Расчет токов небаланса в схемах диф.защиты.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 7Следующая ⇒

Токи небаланса в схемах диф.защиты трансформаторов имеют место из-за погрешностей ТТ, изменения коэффициента трансформации защищаемого трансформатора при регулировании напряжения, неточного выравнивания вторичных токов. Для отстройки от тока небаланса при сквозном к.з. ее ток срабатывания должен удовлетворять условия:

где к_н – коэффициент надежности равный 1, 3.

Величина расчетного тока небаланса, определяемого погрешностью ТТ вычисляется по формуле:

где к_а – коэффициент апериодичности, для реле с БНТ и короткозамкнутой обмоткой к_а=1, для реле без БНТ к_а=1;

к_одн – коэффициент однотипности ТТ к_одн=0, 5 при обтекании ТТ близкими по величине токами, к_одн=1 в остальных случаях;

f – погрешность ТТ, удовлетворяющие 10% погрешности;

I_кз._max – наибольший ток к.з. при сквозном к.з.

Величина расчетного тока небаланса, определяемая изменением к_т защищаемого трансформатора при регулировании напряжения, вычисляется по формуле:

при регулировании с одной стороны трансформатора ;

при регулировании с двух сторон трансформатора .

где Δ N – половина регулировочного диапазона соответствующей стороны от среднего значения, для которого производится выравнивание вторичных токов, например при половине регулировочного диапазона N=±10% Δ N=0, 1.

Величина расчетного тока небаланса определяемая неточным выравниванием вторичных токов, вычисляется по формуле:

где - расчетные числа витков обмоток БНТ реле РНТ для неосновных сторон ( стороны с меньшим вторичным током);

- принятые числа витков обмоток БНТ реле РНТ для неосновных сторон (ближайшие большие или меньшие сила витков);

I_кз._max – наибольшее значение сквозного тока к.з. со стороны, где включены обмотки БНТ с витками .

Таким образом, суммарный расчетный ток небаланса определяется, как сумма трех составляющих:

Обычно при расчете сначала определяют сумму , а после выбора тока срабатывания и определения расчетных витков БНТ реле РНТ определяют дополнительно суммарный ток небаланса и производят уточнение ранее выбранного тока срабатывания.

Дифференциальная отсечка.

Дифференциальная отсечка – это диф.защита мгновенного действия, имеющая ток срабатывания больше броска намагничивающего тока. Ток срабатывания диф.отсечки определяется главным образом условием отстройки от броска тока намагничивания:

где к_н – коэффициент надежности равный 3-4.

Ток срабатывания диф.отсечки определяется также и по условию отсройки от тока небаланса, который вычисляется по формуле:

Из двух условий выбора тока срабатывания принимается больший.

Основным достоинством диф.отсечки является простота схемы и быстродействие. Недостатком является больший ток срабатывания, вследствие чего защита в ряде случаев оказывается недостаточно чувствительной:

Быстронасыщающийся трансформатор реле РНТ-565 является одновременно и промежуточным трансформатором для компенсации неравенства вторичных токов в плечах диф.защиты и имеет для этой цели специальные уравнительные обмотки.

Ток во вторичной обмотке БНТ, к которой подключено реле, определяется суммарным магнитным потоком в сердечнике, который создается как рабочей, так и уравнительными обмотками. Чтобы при сквозном к.з. не сработала ложно диф.защита нужно правильно включить правильно рабочую и уравнительные обмотки в схему и так подобрать число витков обмотках, чтобы скомпенсировать неравенство токов в плечах.

Диф.защита с РНТ-565.

Токи в обмотках направлены встречно. Расчет производится в следующем порядке:

1. Определяется ток срабатывания защиты по условиям:

а)

к_н=1-1, 3

б)

к_н=1, 3;

Принимается большее значение тока срабатывания.

2. Определяются первичные токи во всех обмотках защищаемого трансформатора и вторичные токи в плечах диф.защиты.

3. Определяется вторичный ток срабатывания, отнесенный к стороне с большим вторичным током:

где n_T₁ – коэффициент трансформации ТТ с большим вторичным током.

4. Определяется расчетное число витков обмоток БНТ со стороны с большим вторичным током, которая называется основной:

В соответствии с имеющимися на обмотках отпайками для регулирования числа витков выбирается ближайшее меньшее число витков:

5. Определяется число витков со стороны с меньшим вторичным током, которая называется неосновной из условия, чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока, ток во вторичной обмотке был равен нулю. Это выполняется, когда суммарный магнитный поток в сердечнике БНТ равен нулю. Что имеет место при:

Принимается меньшее или большее значение числа витков, которое можно установить на этой обмотке.

