Автоматика отключения отделителя

Поскольку большинство подстанций, подключенных без выключателя на стороне высокого напряжения, не имеет постоянного оперативного тока. Рассмотрим схемы автоматики на переменном оперативном токе. Аналогичные схемы могут быть выполнены и на постоянном оперативном токе.

Наиболее просто отключение ОД осуществляется с помощью специального блокирующего реле отделителя БРО, встроенного в привод ОД. Схема включения БРО на подстанции в сети с заземленной нейтралью приведена ниже.

При включении ОД отключающая пружина сжимается и удерживается в таком положении системой ломающихся рычагов. После включения КЗ реле БРО, обмотка которого подключена к ТТ, установленному в цепи КЗ. Сердечник реле притягивается и сжимает пружину. После того, как линия отключится с питающих сторон, прохождение тока в цепи КЗ прекратится, сердечник реле освободится и под действием пружины и собственного веса опустится вниз. При этом его палец ударит по рычагу и освободит пружину ОД и ОД отключится. Таким образом, с помощью реле БРО обеспечивается отключение ОД только в бестоковую паузу, после того, как прекратится протекание тока к.з. Подобная блокировка необходима, так как ОД не может отключать ток к.з., а также и ток нагрузки.

Наряду с достоинством, обусловленным простотой схемы автоматики с реле БРО, она имеет существенные недостатки, которые затрудняют, а в ряде случаев делают недопустимым применение этого реле.

Рассмотрим теперь случай, когда будет отключаться повреждение, возникшее на стороне высокого напряжения трансформатора в зоне действия быстродействующей защиты линии.

В этом случае одновременно подействует быстродействующая защита линии и защита трансформатора. При этом отключение выключателя линии отключается и прохождение тока прекращается раньше, чем включится КЗ. Блокирующее реле не сработает и не заведет пружину. Вследствие этого в бестоковую паузу после отключения выключателя на питающей подстанции ОД не будет отключен. Включение линии от АПВ будет неуспешным, и выключатели отключатся вновь. Этот недостаток автоматики с реле БРО может быть устранен применением на рассматриваемой линии двухкратного АПВ. При этом после первого срабатывания АПВ линии под действием тока, проходящего через КЗ, который к тому времени будет уже включен, сработает блокирующее реле и заведет пружину БРО, подготовив его для отключения. После отключения линии, отключится ОД. И тогда после второго цикла АПВ линии включится успешно.

Таким образом, автоматика отключения ОД с реле БРО может применятся на линиях, оборудованных двухкратным АПВ, обеспечивая отключение ОД в первую или вторую бестоковую паузу в зависимости от места повреждения трансформатора и наличия на линии быстродействующих защит. Вторым недостатком реле БРО является возможность его отказа при каскадном отключении линии, если ток в реле становится меньше. Токи срабатывания равны 500-700А.

Если величины тока после отключения В1 окажется меньше тока удержания БРО, сердечник реле начнет опускаться под действием собственного веса и пружины. Но движение сердечника будет тормозиться остаточным током, проходящим в цепи КЗ. При этом возможны два случая:

1. Отказ ОД.

2. Отключение ОД под током.

Для предотвращения подобных неправильных случаев работы необходимо проверить расчетом достаточность тока, проходящего через КЗ при каскадном отключении линии. Надежная работа БРО будет обеспечена, если проходящий через него ток примерно в два раза превышает ток срабатывания реле.

Для отключения ОД на линии с однократным АПВ может применяться схема, приведенная ниже, в которой используется электромагнит отключения независимого питания, встроенный в привод ОД. В качестве источника оперативного тока используется предварительно заряженные конденсаторы.

Необходимость применения в рассматриваемой схеме конденсаторов, являющихся независимым источником оперативного тока, обусловлена тем, что во время отключения ОД подстанция будет полностью обесточена.

Для того, чтобы ОД не отключался под током до отключения выключателей на питающих подстанциях, в схему введено токовые реле РТ, подключенные к ТТ, установленному в цепи КЗ. В цепи обмотки реле РПВ установлен вспомогательный контакт КЗ, для того, чтобы срабатывание реле РПВ и последующее отключение ОД могли произойти только после включения КЗ. Но, как правило, вспомогательный контакт КЗ замыкается несколько раньше его силовых контактов (на 0,1-0,2сек.). В течении этого промежутка времени, до того как замкнутся силовые контакты КЗ, контакты реле РТ остаются замкнутыми и возможно ложное отключение ОД с током. Для предотвращения этого в схему введено замедление на срабатывание реле РПВ, которое должно перекрыть разновременность замыкания вспомогательных и силовых контактов КЗ (реле типа РП-251, конденсатор 3Е, добавочное сопротивление R).

