Е) Токовая защита с пуском по напряжению

⇐ ПредыдущаяСтр 58 из 75Следующая ⇒

Принцип действия и схема защиты аналогичны подобной же защите генераторов. Так же как и на генераторах (см. § 15-5, б), эта защита может выполняться с пуском от трех реле минимального напряжения или с комбинированным пуском от реле Н₂ и реле, реагирующего на понижение напряжения сети Н. Последняя схема как более чувствительная рекомендуется к применению и показана на рис. 16-16. Защита с пуском по напряжению не действует при перегрузках, в связи с этим отпадает необходимость в отстройке токовых реле защиты Т от аварийных нагрузок, что и позволяет получить большую, чем у простой максимальной защиты, чувствительность.

Для улучшения чувствительности пуска по напряжению цепи напряжения защиты обычно питаются от трансформатора напряжения, установленного с той стороны трансформатора, где должна действовать рассматриваемая защита. Уставки защиты выбираются согласно формулам (15-21) — (15-22). Пуск по напряжению повышает чувствительность защит от междуфазных к. з., применяется как на повышающих, так и на понижающих трансформаторах.

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

а) Защита от перегрузки трансформаторов

На трансформаторах, находящихся под наблюдением персонала, защита от перегрузки выполняется действующей на сигнал посредством токового реле 3, показанного в схеме на рис. 16 5. Токовое реле 3 устанавливается в одной фазе, поскольку перегрузка трансформатора возникает одновременно во всех трех фазах. Чтобы избежать излишних сигналов при коротких замыканиях и кратковременных перегрузках, предусматривается реле времени, обмотки которого должны быть рассчитаны на длительное прохождение тока (на схеме на рис. 16-5 не показано).

Ток срабатывания выбирается из условия возврата токового реле при номинальном токе трансформатора:

где k_н= 1, 05

Время действия перегрузочной защиты выбирается на ступень больше времени максимальной защиты трансформатора:

На подстанциях без дежурного персонала защита от перегрузок выполняется трехступенчатой. Первая ступень работает при малых перегрузках и действует на сигнал, передаваемый с помощью телемеханики на дежурный пункт. Выдержка времени t₁ = t_{макс.защ.} + ∆ t. Вторая ступень действует при больших перегрузках, когда требуется быстрая разгрузка. Эта ступень действует на отключение части потребителей, разгружая трансформатор до допустимого значения. Выдержка времени второй ступени t₂ ≤ t_доп, где t_доп— допустимое время перегрузки, определяемое перегрузочной характеристикой трансформатора. Вторую ступень желательно выполнять с зависимой от тока характеристикой, соответствующей перегрузочной характеристике трансформатора.

Третья ступень — страховочная, она действует на отключение трансформатора, если по каким-либо причинам вторая ступень не осуществит разгрузки. Выдержка времени t₃ = (t₂ + ∆ t) < t_доп,

На трехоб моточных трансформаторах перегрузочная защита должна устанавливаться таким образом, чтобы она, во-первых, реагировала на перегрузку любой из трех обмоток и, во-вторых, обеспечивала защиту при работе трансформатора в режиме, когда одна из обмоток отключена.

Руководствуясь этими соображениями, на трехобмоточных трансформаторах с одинаковой мощностью обмоток и односторонним питанием перегрузочную защиту устанавливают только на питающей обмотке. При неравной мощности обмоток или двусторонним и трехсторонним питанием трансформаторов защиту следует ставить на всех обмотках.

б) Защита от перегрузки автотрансформаторов

Защита от перегрузки автотрансформаторов выполняется на основе требований к защите трехобмоточных трансформаторов с учетом особенностей токораспределения в обмотках автотрансформатора и различия номинальных мощностей обмоток. Защита от перегрузки должна реагировать на перегрузку последовательной (П), общей (О) и дополнительной (Д) обмоток автотрансформатора (рис. 16-17, а).

Номинальный (допустимый) ток в последовательной обмотке (относящейся к высшему напряжению) определяется по проходной мощности S_прох, а для общей части обмотки и обмотки низшего напряжения (соединенной в треугольник) — по расчетной (или типовой) мощности S_расч (см. рис. 16-2).

Для контроля за перегрузкой обмотки среднего напряжения (общей) перегрузочное реле должно устанавливаться в нулевых выводах автотрансформатора, по которым протекает ток I_0бщ. Перегрузка последовательной обмотки (высшего напряжения) и обмотки низшего напряжения учитывается по току в выводах высшего и низшего напряжения соответственно. Места установки реле Р_Потмечены на рис. 16-17, а кружком.