6. После расчета числа витков обмоток БНТ и подбора отпаек вычисляется ток небаланса, вызванный неточной компенсацией вторичных токов в плечах диф.защиты. Определяют суммарный I_нб..

Вновь определяют I_с.з. по . если он получается больше, определенного по 1-му условию расчет производят снова ( пересчитать число витков обмоток БНТ). Расчет повторяется до тех пор пока ток срабатывания защиты с учетом I_{3нб.расч.} станет равным или меньшим тока срабатывания, определенного предыдущим расчетом.

7. Определяется к_ч. Коэффициент чувствительности можно определить по полному току к.з. отнесенному к основной стороне по формуле:

где I_ср.1– вторичный ток срабатывания, отнесенный к основной стороне

Диф.защита с торможением.

В диф.защитах, установленных на трансформаторах с РПН или многообмоточных трансформаторах с несколькими питающими обмотками токи небаланса в уставившемся режиме имеют значительную величину. В этом случае диф.реле с БНТ получается мало чувствительной вследствие того, что ее ток срабатывания приходится увеличивать до (3-4)Iном трансформатора.

Ток Iс.з. под влиянием тока, протекающего в тормозной обмотке реле, возрастает, что повышает надежность отстройки защиты от токов небаланса. При к.з. в зоне ток к.з., протекающий по тормозной обмотке, загрубляет реле (увеличивается ток Iср.), но несмотря на это чувствительность тормозного реле оказывается выше чем у реле РНТ (точки “а” и “б”). Чувствительность тормозного реле при к.з. в зоне можно повышать, если тормозные обмотки включать не во все плечи, и только там, где это необходимо для торможения при внешнем к.з. Для обеспечения достаточной надежности действия защиты при повреждениях в зоне и селективности при внешних к.з. коэффициент к_т принимают (30-60)%, а наименьший Iср при Iт=0 составляет (30-40)%Iном.т. Наличие торможения не устраняет возможность срабатывания реле от бросков токов намагничивания, т.к. Iр=Iторм., что соответствует условиям к.з. в зоне защиты.

Секции w_ТА и w_ТВ так, что созданный магнитный поток Фт замыкается по крайним стержням. Поток Фт наводит ЭДС в w_2А и w_2В (Е_ТА и Е_ТВ), которые равны и взаимно уничтожаются, в результате ток Iт не создает тока в реле и служит для подмагничивания крайних стержней и насыщая их, ухудшая трансформацию тока из рабочей во вторичную. Поток Фр, создаваемый в w_р, замыкается по крайним стрежням и наводит в секциях w₂ согласно направленные ЭДС:

Сопротивление Rм увеличивается при насыщении тока Iт. Чем больше ток Iт, тем меньше ток в реле Iр:

Iр=к_тIт

При внешнем к.з. ток протекая по w_т насыщает крайние стрежни магнитопровода, в результате чего ток Iср возрастает, ухудшая трансформацию Iнб., появляющийся в рабочей обмотке трансформатора. При к.з. в зоне ток в w_р больше ток Iт.

1. Ток Iт=0. Под влиянием МДС F рабочей обмотки происходит намагничивание сердечника НТТ в соответствии с зависимостью мгновенных значений магнитной индукции в правом и левом стрежнях от величены МДС.

МДС рабочей обмотки распределяется поровну на создание магнитных потоков в левом и правом стержнях НТТ. НТТ является насыщающимся, поэтому зависимость В от F имеет нелинейный характер. Если предположить, что кривая изменения магнитной индукции имеет синусоидальный характер, то амплитудные значения ЭДС в каждой обмотке можно считать пропорциональными амплитудным значениям магнитной индукции в соответствующих стержнях.

ЭДС в сердечнике отстает от F на 90⁰. Магнитные потоки в крайних стержнях совпадают по фазе с МДС F и вектора ЭДС Е вторичных обмоток отстают на 90⁰:

2. Токи в рабочей и тормозной обмотках совпадают по фазе. Если по тормозной обмотке протекает ток, совпадающей по фазе с током рабочей обмотки, то в левом стержнем НТТ рабочая и тормозная МДС Fр и Fт складываются, а в правом – вычитаются.