Хорошо зарекомендовало себя в эксплуатации схема автоматического отключения ОД, приведенная ниже:

В этой схеме также отключение ОД обеспечивается за счет разряда конденсатора, а контроль отключения линии осуществляется токовыми реле РТ. Выдержка времени, перекрывающая разновременность замыкания силовых и вспомогательных контактов КЗ, осуществляется с помощью механического реле времени. Для этого в приводе ОД устанавливается часовой механизм реле серии ЭВ, которое управляется рычагом, связанным с вспомогательными контактами КЗ. При включении КЗ запускается часовой механизм, а спустя выдержку времени 0,5-1сек. замыкаются контакты РВ в цепи электромагнита отключения ОД.

5. Дополнительные защиты трансформаторов на двух трансформаторных подстанциях.

На тех подстанциях, где предусмотрена параллельная работа на стороне низшего напряжения двух трансформаторов, подключенных к разным линиям электропередачи, кроме защит трансформаторов, предусматриваемых ПУЭ, устанавливаются дополнительные защиты, предназначенные для разделения секций шин низкого напряжения при к.з. на одной из линий. Это необходимо, чтобы прекратить прохождение токи к.з. со стороны трансформатора. Для этого используются токовые дифференциальные защиты, включенные на разность токов проходящих в двух фазах.

Поперечная диф.защита (I) действует при м.ф.к.з. на стороне низкого напряжения трансформатора (1ТТ, 2ТТ, 14РТ, 15РТ). Защита, выполненная по схеме дешунтирования токовых цепей, срабатывает при к.з. на любой из параллельных линий и отключает секционный выключатель, чем прекращается подпитка к.з. от параллельной линии.

Если нейтрали трансформаторов 1Т, 2Т заземлены, то выполняется также поперечная токовая диф.защита нулевой последовательности (II) с реле 18РТ, 19РТ, 20РП, 21РУ, включенных на разность токов 3ТТ, 4ТТ, установленных в нейтралях трансформаторов. Поперечная диф.защита имеет небольшие выдержки времени порядка 1сек., предотвращающие их ложное срабатывание при бросках тока намагничивания трансформаторов, а также обеспечивающие их селективное действие с основными защитами трансформаторов. Для предотвращения неправильного срабатывания поперечных диф.защит, когда один трансформатор отключен, в их цепях предусмотрены контакты выключателей В5 и В6 и ОД 1ОД и 2ОД.

На подстанции предусмотрена также МТЗ секционного выключателя (III) в двухфазном исполнении с реле 8РТ, 9РТ, 10РВ, 13РУ, предназначенные для разделения секций шин низкого напряжения при к.з. на одной из них. Для МТЗ СВ и токовой поперечной диф.защиты в схеме предусмотрены общие выходные реле – 11РП, 12РП и катушки отключения 7КО, 27КО.

8.3.Дифференциальная защита.

8.3.1. Общие сведения.

Диф.защита применяется в качестве основной быстродействующей защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Ввиду ее сравнительной сложности диф.защита устанавливается не на всех трансформаторах и лишь в следующих случаях:

1. На одиночно работающих трансформаторах мощностью 6300 кВА и выше.

2. На параллельно работающих трансформаторах мощностью 1000кВА и выше.

3. На трансформаторах мощностью 1000кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности к_ч>2, а МТЗ имеет время срабатывания t>1сек.

При параллельной работе трансформаторов диф.защита обеспечивает не только быстрое, но селективное отключение повреждения трансформатора.

Для выполнения диф.защиты трансформаторов устанавливаются ТТ со стороны всех напряжений. Вторичные обмотки ТТ соединяются в дифференциальную схему и параллельно с ним подключается токовое реле.

При рассмотрении принципа действия защиты условно принимается, что коэффициент трансформации силового трансформатора равен 1, т.е. одинаковое соединение обмоток и одинаковые ТТ. При этих условиях и пренебрегая током намагничивания трансформатора, который в параллельном режиме имеет малую величину можно считать, что первичные токи равны при протекании тока нагрузки или сквозного к.з.

I_I=I_II, следовательно вторичные токи I₁=I₂ и с учетом этого Iр=I₁-I₂=0. Следовательно диф.защита на такие режимы не реагирует.

Практически вследствие несовпадения характеристик ТТ вторичные токи не равны и поэтому в реле протекает ток небаланса. Поэтому ток срабатывания диф.защиты должен быть отстроен от тока небаланса:

I_с.з.=к_нI_нб

При к.з. в трансформаторе ток в реле Iр= I₁+I₂ или . Таким образом, при к.з. в зоне диф.защиты в реле проходит полный ток к.з., деленный на коэффициент трансформации ТТ. Под влиянием этого тока защита срабатывает и действует на отключение поврежденного трансформатора.

Особенности, влияющие на выполнение диф.защиты трансформаторов:

1. Наличие намагничивающего тока, протекающего только со стороны источника питания. Даже в этом случае, если коэффициент трансформации трансформатора 1 и одинаковое соединения обмоток, ток со стороны источника питания больше тока со стороны нагрузки на величину тока намагничивания трансформатора. В нормальном режиме намагничивающий ток составляет примерно 1-5%Iн трансформатора и поэтому вызывает лишь некоторое увеличение тока небаланса. Иные явления происходят при включении трансформатора на ХХ или при восстановлении напряжении после отключения к.з. В этом случае в обмотке трансформатора со стороны источника питания возникает бросок тока намагничивания, величина которого в первый момент в 5-8 раз превышает Iн трансформатора, но быстро в течении 1сек. затухает до величины порядка 20%Iн. Для предотвращения ложного срабатывания диф.защиты от броска намагничивающего тока ток срабатывания защиты должен быть больше максимального значения тока намагничивания, т.е.

