Особенности защиты трансформаторов без выключателей на стороне высшего напряжения

а) Общие положения

Схемы питания и способы отключения трансформаторов без выключателей. В последнее время получили широкое распростра­нение однотрансформаторные и двухтрансформаторные подстанции, выполненные по упрощенной схеме — без выключателей со стороны высшего напряжения [Л. 62, 63].

Такие подстанции подключаются к сети с помощью ответвлений от линий или по блочной схеме линия — трансформатор (рис. 16-42, а, б).

В обоих случаях автоматическое отключение трансформаторов при его повреждении должно производиться выключателями В_а и В _вна питающих концах линии Л1 (рис. 16-42, а и б). Эту опе­рацию возможно осуществить с помощью устройства, передающего отключающую команду от защиты трансформатора на выключа­тель линии по специальным каналам связи (рис. 16-43, а), или посредством короткозамыкателя, как показано на рис. 16-43, б. Суть второго способа (с короткозамыкателем КЗ) сводится к сле­дующему. При повреждении в трансформаторе его защита РЗ_Т срабатывает и подает ток в катушку включения КВ коротко­замыкателя КЗ. Нож последнего замыкается и устраивает искусственное к. з. На это к.з. реагируют защиты линии РЗ_а и РЗ_в, отключающие линию и вместе с ней трансформатор.

Недостатком такого способа ликвидации по­вреждения является замедление отключения поврежденного транс­форматора, обусловленное временем действия короткозамыкателя и защиты линии.

Следует отметить, что к. з. на выводах и в начальной части обмотки трансформатора обычно попадают в зону быстродействую­щей защиты линии и отключаются поэтому быстро без участия короткозамыкателя. Замедляющее действие короткозамыкателя сказывается при повреждениях в трансформаторе, на которые не реагирует быстродействующая защита линии.

Несмотря на указанный недостаток, схемы с короткозамыка­телем получили широкое распространение.

Схема с передачей отключающих импульсов работает практи­чески так же быстро, как и обычные схемы, непосредственно дей­ствующие на отключение выключателя трансформатора.

Из-за большой стоимости канала связи этот способ отключения применяется реже. Однако в тех случаях когда требуется быстрое отключение к. з., лучшим способом является передача отключаю­щих импульсов на питающие концы линий электропередачи. На коротких линиях для передачи импульсов используются провода связи и телемеханики. На длинных линиях импульсы могут передаваться по каналам в. ч. (по этим же линиям) с помощью специальных устройств телеотключения.

Селективное отключение поврежденного трансформатора. В блочной схеме отключение линии при повреждении трансфор­матора не нарушает принципа селективности и не наносит ущерба электроснабжению, так как трансформатор и линия представляют единое целое.

В схеме же на рис. 16-42, а, где трансформатор подсоединен к ответвлению, отключение линии при повреждении в трансфор­маторе является неселективным, поскольку при этом не только отключается поврежденный трансформатор, но и нарушается связь между подстанциями А и В. Этот недостаток устраняется с по­мощью АПВ на линии и установки отделителя ОД на трансфор­маторе (рис. 16-43, б). Отделитель представляет собой разъедини­тель с дистанционным приводом, который допускает автоматиче­ское отключение поврежденного трансформатора только после снятия с него напряжения.

При этом отключение поврежденного трансформатора происхо­дит следующим образом. На возникшее повреждение реагирует защита трансформатора. Она включает короткозамыкатель КЗ (рис. 16-43, б), который устраивает однофазное или двухфазное к. з. на линии. Защиты линии РЗ_а и РЗ_в приходят в действие, отключают выключатели В _а и В_в и пускают АПВ.

В бестоковую паузу (когда на линии нет напряжения и тока) отделитель ОД отключает трансформатор. После этого АПВ вклю­чает линию и связь между подстанциями А и В восстанавливается.

Таким образом, несмотря на отсутствие выключателя на транс­форматоре, повреждение в нем отключается селективно.

Трансформаторы тока. На подстанциях, подключенных по упро­щенным схемам, для выполнения защиты трансформатора должны обязательно использоваться встроенные или «накладные» транс­форматоры тока Т.