В левом стрежне МДС создает магнитную индукцию +В”_лев. В тот же момент в правом стержне МДС создает магнитную индукцию +В”_пр.. Во вторичных обмотках наводятся совпадающие по фазе ЭДС Е''_лев. и Е''_пр., пропорциональные максимальным значениям этих магнитных индукции. Суммарная ЭДС вторичных обмоток равна . Из-за насыщения стали левого стержня , следовательно, уставки реле загрубляется и в данных условиях реле не срабатывает. Для срабатывания реле необходима большая рабочая МДС. Если увеличить МДС тормозной обмотки Fт в два раза, то в левом стержне НТТ заметно возрастает МДС . Однако из-за насыщения стали НТТ это приведет лишь к небольшому увеличению магнитной индукции +В''_пр.. В правом стержне НТТ изменяется не только величина, но и знак суммарной МДС . Вызываемая в правой обмотке магнитная индукция В''_пр. наводит ЭДС в правой обмотке другого знака. Результирующая ЭДС станет меньше предыдущего случая. Следовательно, для того, чтобы реле сработало, требуется еще большее увеличение МДС рабочей обмотки.

3. Токи тормозной и рабочей обмоток сдвинуты по фазе на 90⁰. Если Iт и Iр сдвинуты на 90⁰, то торможение оказывается меньшим, чем при совпадении фаз тока. Если ток в тормозной обмотке отстает от тока рабочей обмотке на 90⁰, то в левом стержне НТТ тормозная МДС Fт отстает от рабочей МДС Fр на 90⁰. Суммарная ЭДС пропорциональная максимальному значению суммарной МДС и отстает от нее на 90⁰.

В правом стержне НТТ тормозная МДС Fт опережает рабочую МДС Fр на 90⁰. Суммарная ЭДС пропорциональная максимальному значению суммарной МДС и отстает от нее на 90⁰. Суммарная ЭДС на выходе вторичной обмотки равна сумме ЭДС обмоток правого и левого стержней.

Сопоставляя векторные диаграммы можно установить, что при одинаковых значениях рабочих и тормозных МДС эффект торможения оказывается меньшим при угловом сдвиге Fт относительно Fр на 90⁰, чем при совпадении их по фазе или сдвиге на 180⁰.

Тормозные характеристики. Тормозная МДС, ухудшая условия трансформацию между первичной и вторичной обмотками, приводит к увеличению МДС срабатывания.

Зависимость МДС срабатывания реле от изменения МДС тормозных обмоток называется тормозной характеристикой. Поскольку МДС срабатывания зависит не только от абсолютной величины МДС торможения, но и от угла сдвига между рабочей и тормозной МДС, от соотношения величины тормозных токов в тормозных обмотках, от схемы включения этих обмоток, то существует семейство характеристик.

Кривые I и II представляют собой соответственно наибольшую и наименьшую зависимость Fср=f(Fт). Характеристика I используется при определении чувствительности защиты, а II - при определении числа витков тормозной обмотки. Верхняя тормозная характеристика I соответствует характеристики при совпадении углов между векторами токов тормозной и рабочей обмоток. Это означает, что при любом другом угле эффект торможения будет меньшим и для срабатывания реле будет требоваться меньшее Fраб. Тормозная характеристика для любого другого угла будет всегда располагаться ниже.

Нижняя II характеристика соответствует характеристики при угле между векторами Iр и Iт в диапазоне 90⁰±30⁰. Это означает, что при этом угле реле имеет минимальное значение МДС срабатывания.

Коэффициент торможения к_т определяется по характеристикам реле Fср=f(Fт) при выбранном числе витков срабатывания рабочей и тормозной обмоток:

8.4. Токовая отсечка.

Как правило, на трансформаторах мощностью ниже 6300кВА, работающих единично, и трансформаторах мощностью ниже 4000кВА, работающих параллельно, вместо сложной диф.защиты устанавливается токовая отсечка (ТО). Действие ТО трансформатора основано на том принципе, что и ТО линий. При к.з. на вводах трансформатора со стороны питания ток к.з. значительно больше, чем при к.з. на стороне нагрузке, т.е. за трансформатором. Используя это обстоятельство, ток срабатывания выбирается таким образом, чтобы она не работала при к.з. за трансформатором:

где I_кз._max - максимальный ток к.з., протекающий через трансформатор при к.з. за ним;

к_н – коэффициент надежности равный 1, 3-1, 4 для реле типов ЭТ-521, РТ-40, действующих через промежуточный реле; 1, 5-1, 6 – для реле типа РТ-80.

