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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.

19.19. Изменение тока статора син-

хронного электродвигателя при асин-

хронном режиме

В качестве пускового органа в схеме РЗ от асинхронного

режима и перегрузки используется токовое реле КА типа РТ-40.

Это реле воздействует при срабатывании на промежуточное

реле КЫ, контакты которого КЫ.1 в цепи реле времени КТ

замыкаются мгновенно, а размыкаются с замедлением. При

асинхронном режиме реле времени КТ не успевает возвратить-

ся за время ДГ спада тока между циклами качаний (рис. 19.19)

и постепенно, за несколько периодов качаний набирает время и

срабатывает на отключение. Для надежной работы РЗ время

возврата <д

якоря промежуточного реле КЫ должно быть

больше времени Д^ (рис. 19.19), в течение которого ток качаний

недостаточен для действия реле, т. е. <в

> Д*. Выдержка вре-

мени РЗ выбирается большей времени затухания пусковых то-

ков электродвигателя.

Реле времени КТ имеет две выдержки времени. По истече-

нии первой выдержки времени замыкается контакт КТ1, пос-

ле чего промежуточное реле КЬ2 подает команды на осущест-

вление ресинхронизации.

В случае, если ресинхронизация не происходит и качания

тока продолжаются, замыкаются контакты реле времени КТ2,

после чего промежуточное реле КЬЗ, замкнув свои контакты,

подает команды на отключение выключателя и АГП.

Для предотвращения срабатывания РЗ при форсировке воз-

буждения, когда увеличивается ток статора, цепь обмотки ре-

ле времени размыкается контактом

КЬ4.1.

На синхронных

двигателях большой мощности в качестве защиты от асин-

хронного режима возможно применение реле сопротивления,

как на генераторах. Защита минимального напряжения выпол-

няется так же, как на асинхронных электродвигателях.

Полная схема защиты синхронного электродвигателя. На

рис.

19.20 приведена схема РЗ синхронного электродвигателя

6-10 кВ мощностью более 5000 кВт с реакторным пуском. Пуск

~Б-10к8

ТАЧп

«ь

9°'

{ЙЖД

КА1

([>* 'Л™ рЗ

7*?а

Г/4 У

•А-

I ! !*!

/мзг

ШЯ

Ш?

^Х + I ; Г*

;

г-—.л/г-*

От ТУ

•Га

т-ь-гс

Ш I АК

АСУ

ТА2-5

•*•

/с

системе

•-Хсигналищии

-^•(замыкании

на землю

в)

В)

защите

от

потери питания

-га

•а

КиЗ

АК

•СИ

•с=И

я-

Цопизаицмшот перегрузки

асинхронного режима

М11

Указатель

~(не

поднят

Самоудержи-

Вание

не

снято

кии

М2.1 на

отключение

01 №И>

киг.г

г) С2*

*~1На

ресингро-

*•( низацию

На откллче

ние

1 уекиг.3 \

На

гашение

поля

-*\й цепь

Включения

Рис. 19.20. Схема защиты синхронного электродвигателя мощностью более

5000 кВт

реакторным пуском:

—

поясняющая схема; б

—

цепи напряжения; в

—

токовые цепи; г

—

цепи

оперативного тока; д

—

цепи сигнализации;

1ЮУ

—

блок питания типа БПН-11/2;

АСУ

—

вспомогательное устройство типа ВУ-1

732

синхронного электродвигателя осуществляется через реак-

тор ЬК. Электродвигатель подключен к РУ через несколько

параллельных кабелей. На каждом из этих кабелей и на кабеле

к реактору (в камере реактора ЬК) установлены ТТНП ТА2-1 -

ТА2-5. Дифференциальная токовая РЗ выполнена с двумя

реле

КАУ/1

и КАУ/2. В зону действия РЗ включен пусковой реак-

тор.

С помощью токовых реле КА1 и КА2 осуществляется МТЗ

от междуфазных КЗ в зоне между трансформатором тока ТА4

и выключателем (32. Предусмотрен вывод из действия этой МТЗ

на время пуска контактом К(^2, замкнутым при отключенном

выключателе (?2.

