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

Подождите немного. Документ загружается.

приведены

стороне

ВН (в

расчете использованы крайние

по-

ложения регулятора).

Расчет защиты производится

следующем порядке:

Определяют первичные токи

на

сторонах защищаемого

трансформатора, соответствующие

его

номинальной мощности:

000

л/з

-115

на стороне

ВН /

ном1

= — = 126 А; на

стороне

НН /

номП

25000

=1376

А.

/Г-10,5

Выбирают стандартные коэффициенты трансформации

трансформаторов тока

ТА1 и ТА2 с

учетом схем соединения

их

вторичных обмоток

(на

стороне

ВН -

треугольник,

на

стороне

НН -звезда). Приняты

300/5;

1000/5.

Определяют вторичные токи

плечах защиты

учетом

коэффициента схемы

/с

сх

126

уЗ о с? к г 1376 -1 ,

/т

= *— =

3,63 А;

1я

= =

6,88

А.

1в

300/5

ив

1000/5

Сторона

НН с

большим током

плече защиты принята

ос-

новной.

Выбирают

ток

срабатывания защиты. Расчет ведут

по

сто-

роне ВН, исходя

из

двух условий:

1) условия отстройки

от

броска намагничивающего тока

(БНТ)

1,3/

ном

= 1,3

•

126 =

163,8

А;

2) условия отстройки от максимального значения тока не-

баланса при внешнем КЗ (рассматривается трехфазное КЗ в

точке К

при максимальном режиме работы системы и мини-

мальном значении сопротивления трансформатора, см.

рис.

16.38,

а,

б).

Значение тока при К.

Кп

пг

= —= = 780 А. Макси-

мах у7

(8 +

73,5)

мальный

ток

небаланса

бтах

предварительно определяют

без учета составляющей 1нбкомп

ГЗ)

•*нб тах ~ ^нбТТ

^нб.рег

^одн ^а

1-^с тах

^^к

(3) . А

„(3)

тах'

где

/с

одн

= 1 (так как

трансформаторы тока

ТА1 и ТА2

разнотип-

ны);

1 (используются реле

НТТ);

е, = 0,1

(10%-ная допусти-

мая погрешность

ТТ,

ранее проверенных

по

кривым предель-

ной кратности

при

расчетной нагрузке); А{7

= 0,16

(относитель-

601

ная погрешность, обусловленная регулированием напряжения);

'нбтох = (1

• 1

-0,1 + 0,16)780 = 202 А,

4.з = ^отс*нб тах =

1,3-202

= 263 А.

Из двух условий выбора тока срабатывания защиты принимает-

ся наибольшее значение, т. е.

С-3

= 263 А.

Производят предварительную проверку чувствительности

защиты при замыкании в зоне защиты - точке К

(в минималь-

ном режиме работы питающей системы и при максимальном

сопротивлении трансформатора):

4?>

тш

. 112

385

А;

КтП

^(16 + 148,8)

Кч = /ктт/'сз = 385/263 =1,46 < К

доп

= 2.

Из расчета следует, что для обеспечения требуемой чувст-

вительности необходимо использовать реле с торможением

типа

ДЗТ-11.

Тормозную обмотку следует подключить к ТТ,

установленным со стороны НН, что обеспечит отсутствие тор-

можения при КЗ в трансформаторе.

При этих условиях принятый ток срабатывания защиты дол-

жен удовлетворять только первому условию, т. е. 1

СЗ

- 163,8 А.

Тогда К„ = -225- = 2,35.

163,8

6. Определяют токи срабатывания реле и число витков об-

моток НТТ реле

ДЗТ-11

для двух сторон трансформатора:

для основной стороны - НН

= 8,97 А;

*срП

число

*с.з"'т'

сх

витков

*с.р

раб(

= —

эчей

100

163,8 -115/10,5 • 1

1000/5

обмотки

— 1 1 1 С

РаСЧ

'с.р 8.97 "'"'

где Г - МДС срабатывания реле, равная 100 А.

В соответствии с внутренней схемой реле (см. рис. 16.38, в)

принимается ближайшее меньшее значение используемых

витков щ\у

= 11 (замыкаются гнезда 4 и 7). В рассматриваемом

602

примере дан вариант использования только уравнительных

обмоток НТТ.

Расчетное число витков для неосновной

стороны

- ВН

^расч = ^ур/пв/^в = И

•

6,88/3,63 = 20,8.

Принимается 21 виток ^

ур

= 21 (замыкаются гнезда 0 и 21).

Определяют число витков тормозной обмотки, для чего

предварительно необходимо найти значение расчетного тока

небаланса с учетом составляющей /нб.комп, обусловленной

округлением расчетного числа витков неосновной стороны:

*Нб.1

»1расч - Щ

^Чрасч

(3,

•четах

20,8-21

20,8

780 = 7,5 А.

