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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 16.5. Распределение токов в обмотках трансформатора с соединением обмо-

ток г/Д при двухфазном КЗ на стороне НН

фазных КЗ на сторонах как ВН, так и НН трансформатора со

схемой соединения обмоток тс/д. При этом, однако по срав-

нению с МТЗ, содержащей три токовых реле, подключенных

к ТТ, соединенным в полную звезду, имеет место снижение

чувствительности на 15% при двухфазном КЗ на стороне НН

6-10 кВ. Сказанное поясняет рис. 16.5. Поскольку коэффици-

ент чувствительности МТЗ к

= /

, где 1

- ток в реле при

рассматриваемом виде КЗ; 7

ср

- ток срабатывания реле, то

можно записать следующее отношение:

у/к

& =

г /

д/1

.р г

д , (16.4)

где к

ч г

и к

д - коэффициенты чувствительности реле при

соединении ТТ в схемы полной звезды и треугольника соответ-

ственно; /

г , /

д и /

г,

.р д

- токи в реле и токи срабатыва-

нния реле при соединении ТТ в схемы полной звезды и тре-

угольника соответственно.

Подставляя в выражение (16.4) /

рА

= 3/

/\/ЗК;; /

р г

= 21

/уЗ

К.1

(наибольшее значение тока, протекающего в реле

фазы В); 1

-г=1

/К

\{з/К

получаем

и /ь.

2 /к К

/с

/7 ^

К1

1 , с

К г /К д = -=г —

—

\1Ъ

— = 1,15.

л/3

1 'с.з

*к

551

Выключатель

отключился

1с

Выключатель

' нормально

отключен

Рис.

16.6. При отключении трансформа-

тора Т2 и включении от АВР секцион-

ного выключателя возникает перегруз-

ка трансформатора Т1

Для трансформаторов со схемой соединения обмоток ч"А

или л/д и не связанных с сетью с заземленной нейтралью МТЗ

выполняется также двумя токовыми реле КА1 и КА2

(рис.

16.4, г), ТТ при этом соединяются в неполную звезду.

Подобная схема МТЗ может применяться и на трансформаторах

со схемой соединения обмоток тУ

. При этом для повышения

чувствительности МТЗ к двухфазным КЗ за трансформатором,

обмотки которого соединены по схеме "г/л (рис. 16.5), устанав-

ливается дополнительное реле в обратном проводе токовых це-

пей КАЗ (показано пунктиром на рис. 16.4, в-г). Аналогичная

схема применяется и на трансформаторах со схемой соедине-

ния обмоток треугольник-звезда с заземленной нулевой точ-

кой (обычно питающих сеть 0,4 кВ).

Выбор уставок. Ток срабатывания МТЗ находится из условия

возврата токовых реле при максимальной нагрузке /

ра

бтах

(см.

гл. 4):

*с.з *отс *с.э п •'раб тах'^в

(16.5)

Максимальный ток нагрузки с учетом самозапуска, от кото-

рого необходимо отстроить МТЗ, обычно определяется из рас-

смотрения трех видов нарушения: отключение параллельно ра-

ботающего трансформатора, включение трансформатора от АПВ

на неотключенную нагрузку, автоматическое подключение на-

грузки при действии АВР в случае исчезновения напряжения

на соседней секции (рис. 16.6). В двух первых случаях /

сз

оп-

ределяется по (16.5). В третьем случае /

сз

определяется по

выражению

552

•'с.з

*отсСч

раб тах "*" *с.з п •'II раб тах)' *в>

(16.5а)

где

ра6 тах

и /

п раб тах

максимальные значения токов нагруз-

ки секций:

/ - от

которой

при

действии

АВР

подается напря-

жение

и Я-на

которую подается напряжение.

Коэффициент чувствительности

при КЗ в

конце защищае-

мого участка определяется

по

формуле

*ч

4т.>/4.з.

(

)

где

тш

минимальное значение тока

при КЗ на

стороне

НН

трансформатора;

вид КЗ

определяется

соответствии

табл. 16.1.