Защита от однофазных замыканий на землю предусмотрена

направленной с использованием РЗ от замыканий на землю

типа ЗЗП-1 (АК на рис. 19.20) с действием на отключение. Та-

кое исполнение РЗ принято в предположении, что броски соб-

ственного емкостного тока электродвигателя при внешних

повреждениях, связанных с землей, настолько значительны,

что уставка ненаправленной РЗ, выбранная по условиям от-

стройки от указанного режима, не удовлетворяет требованиям

необходимой чувствительности. Защита от замыканий на землю

подключена к ТТНП ТА2-1 - ТА2-4 типа ТЗЛМ. Напряжение

НП к РЗ подается от ТУ. От ТА2-5 токовые цепи подключаются

к системе сигнализации от замыканий на землю. Защита от

перегрузки и асинхронного режима выполнена с помощью

реле тока КАЗ, реле времени и промежуточных реле. Для об-

легчения самозапуска СД предусмотрена защита от пониже-

ния напряжения сети (на схеме не показана).

Вопросы для самопроверки

Особенность выполнения защиты ответственных асин-

хронных электродвигателей СН электростанций.

Почему защита минимального напряжения не может огра-

ничиться применением только одного реле напряжения?

В чем особенность защиты синхронных электродвигателей?

Как производится выбор уставок защиты асинхронных

электродвигателей от КЗ?

Чем отличаются режимы пуска и самозапуска электродви-

гателей?

Глава двадцатая

ЗАЩИТА СБОРНЫХ ШИН

20.1.

НАЗНАЧЕНИЕ ЗАЩИТЫ ШИН

Повреждения на шинах подстанций электрических сетей и

электростанций высокого и сверхвысокого напряжений могут

быть отключены резервными РЗ, установленными на противо-

положной стороне элементов, подключенных к этим шинам

(рис.

20.1). Однако резервные РЗ в подобных случаях работают

со значительными выдержками времени <р

ез

и не всегда обес-

печивают селективное отключение поврежденных шин. В то

же время КЗ на шинах по условиям устойчивости энергосисте-

мы и работы потребителей требуют быстрого отключения.

Характерным примером неселективного действия резервных

РЗ ЛЭП может служить подстанция с двумя выключателями

на каждом присоединении (рис. 20.1). При КЗ, например, на

первой (/) системе шин (СШ) РЗ 1 и 2 отключают соответст-

вено выключатели

($1

и (^2, лишая питания обе СШ (/ и II),

хотя при данной схеме соединений имеется возможность со-

хранить в работе всю подстанцию, отключив только выклю-

чатели С?3 и (?4. Такая ликвидация повреждения может быть

обеспечена только с помощью специальной РЗ шин.

Для прекращения КЗ на шинах их РЗ должна действовать на

отключение всех присоединений, питающих шины. В связи с

3 "Я

«п

Рис.

20.1. Схема подстанции с двумя вы-

ключателями на каждом присоедине-

нии. Выключатели, отключаемые за-

щитой при КЗ на первой (/) системе

шин, заштрихованы

734

этим специальные РЗ шин приобретают особую ответствен-

ность, так как их неправильное действие приводит к отклю-

чению целой электростанции или подстанции либо их секций.

Поэтому принцип действия РЗ шин и их практическое выпол-

нение (монтаж) должны отличаться повышенной надежностью,

исключающей возможность их ложного срабатывания.

В качестве быстродействующей и селективной РЗ шин полу-

чила распространение защита, основанная на дифферен-

циальном принципе.

20.2.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ШИН

Дифференциальная РЗ шин (ДЗШ) (рис. 20.2) основывается

на том же принципе, что и рассмотренные ранее дифферен-

циальные РЗ ЛЭП, трансформаторов и генераторов, т. е. на

сравнении значений и фаз токов, приходящих к защищаемому

элементу (в данном случае к шинам ПС) и уходящих

от

него.

Для питания ДЗШ на всех присоединениях устанавливаются ТТ

с одинаковым коэффициентом трансформации К/ (независи-

мо от мощности присоединения).

Дифференциальное реле 1 подключается к ТТ всех присо-

единений, так чтобы при первичных токах, направленных

к шинам, в нем проходил ток, равный сумме токов всех при-

соединений, т. е. /

= 1/

пр

. Тогда при внешних КЗ 21

пр

= 0

и реле не будет действовать, а при КЗ в зоне (на шинах) 2/

пр

равна сумме токов КЗ, притекающих к месту повреждения,

и ДЗШ работает. Первичные обмотки всех ТТ подключаются

к шинам одноименными зажимами; все вторичные обмотки ТТ

соединяются параллельно одноименной полярностью, и к ним

подключается реле I.