Встроенные трансформаторы тока устанавливаются внутри кожуха на высоковольтных вводах трансформатора 110 кВ и выше.

Накладные трансформаторы разработаны в Челябэнерго [Л. 74] и выпускаются промышленностью для трансформаторов 35—330 кВ. Их сердечник надевается на выводы силового транс­форматора снаружи. При наличии встроенных или накладных трансформаторов тока со стороны высшего напряжения силового трансформатора на них включается дифференциальная или макси­мальная защита, которая охватывает весь трансформатор и оши новку низшего напряжения. При отсутствии трансформаторов тока со стороны высшего напряжения на силовом трансформаторе мо­жет быть выполнена только максимальная защита со стороны низшего напряжения. При этом вводы низшего напряжения сило­вого трансформатора и ошиновка до трансформаторов тока оста­ются без защиты. Поэтому применение встроенных или накладных трансформаторов тока со стороны высшего напряжения является обязательным.

Оперативный ток. Подстанции, выполняемые по упрощенной схеме, не имеют «тяжелых» выключателей, требующих приводов с большим потреблением мощности. В связи с этим на таких под­станциях удобно применять переменный оперативный ток.

б) Выполнение защиты

Релейная защита трансформаторов на подстанциях с упрощен­ной схемой имеет несколько вариантов исполнения в зависимости от схемы включения трансформаторов, их мощности и чувствитель­ности линейной защиты.

Защита трансформаторов, включенных по блочной схеме (рис. 16-42, б). Для защиты маломощных трансфор­маторов целесообразно использовать линейную защиту, установ­ленную с питающего конца линии на подстанции А. Эта защита, как правило, выполняется из двух комплектов: максимальной защиты с выдержкой времени по условиям селективности и мгно­венной токовой отсечкой, отстроенной от к. з. за трансформатором. Отсечка охватывает часть обмотки трансформатора, вторая часть — входит в зону максимальной защиты, которая действует также и на участке от выводов до выключателя на стороне низшего на­пряжения трансформатора и резервирует к. з. на шинах низшего напряжения.

На трансформаторе устанавливается максимальная защита со стороны низшего напряжения, действующая на отключение вы­ключателя В_с. Газовая защита трансформаторов (если она име­ется) действует на сигнал. Для защиты от перегрузки устанавли­вается сигнальное токовое реле в одной фазе.

На мощных трансформаторах, для которых требуется быстродействующая защита, полностью охватывающая обмотки и выводы трансформатора, а также защита от витковых повреждений, применяются дифференциальная и газовая защиты.

Обе защиты действуют на включение короткозамыкателя. За­щита линии выполняется как и в предыдущем случае.

Защита трансформаторов, подключаемых к ответвлению от ли­ний (рис. 16-42, а). На трансформаторе устанавливается короткозамыкатель и отделитель.

Для обеспечения селективного отключения повреждений в транс­форматоре на нем должна быть предусмотрена полноценная защита от повреждений, действующая на короткозамыкатель и отделитель, а на линии — АПВ (рис. 16-43, б).

В качестве защиты от повреждений в трансформаторе устанав­ливаются газовая и дифференциальная защиты. На трансформато­рах средней и малой мощности вместо дифференциальной защиты применяется токовая отсечка в сочетании с максимальной защитой или защита от замыканий на корпус. Со стороны высшего напряже­ния защиты включаются на встроенные или накладные трансформа­торы тока. При этом наружная часть выводов силового трансформа­тора попадает в зону трансформаторной защиты только при приме­нении защиты от замыканий на корпус (§ 16-11).

Для защиты трансформатора от внешних к. з. устанавливается максимальная защита. Она подключается к трансформаторам тока на стороне низшего напряжения и действует на отключение выклю­чателя трансформатора В _т.

Функции резервной защиты трансформатора (на случай отказа короткозамыкателя, выключателя В _тили защиты трансформатора) возлагаются на линейную защиту.

На рис. 16-43, а приведена защита трансформатора с передачей отключающих импульсов на противоположные концы линии. При повреждении в трансформаторе защита его передает по каналу связи импульс на отключение выключателей В_А и В _влинии.