Значение

должно быть

не

менее

1,5 при

выполнении

МТЗ

функций основной защиты

шин и не

менее

1,2 при

выполнении

функций резервирования. Если чувствительность

МТЗ

оказы-

вается неудовлетворительной,

то

применяются другие, более

чувствительные РЗ: ДЗ, МТЗ НП

и ОП.

Выдержка времени выбирается

из

условий селектив-

ности

на

ступень выше наибольшей выдержки времени 1

РЗ

присоединений, питающихся

от

трансформатора:

«г

= 'л та* + А*- (

)

Выдержка времени

МТЗ с

ограниченно зависимой характери-

стикой выбирается

из

условия (16.7)

предположении,

что ток

в реле равен току

КЗ,

проходящему через трансформатор

случае повреждения

начале

ЛЭП,

питаемой трансформато-

ром. Защиту

ограниченно зависимой характеристикой следу-

ет применять

в тех

случаях, когда посредством

ее

удается

Таблица

16.1

Схема соединения

обмоток транс-

ТТ, к

которым подключена

форматора

МТЗ

У/Л

Треугольник Двухфазное

У/у

Неполная звезда Тоже

л/Д

То же

у/л

Неполная звезда

дополнительным Трехфазное

реле

обратном проводе

553

а>

ХУ2/

"№,

Сигнал

На

отклю-

чение

Рис.

16.7. Максимальная токовая защита двухобмоточного понижающего транр^

форматора

пуском от напряжения:

—

токовые цепи; б

—

цепи напряжения; в

—

оперативные цепи

ускорить отключение повреждения в трансформаторе или на

шинах.

Максимальная токовая защита с пуском по напряжению

(рис.

16.7) обычно выполняется по схеме комбинированного

пуска с реле минимального напряжения КУ1 и фильтра-реле

напряжения ОП КУ2. Принцип действия этой схемы, имеющей

повышенную чувствительность как при двухфазных, так и при

трехфазных КЗ, рассмотрен в § 4.7. Для улучшения чувствитель-

ности пуска по напряжению цепи напряжения РЗ обычно пи-

таются от ТН, установленного с той стороны трансформатора,

при повреждении на которой должна действовать рассматри-

ваемая РЗ.

Первичный ток срабатывания МТЗ с пуском по напряжению

определяется по условию отстройки от номинального тока

трансформатора:

^отс •'ном' *в*

(16.8)

Ток срабатывания реле МТЗ определяется по выражению

^с.р

4.з ^сх 'Щ

•

(16.9)

Уставка срабатывания реле минимального напряжения

выбирается исходя из следующих условий:

возврата после отключения внешнего КЗ

^с.р ^

^тпгп

/(^отс ^в К

);

(16.10)

отстройки от остаточного напряжения самозапуска после

554

действия АПВ или АВР

Ц=.р * Усзп/(к

тс

), (16.11)

где 1/

т1п

- междуфазное напряжение в месте установки МТЗ

в условиях самозапуска после отключения внешнего КЗ, мо-

жет быть принято равным (0,9-0,85)

ном

;

СЭП

- междуфазное

напряжение в месте установки МТЗ в условиях самозапуска

после действия АПВ или АВР заторможенных электродвигате-

лей, может быть принято равным 0,7(7

НОМ

;

/с

отс

- коэффициент

отстройки, равный 1,2; к

- коэффициент возврата, равный 1,2.

Уставка срабатывания фильтра-реле напряжения ОП при-

нимается

^2с.э = 0,06(/

ном

. (16.12)

Чувствительность определяется для токового реле по вы-

ражению (16.6); для реле минимального напряжения по фор-

муле

К = ^с.з*в/^з шах! (16.13)

для реле напряжения ОП по формуле

*ч = 1/

ат

,-„/1/

асл

, (16.14)

где

тах

- первичное значение междуфазного напряжения

в месте установки МТЗ при металлическом трехфазном КЗ

между фазами в расчетной точке в режиме, обусловливающем

максимальное значение этого напряжения; Ь'

2т1П

- первичное

значение междуфазного напряжения ОП в режиме, обуслов-

ливающем наименьшее значение этого напряжения.