Необходимость установки защиты от перегрузки той или иной обмотки автотрансформатора определяется на основе анализа токораспределения при различных режимах его работы. Так, например, при перегрузке обмотки низшего напряжения в режиме, когда сторона среднего напряжения отключена, ток на стороне высшего напряжения может быть меньше номинального, так как мощность обмотки низшего напряжения равна S_расч и меньше S_прох, по которой определяется I_ном на стороне высшего напряжения. Отсюда следует, что на обмотке низшего напряжения всех автотрансформаторов необходимо устанавливать защиту от перегрузки.

Рассматривая токораспределение на понижающем автотрансформаторе, имеющем питание со стороны высшего напряжения (рис. 16-17, б), можно сделать вывод, что при перегрузке обмотки высшего напряжения токи в обмотках сред- него и низшего напряжения могут быть ниже номинального. Следовательно, на автотрансформаторах, имеющих питание на стороне высшего напряжения, необходимо устанавливать защиту, реагирующую на перегрузку этой стороны. Указанная защита будет также защищать и общую обмотку автотрансформатора, так как перегрузка этой обмотки будет сопровождаться перегрузкой обмотки высшего напряжения.

При работе автотрансформаторов в режиме передачи энергии со стороны высшего и среднего напряжения на сторону низшего напряжения в общей обмотке проходит ток I_общ = I_В + Iс (рис. 16-17, в).

В этих условиях общая обмотка может перегружаться при отсутствии перегрузки в двух других обмотках автотрансформатора.

На автотрансформаторах, работающих в указанном режиме, необходимо устанавливать защиту от перегрузки на нулевых выводах общей обмотки. Такая же защита должна предусматриваться на автотрансформаторах, в которых энергия передается со стороны среднего напряжения одновременно на высшее и низшее напряжение.

Более полный анализ перегрузки обмоток автотрансформатора приводится в [Л. 5, 6]. В соответствии с этим анализом на понижающих автотрансформаторах при питании со стороны высшего напряжения защита от перегрузки должна устанавливаться на сторонах высшего и низшего напряжения.

На тех же автотрансформаторах, имеющих питание и со стороны обмотки среднего напряжения, защита ставится и на нулевых выводах.

На повышающих автотрансформаторах защита устанавливается на всех трех обмотках.

ТОКОВАЯ ОТСЕЧКА

Токовая отсечка является самой простой быстродействующей защитой от повреждений в трансформаторе, действующей с t = 0. Однако она не является полноценной, так как реагирует только на большие токи повреждения и охватывает своей зоной действия лишь часть трансформатора.

Отсечка не действует при витковых замыканиях и замыканиях на землю в обмотке, работающей на сеть с малым током замыкания на землю, и является по существу защитой от к. з. (междуфазных и однофазных).

Ток к. з. при повреждении на выводах трансформатора со стороны источника питания (в точке К₁на рис. 16-18, а) обычно значительно больше, чем при повреждении за трансформатором (в точке К₂). Такое соотношение токов и дает возможность использовать для защиты трансформаторов токовую отсечку мгновенного действия (рис. 16-18, б).

Отсечка устанавливается с питающей стороны трансформатора и выполняется при помощи мгновенных токовых реле 1 или электромагнитного элемента реле РТ-90, если реле этого типа использованы для выполнения максимальной защиты.

На трансформаторах, питающихся от сети с глухозаземленной нейтралью, отсечка устанавливается на трех фазах, а при питании от сети с изолированной нейтралью — на двух фазах.

Ток срабатывания отсечки отстраивается от максимального тока короткого замыкания при повреждении за трансформатором (в точке К₂) и вычисляется по формуле

где k_н— коэффициент надежности, принимаемый равным 1, 25— 1, 5 в зависимости от точности токовых реле (для реле типа РТ-90 и РТ-80 k_н= 1, 5).

Кроме того, токовая отсечка должна отстраиваться от броска намагничивающего тока I_нам, возникающего при включении трансформатора под напряжение:

Для выполнения этого условия ток срабатывания должен в 3—5 раз превышать номинальный ток трансформатора.

В зону действия отсечки входят ошиновка, выводы и часть обмотки трансформатора со стороны, где установлена отсечка. В пределах этой зоны отсечка отключает повреждения без выдержки времени.

Поскольку отсечка является защитой от внутренних повреждений, она должна отключать трансформатор со всех сторон, имеющих источники питания.

Большим достоинством отсечки являются ее простота и быстродействие. Ускоряя отключение повреждений на выводах трансформатора и в части его обмотки, токовая отсечка вместе с тем понижает выдержки времени на защитах присоединений, питающих шины, к которым подключен защищаемый трансформатор.