В обеих схемах после отключения выключателей линии спе­циальным устройством проверяется отсутствие напряжения на поврежденном трансформаторе и автоматически отключается отде­литель ОД. По истечении времени, необходимого для этой операции действует АПВ, включая в работу линию Л1.

Двухтрансформаторные подстанции. Трансформаторы на этих подстанциях работают раздельно (рис. 16-42, в). Для обеспечения надежности приемные шины выполняются в виде двух секций; свя­зывающий их секционный выключатель нормально отключен и имеет АВР. При этих условиях защита трансформаторов и питаю­щих их линий выполняется аналогично рассмотренной по рис. 16-43, б.

Схема действия защиты на короткозамыкатель и отделитель. Эта схема является важной частью защиты трансформаторов без выключателей на стороне высшего напряжения.

Как уже отмечалось, действие защиты на короткозамыкатель и отделитель должно происходить в определенной последователь­ности, обеспечивающей работу отделителя в бестоковую паузу АПВ линии, т. е. в тот момент, когда по отделителю не проходит ток. Схема управления отделителем выполняется таким образом, чтобы импульс на его отключение подавался после срабатывания короткозамыкателя при условии, что питающая линия отключи­лась и т о к к. з. прекратился. На рис. 16-44 показана схема, удовлетворяющая поставленным условиям. Защита транс­форматора при срабатывании подает импульс в катушку включения КВ привода короткозамыкателя.

Импульс на отключение отделителя (в катушку КО) подается контактами реле времени РВ. Реле РВ пускается при замыкании блок-контактов БК короткозамыкателя и контактов токового реле РТ. Первые (контакты БК) замыкаются при замыкании ножа короткозамыкателя, а вторые (контакты РТ) — при отсутствии тока в реле РТ.

Таким образом, отключение отделителя может произойти только при срабатывании короткозамыкателя и отключении линии.

Однако если блок-контакты БК замкнутся раньше, чем срабо­тает нож короткозамыкателя, то, поскольку контакты РТ при этом будут еще замкнуты, возможна подача импульса на отключение отделителя до отключения ли­ний. Для предотвращения такой опасности служит реле време­ни РВ. Оно должно работать с выдержкой времени порядка 0,2—0,3 с, превосходящей воз­можную разновременность за­мыкания ножа и блок-контак­тов короткозамыкателя.

Чтобы обеспечить срабатывание отде­лителя во время бестоко­вой паузы, когда питающая ли­ния отключена и подстанция остается без напряжения, опе­ративная цепь отделителя дол­жна питаться от незави­симого источника. Таким источником может служить ак­кумуляторная батарея или предварительно заряженный конденсатор.

Рассмотренная схема (рис. 16-44) является универсальной и может применяться при наличии на линии как быстродействующей защиты, так и защиты с выдержкой времени. В обоих случаях на линии применяется однократное АПВ, при этом время АПВ должно быть больше времени включения короткозамыкателя и отключения отделителя, чтобы за время бестоковой паузы поврежденный транс­форматор успел отключиться.

Полная схема защиты на переменном оперативном токе понизительного трансформатора, подключенного к ответвлению от линий, приведена на рис. 16-45. На трансформаторе установлены дифференциальная, газовая, мак­симальная токовая защиты и защита от перегрузки, действующая на сигнал (рис. 16-45, а). Оперативные цепи дифференциальной и максимальной защит питаются от трансформаторов тока, газовой защиты и защиты от перегрузки — от трансформаторов собственных нужд.

Дифференциальная защита выполнена с помощью реле типа РНТ-565 (8РТН и 9РТН).

Для питания защиты со стороны высшего напряжения используются встроенные в силовой трансформатор трансформаторы тока 4ТТ. Вследствие относительно малой мощности встроенных трансформаторов тока их вторичные обмотки соединяются на каждой фазе последовательно. Дифференциальная защита действует на включение короткозамыкателя 2КЗ и отключение выклю­чателя ЗВ.