При внешнем КЗ (точка К на рис. 20.2) ток КЗ 1

, идущий от

шин к месту КЗ по поврежденной ЛЭП

М74,

равен сумме токов,

притекающих к шинам от источников питания (по линиям

У/1, Ш, №):

1А

= /1 + и + /з- (20.1)

Из токораспределения, показанного на рис. 20.2, видно,

что вторичные токи /

1В

, /

2В

и 1

зв

, соответствующие первичным

токам, притекающим к шинам, направлены в обмотке реле

противоположно вторичному току 1

4В

(первичный ток которого

735

1'.

ТЯ1

мг

тяг

<ЭЁ

нз

ТЯЗ

Ч/Ч

'к

-У-*-

ТЛ1

I.»'"

пппп

IV/ *И7 *^ **•

ТА1

тяг

<ЭЁ

/•/7

""Р

Рис.

20.2. Токораспределение во вторичных цепях дифференциальной зашиты

шин при внешних КЗ

Рис.

20.3. Токораспределение во вторичных цепях дифференциальной защиты

при КЗ на шинах

утекает от шин). Ток в реле

±р

(±1В

"*"

42В + ±Эв)

—

14В-

(20.2)

Выражая вторичные токи через первичные и учитывая ра-

венство (20.1), получаем, что ток

= 1

/К

+ 1

/К

}

+ 1

/К

}

- 1

/К

= 0.

Следовательно, если пренебречь погрешностями ТТ, то при

внешних КЗ ток в реле отсутствует. С учетом токов намагни-

чивания вторичные токи ТТ

1гв = 1^1 - /намх," 1гъ = 1^к ~ /намг И

-Д-

Подставив эти значения вторичных токов в выражение

(20.2),

получим

1р ~ -*нам4

—

Унам! + лнамг "*" лнамз)

—

1нб •

(20.3)

Это выражение позволяет сделать вывод, что вследствие

погрешности ТТ в реле появляется ток небаланса /

б> равный

736

геометрической

разности

токов намагничивания ТТ на повреж-

денном присоединении

\У4

и ТТ всех остальных неповрежден-

ных присоединений {У/1, У/2, У/3), по которым ток КЗ прите-

кает к шинам.

В общем случае

^нб

гнам.повр.пр ~ ^^нам.неповр.пр- (20.3а)

Защита не будет действовать при условии, что ток срабаты-

вания реле будет больше максимального тока небаланса, воз-

никающего при 1ктах

во

время внешнего КЗ:

••ср •'нб

тах

•

При КЗ на шинах (рис. 20.3) по всем присоединениям, имею-

щим источники питания (генераторы), ток КЗ направляется

к месту повреждения, т.е. к шинам подстанции. Вторичные

токи направлены в обмотке реле одинаково, поэтому ток в

реле равен их сумме:

= (/, +/

+и)/К

(20.4)

Так как

+ 1

= 1

, то

=4/Я/- (20.5)

Выражение (20.5) показывает, что при КЗ на шинах ДЗШ

реагирует на полный ток 1

в месте КЗ. Защита будет дей-

ствовать, если

С3

В нормальном режиме сумма токов, приходящих к шинам,

всегда равна сумме токов, отходящих от шин, поэтому ток в

реле равен нулю: /

= 0. Из-за погрешности ТТ в реле появляет-

ся ток небаланса, который невелик в нормальном режиме и

увеличивается при внешнем КЗ.

20.3.

МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ

И ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ДЗШ

Ограничение тока небаланса. Ток небаланса может вызвать

неправильную работу РЗ, поэтому принимаются меры к огра-

ничению его значения. Выражение (20.3) показывает, что для

уменьшения тока небаланса необходимо умень-

737

Рис.

20.4. Характеристика намагничи-

вания трансформатора тока диффе-

ренциальной защиты

г(г) -I

г(з) -I

^зиам ^гиам Л нам 1чнам 1цаг1

шить разность между намагничивающим током /

4Нам

ТТ

на поврежденном присоединении, по которому проходит наи-

больший ток КЗ, и суммой намагничивающих токов /

1нам

^гнам

^знам остальных присоединений

(№1,

№2, \УЗ). Как из-

вестно (см. гл. 3), /

нам

ТТ зависит от значения его вторичной

ЭДС Е

(рис. 20.4). Чем больше ток КЗ, проходящий через ТТ,

тем больше Е

, а следовательно, и ток /

нам

. При внешнем КЗ

наибольший ток проходит через ТТ поврежденного присоедине-

ния, поэтому его /

нам

и погрешность максимальны.

По ТТ остальных присоединений проходит лишь часть это-

го тока, благодаря чему их токи намагничивания значитель-

но меньше. Особенно неблагоприятным является такое соот-

ношение вторичных ЭДС, при котором ТТ поврежденного

присоединения работают в насыщенной части (точка 4 на

рис.