Первичный расчетный ток небаланса с учетом /нб.комп

*нб.

асч = 202 + 7,5 А = 209,5 А.

Число витков тормозной обмотки

^нб.расч^расч 209,5

•

20,8

"торм = *отс

/торм

„ = 1.5

780

075

= 11,2.

По данным реле принимается

витков.

8. Производят проверку чувствительности защиты по оконча-

тельно принятому току срабатывания.

Значение уточненного тока срабатывания защиты (приве-

денного к стороне ВН)

с.р

П 100

•

300/5

/сз1 = -~ = тц = 165,2 А.

"1ур*сх1 21 • \[3

Коэффициент чувствительности

385

165,2

^Ч

—

сс

—

2,33 > Л

.ДОП

—

Дифференциальная защита с торможением на время-

импульсном принципе отстройки от бросков тока намагничи-

вания и тока небаланса.

Для РЗ трансформаторов и автотрансформаторов большой

мощности дифференциальные защиты с магнитным торможе-

603

а)

б)

*п

•* »•

п.

1л

Рис.

16.39. Временные диаграммы, поясняющие принцип действия дифферен-

циальной защиты типа

ДЗТ-21:

—

выпрямленный рабочий ток в реле при броске тока намагничивания;

—

то же при симметричном токе КЗ; в

—

импульсы и паузы на выходе органа,

формирующего импульсы при броске тока намагничивания; г

—

то же при сим-

метричном токе КЗ

нием (с реле ДЗТ-11) не обеспечивают требуемой чувствитель-

ности и быстродействия. Для таких трансформаторов и АТ раз-

работаны и получили распространение РЗ с реле типа ДЗТ-20,

которые обладают более высокой чувствительностью (ток

срабатывания регулируется в пределах 0,3-0,7/

НОМ

) и имеют

независимое торможение от двух групп ТТ (при необходимо-

сти обеспечить торможение от трех групп ТТ используется при-

ставка дополнительного торможения типа ПТ-1).

В реле ДЗТ-21 (ДЗТ-23) для отстройки от бросков намагни-

чивающего тока силовых трансформаторов и переходных токов

небаланса используется времяимпульсный принцип блокиро-

вания РЗ в сочетании с торможением от составляющих второй

гармонической [30].

Времяимпульсный принцип основывается на анализе

длительности пауз, появляющихся в кривой дифференциаль-

ного тока (рис. 16.39, в, г). При апериодическом броске /

нам

паузы *

между моментами, когда мгновенные значения /

нам

превышают ток срабатывания реагирующего органа РЗ (РО),

велики (рис. 16.39, а, в). При синусоидальном токе (режим КЗ

в защищаемой зоне) паузы между мгновенными значениями

выпрямленного тока КЗ, превышающими ток срабатывания РО,

малы (рис. 16.39, б, г). Таким образом, оценивая с помощью

специальной схемы (см. ниже) продолжительность пауз, РЗ

может отличить режим броска (блокировки РЗ) от режима КЗ

в зоне.

604

А"

и с/юл мительному

органу реле

Рис.

16.40. Однолинейная структурная схема защиты ДЗТ-21

Сочетание в ДЗТ-21 (ДЗТ-23) двух указанных способов позво-

ляет обеспечить отстройку РЗ от бросков тока намагничивания

при необходимых быстродействии и чувствительности. В РЗ

предусмотрено также торможение от фазных токов в двух пле-

чах РЗ, улучшающее отстройку от установившихся и переход-

ных токов небаланса. При больших кратностях тока в защищае-

мой зоне, особенно при наличии апериодической составляю-

щей, может наступить насыщение ТТ РЗ. При этом во вторич-

ных токах ТТ появляются паузы, которые могут вызвать замед-

ление или отказ РЗ. Для обеспечения надежности и быстродей-

ствия РЗ в этих режимах в схеме предусмотрена дополнитель-

ная отсечка.

Реле ДЗТ-21 (ДЗТ-23) выполнено трехфазным в четырехмо-

дульной кассете: три фазных модуля (по числу фаз) и четвер-

тый общий модуль питания и управления (стабилизатор пита-

ния полупроводниковых цепей, выходное промежуточное ре-

ле,

сигнализация и др.).

Однолинейная структурная схема РЗ приведена на рис. 16.40.

