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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.

16.11.

Согласование выдержек вре-

мени резервных РЗ автотрансформа-

торов:

*1'

*2> 'э

— ст

пен

и выдержки вре-

мени РЗ; действие РЗ на отключение:

—

выключателя НН; <

—

выключа-

III IV

теля СН;

< —

выключателя ВН;

на выходные промежуточные реле РЗ;

V VI

I к I

—

на отключение шиносоеди-

нительных выключателей ВН и СН

соответственно

ВН-

1г

•

ЯъЧ'Щ

4. VI, VI* IV

т,,

ъ,

НУ \ПЯ

КУКА

е/*7

РЗ действует с первой выдержкой времени - на отключение

шиносоединительного и секционного выключателей СН, со

второй - на отключение выключателя СН АТ и с третьей -

на выходные промежуточные реле РЗ АТ.

Направленная токовая РЗ ОП выполняется с использова-

нием фильтра-реле тока РТФ-8 и РНМ ОП типа РМОП-2М.

При наличии на стороне ВН АТ схемы "мостик" с выключателем

в перемычке и отделителями в цепях АТ РЗ выполняется не-

направленной. В дополнение к МТЗ ОП для действия при

трехфазных КЗ предусматривается МТЗ с пуском минимально-

го напряжения в однофазном исполнении.

Направленные ДЗ, устанавливаемые на сторонах ВН и СН,

включаются таким образом, чтобы защищать ЛЭП ВН и СН со-

ответственно. Применение ДЗ более сложных, чем МТЗ, объяс-

няется необходимостью обеспечения согласования по селек-

тивности РЗ, установленных на противоположных концах

ЛЭП, и дальнего резервирования в сетях ВН и СН.

На АТ с ВН 220 кВ применяются два варианта включения

ДЗ:

одноступенчатые выполняются как на стороне СН, так и

на ВН; двухступенчатая РЗ - на стороне СН. При этом ДЗ на

стороне ВН действует с тремя выдержками времени так же,

как НТЗ ОП, и ДЗ на стороне СН (в обоих вариантах) аналогич-

но МТЗ ОП в обход РНМ. На АТ с ВН 500 кВ двухступенчатые

ДЗ устанавливаются с обеих сторон (ВН и СН) АТ, обеспечивая

резервирование РЗ ЛЭП ВН и СН соответственно. Порядок дей-

ствия резервных РЗ от междуфазных КЗ на трехобмоточных АТ

показан на рис.

16.11.

561

тс

МОЛ

Л/../

К1.2 Отключение

У , О/и 02

в)

У1

Р*лО

и?2

Рис.

16.12. Токовая защита нулевой последовательности повышающего транс-

форматора:

—

РЗ, включенная на трехтрансформаторный фильтр 1

; б

—

РЗ, включенная

на ток нейтрали трансформатора; в

—

оперативные цепи; г

—

схема сети с рас-

пределением токов 1

Токовая защита нулевой последовательности реагирует на

ток 3/

, появляющийся в трансформаторе при внешних КЗ

(одно- и двухфазных на землю) и КЗ в трансформаторе. Она

применяется на повышающих трансформаторах (а также

на АТ) и устанавливается со стороны обмоток ВН и СН, если

последние соединены по схеме звезды и работают с глухоза-

земленной нулевой точкой. Защита имеет два варианта ис-

полнения, показанные на рис. 16.12, а, 6. В обоих случаях РЗ

состоит из токовых реле

КАО,

включенных на ток НП 31

. В схе-

ме на рис. 16.12, а ток 3/

поступает от трехтрансформаторно-

го фильтра НП, а в схеме на рис. 16.12, б - от ТТ, включенного

в провод, связывающий нейтраль трансформатора с землей.

Последняя схема рекомендуется к применению. В схеме име-

ется реле времени (рис. 16.12, в).

Уставки защиты. Ток срабатывания РЗ по рис. 16.12, б

выбирают, исходя из двух условий: селективности с РЗ НП ЛЭП,

отходящих от шин электростанции А; надежного действия при

однофазных КЗ в конце наиболее длинной ЛЭП. По первому

условию

-•с.з.т ^отс ' -^орасч*

(16.17)

где I,

562

орасч

- ток

НП в трансформаторе при однофазных КЗ

на-

Рис.

16.13.

Направленная токовая

защита нулевой последовательности

трехобмоточного повышающего транс-

форматора

КН01

КН02

' Питание

землю в условиях, когда РЗ, с которой производится согласо-

вание по чувствительности, находится на грани срабатывания.