При срабатывании дифференциальной защиты контакты 8РТН и 9РТН (рис. 16-45, б) замыкают цепь токовых промежуточных реле 17РП и 18РП типа РП-341 (см. § 4-8, г); последние приходят в действие и дешунтируют катушки включения короткозамыкателя 37КВ и 38КВ и отключения выклю­чателя 39КО и 40КО. В результате этого включается короткозамыкатель 2КЗ и отключается выключатель ЗВ.

Максимальная защита (рис. 16-45, б) выполнена с помощью токовых реле ИРТш 12РТ типа РТ-40, токового реле времени 15РВ типа РВМ (см. § 4-8, г). Токовые реле максимальной защиты 11РТ и 12РТ включены на трансформаторы тока 4ТТ со стороны высшего напряжения (в плечо диффе­ренциальной защиты), что позволяет ввести в зону действия максимальной защиты силовой трансформатор. Поскольку трансформаторы 4ТТ соединены в треугольник, максимальная защита не реагирует на ток /₀ (см. § 3-6, г), благодаря этому исключается возможность ее неселективной работы при к.з. на землю в сети высшего напряжения в тех случаях, когда нейтраль защища­емого трансформатора заземлена.

Максимальная токовая защита выполняется с двумя выдержками времени. С меньшей выдержкой она отключает к. з. на шинах низшего напряжения и резервирует отказы защит отходящих от них присоединений. С большей выдержкой она работает при к. з. в трансформаторе, резервируя его диффе­ренциальную защиту. При срабатывании токового реле 11РТ или 12РТ замыкается цепь обмотки реле времени 15РВ. Последнее первым скользящим контактом 15РВ₁ подает ток в обмотку токового промежуточного реле 19РП. Это реле срабатывает и дешунтирует катушку отключения 41 КО выключа­теля ЗВ, после чего он отключается. Второй контакт 15РВ_г замыкается с боль­шей выдержкой времени; он приводит в действие промежуточные реле 17РП и 18 РП, которые включают короткозамыкатель 2 КЗ. Газовая защита дополняет дифференциальную защиту и должна работать прежде всего при повреждениях, сопровождающихся малыми токами, при которых дифферен­циальная защита не может сработать из-за недостаточной чувствительности и малой величины оперативного тока, получаемого от трансформаторов тока. В этом случае напряжение остается близким к нормальному, поэтому оперативные цепи газовой защиты питаются от трансформатора собственных нужд Г_с._н (рис. 16-45, в). Отключающий контакт газового реле 14РГ_Х дейст­вует на промежуточное реле 16РП, которое с помощью контакта 16РП-1 удерживает себя в сработанном состоянии до отключения короткозамыкателя, после чего размыкается его блок-контакт 2КЗ. Второй и третий контакты реле 16РП замыкают цепь катушек 42КВ и 43КО, с помощью которых вклю­чается короткозамыкатель и отключается ЗВ. Второй контакт газовой защиты РГ₂ действует на сигнал.

Оперативная цепь отключения отделителя питается от предварительно заряженных конденсаторов С_1; С₂, С₃ (рис. 16-45, в), чем обеспечивается отключение отделителя во время бестоковой паузы, когда на подстанции отсутствует напряжение. Заряд конденсаторов С осущест­вляется от зарядного устройства У3-400 (см. §4-8, е), которое питается от транс­форматора собственных нужд Т_с, _н. Схема отключения отделителя выполнена согласно рис. 16-44, б. При включении короткозамыкателя 2КЗ и отсутствии в нем тока блок-контакт 2КЗ и контакт токового реле 13РТ замыкают цепь промежуточного реле замедленного действия 2ОРПВ, последнее с небольшой выдержкой времени 0,2 с замыкает цепь катушки отключения отделителя 44 КО.

Сигнал о перегрузке подается токовым 10РТ, опе­ративная цепь которого питается от трансформатора собственных нужд.

Рассмотренная схема защиты предназначена для трансформаторов мощ­ностью 7,5—20 МВ·А. На более мощных трансформаторах защита выпол­няется так же, но для большей надежности дифференциальная защита выпол­няется трехфазной. Другие варианты схем понизительных трансформаторов подробно рассмотрены в [Л.5, 62, 80].

Дата добавления: 2014-12-23