Она содержит промежуточные автотрансформаторы ТЫ и ТЬ2

для выравнивания вторичных токов; промежуточные транс-

форматоры ТЬЗ, ТЬ4 и выпрямители У51, У52, через которые

формируется тормозной ток плечей РЗ, подаваемый к РО;

стабилитрон УД включенный последовательно в тормозную

Цепь и обеспечивающий при небольших токах работу РЗ без

торможения; трансреактор ТАУ, к вторичным обмоткам кото-

605

переключатель //-

Узел формираВаиия рем

о о о о о

0,4 0,5 9,С5 Ц9 1,2

Узел сравнения

/11

Рис.

16.41.

Функциональная схема дифференциального реле типа РСТ-15

рого подключено через выпрямитель У53 реле дифференци-

альной отсечки КА и цепь торможения от тока второй гармо-

ники; фильтр тока второй гармоники 2Р и выпрямитель У54,

через которые подается к РО тормозной ток второй гармоники;

устройство формирования, подготавливающее токи смещения,

подаваемые в РО, пропорциональные тормозным токам. Реле

выполнено на вторичный ток /

ном

= 5 А; присоединение к ТТ

с вторичным током 1 А осуществляется через АТ тока типа

АТ-31 (повышающие). Эти АТ, как и АТ типа АТ-32 (понижаю-

щие),

используются также для выравнивания токов в пле-

чах РЗ, поскольку в реле предусмотрено всего шесть ответвле-

ний в цепи рабочей и четыре ответвления в цепи тормозной

обмотки, что может обеспечить только грубое выравнивание.

Реле для дифференциальной защиты типа РСТ-15. Диффе-

ренциальные реле тока серии РСТ-15 (для сетей 50 Гц) и РСТ-16

(для сетей 60 Гц) применяются в качестве измерительных ор-

ганов дифференциальной защиты понижающих трансформа-

торов и мощных двигателей. Реле выполнены на интеграль-

ных микросхемах. В состав реле входят

(рис.

16.41):

датчик тока - трансреактор ТА V, содержащий три первичных

обмотки: основную (дифференциальную), имеющую 30 витков

с отводами от 12, 16, 20, 25-го витков и две дополнительные

(уравнительные) по три витка в каждой с отводами от 1-го

витка;

узел формирования реле, состоящий из нагрузочного моста

(УС7,

УШ, К2, К1); делителя КЗ, К4 и активного фильтра ниж-

них частот (ФНЧ) А1;

узел сравнения, состоящий из компаратора А2 и элемента

выдержки времени АЗ с установленным на нем временем 22 мс;

узел выхода У

В;

узел питания УП.

Переключатель К позволяет исключить резистор К5 из схемы

делителя. При этом значение выходного сигнала, подаваемо-

го на А1, изменяется в отношении 1 : 2. Переключатель К слу-

жит для ступенчатого изменения уставки реле по току сраба-

тывания в 2 раза.

Формы сигналов, образующихся на выходе узла формирова-

ния при появлении повышенного дифференциального тока,

резко различаются в зависимости от того, является он током

КЗ или током включения. Это позволяет получать управляю-

щий сигнал на выходе сравнения только при КЗ в зоне защи-

ты.

Для обеспечения релейного эффекта выход элемента вре-

мени АЗ соединен положительной обратной связью с входом

компаратора А2. Реле РСТ-15 характеризуется высокой сте-

пенью отстройки от переходных токов небаланса, возникающих

при включении трансформаторов и двигателей под напряже-

ние.

Вследствие этого ток срабатывания дифференциальной

защиты при использовании реле РСТ-15 можно устанавливать

порядка 0,5/

ном

. Ток срабатывания реле может быть установ-

лен в пределах (0,4 -

1,2)7

Н0М

при К

= 1

и (0,8 - 2,4)7

Н0М

при К

Уставка осуществляется штеккером, помещенным в соответ-

ствующее гнездо на лицевой плате реле.

Тормозные обмотки в реле РСТ-15 не предусмотрены; при

необходимости их использования следует применять комп-

лектное устройство РЗ типа ЯРЭ-2201.

16.10.

ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ

Принцип действия и устройство газового реле. Газовая защи-

та получила широкое распространение в качестве весьма чув-

ствительной защиты от внутренних повреждений трансформа-

торов. Повреждения трансформатора, возникающие внутри

его кожуха, сопровождаются электрической дугой или нагре-

вом деталей, что приводит к разложению масла и изоляцион-

ных материалов и образованию летучих газов. Будучи легче

масла, газы поднимаются в расширитель 2, который является

самой высокой частью трансформатора (рис. 16.42) и имеет

607

77^^^)}})}У}у?}'

сообщение с атмосферой. При интенсивном газообразовании,

имеющем место при значительных повреждениях, бурно рас-

ширяющиеся газы создают сильное давление, под влиянием

которого масло в кожухе трансформатора приходит в движение,

перемещаясь в сторону расширителя.

