Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.

15.5. Дифференциально-фазная высокочастотная РЗ ДФЗ-201 с двумя полу-

комплектами на ЛЭП с ответвлением

управляющих цепью отключения РЗ, от КЗ за трансформатором

ответвления или применением блокирующих реле, также от-

строенных от КЗ за трансформатором; 2) установкой дополни-

тельного неполного комплекта ВЧ на ответвлении.

Первый способ реализуется так же, как и на ЛЭП, оснащен-

ных продольными дифференциальными РЗ.

Второй способ применяется, если по условиям чувствитель-

ности отстройка пусковых органов РЗ или применение блоки-

рующих реле невозможно. В этом случае на ответвлении уста-

навливается дополнительный неполный комплект С диффе-

ренциально-фазной защиты ДФЗ (рис. 15.6, а), используемый

для блокирования ВЧ-передатчика комплектов А и В при

повреждениях за трансформатором ответвления (рис. 15.6, а, 6

ирис.

13.17).

При КЗ за трансформатором ответвления ток в ответвлении

сдвинут по фазе на 180° относительно токов 1

и 1

на концах

ЛЭП (рис. 15.6, а).

В этих условиях передатчики на концах ЛЭП работают в

положительные полупериоды токов /^ и 1

, а передатчик на

ответвлении - в отрицательный полупериод этих токов. Ток ВЧ

генерируется непрерывно, как и при внешнем КЗ, ДФЗ не ра-

ботает (рис. 15.6, б). В случае наличия источников питания со

стороны ответвления на последнем устанавливается полный

комплект ДФЗ.

541

ДФЗ Ь ДФЗ

ш ш

1\_/1

с№

I I

]ВЧ-сигмал

I I

/./М2/.7 Х/Ш.Г

1.КШ

1.К1.1

Рис.

15.6. Дифференциально-фазная вы-

сокочастотная РЗ с тремя полукомплек-

тами на ЛЭП

ответвлением

Направленные защиты с высокочастотной блокировкой

(ВЧЗ).

Для обеспечения правильной работы ВЧЗ в общем слу-

чае (при наличии питания со стороны ответвления) необходи-

мо устанавливать комплекты ВЧЗ с трех сторон ЛЭП: А, В и С

(рис.

15.7).

При КЗ за трансформатором ответвления в точке КЗ мощ-

ность КЗ 5

на ответвлении направлена к шинам, комплект С

пускает ВЧ-передатчик, который посылает блокирующие сиг-

налы, запрещающие работать комплектам А и В. При КЗ на ЛЭП

последняя будет отключаться с трех сторон комплектами РЗ

А,

В и С.

При отсутствии источников питания со стороны ответвления

на последнем достаточно установить только ВЧ-передатчик

542

С *С1 I I ' 1 Г

ЛА

-/—

КВ

_^_

КС

-о-

Пусх

8Ч-передатчика

Рис.

15.7.

Направленная высокочастотная РЗ на ЛЭП с ответвлением

Рис.

15.8. Схема цепей постоянного тока полукомплекта высокочастотной РЗ,

устанавливаемого на ответвлении без источника питания

и пускающие его пусковые реле (рис. 15.8), с тем чтобы комп-

лект С блокировал ВЧЗ А и В при КЗ за ответвлением в точ-

ке КЗ.

Комплект С можно не ставить, если пусковые реле ВЧЗ А

и В можно отстроить от КЗ в точке КЗ без ущерба для чувстви-

тельности РЗ при повреждении на защищаемой ЛЭП.

На многоконцевых ЛЭП 110-330 кВ, не оборудованных

устройствами ОАПВ, может применяться панель направленной

ВЧЗ типа ПДЭ-2802, которая предназначена для действия на

отключение выключателей при всех видах КЗ на защищаемой

ЛЭП и для посылки ВЧ-сигнала блокировки на противополож-

ные концы ЛЭП при КЗ вне защищаемой зоны. Комплект РЗ,

устанавливаемый на ответвлении, осуществляет только пере-

дачу блокирующих сигналов при внешних КЗ.

Трудно решаемым вопросом на ЛЭП с ответвлениями, имею-

щими трансформаторы малой и средней мощности, является

резервирование отказа их РЗ или их короткозамыкателя при

КЗ за трансформатором ответвления.

В ряде энергосистем на ПС ответвлений применяется допол-

нительная РЗ, имеющая независимые от остальных защит

трансформаторов токовые и оперативные цепи; для резервиро-

вания на случай отказа короткозамыкателя предусматривает-

ся действие на отключение отделителя, при этом допускается

его повреждение.

543

Вопросы для самопроверки

Особенности выполнения диффазной защиты на линиях

с ответвлениями.