20.4), а все остальные - в прямолинейной части характери-

стики намагничивания (точки 1, 2 и 3). При этих условиях раз-

ница токов намагничивания в выражении (20.3) имеет наи-

большее значение. Поэтому для уменьшения небаланса нуж-

но обеспечить условия, при

которых

все ТТ

работают

при внеш-

них КЗ в ненасыщенной части характеристики. С этой целью

необходимо:

а) применять однотипные ТТ, у которых насыщение проис-

ходит при возможно больших токах

;

наилучшими с этой точ-

ки зрения являются ТТ класса Р(Д), которые и рекомендует-

ся применять для ДЗШ;

б) уменьшать

кратность

тока 1

к номинальному току ТТ,

увеличивая их коэффициент трансформации К

;

в) уменьшать нагрузку на ТТ, уменьшая 2

и вторичный

ток

;

первое достигается за счет увеличения сечения и сокра-

738

щения длины соединительных проводов, а второе - примене-

нием одноамперных ТТ или вспомогательных трансформато-

ров,

понижающих ток в соединительных проводах.

Выбор ТТ и определение допустимой нагрузки 2

на них

производится по кривым предельной кратности токов при

10 %-ной погрешности.

Отстройка дифференциальных реле от тока небаланса. Для

улучшения отстройки от повышенных токов небаланса в не-

установившемся режиме, когда они могут достигать больших

значений за счет влияния апериодической составляющей

тока КЗ, сильно намагничивающей сердечник ТТ, в ДЗШ,

так же как и в других дифференциальных РЗ, применяются

реле с насыщающимися ТТ. Последние не пропускают в реле

апериодическую составляющую /

н6

Защита выполняется с помощью реле типа РНТ-565 - при

одинаковых коэффициентах трансформации ТТ или типа

РНТ-567 - в схемах с ТТ, имеющими разные коэффициенты

трансформации. Реле РНТ-567 имеет две независимые рабочие

обмотки и>

и и>

и выполняется в двух модификациях - на 5

А вторичного тока.

Разработана схема более совершенной ДЗШ с торможением

типа ДЗШТ, которая обеспечивает лучшую отстройку от /

нб

при внешних КЗ и может применяться, когда простая ДЗШ

не удовлетворяет требованиям чувствительности.

Контроль исправности токовых цепей. В случае обрыва или

шунтирования фазы вторичной цепи ТТ одного из присоедине-

ний ток от оборванной или зашунтированной фазы не посту-

пает в дифференциальные реле, в результате чего ДЗШ может

неправильно сработать и отключить всю подстанцию или

электростанцию.

Для предупреждения неправильной

работы

ДЗШ под влияни-

ем тока нагрузки оборванной фазы дифференциальные реле

отстраиваются

от тока нагрузки наиболее загруженного при-

соединения.

Кроме того, в нулевом проводе дифференциальных реле

устанавливается чувствительное токовое реле КАО (рис. 20.5),

которое, срабатывая, при обрыве или шунтировании фазы вто-

ричной цепи с выдержкой времени выводит ДЗШ из действия

и подает предупредительный сигнал. Реле КАО дополняется

миллиамперметром

РтпА,

при помощи которого можно обнару-

739

пят

и о« й» Ш;

о-сь

КЙВ

Рис.

20.5. Схема дифференциальной

защиты шин для подстанции с одной

рабочей и одной резервной системами

шин:

—

цепи токов; б

—

цепи оператив-

ного тока

жить не только обрыв, но и ухудшение контакта в цепи какой-

нибудь фазы или витковое замыкание в ТТ, вызывающее уве-

личение тока небаланса в нулевом проводе.

20.4.

СХЕМЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ ШИН [59]

Схема дифференциальной защиты шин для подстанций с

одной рабочей и второй резервной системами шин. Подстан-

ция, схема которой изображена на рис. 20.5, нормально работает

на одной СШ (рабочей), на которую включены все присоеди-

нения. Шиносоединительный выключатель (31 отключен. Вто-

рая СШ (резервная) находится в резерве без напряжения.

В схему ДЗШ электрических сетей с заземленной нейтралью

входят три токовых реле КАТ типа РНТ, каждое из которых

включено на разность токов ТТ одноименных фаз всех при-

соединений подстанции. Для подстанции 35 кВ сети с изоли-

рованной нейтралью применяется аналогичная схема, но в

двухфазном исполнении. Реле КАТ, срабатывая при КЗ в зоне

ДЗШ, подают плюс на обмотки КЫ и КЬ2, первое из которых

740