Таким образом, образованиие газов в кожухе

трансформато-

ра и движение масла в сторону расширителя могут служить

признаком повреждения внутри

трансформатора.

Эти призна-

ки используются для выполнения специальной защиты при

помощи газовых реле, реагирующих на появление газа и дви-

жения масла. Газовое реле 1 устанавливается в трубе, соеди-

няющей кожух трансформатора с расширителем так, чтобы че-

рез него проходили газ и поток масла, устремляющиеся в рас-

ширитель при повреждениях в трансформаторе. В трубе преду-

смотрена задвижка, которая закрывает ее автоматически при

срабатывании газовой защиты, предотвращая поступление

масла из расширителя в бак поврежденного трансформатора

(для ограничения пожара в баке).

Конструкции газовых реле имеют три разновидности,

различающиеся принципом исполнения реагирующих элемен-

тов,

в виде: поплавка, лопасти, чашки.

Устройство поплавкового газового реле показано на

рис.

16.43.

Реле состоит из чугунного кожуха 1, имеющего вид

тройного патрубка с фланцами для соединения с трубкой к

расширителю. Внутри кожуха реле расположены два подвиж-

ных поплавка 2а и 26, выполненные в виде тонкостенных по-

лых цилиндров, герметически запаянных и плавающих в мас-

ле.

Каждый поплавок свободно вращается на оси, закрепленной

на стойке. На торце поплавков располагаются ртутные контак-

ты 3, представляющие собой стеклянные колбочки с впаян-

ными в них контактами и ртутью внутри. При определенном

608

Рис.

16.42. Установка газового реле на

трансформаторе:

—

газовое реле; 2

—

расширитель

+ кнг

К56.1

к а —

^. на пуск УРОв

Рис.

16.43.

Устройство поплавкового газового реле

Рис.

16.44. Схема выходных цепей газовой защиты

положении поплавков ртуть замыкает контакты. Выводы от

контактов на наружную сторону кожуха выполнены с помощью

гибких и изолированных проводников. Контакты верхнего по-

плавка действуют на сигнал, а нижнего - на отключение транс-

форматора. Кожух реле находится ниже уровня масла в расши-

рителе, поэтому он всегда заполнен маслом. Поплавки, стре-

мясь всплыть, занимают верхнее положение, их контакты

разомкнуты.

При небольших повреждениях образование газа

происходит медленно, и он небольшими пузырьками поднима-

ется к расширителю. Проходя через реле, пузырьки газа запол-

няют верхнюю часть его кожуха, вытесняя оттуда масло. По

мере понижения уровня масла верхний контакт опускается и

через некоторое время замыкается.

Если повреждение трансформатора значительное, то под

влиянием давления, создаваемого бурно образующимися га-

зами, масло приходит в движение, сообщая толчок нижнему

поплавку. Под его воздействием поплавок мгновенно замы-

кает свои контакты, посылая импульс на отключение. По-

скольку в схемах управления выключателями предусмотрено

удерживание отключающих сигналов, даже кратковременного

замыкания контактов газового реле оказывается достаточно

для надежного отключения выключателя. Однако для обес-

печения надежного пуска УРОВ предусмотрено самоудержи-

вание выходных промежуточных реле (рис. 16.44).

609

Рис.

16.45.

Устройство газовых реле:

—

лопастного; б

—

с чашкообразными элементами; а: 1

—

лопасть; 2

—

рамка;

—

ось лопасти; 4

—

ось рамки; 5

—

стойка; 6

—

отверстие для изменения наклона

лопасти; 7

—

штифт для фиксации положения лопасти; 8

—

сигнальный попла-

вок; 9

—

ртутные контакты;

10 —

коробка для выводов

Сигнализация о небольших повреждениях вместо отключе-

ния позволяет дежурному персоналу перевести нагрузку на

другой источник питания и отключить после этого трансфор-

матор.

Газовая защита реагирует

также

на понижение уровня масла

трансформаторе.

В этом случае первым сработает сигнальный

контакт, а затем при продолжающемся снижении уровня мас-

ла срабатывает отключающий контакт, выключая трансфор-

матор.

Лопастные реле (рис. 16.45, а). Сигнальный элемент этого реле

выполнен в виде поплавка, как и у реле на рис.

16.43.

Нижний

отключающий элемент выполняется в виде поворотной лопа-

сти 1 или состоит из поплавка и лопасти. При движении масла

или потока газов лопасть поворачивается на некоторый угол

под воздействием силы, создаваемой движущимся потоком;

при этом связанные с лопастью ртутные контакты 9 замыкаются,

подавая импульс на отключение. Изменяя начальный угол на-

клона лопасти 1, можно регулировать чувствительность реле,

610