Особенности выполнения направленной ВЧ защиты на

линиях с ответвлениями.

Особенности расчета токовых отсечек на линиях с ответ-

влениями.

Глава шестнадцатая

ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ

16.1.

ПОВРЕЖДЕНИЯ И НЕНОРМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ

ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ,

ВИДЫ ЗАЩИТ И ТРЕБОВАНИЯ К НИМ

Виды повреждений. Основными видами повреждений в

трансформаторах и автотрансформаторах являются: замыкания

между фазами внутри кожуха трансформатора (трехфазного)

и на наружных выводах обмоток; замыкания в обмотках между

витками одной фазы (витковые замыкания); замыкания на

землю обмоток или их наружных выводов; повреждения маг-

нитопровода трансформатора, приводящие к появлению мест-

ного нагрева и "пожару стали". Опыт показывает, что КЗ на

выводах и витковые замыкания в обмотках происходят наибо-

лее часто. Междуфазные повреждения внутри трансформато-

ров возникают значительно реже. В трехфазных трансформато-

рах они хотя и не исключены, но маловероятны вследствие

большой прочности междуфазной изоляции. В трансформатор-

ных группах, составленных из трех однофазных трансформато-

ров,

замыкания между обмотками фаз практически невоз-

можны.

При витковых замыканиях (рис. 16.1) токи, идущие к месту

повреждения от источников питания, могут быть небольшими.

Чем меньше число замкнувшихся витков и>

, тем меньше будет

ток /

, приходящий из сети.

Для ограничения размера разрушения РЗ от повреждений

в трансформаторе должна действовать быстро

(1:

= 0,05 -^0,1 с).

Защита от повреждений. В качестве таких РЗ применяются

токовая отсечка, дифференциальная и газовая защиты.

544

Рис.

16.1. Протекание токов при витко-

вых КЗ в трансформаторе

На трансформаторах мощностью 200 МВ • А и более предусмат-

ривается автоматическое пожаротушение водой.

Все изложенное далее в равной мере относится к трансфор-

маторам и автотрансформаторам. Особенности РЗ автотранс-

форматоров будут оговариваться особо.

Виды ненормальных режимов. Наиболее частым ненормаль-

ным режимом работы трансформаторов является появление

в них сверхтоков, т. е. токов, превышающих номинальный ток

обмоток трансформатора. Сверхтоки в трансформаторе возни-

кают при внешних КЗ, качаниях и перегрузках. Последние воз-

никают вследствие самозапуска электродвигателей, увеличе-

ния нагрузки в результате отключения параллельно работаю-

щего трансформатора, автоматического подключения нагруз-

ки при действии АВР и т. п.

Внешние КЗ. При внешнем КЗ, вызванном повреждением на

шинах трансформатора или неотключившимся повреждением

на отходящем от шин присоединении, по трансформатору про-

ходят токи КЗ 1

> 1

Н0М

, которые нагревают его обмотки сверх

допустимого значения, что может привести к повреждению

трансформатора. В связи с этим трансформаторы должны иметь

РЗ от внешних КЗ, отключающую трансформатор.

Защита от внешних КЗ осуществляется при помощи

МТЗ,

МТЗ с блокировкой минимального напряжения, дистан-

ционной РЗ, токовых РЗ нулевой и обратной последователь-

ностей. В зону действия РЗ от внешних КЗ должны входить

шины подстанций (I участок) и присоединения, отходящие

от этих шин (II участок). Эти РЗ являются также резервными от

повреждений в трансформаторе.

Перегрузка. Время действия РЗ от перегрузки определяется

только нагревом изоляции обмоток. Масляные трансформаторы

допускают длительную перегрузку на 5%. В аварийных режи-

мах допускается кратковременная перегрузка в следующих

пределах:

Кратность перегрузки 1,3 1,6 1,75 2 3

Допустимое время перегрузки, мин . . 120 45 20 10 1,5

545

Из этих данных видно, что перегрузку порядка (1,5-2) 7

Н0М

можно допускать в течение значительного времени, измеряе-

мого десятками минут. Наиболее часто возникают кратковре-

менные, самоликвидирующиеся перегрузки, неопасные для

трансформатора ввиду их непродолжительности, например

перегрузки, вызванные самозапуском электродвигателей

или толчкообразной нагрузкой (электропоезда, подъемники

и т. п.). Отключения трансформатора при таких перегрузках не

требуется. Более длительные перегрузки, вызванные, напри-

мер,

автоматическим подключением нагрузки от АВР, отклю-

чением параллельно работающего трансформатора и др., могут

быть ликвидированы обслуживающим персоналом, который

располагает для этого достаточным временем. На подстанциях

без дежурного персонала ликвидация длительной перегрузки

должна производиться автоматически от РЗ отключением ме-

нее ответственных потребителей или перегрузившегося

трансформатора.

