кВ и выше. Принципиальная схема полной дифзащиты приведена на рис. 113. Избирательные комплекты выполнены на реле КАТ1 и КАТ2, пусковой комплект - на реле КАТ3. В схеме предусмотрен вывод защиты из действия при обрывах вторичных цепей ТА – реле КА1, КТ, КL4.

При обрывах вторичных цепей ТА в реле КА1 появляется ток, оно сработает и с выдержкой времени записывает реле КL4, которое снимает «+» оперативного тока с контактов реле КАТ3, чем и выводит дифзащиту из действия. Выдержка времени нужна для отстройки от бросков при к.з. на шинах, когда защита должна подействовать на отключение.

При к.з. на первой системе шин работают реле КАТ1 и КАТ3. При срабатывании реле КАТ3 записывается реле КL3, отключающее секционный выключатель Q7 и подающее «+» оперативного тока на контакт реле КАТ1, которое отключает выключатели Q1-Q3 через реле КL1.

При наличии устойчивого к.з. на первой системе шин приходит в действие ее чувствительный комплект. После работы защиты шин АПВ включает самый мощный питающий элемент. Если к.з. не установилось, то величина тока будет меньше, чем в первый момент возникновения аварии, когда были включены все присоединения. Следовательно, реле КАТ1 и КАТ3 не сработают, а сработает реле КА2. Реле КL6 работает после срабатывания реле КL1, отключающего присоединения первой системы шин. Реле КL6 имеет размыкающийся с выдержкой времени контакт, который остается замкнутым после отключения выключателей Q1-Q3. Если к.з. устойчиво и работает реле КА2, то сигнал на отключение подается через контакт реле КL6. АПВ всех остальных элементов запрещается.

Неполная дифзащита – если трансформаторы тока установлены только на питающих элементах. Данная защита применяется для защиты шин 6-35 кВ. Схема защиты приведена на рис. 114.

Защита имеет две ступени: 1-я ступень – основная, действует при к.з. на шинах, а 2-я ступень – резервная – действует при к.з. на отходящих линиях. В 1-ю ступень входит реле КА1, включенное на сумму токов всех источников питания. Все ТА имеют одинаковые . При внешних к.з. (точка К1 на Л1) в реле КА1 токи не сбалансированы, по реле протекает от источников питания и суммарный ток нагрузки линий (линии Л2 для рассматриваемой схемы). Для исключения срабатывания защиты в этом режиме необходимо, чтобы

; .

При к.з. на соседней секции (точка К5), а также при к.з. в точках К2 и К3 токи в реле уравновешены и защита не работает.

В нормальном режиме по реле КА1 протекает ток , но т.к. к защите не подключен ток по линиям Л1 и Л2, то ток по реле КА1 в нормальном режиме будет меньше, чем при внешних к.з., и защита работать не будет.

Рис. 113 Дифференциальная защита сборных шин подстанций с двойной системой и фиксированным распределением элементов

Рис. 114 Неполная дифференциальная защита сборных шин напряжением 6(10) кВ

При к.з. на шинах (точка К6) защита сработает, если . В этом случае сигнал на отключение подается с выдержкой времени, установленной на реле КТ.

Основная ступень защиты выполнена на реле КА1- это токовая отсечка, которая действует на отключение выключателей источников питания без выдержки времени через реле KL2 и KL1.

Таким образом, реле КА2 резервирует действие реле КА1, а также токовых защит линий Л1 и Л2.

Ток срабатывания реле КА1 выбирается по следующим условиям:

1. ; .

2. Условие отстройки от увеличения тока при действии АВР на Q7

,

где - нагрузка на своей секции; - нагрузка, подключаемая к секции при действии АВР на Q7; , .

Ток для реле КА2 выбирается по следующим условиям:

1. Условие возврата реле после отключения поврежденной ЛЭП своей защитой

,

где - коэффициент, учитывающий увеличение тока при самозапуске двигателей.

2. Условие недействия защиты при работе АВР на Q7

,

где - коэффициент, учитывающий самозапуск двигателей на соседней линии; .

Рассмотренная схема неполной дифференциальной защиты шин может быть применена для защиты шин генераторного напряжения электростанций.

Резервирование действия защиты и отказа выключателя (УРОВ). При автоматической ликвидации повреждений встречаются случаи отказа в действии релейной защиты или выключателей. Подобные случаи могут привести к тяжелым авариям, поэтому необходимо резервировать действие релейной защиты и выключателей. Применяется 2 способа резервирования:

1) дальнее резервирование;

2) ближнее резервирование.

Дальнее резервирование выполняется резервными ступенями основных защит (III ступень дистанционной защиты) или резервными защитами (МТЗ трансформаторов, генераторов). Ближнее резервирование осуществляется защитами с выключателями той же подстанции, где произошел отказ.

Достоинство дальнего резервирования в том, что основная и резервная защиты находятся на разных подстанциях и не зависят друг от друга. Но в сложных сетях резервные защиты часто обладают низкой или недостаточной чувствительностью. Устройство ближнего резервирования (УРОВ) (рис. 115) при к.з. К1 и поломке выключателя действует на отключение всех присоединений, т.е. , , . То же самое происходит при наличии к.з. и поломке любого из выключателей данной системы шин.

Рис. 115 Принцип действия УРОВ

Для запуска схемы УРОВ выполняются специальные токовые реле, установленные на каждом присоединении. Поскольку в результате действия УРОВ могут произойти многочисленные отключения, то время действия УРОВ выбирается больше, чем время самой большой ступени резервной защиты всех присоединений. Запуск УРОВ осуществляется при выполнении следующих условий:

- сработала защита присоединения (самая грубая по времени ступень);

- выключатель присоединения остался во включенном положении;