Чувствительность ТО характеризуется коэффициентом чувствительности:

где I_кз – ток к.з. при к.з. на вводах трансформатора со стороны питания.

8.5. Газовая защита.

Газовая защита (ГЗ) устанавливается на трансформаторах (автотрансформаторах) и реакторах с масляным охлаждением, имеющих расширители. Применение ГЗ является обязательным на трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6300кВА и более, а также на трансформаторах мощностью 1000-4000кВА, не имеющих диф.защиты или ТО, и если МТЗ имеет выдержку времени 1сек. и более. На трансформаторах мощностью 1000-4000кВА применение ГЗ при наличии другой быстродействующей защиты допускается, но не является обязательным. Применение ГЗ является обязательным также для внутрицеховых трансформаторов мощностью 630кВА и выше, независимо от наличия других быстродействующих защит.

Действие ГЗ основано на том, что всякие, даже незначительные повреждения, а также повышение нагрева внутри бака трансформатора вызывают разложение масла и органической изоляции, что сопровождается выделением газа. Интенсивность газообразования и химический состав газа зависят от характера и размеров повреждения. Поэтому защита выполняется так, чтобы при медленном газообразовании подавался предупредительный сигнал, а при бурном – ГЗ действовала на отключение. Бурным газообразованием обычно сопровождается к.з. внутри бака трансформатора. Кроме тог ГЗ действует на сигнал на отключение или только на сигнал при опасном понижении уровня масла в баке трансформатора или автотрансформатора. ГЗ является универсальной и наиболее чувствительной защитой трансформаторов и автотрансформаторов от внутренних повреждений. Она реагирует на такие опасные повреждения как замыкания между витками обмоток, на которые не реагируют другие виды защит из-за недостаточной величины тока при этом повреждении.

ГЗ осуществляется с помощью специальных газовых реле, которые подразделяются на поплавковые, лопастные и чашечные. Газовое реле представляет собой металлический кожух, врезанный в маслопровод между баком трансформатора и расширителем. Реле заполнено маслом. Кожух имеет смотровое стекло со шкалой, с помощью которой определяется объем скопившегося в реле газа. На крышке газового реле имеется краник для выпуска воздуха и взятия пробы газа для его анализа, а также расположены контакты для подключения кабеля.

Поплавковые реле.

У поплавковых реле внутри кожуха укреплены на шарнирах два поплавка, представляющие собой полые металлические цилиндры. На поплавках укреплены ртутные контакты, соединенные гибкими проводами с выводными зажимами на крышке реле. Ртутный контакт представляет собой стеклянную колбочку с впаянными в ее вертикальную часть двумя контактами. Колбочки содержат небольшое количество ртути, которая в определенном положении колбочки замыкает между собой контакты, чем создается цепь через реле.

При скорости движении потоков газа и масла порядка 0, 5м/с нижний поплавок, находящийся на пути потока опрокидывается и происходит замыкание его ртутных контактов в цепи отключения. Благодаря тому, что при к.з. в трансформаторе сразу возникает бурное газообразование, ГЗ производит отключение с небольшим временем 0, 1-0, 3сек. Отключающий элемент работает также при большом понижении уровня масла в корпусе реле. ПГ-22 – поплавковое реле.

Лопастное реле.

У лопастных реле сигнальный элемент выполнен также, как у поплавковых, а отключающий состоит из поплавка и поворотной лопасти, механически связанных с общим ртутным контактом, действующем на отключение.

Чашечные реле.

У чашечных реле вместо поплавков используется открытые металлические чашки и вместо ртутных контактов обычно открытые контакты, работающие непосредственно в масле.

Нормально, когда корпус реле полностью заполнен маслом, при этом верхняя и нижняя чашки тоже заполнены маслом и удерживаются в исходном состоянии пружинами.

8.6. Защита от сверхтоков.

Защита трансформаторов (автотрансформаторов) от сверхтоков является резервной защитой, предназначенной для отключения их от источников питания как в случаях повреждения самих трансформаторов и отказа основных защит, так и при повреждениях смежного оборудования и отказах его защиты или выключателей. При отсутствии специальной защиты шин защита трансформатора от сверхтоков осуществляет также защиту этих шин.

В качестве защиты от сверхтоков при м.ф.к.з. служит обычно МТЗ, МТЗ с пуском минимального напряжения, МНЗ, МТЗ обратной последовательности (МТЗОП). Для защиты от сверхтоков при однофазных к.з. используется МТЗ и МНЗ нулевой последовательности (МНЗНП).