В соответствии с ПУЭ для реле тока и напряжения необхо-

димо обеспечить следующие коэффициенты чувствительно-

сти:

1,5 - при выполнении МТЗ функций основной РЗ шин;

1,2 - при выполнении МТЗ функций резервирования.

В отдельных случаях на двухобмоточных понижающих транс-

форматорах МТЗ с пуском по напряжению устанавливается

не только с питающей стороны ВН, но также и на выключате-

лях НН. Такое решение принимается, когда для осуществле-

ния МТЗ на стороне ВН используется комбинированный пус-

ковой орган напряжения, установленный в шкафу КРУ ввода

6-10 кВ. Поскольку при этом в шкафу КРУ устанавливаются

555

и другие реле МТЗ, они также вводятся в действие. Выходные

цепи РЗ при этом выполняются следующим образом: МТЗ,

установленная со стороны 6-10 кВ, действует на отключение

выключателя НН, осуществляя одновременно пуск АПВ это-

го выключателя. Защита, установленная на стороне ВН, с вы-

держкой времени на ступень селективности большей времени

действия МТЗ стороны НН, действует на выходные промежу-

точные реле РЗ трансформатора, отключающие оба его выклю-

чателя (сторон ВН и НН).

На двухобмоточных трансформаторах с расщепленными об-

мотками НН (обычно 6-10 кВ) по условию селективности (при

КЗ на шинах или ЛЭП НН) в цепи каждой обмотки, питающей

соответствующую секцию шин, необходимо устанавливать

МТЗ (рис. 16.8) с двумя токовыми реле, подключенными к ТТ,

соединенным по схеме неполной звезды.

Защиты стороны НН, расположенные в шкафах КРУ выклю-

чателей вводов 6-10 кВ, с первой выдержкой времени действу-

ют на отключение своих выключателей (()] и (32), а со второй

(на ступень селективности большей) - на отключение выключа-

теля ВН (03).

Комбинированные пусковые органы напряжения МТЗ, уста-

новленных на ответвлениях к секциям шин 6-10 кВ, использу-

ются также в качестве пусковых органов МТЗ, установленных

на стороне ВН. Последняя действует на выходные промежу-

точные реле РЗ трансформатора с выдержкой времени, рав-

ной второй выдержке времени МТЗ ответвлений к секциям

шин 6-10 кВ. Таким образом, МТЗ стороны ВН осуществляет

резервирование основных РЗ трансформатора и МТЗ стороны НН.

Максимальные токовые РЗ могут выполняться без пусково-

го органа (ПО) напряжения. В этом случае пусковой орган

напряжения исключается из схемы с помощью специальной

перемычки между зажимами панели.

В случае отключения выключателей НН (02 или (^2 на

рис.

16.8), поскольку ТН соответствующей секции остается без

напряжения, контактами реле положения соответствующего

выключателя осуществляется: шунтирование контакта ПО на-

пряжения МТЗ КА1 или КА2 для предотвращения ее отказа

в случае КЗ между соответствующим ТТ и выключателем;

вывод цепи пуска МТЗ ВН КАЗ от соответствующего ПО для

предотвращения ее излишнего срабатывания от токов самоза-

пуска оставшихся в работе электродвигателей, подключенных

к секции НН.

Рис.

16.8. Размещение максимальных токовых защит (КА) на сторонах ВН и НН

двухобмоточного понижающего трансформатора с расщепленными обмотками

Рис.

16.9. Размещение максимальных токовых защит (КА) на сторонах ВН, СН

и НН трехобмоточных понижающих трансформаторов с односторонним питанием

Предусматривается также автоматическое ускорение МТЗ,

установленных на ответвлениях к шинам НН, при включении

соответствующего выключателя 6-10 кВ, благодаря чему уско-

ряется его отключение в случае подачи напряжения на повреж-

денные шины. Ускорение выполняется с выдержкой времени

0,3-0,5 с для отстройки от броска пускового тока [29].