Отсечка в сочетании с максимальной защитой и газовой защитой (рассматриваемой ниже) обеспечивает хорошую защиту для трансформаторов малой мощности.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА

а) Назначение и принцип действия дифференциальной защиты

Для защиты трансформаторов от к. з. между фазами, на землю и от замыканий витков одной фазы широкое распространение получила дифференциальная защита (рис. 16-19). Принцип действия дифференциальной защиты трансформаторов, так же как и дифференциальной защиты линий и генераторов, основан на сравнении величины и направления токов до и после защищаемого элемента (в данном случае трансформатора). При внешнем к. з. и нагрузке токи I₁ и I_II с обоих концов трансформатора направлены в одну сторону, как показано на рис. 16-19, а, и находятся в определенном соотношении, равном коэффициенту трансформации трансформатора

. (16-10а)

При к. з. в трансформаторе токи I₁ и I_II направлены встречно от шин к месту повреждения (рис. 16-19, а). В первом случае защита не должна действовать, во втором — должна работать. С учетом этого и выполняется схема защиты. Трансформаторы тока Т_I и Т_II, питающие схему, устанавливаются с обоих сторон защищаемого трансформатора. Их вторичные обмотки соединяются разноименными полярностями так, чтобы при внешнем к. з. и нагрузке вторичные токи I₁_В и I_II_Вбыли направлены в контуре соединительных проводов последовательно (циркулировали по ним). Дифференциальное реле Р включается параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока. При таком соединении в случае внешнего к. з. и при токе нагрузки вторичные токи I₁_В и I_II_В замыкаются по обмотке реле Р и направлены в ней встречно, поэтому ток в реле равен разности вторичных токов:

Выражения (16-116) и (16-12) являются условием селективности при внешних к. з.

б) Особенности дифференциальной защиты трансформаторов и автотрансформаторов

Вдифференциальной защите линий и генераторов первичные токи в начале и конце защищаемого участка одинаковы, поэтому для выполнения условия селективности (16-116) достаточно иметь равенство коэффициентов трансформации трансформаторов тока. Иное положение имеет место в дифференциальной защите трансформаторов. Первичные токи обмоток трансформатора не равны по величине и в общем случае не совпадают по фазе.

В режиме нагрузки и внешнего к. з. ток трансформатора на стороне низшего напряжения I_II всегда больше тока на стороне высшего напряжения I_1. Их соотношение определяется коэффициентом трансформации силового трансформатора согласно (16-10а).

В трансформаторе с соединением обмоток звезда — треугольник и треугольник — звезда токи I₁и I_II различаются не только по величине, но и по фазе. Угол сдвига фаз зависит от группы соединения обмоток трансформатора. При наиболее распространенной, одиннадцатой группе линейный ток на стороне треугольника опережает линейный ток со стороны звезды на 30° (рис. 16-20, а). В трансформаторах с соединением обмоток звезда — звезда токи I₁и I_II или совпадают по фазе (рис. 16-20, б) или сдвинуты на 180^º.

Таким образом, для выполнения условия селективности (16-116) необходимы специальные меры по выравниванию вторичных токов I₁_В = /n_т_I_и I_II_В = /n_т_II по величине, а при разных схемах соединения обмоток (λ /∆ и ∆ /λ ) — и по фазе, с тем чтобы поступающие в реле токи были равны.

Компенсация сдвига токов и _В по фазе осуществляется соединением в треугольник вторичных обмоток трансформаторов тока, установленных на стороне звезды силового трансформатора (рис. 16-21). Соединение в треугольник обмоток трансформаторов тока должно точно соответствовать соединению в треугольник обмоток силового трансформатора.

Трансформаторы тока, расположенные на стороне треугольника силового трансформатора, соединяются в звезду.

На рис. 16-21 изображены векторные диаграммы токов в схеме защиты при нагрузке и внешних трехфазных к. з. Векторы первичных и вторичных токов в трансформаторах тока и силовом трансформаторе показаны на диаграмме совпадающими по фазе.

Из диаграммы следует, что токи в линейных проводах трансформаторов тока, соединенных в треугольник, I_ав(2), I_вс₍₂₎, 1_са(2), сдвигаются относительно соответствующих фазныхтоков во вторичной и первичной обмотках трансформаторов тока на угол 30°. Токи в проводах второй группы трансформаторов тока I_ab₍₂₎, I_bc₍₂₎, и I_ca₍₂₎совпадают по фазе со своими первичными токами и поэтому сдвинуты по отношению к первичному току звезды силового трансформатора, так же как и токи I_ав(2), I_вс₍₂₎, 1_са(2), на угол 30°. В результате этого токи, поступающие в реле, совпадают по фазе.

Соединение одной из групп трансформаторов тока в треугольник обеспечивает компенсацию сдвига фаз между вторичными и первичными токами силового трансформатора не только при симметричной нагрузке и трехфазных к. з., но и при любом несимметричном повреждении или нагрузочном режиме.