I_с.з.=к_нI_нам.max

Величина I_нам зависит от конструкции трансформатора и трудно подается учету. Поэтому при практических расчетах диф.защиты ток срабатывания определяется на основании опыта эксплуатации и специальных испытаний по формуле:

I_с.з.=к_нI_н

Коэффициент к_н принимается равным 1-4 в зависимости от типа реле, используемых в схеме диф.защиты. Установка величины тока срабатывания больше максимального значения тока намагничивания – не единственный способ отстройки от тока намагничивания. Ранее довольно широко применялись диф.защиты с током срабатывания, меньшим Iн, но с выдержкой времени 0,5-0,8сек. За это время ток намагничивания затухает. В настоящее время диф.защиты с выдержкой времени не применяется. Выдержка времени ухудшает защиту самого трансформатора, увеличивая размеры повреждения.

2. Неравенство вторичных токов и разнотипность ТТ. Из принципа действия диф.защиты следует, что для получения наименьших токов небаланса ТТ должен иметь одинаковые характеристики, что при осуществлении диф.защиты трансформаторов практически невыполнимо, т.к. ТТ с разных сторон имеют разные n_т и различное конструктивное исполнение. Вследствие этого они имеют различные характеристики и погрешности.

Номинальные токи обмоток трансформаторов, как правило, не совпадают со шкалой номинальных токов ТТ. Поэтому при выборе ТТ принимается ТТ, Iн которого больше по отношению к Iн обмотки трансформатора. Так например, Iн обмоток трансформатора мощностью 5600кВА напряжением 35/6,6кВ составляет:

со стороны обмотки 35кВ

со стороны обмотки 6,6кВ

При определенных выше номинальных токах ТТ должны иметь коэффициенты трансформации со стороны 35кВ 100/5 и со стороны 6,6кВ 600/5. При этом вторичные токи ТТ составляют:

со стороны обмотки 35кВ

со стороны обмотки 6,6кВ

Таким образом, вследствие неравенства вторичных токов в плечах диф.защиты в диф.реле при номинальной нагрузке трансформатора ток небаланса равен:

При сквозном токе к.з. этот ток возрастает пропорционально току к.з., а также вследствие возрастания погрешностей к.з., имеющих неодинаковые характеристики, что может вызвать ложное действие диф.защиты трансформатора. Поэтому для снижения тока небаланса, вызванного неравенством вторичных токов ТТ диф.защиты производиться выравнивание этих токов путем включения специальных промежуточных автотрансформаторов тока (АТ) или путем использования выравнивающих или уравнительных обмоток диф.реле. Промежуточные АТ могут включаться как со стороны обмотки низшего напряжения, так и со стороны высшего напряжения. Рекомендуется включать их со стороны более мощных ТТ. Для рассмотренного выше случая промежуточного АТ, установленного со стороны 6,6кВ должен повышать ток с 4,08А до 4,62А, т.е. должен включаться как повышающий и иметь . При установки промежуточных АТ со стороны 35кВ он должен понижать с 4,62А до 4,08А, т.е. должен включаться, как понижающий и иметь .

3. Неодинаковые схемы соединения обмоток трансформатров. Рассмотренные выше соотношения токов в схеме диф.защиты справедливы только для трансформаторов, имеющих одинаковые схемы соединения обмоток Y-Y или Δ- Δ. При неодинаковых схемах соединения обмоток, например Y- Δ, эти соотношения несправедливы, т.к. токи со стороны обмотки Δ оказываются сдвинутыми относительно друг друга на некоторый угол, величины которого зависит от схемы соединения обмоток. Угловой сдвиг токов создает большой ток небаланса в реле диф.защиты.

Эти токи сдвинуты на угол 30⁰. При угловом сдвиге 30⁰ и равенстве величин токов ток в реле определяется выражением:

Поэтому при выполнении диф.защиты трансформаторов производится компенсация углового сдвига вторичных токов путем специального соединения вторичных обмоток ТТ:

При таком соединении вторичных обмоток ТТ, в 1Т, вторичные обмотки которого соединены в Δ, создается сдвиг токов на такой же угол, как и в соединении в Δ обмоток НН трансформатора, что и обеспечивает совпадение фаз вторичных токов в плечах диф.защиты.

При определении n_АТ промежуточного АТ в случае соединения одной из групп ТТ в Δ необходимо учитывать увеличение в 1,73 раза тока, подводимого со стороны этих ТТ.

8.3.2. Схемы и расчет диф.защиты.

1. Расчет токов небаланса в схемах диф.защиты.

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

Дата добавления: 2014-01-11