Таким образом, РЗ трансформатора от перегрузки должна

действовать на откючение только в том случае, когда пере-

грузка не может быть устранена персоналом или автомати-

чески.

Повышение напряжения. Опасное для трансформаторов по-

вышение напряжения возникает в сетях 500-1150 кВ при одно-

стороннем отключении длинных ЛЭП с большой емкостной

проводимостью. Повышение напряжения вызывает увеличе-

ние магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора,

вследствие чего нарастают ток намагничивания и вихревые

токи. Эти токи нагревают обмотки и сердечник трансформато-

ра, что может привести к повреждению изоляции обмоток и

"пожару железа" сердечника. Чем больше уровень напряже-

ния, тем меньше время, в течение которого оно допускается.

Неполнофазный режим. На автотрансформаторах (АТ) преду-

сматриваются РЗ от неполнофазного режима, возникающего

при отключении (или включении) не всеми фазами сторон

высшего (ВН) или среднего (СН) напряжений. Эта РЗ должна

действовать на отключение АТ. Необходимость установки та-

кой РЗ обусловлена возможностью отключения в указанном

режиме второго, параллельно работающего АТ той же под-

станции.

Понижение уровня масла в баке

трансформатора

ниже уров-

ня обмоток, что возможно при течи в баке или резком пониже-

546

нии температуры наружного воздуха, может привести к повреж-

дению обмотки.

Особенности автотрансформаторов. Автотрансформаторы

имеют некоторые особенности, которые нужно учитывать при

расчете уставок и выполнении РЗ. На рис. 16.2 представлены

схемы понижающего трансформатора и АТ. Последний можно

рассматривать как трансформатор, у которого вторичная об-

мотка совмещена с первичной АХ (рис. 16.2, б). Распределение

токов в АТ и трансформаторе различно. В трансформаторе

перичный ток 1

проходит по первичной обмотке и»

, а вторич-

ный 1

- по вторичной

и>

В АТ 1

проходит только по части пер-

вичной обмотки АТ и^ -

\1>

называемой последова-

тельной (обмотка аА). Во вторичной обмотке м>

, называемой

общей, проходит ток 1

о6щ

= 1

- 1

, меньший, чем во вторич-

ной обмотке трансформатора на значение тока 1

. Вторичным

током АТ является 1

= 1

+ /

. Ниже отмечены особенно-

сти АТ, имеющие значение для РЗ.

В отличие от трансформаторов АТ характеризуются двумя

значениями мощности: проходной

прох

называемой номи-

нальной, и расчетной

расч

называемой также типовой. Про-

ходной называется предельная рабочая мощность, передавае-

мая с первичной на вторичную сторону трансформатора или АТ:

рох = ГЛ'1 = У

. (16.1)

Расчетной называется мощность, по которой рассчитывают-

ся параметры обмоток и магнитопровода трансформатора

и АТ. Она определяется токами, проходящими по обмоткам,

и напряжениями на их зажимах, т. е.

расч

= С/

бм^обм-

Расчетная мощность общей части обмотки 5

= У

(^2 - А)>

а последовательной части

П0СЛ

= (I/, -

)^1~

Сопоставляя оба

выражения, можно установить, что 5

П0СЛ

Это означает,

что общая и последовательная обмотки АТ должны рассчиты-

ваться по одной и той же расчетной мощности:

5расч = А(^-^

)=/

^(1-^-) =

^прох I

—

~ТГ~ I

^прох ^выг

(16.2)

где К

- коэффициент трансформации АТ, равный

/11

547

•*«

л1К_0

а)

»*А

I Ш/ ^ " I

* * * л 1

X ?в{щ'?1~1г

Рис.

16.2. Токораспределение в обмотках

трансформатора (а) и автотрансформа-

тора (6)

Рис.

16.3. Повышение напряжения в сети среднего напряжения неэаземленного

автотрансформатора при КЗ на стороне ВН

= М

/№

;

ВЫГ

- коэффициент выгодности, показывающий,

во сколько раз 5р

сч> определяющая размеры АТ, меньше

пр0

х>

номинальной мощности АТ:

^выг

—

1 ^ — 7~, —

(16.3)

Трансформатор такой же номинальной мощности рассчиты-

вается по

прох

т. е. по мощности в

1/к

ВЫГ

раз больше, чем АТ.