На повышающих трансформаторах схемы защиты от сверхтоков могут быть следующими:

Защита от сверхтоков при м.ф.к.з. устанавливается со стороны источника питания, а при нескольких источников – со стороны главных источников. Защита от сверхтоков при однофазных к.з. устанавливается со стороны обмоток, соединенных в Y с заземленной нулевой точкой. Аналогично выполняется защита от сверхтоков при м.ф.к.з. автотрансформаторов, при отсутствия питания со стороны среднего напряжения. МЗНП автотрансформаторов устанавливается со стороны высшего и среднего напряжения, при чем одна из них выполняется направленной.

На понижающих трансформаторах схемы защит от сверхтоков при м.ф.к.з. могут быть следующими:

Кроме рассмотренных выше схем для защиты трансформаторов и автотрансформаторов применяется МТЗ с пуском минимального напряжения и МТЗОП.

Как видно из схемы (рис.8.6) плюс оперативного тока подается на контакты токовых реле КА от пускового органа напряжения, который состоит из фильтра напряжения обратной последовательности типа РНФ-1 (KV1 и ФНОП) и реле минимального напряжения KV2. Напряжение на реле KV2 подается через контакты KV1, включенного через ФНОП.

При всех видах 2-х фазных к.з. появляется напряжение обратной последовательности и KV1 срабатывает и снимает напряжение с KV2, которое в свою очередь подает плюс на контакты токовых реле КА. При 3-х фазном к.з. напряжение обратной последовательности отсутствует, но работает реле KV2, включенное на минимальное напряжение.

Рассмотренная схема обеспечивает большую чувствительность.

Схема МТЗ обратной последовательности из фильтра реле токов обратной последовательности типа РТ-2 (КА2 и ФТОП) и реле времени KT1. В таком виде защите действует только при несимметричных к.з. Поэтому для обеспечения действия защиты при 3-х фазном к.з. часто токовую защиту обратной последовательности дополняют приставкой, состоящей из одного токового реле КА1 и одного реле минимального напряжения KV1.

8.7. Защита от перегрузки.

Перегрузка трансформаторов (автотрансформаторов) обычно бывает симметричной. Поэтому защита от перегрузки выполняется с помощью МТЗ, включенной на ток одной фазы. Защита действует с выдержкой времени на сигнал, а на необслуживаемых подстанциях – на разгрузку или отключение трансформатора. На двухобмоточных трансформаторах защита о перегрузки устанавливается со стороны основного питания. На трехобмоточных трансформаторах при двухстороннем питании – со стороны основного питания и со стороны обмоток, где питание отсутствует, а при трехстороннем питании – со всех трех сторон. На автотрансформаторах с трехсторонним питанием защита от перегрузки устанавливается со стороны основного питания КА1, со стороны высшего напряжения КА2 и со стороны выводов обмотки автотрансформатора к нулевой точке (нейтрали) КА3 для контроля за перегрузкой общей части обмотки. Кроме того, на повышающих автотрансформаторах с трехстороннем питанием устанавливается защита от перегрузки стороны среднего напряжения КА4 в режиме когда в обмотке НН нет тока. Необходимость этой защиты вызвано тем, что в таком режиме пропускная мощность автотрансформатора снижается. Защита КА4 вводится в действие контактом реле КА5, который замыкается при исчезновении тока в обмотке НН.

Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется по формуле:

где к_н – коэффициент надежности равный 1, 05.

Защиты шин.

9.1.Защита сборных шин, ошиновки.

Опыт эксплуатации показывает, что несмотря на благополучные условия для надзора и ухода за элементами распредустройств подстанций повреждения на их шинах все же имеет место. К числу причин к.з. на шинах можно отнести: перекрытие шинных изоляторов и вводов выключателей; повреждение ТН и установленных между шинами и выключателями; повреждение ТТ; поломка изоляторов разъединителей и воздушных выключателей во время операций; ошибки обслуживающего персонала.

Для отключения к.з. применяют соответствующие защиты. в качестве таких защит на силовых трансформаторах применяются защиты от внешних к.з., а на ЛЭП – МТЗ и ДЗ, однако эти защиты в основном выполняются с выдержками времени, а по условиям устойчивости в сети 110-500кВ необходимо мгновенное отключение мф.к.з. на шинах. Поэтому существует необходимость применения специальных защит.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 Следующая ⇒