Как видно из рис. 16.12, г, ток 31

0т

составляет лишь часть

тока 3/

ол

, проходящего в ЛЭП:

••с.з.т *отс'

т-'с.з.ло'

где

А'от'-'с.з.ло

—

•З-'орасч'-'с.з.ло'

(16.18)

(16.19)

По второму условию /

.т должен быть меньше минималь-

ного значения тока

отт!П

проходящего по нейтрали транс-

форматора при КЗ на землю в конце ЛЭП (в точке К на

рис.

16.12, г). Согласно ПУЭ при КЗ в конце отходящих ЛЭП

коэффициент чувствительности: /с

оттш

1,2.

Выдержка времени выбирается из условия селектив-

ности с РЗ присоединений, отходящих от шин электростанции,

со стороны которых установлена рассматриваемая РЗ. Одно-

ступенчатая МТЗ НП применяется и на стороне ВН 110-220 кВ

понижающих трехобмоточных трансформаторов при наличии

питания со стороны СН. Защита предназначена для резервиро-

вания отключения КЗ на землю на шинах и ЛЭП 110-220 кВ,

а также для резервирования основных РЗ трансформатора.

На трехобмоточных трансформаторах (рис. 16.13), имеющих

две обмотки (II и III) с заземленными нейтралями, РЗ НП вы-

полняется направленной, что необходимо для обеспечения

селективности.

563

Г-*-

Г—Г 1 -"И

з з 1 г г'*

' • Н

и»,

"люлз

III

^^Ъс^^Г

€3^

лу

^4=4

№4

Нш1

Ок

; д..

Рис.

16.14. Размещение токовых защит нулевой последовательности на авто-

трансформаторе

Защита АТ. Ка выполнение РЗ НП влияют особенности АТ,

и поэтому она имеет некоторые отличия от РЗ трансформа-

торов:

1) у АТ заземляются концы обмоток СН, являющейся общей

частью обмотки АТ. Как указывалось, по общей обмотке про-

текают встречно направленные токи сторон ВН и СН (см.

рис.

16.2). При КЗ на землю в сети одного напряжения (напри-

мер,

в точке К - рис. 16.14) в заземляющем проводе проходит

ток 3/

= 3/

ос

ов

Поскольку этот ток может оказаться недо-

статочным, МТЗ НП в заземляющем проводе АТ не устанавли-

вается, ее включают на трехтрансформаторный фильтр со сто-

роны выводов ВН и СН. При этом она реагирует на 3/

ов

или

ос

соответственно;

2) вследствие наличия электрической связи между обмот-

ками ВН и СН автотрансформатора КЗ на землю на стороне

одного напряжения вызывает токи /

на стороне другого

(рис.

16.14). В связи с этим возникает необходимость согласо-

вания выдержек времени МТЗ НП на выводах ВН и СН АТ.

Для обеспечения селективности эти РЗ выполняются направ-

ленными;

3) для уменьшения выдержек времени рекомендуется МТЗ

564

НП на АТ выполнять направленными двух- и трехступенча-

тыми.

Защита от внешних КЗ на землю повышающих трансформа-

торов, работающих с разземленной нейтралью. Для ограниче-

ния токов КЗ часть повышающих трансформаторов работает с

разземленной нейтралью. Для таких трансформаторов возни-

кает опасность перенапряжений при выделении их на изоли-

рованную работу на сеть, имеющую замыкание на землю одной

из фаз. Подобные условия могут возникнуть, если, например,

при однофазном КЗ на одной из линий (рис. 16.15) ее РЗ или

выключатель В откажут в действии. Тогда все присоединения,

питающие место КЗ током /

, отключатся резервными РЗ

(точки отключения отмечены на чертеже крестиком), а транс-

форматор Т2 с незаземленной нейтралью останется работать

на выделившийся участок сети с повреждением в точке К.

Как известно, в такой сети при замыкании на землю возникают

опасные перенапряжения, которые могут повредить изоляцию

трансформатора.

Для предупреждения этого трансформаторы, работающие

с изолированной нейтралью, должны иметь резервную РЗ,

отключающую их при замыканиях на землю раньше, чем могут

отключиться трансформаторы с заземленными нейтралями.

качестве указанной РЗ может применяться

МТЗ

НП,

установленная на параллель-

но работающих трансформаторах с зазем-

ленными нейтралями. Для этого на МТЗ НП

трансформатора Т1 с заземленной ней-

тралью предусматривается несколько вы-

держек времени. С первой, меньшей выдер-

жкой РЗ отключает трансформатор Т2 с раз-

земленной нейтралью, со второй выдерж-

кой времени, на ступень большей первой,

действует на разделение секций или си-

стем шин ВН, с третьей - на отключение вы-

Рис.