Защита трехобмоточных понижающих трансформаторов. При

внешних КЗ РЗ трехобмоточных трансформаторов должна обес-

печивать селективное отключение только той обмотки транс-

форматора, которая непосредственно питает место поврежде-

ния. Так, например, при КЗ на шинах III (рис. 16.9) должен от-

ключаться выключатель (^3, обмотки трансформатора I и Н

должны остаться в работе.

На трехобмоточных трансформаторах с односторонним пита-

нием (например, от шин /) на обмотках II и III устанавливаются

самостоятельные комплекты МТЗ (КА2 и КАЗ на рис. 16.9), дей-

ствующие на соответствующие выключатели. На обмотке /,

питающей трансформатор, устанавливается третий комплект

МТЗ КА1, предназначенный для отключения трансформатора

557

—

Рис. 16.10. Оперативные цепи направленной

МТЗ СН для трехобмоточного трансформатора с

двусторонним питанием

при КЗ в нем и резервирования МТЗ и выключателей обмоток

II и III. Выдержка времени 1

выбирается больше (

и (

. Токо-

вые РЗ на сторонах НН и СН выполняются в двухрелейном

исполнении и подключаются к ТТ, соединенным по схеме не-

полной звезды. Для увеличения защищаемой зоны КА2 пита-

ется от ТТ, встроенных во втулки 35 кВ СН трансформатора.

На трехобмоточных трансформаторах, имеющих двух- и трех-

стороннее питание, МТЗ не могут обеспечить селективности

во всех случаях КЗ. Так, например, на трансформаторах с дву-

сторонним питанием (со сторон ВН и СН) при КЗ на шинах СН

время действия КА2 ^

должно быть меньше времени дейст-

вия КА1 1

(рис. 16.9). Однако при соблюдении условия ^ >

> 1

КА2 окажется неселективной с КА1 в случае КЗ на ши-

нах ВН.

Для обеспечения селективности МТЗ в обоих рассматривае-

мых случаях МТЗ СН целесообразно выполнить направленной.

При этом, как показано на рис. 16.10, в случае КЗ на стороне СН

(рис.

16.9) МТЗ действует как направленная через замыкаю-

щийся контакт РНМ КМ.1 на отключение выключателя ф2

с выдержкой времени 1

< 1

. При КЗ на шинах ВН или НН КА2

(рис.

16.9) должна работать помимо РНМ с выдержкой времени

КТ2 (рис. 16.10)

и ^

. Таким образом, но трехобмоточных

трансформаторах

с двух- и трехсторонним питанием для обес-

печения селективности необходимо применять НТЗ.

Однако, учитывая, что вероятность действия МТЗ транс-

форматоров очень мала, на практике в целях упрощения РЗ

допускается применение простых МТЗ. Направленная МТЗ

устанавливаеся только на особо ответственных трансформато-

рах. С целью упрощения допускается не устанавливать МТЗ

на одной из сторон трехобмоточного трансформатора, при этом

МТЗ выполняют со стороны основного питания с двумя выдерж-

ками времени: с меньшей из них эта МТЗ действует на отклю-

чение выключателя, не имеющего МТЗ, и с большей - на от-

ключение выключателя со стороны основного питания (ВН).

КА1 КЫ1 *"

КТ2

я-

558

Дуговая защита. Описанная выше структура МТЗ двух- и

трехобмоточных трансформаторов выполнена с учетом нали-

чия в КРУ 6-10 кВ защиты при дуговых замыканиях. Так на-

зываемая дуговая защита устанавливается в шкафах КРУ

6-10 кВ. Датчиком этой защиты является клапан, срабатываю-

щий при КЗ в шкафу КРУ, сопровождающемся дугой, за счет

повышения давления в замкнутом объеме шкафа КРУ. Подоб-

ная защита в соответствии с ГОСТ 14693-77 устанавливается

в шкафах КРУ, имеющих выключатели. При повреждениях в

шкафах КРУ элементов, отходящих от шин НН, дуговая защита

действует на отключение выключателя поврежденного эле-

мента и трансформатора со стороны НН (последнее с пуском

АПВ).