В результате этого размеры магнитопровода и обмоток АТ

меньше, чем у трансформатора равной мощности, а ток намаг-

ничивания АТ при расчете параметров РЗ определяется по

"расч•

В АТ вторичная цепь электрически связана с первич-

ной, поэтому при замыкании на землю одной фазы в сети ВН

автотрансформатора потенциал (по отношению к земле) непо-

врежденных фаз в сети СН повышается на значение фазного

напряжения сети ВН (рис. 16.3). Для предупреждения такого по-

вышения напряжений нейтраль АТ должна обязательно за-

земляться (рис. 16.3).

Трехфазные силовые АТ дополняются третьей обмоткой,

соединенной в треугольник (обмотка 3 на рис. 16.3), которая

служит для замыкания третьих и кратных трем гармоник маг-

нитных потоков и улучшения симметрии напряжений в сети.

548

Дополнительная обмотка 3 имеет магнитную связь с об-

мотками АТ 1 а 2. Она выполняется на напряжение 6-35 кВ

и используется для подключения потребителей, генераторов

и СК. Автотрансформатор с дополнительной обмоткой анало-

гичен трехобмоточному трансформатору. При наличии третьей

обмотки в некоторых режимах (см. рис. 16.16, в) /

общ

равен

не разности, а сумме 1

+ 1

. Номинальная мощность третьей

обмотки принимается равной расчетной мощности АТ.

16.2.

ЗАЩИТА ОТ СВЕРХТОКОВ

ПРИ ВНЕШНИХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ

Защита от внешних КЗ служит для отключения трансформа-

тора при КЗ на сборных шинах или на отходящих от них присо-

единениях (рис. 16.4), если РЗ или выключатели этих элементов

отказали в работе. Одновременно РЗ от внешних КЗ использу-

ется и для защиты от повреждения в трансформаторе. Однако

*- УАТО/

УАТ02

—СЬ,

гО-0-0"*""

КТ2 К1.2 НН2

-О-

ЧННЪ

в)

УАТ02

Рис.

16.4. Максимальная токовая защита двухобмоточного понижающего транс-

форматора:

—

схема токовых цепей с тремя ТТ; б

—

принципиальная схема оперативных

цепей; в

—

структурная схема; г - схема токовых цепей с двумя ТТ

549

по условиям селективности РЗ от внешних КЗ должна иметь

выдержку времени и, следовательно, не может быть быстро-

действующей. По этой причине в качестве основной РЗ от по-

вреждений в трансформаторах она используется лишь на мало-

мощных трансформаторах. На трансформаторах, имеющих

специальную РЗ от внутренних повреждений, РЗ от внешних

КЗ служит резервом к этой защите на случай ее отказа. Наибо-

лее простой РЗ от внешних КЗ является МТЗ. В тех случаях,

когда ее чувствительность оказывается недостаточной, при-

меняются более чувствительные МТЗ с пуском по напряже-

нию,

МТЗ ОП и НП, ДЗ.

Максимальные токовые защиты трансформаторов. Зашита

двухобмоточных понижающих

трансформаторов

[3]. Схема МТЗ

трансформатора с односторонним питанием приведена на

рис.

16.4. Чттобы включить в зону действия защиты сам транс-

форматор, РЗ устанавливается со стороны источника питания

и должна действовать на отключение выключателя 01. То-

ковые реле МТЗ включаются на ТТ, установленные у выключа-

теля 02.

На рис. 16.4, а приведена схема РЗ трансформатора, выполнен-

ная с двумя токовыми реле КА1 и КА2, которые, сработав, с

выдержкой времени одновременно действуют на отключение

выключателей 01 и 02. При этом в случае внешних КЗ на сто-

роне низшего напряжения (НН) трансформатора отключение

выключателя (52 резервирует действие выключателя (^1.

Часто РЗ выполняют с двумя выдержками времени: с первой

на отключение выключателя 01 со стороны НН, а со второй

^ на отключение 02 со стороны ВН.

Структурная схема при таком выполнении МТЗ приведена

на рис. 16.4, е. В случае неотключенного внешнего КЗ на сто-

роне НН МТЗ с выдержкой времени ^ отключит выключа-

тель 01, трансформатор при этом останется под напряжением

со стороны ВН. В случае же повреждения в трансформаторе и

отказе его основных быстродействующих РЗ МТЗ с выдержкой

времени отключит выключатель 02 [13].

Токовые реле КА1 и КА2 в схеме МТЗ трансформаторов с ВН

110-220 кВ подключены к ТТ, соединенным в треугольник

(рис.

16.4,

а). Такое выполнение токовых цепей МТЗ предотвра-

щает возможное неселективное ее действие при КЗ на землю

в сети 110-220 кВ (в случае когда нейтраль трансформатора

заземлена). Защита может действовать при всех видах между-

550