16.15. К выполнению РЗ от внешних однофазных

КЗ повышающих трансформаторов, работающих с изо-

лированной нейтралью

565

ключателя ВН защищаемого трансформатора и затем - на вы-

ходные промежуточные реле РЗ трансформатора;

2) РЗ, реагирующая на напряжение НП. Эта РЗ выполняет-

ся с использованием чувствительного реле напряжения КУО,

включенного на разомкнутый треугольник шинного ТН. При КЗ

на землю это реле приходит в действие и отключает транс-

форматор с разземленной нейтралью с выдержкой времени

меньшей, чем у МТЗ НП трансформаторов с заземленными

нейтралями. Напряжение срабатывания КУО отстраивается

от (7

б и согласуется по чувствительности с РЗ отходящих ЛЭП.

При действии МТЗ трансформатора его РЗ НП автоматически

выводится из действия.

16.3.

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

Защита от перегрузки трансформатора - на трансформато-

рах, находящихся под наблюдением оперативного персонала,

РЗ от перегрузки выполняется действующей на сигнал посред-

ством одного токового реле. Чтобы избежать излишних сигна-

лов при КЗ и кратковременных перегрузках, в схеме РЗ преду-

сматривается реле времени, обмотка которого должна быть

рассчитана на длительное прохождение тока.

Ток срабатывания РЗ от перегрузки выбирается из

условия возврата токового реле при номинальном токе транс-

форматора:

Т = к 1 /к

*с.з

отс •'ном' "-в>

где

отс

= 1,05.

Время действия РЗ выбирается на ступень больше времени

защиты трансформатора от внешних КЗ: *

= <рз + Л*.

На подстанциях без дежурного персонала РЗ

от перегрузок выполняется трехступенчатой. Первая ступень

работает при малых перегрузках и действует на сигнал, пере-

даваемый с помощью телемеханики на пункт управления,

с выдержкой времени Г

= *рз + Л*. Вторая ступень при больших

перегрузках, когда требуется быстрая разгрузка, действует на

отключение части потребителей, разгружая трансформатор

до допустимого значения. Выдержка времени второй ступени

^доп!

е с

доп ~ допустимое время перегрузки, определяе-

мое перегрузочной характеристикой трансформатора. Вторую

566

а) ' б) Л)

Рис.

16.16. Размещение защит и токораспределение в обмотках автотрансформа-

тора при перегрузках:

—

в трехфазной схеме при одностороннем питании; б

—

при одностороннем

питании; в

—

при двустороннем питании

ступень желательно выполнять с зависимой от тока характери-

стикой, соответствующей перегрузочной характеристике транс-

форматора. Третья ступень действует на отключение транс-

форматора, если вторая ступень не осуществляет разгрузки.

Выдержка времени третьей ступени (

= (*

+ Дг) < *доп-

На трехобмоточных трансформаторах с одинаковой мощ-

ностью обмоток и односторонним питанием РЗ от перегрузки

устанавливаются только на питающей обмотке. При неравной

мощности обмоток или при двух- и трехстороннем питании

трансформаторов следует устанавливать РЗ от перегрузки на

всех обмотках.

Защита от перегрузки АТ выполняется на основе требований

к РЗ трансформаторов с учетом особенностей токораспределе-

ния в обмотках АТ и различия номинальных мощностей обмо-

ток. Защита от перегрузки должна реагировать на перегрузку

последовательной (П), общей (О) и дополнительной (Д) обмо-

ток АТ (рис. 16.16, а).

Номинальный (допустимый) ток в последовательной обмот-

ке (относящейся к ВН) определяется по проходной мощно-

сти

прох

а для общей части обмотки НН (соединенной в тре-

угольник) - по расчетной (или типовой) мощности

расч

(см.

рис.

16.2).

Для контроля за перегрузкой обмотки СН (общей) реле РЗ

от перегрузки должно устанавливаться в нулевых выводах

567

АТ,

по которым протекает /

бщ- Перегрузка последовательной

обмотки (ВН) и обмотки НН контролируется по токам в выво-

дах ВН и НН соответственно. Места установки реле КА РЗ от

перегрузки показаны на рис. 16.16, а. Необходимость установ-

ки РЗ от перегрузки той или иной обмотки АТ определяется

на основе анализа токораспределения при различных режимах

его работы. Так, например, при перегрузке обмотки НН в ре-

жиме, когда сторона СН отключена, ток на стороне ВН может

быть меньше номинального, так как мощность обмотки НН

равна

расч

и меньше

прох

по которой определяется /

ном

на

стороне ВН. Отсюда следует, что на обмотке НН всех АТ необ-

ходимо устанавливать РЗ от перегрузки.

Рассматривая токораспределение на понижающем АТ,

имеющем питание со стороны ВН (рис. 16.16,6), можно сделать

вывод, что при перегрузке обмотки ВН токи в обмотках СН и

НН могут быть ниже /

ном

. Следовательно, на АТ, имеющих

питание на стороне ВН, необходимо устанавливать РЗ, реаги-

рующую на перегрузку

этой

стороны.