При повреждении в шкафу КРУ выключателя НН транс-

форматора указанная защита действует на отключение дан-

ного выключателя (с запретом пуска АПВ) и на выходные

промежуточные реле РЗ трансформатора, отключающие его

со всех сторон. Для исключения ложного действия из-за сра-

батывания клапана без КЗ дуговая защита дополняется бло-

кировкой, фиксирующей наличие КЗ. В качестве блокировки

могут быть использованы, например, токовые реле МТЗ сто-

роны НН питающего трансформатора. Благодаря наличию ду-

говой защиты обеспечивается быстрое (0,3-0,4 с) отключение

КЗ,

а следовательно, значительное уменьшение объема по-

вреждения.

Заметим, что наряду с клапанной дуговой защитой, приме-

няется также дуговая защита, реагирующая на световой эф-

фект, обусловленный возникновением электрической дуги в

шкафу КРУ.

Широкое распространение получила также релейная защи-

та, реагирующая на КЗ (в том числе и дуговые) внутри ячейки

КРУ и отключающая выключатель питающего трансформатора.

Токовая защита обратной последовательности реагирует

на ток ОП, появляющийся при несимметричных КЗ. Защита

состоит из токового реле, включенного через фильтр тока ОП,

и реле времени. Ток срабатывания РЗ /

2С 3

выбирается из двух

условий:

1) отстройки от тока небаланса ОП при максимальной на-

грузке

*2с.з

*нб тах ! (16.15)

559

2) согласования по чувствительности с РЗ присоединений,

отходящих от шин, к которым подключен трансформатор:

^2С.З

^2раСЧ' (16.16)

где /

2расч

- ток 1

, проходящий по трансформатору в условиях

несимметричного КЗ, при котором РЗ рассматриваемого при-

соединения находится на грани срабатывания.

(

Анализ показывает, что при /

с-3

= (0,5 - 0,7)7

НОМ

ном

- номи- •-

нальный ток трансформатора) условия (16.15) и (16.16) обычно

выполняются. Отсюда следует, что чувствительность токовой

РЗ ОП больше, чем МТЗ.

На трехобмоточных повышающих трансформаторах, имеющих

питание с двух или трех сторон, для обеспечения селективно-

сти при несимметричных внешних КЗ необходимо применять

направленную РЗ с ОНМ ОП.

Поскольку РЗ ОП реагирует только на двух- и однофазные

КЗ,

она дополняется приставкой от трехфазных КЗ в виде

однофазной МТЗ с блокировкой по напряжению.

Резервные защиты от внешних междуфазных КЗ на АТ.

На трехобмоточных понижающих АТ в качестве резервных

защит от внешних междуфазных КЗ применяются: на сторо-

не НН - МТЗ с комбинированным пуском напряжения: на сто-

роне ВН АТ 220/110/6-10-35 кВ - НТЗ и МТЗ ОП, а также МТЗ

с пуском по напряжению от трехфазных КЗ; на сторонах ВН и

СН АТ 220/110/6-10-35 кВ и 500/220/10 кВ - ДЗ.

Максимальная токовая РЗ с комбинированным пуском на-

пряжения на стороне НН АТ присоединяется к ТТ, встроенным

в его выводы. С первой выдержкой времени РЗ должна дей-

ствовать на отключение выключателя НН, а со второй - на от-

ключение всего АТ.

Токовая РЗ ОП устанавливается на стороне ВН и питается

от ТТ, встроенных во втулки ВН АТ. Релейная защита выполня-

ется направленной в сторону ВН в предположении, что выдерж-

ки времени резервных РЗ ЛЭП ВН меньше выдержек времени

резервных РЗ ЛЭП СН. Как направленная, РЗ действует с пер-

вой выдержкой времени, большей выдержек времени резерв-

ных РЗ ЛЭП ВН, на отключение шиносоединительного или

секционного выключателей (при их наличии), со второй -

на отключение выключателя ВН АТ и с третьей - на выходные

промежуточные реле АТ. В обход РНМ, как ненаправленная,

560