Справедливость этого положения наиболее просто доказывается с помощью метода симметричных составляющих. Токи прямой и обратной последовательностей симметричны, и поэтому токораспределение их в схеме защит полностью соответствует токораспределению при трехфазном к. з. (рис. 16-21). Следовательно, соединение одной из групп трансформаторов тока в треугольник, а другой — в звезду обеспечивает компенсацию сдвига фаз первичных токов прямой и обратной последовательностей.

Токи нулевой последовательности появляются в случае к. з. на землю и могут замыкаться только через обмотку трансформатора, соединенную в звезду, при условии, что ее нулевая точка заземлена. Проходя по этой обмотке, токи нулевой последовательности трансформируются в фазы обмотки, соединенные треугольником (рис. 16-22).

В контуре треугольника токи I₀ каждой фазы направлены последовательно и поэтому циркулируют в нем, не выходя за его пределы (рис. 16-22). Это означает, что в дифференциальной защите трансформаторов с соединением обмоток звезда — треугольник токи нулевой последовательности протекают только по трансформаторам тока, установленным со стороны звезды силового трансформатора.

Такое протекание первичных токов равноценно токораспределению при повреждении внутри трансформатора (при одностороннем питании) и может вызвать неправильную работу защиты. Эта опасность устраняется тем, что на стороне звезды силового трансформатора (где протекают первичные токи I₀) трансформаторы тока соединяются в треугольник, как показано на рис. 16-22. Тогда токи I₀ трансформируясь на вторичную сторону трансформаторов тока, замыкаются в контуре этого треугольника, не попадая в реле. При соединении трансформаторов тока па стороне звезды силового трансформатора также в звезду токи нулевой последовательности получают возможность замыкаться через реле, что приведет к неправильной работе защиты при однофазных и двухфазных к. з. на землю в сети.

Таким образом, для компенсации сдвига фаз токов силовых трансформаторов, соединенных по схеме λ /∆ или ∆ /λ, необходимо трансформаторы тока на стороне звезды соединить в треугольник, а на стороне треугольника — в звезду.

Выравнивание величин вторичных токов в плечах дифференциальной защиты достигается подбором коэффициентов трансформации п_Т1, п_Т_II трансформаторов тока дифференциальной защиты и параметров специально для этой цели установленных промежуточных автотрансформаторов (рис. 16-23, а) или трансформаторов (рис. 16-23, б).

Коэффициенты трансформации трансформаторов тока n_Т_I и n_Т_II выбираются с таким расчетом_: чтобы вторичные токи в плечах защиты были равны, как это требуется по условию (16-12), при нагрузке и внешних к. з.

При соединении обмоток силового трансформатора λ /λ условие (16-12) имеет вид: I₁/n_Т_I = I_II/n_Т_II, отсюда находим, что для обеспечения равенства токов в плечах защиты коэффициенты трансформации трансформаторов тока защиты должны удовлетворять условию

Задаваясь одним из коэффициентов трансформации, например n_Т_II, можно найти, пользуясь выражением (16-13) или (16-14), расчетное значение второго — n_Т_I_, обеспечивающее равенство вторичных токов в плечах защиты. Найденный, таким образом, n_Т_I, как правило, получается нестандартным. Поэтому используются стандартные трансформаторы с ближайшим к расчетному значению коэффициентом трансформации, а компенсация оставшегося неравенства осуществляется с помощью выравнивающих автотрансформаторов или трансформаторов. В первом случае (рис. 16-23, а) в одном из плеч защиты устанавливается автотрансформатор АТ. Для выравнивания токов в плечах защиты коэффициент трансформации n_a автотрансформатора подбирается так, чтобы его вторичный ток I_II_а был равен току I₁_в в противоположном плече защиты:

Во втором случае (рис. 16-23, б) применяется промежуточный компенсирующий трансформатор ТК. Трансформатор ТК состоит из трех первичных обмоток. Обмотки w_y₁ и w_y₂ (уравнительные) включаются в плечи защиты, а обмотка w_д (дифференциальная) — по дифференциальной схеме на разность токов I_1В — I_II_В. Вторичная обмотка w₂ питает дифференциальное реле РД. Число витков уравнительных обмоток подбирается так, чтобы геометрическая сумма намагничивающих сил всех трех обмоток в условиях сквозного тока была равна нулю:

При выполнении этого условия результирующая н. с. и магнитный поток Ф_рез в магнитопроводе ТК отсутствуют, поэтому ток в дифференциальном реле I_р = 0.

В рассмотренной схеме неравенство токов плеч (I₁_р ≠ I_II_в) компенсируется магнитным способом. Этот способ компенсации удобно сочетается с дифференциальным реле, включаемым через БНТ, и получил поэтому широкое распространение в Советском Союзе.

⇐ Предыдущая 53 54 55 56 575859 60 61 62 Следующая ⇒