Указанная РЗ будет так-

же защищать и общую обмотку АТ, так как перегрузка этой

обмотки будет сопровождаться перегрузкой обмотки ВН.

При работе АТ в режиме передачи электроэнергии со сторон

ВН и СН на сторону НН в общей обмотке проходит ток /

бщ

—

1д

+ 1

(рис. 16.16, в). В этих условиях общая обмотка может

перегружаться при отсутствии перегрузки в двух обмотках АТ.

На АТ, работающих в указанном режиме, необходимо уста-

навливать РЗ

от

перегрузки на нулевых выводах общей обмотки.

Такая же РЗ должна предусматриваться на АТ, в которых

электроэнергия передается со стороны СН одновременно на

ВН и НН. На понижающих АТ при питании со стороны ВН РЗ

от перегрузки должна устанавливаться на сторонах ВН и НН.

На тех же АТ, имеющих питание и со стороны СН, РЗ устанавли-

вается и на нулевых выводах. На повышающих АТ РЗ устанав-

ливается на всех трех обмотках.

16.4.

ТОКОВАЯ ОТСЕЧКА

Токовая отсечка - простая быстродействующая РЗ от повреж-

дений в трансформаторе (рис. 16.17). Зона действия отсечки

ограничена, она не действует при витковых замыканиях и за-

мыканиях на землю в обмотке, работающей на сеть с малым

током замыкания на землю. Отсечка устанавливается с питаю-

568

Рис.

16.17. Принцип действия токовой отсечки

шей стороны трансформатора и выпол-

няется при помощи мгновенных токо-

вых реле РТ-40 или электромагнитного

элемента реле РТ-80 (РТ-90), если реле

этого типа использованы для выполне-

ния МТЗ, либо при помощи микроэлек-

тронных токовых ИО. На трансформа-

торах в сети с глухозаземленной ней-

тралью отсечка устанавливается на

трех фазах, а в сети с изолированной нейтралью - на двух. Ток

срабатывания отсечки отстраивается от максимального тока КЗ

при повреждении за трансформатором (в точке К2):

^отс

*К2тпах >

•"сз *

(16.20)

где

/с

отс

= 1,25

-*-

1,5 (последнее для реле типа РТ-90 и РТ-80).

Кроме того, токовая отсечка должна отстраиваться от брос-

ка намагничивающего тока /

нам

Т = к т

•х.з "-отс -"ном»

(16.21)

где

огс

=3 + 5.

В зону действия отсечки входят ошиновка, выводы и часть

обмотки трансформатора со стороны питания. Отсечка, являю-

щаяся РЗ от внутренних повреждений, должна отключать

трансформатор со всех сторон, имеющих источники питания.

Достоинством отсечки являются ее простота и быстродейст-

вие.

Отсечка в сочетании с МТЗ и газовой защитой (рассматри-

ваемой ниже) обеспечивает хорошую защиту для трансформа-

торов малой мощности.

16.5.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА

Назначение и принцип действия дифференциальной защиты.

В качестве основной быстродействующей РЗ трансформаторов

от КЗ между фазами, однофазных КЗ на землю и от замыканий

витков одной фазы широкое .распространение получила диф-

569

Рис.

16.18. Действие диффе-

ренциальной защиты транс-

форматора:

—

внешнее КЗ; б - КЗ в

трансформаторе

ференциальная РЗ (рис. 16.18). При внешнем КЗ и

нагрузке токи/

и/

направлены в одну сторону (рис. 16.18, а)

и находятся в определенном соотношении, равном коэффи-

циенту трансформации защищаемого трансформатора:

/1,

= К,.

(16.22)

При внешнем КЗ защита не должна действовать, при КЗ в

трансформаторе - должна работать. С учетом этого и выполня-

ется схема защиты. Трансформаторы тока

ТА1

ТА11,

питающие

схему, устанавливаются с обеих сторон защищаемого транс-

форматора. Их вторичные обмотки соединяются разноименны-

ми полярностями так, чтобы при внешнем КЗ и нагрузке вто-

ричные токи 1^ и 7ц

были направлены в контуре соединитель-

ных проводов последовательно (циркулировали по ним). Диф-

ференциальное реле КА включается параллельно вторичным

обмоткам трансформаторов тока. При таком соедине-

нии в случае внешнего КЗ и при токе нагруз-

ки вторичные токи 1|

и 7ц

замыкаются по обмотке реле КА

и направлены в ней встречно, поэтому ток в реле равен разно-

сти вторичных токов:

/р

/1в ~/цв-

(16.23)

При КЗ в защищаемом трансформаторе вторич-

ные токи 7

1в

и 7

Цв

проходят по обмотке реле в одном направ-

лении (рис. 16.18,6), в результате чего ток в реле равен их

570