Конспект лекций для студентов специальностей 5В071800 Электроэнергетика, 5В081200- энергообеспечение сельского хозяйства сторінка 6

51 а) размещение МТЗ; б) выдержки времени МТЗ, выбранные по ступенчатому принципу.
Рисунок 10.1- Максимальные токовые РЗ в радиальной сети
На рисунке 10.2 приведена трехфазная схема МТЗ, выполненная на электромеханических реле, которые пока еще преобладают в электрических сетях нашей страны. Три измерительных органа (рисунок 10.2, а) выполняются с помощью трех реле РТ-40, орган времени - с помощью реле типа РВ-100, исполнительный элемент - посредством промежуточного реле, контакты которого рассчитаны на ток электромагнита отключения выключателя. Из рассмотрения схемы понятно, что эта защита действует при всех видах КЗ.
Контакты реле КА соединяются по схеме ИЛИ. Питание оперативных цепей защиты осуществляется постоянным током с шин управления (ШУ) через свои предохранители, а электромагнит отключения ЭО от других предохранителей. Трехфазные схемы обычно применяются в сетях с глухозаземленными нейтралями.

52 а) токовые цепи; б) оперативные цепи защиты с независимой выдержкой времени.
Рисунок 10.2 - Принципиальная схема трехфазной МТЗ
Выбор тока срабатывания. Исходным для выбора тока срабатывания
МТЗ является требование, чтобы она надежно работала при повреждениях на защищаемом участке, но в то же время не действовала при максимальном рабочем токе нагрузки
I
н тах
и кратковременных перегрузках, вызванных пуском и самозапуском электродвигателей гл., а также нарушением нормаль- ного режима электрической сети.
Для отстройки МТЗ от I
н max необходимо выполнить два условия. По первому условию МТЗ, пришедшая в действие при КЗ в сети (вне защищаемой ЛЭП), должна надежно возвращаться в исходное состояние после отключения КЗ при наличии в защищаемой ЛЭП тока нагрузки I
н та
-по первому условию:
I
с.з
= (k oтc
/ k в
) k сэп
I
p
;
(10.1)
-по второму условию ИО тока, находящиеся в состоянии не действия
МТЗ, не должны срабатывать при появлении I
нтах
:
I
с.з
>I
н max
.
(10.2)
10.2 Токовые отсечки. Принцип действия токовых отсечек
Отсечка является разновидностью МТЗ, позволяющей обеспечить быстрое отключение КЗ. Токовые отсечки подразделяются на отсечки мгновенного действия и отсечки с выдержкой времени.
Селективность токовых отсечек достигается ограничением их зоныдействия так, чтобы отсечка не работала при КЗ за пределами этой зоны, на смежных участках сети, РЗ которых имеет выдержку времени,

53 равную или большую, чем отсечка. Для этого ток срабатывания отсечки
(I
c.з
) должен быть больше максимального тока КЗ (I
кmах
), проходящего через нее при повреждении в конце участка (например, AM на рисунке 10.3, за пределами которого она не должна работать: I
с.э
>I
кM
).
Зона действия мгновенной отсечки по условиям селективности не должна выходить за пределы защищаемой ЛЭП. Зона действия отсечки, работающей с выдержкой времени, выходит за пределы защищаемой ЛЭП и по условию селективности должна отстраиваться от конца зоны РЗ смежного участка по току и по времени. Токовые отсечки применяются как в радиальной сети с односторонним питанием, так и в сети, имеющей двустороннее питание.
Рисунок 10.3- Принцип действия токовой отсечки
Схемы цепей постоянного тока отсечек изображены на рисунке 10.4,
а, б. Схемы отсечек, выполненные на электромеханических реле и на постоянном оперативном токе, аналогичны схемам МТЗ.
Схемы отсечек с выдержкой времени полностью совпадают со схемами МТЗ с независимой выдержкой времени. Схемы отсечек без выдержки времени отличаются от схем МТЗ отсутствием реле времени.

54
Рисунок 10.4 - Схемы цепей постоянного тока токовой отсечки на электромеханических реле
11 Лекция № 11. Продольная дифференциальная защита линий
Содержание лекции: рассмотрены схемы продольной защиты линий, принцип её действия.
Цель лекции: изучить принцип действия продольной защиты линий, обладающей абсолютной селективностью, причины возникновения тока небаланса, особенности защиты.
Для отключения КЗ в пределах всей защищаемой ЛЭП без выдержки времени служат дифференциальные РЗ, которые подразделяются на продольные и поперечные.
Принцип действия продольных дифференциальных РЗ основан на сравнении значения и фазы токов в начале и конце защищаемой ЛЭП. Как видно из рисунка 11.1, а, при внешнем КЗ (в точке К) токи I
I и I
II на концах
ЛЭП АВ направлены в одну сторону и равны по значению, а при КЗ на защищаемой ЛЭП (рисунок 11.1, б) они направлены в разные стороны и, как правило, не равны друг другу. Следовательно, сопоставляя значение и фазу токов I
I и I
II
, можно определять, где возникло КЗ - на защищаемой ЛЭП или за ее пределами. Такое сравнение токов по значению и фазе осуществляется в реагирующем органе (реле тока). Для этой цели вторичные обмотки ТТ TAI и
ТАII, установленных по концам защищаемой ЛЭП и имеющих одинаковые коэффициенты трансформации, при помощи соединительного кабеля подключаются к дифференциальному реле КА (реагирующему органу) таким образом, чтобы при внешнем КЗ ток в реле был равен разности токов I
I
B и I
IIв
, а при КЗ на ЛЭП их сумме I
I
B
+ I
IIв
. Применяется схема дифференциальной РЗ с циркулирующими токами, основанная на сравнении вторичных токов
(рисунок 11.1). Реагирующий орган - токовое реле КА включается параллельно вторичным обмоткам ТТ. При таком включении в случае внеш-

55 него КЗ токи I
I
B и I
IIв замыкаются через обмотку КА и проходят по ней в противоположном направлении (рисунок 11.1, а). Ток в реле равен разности токов:
I
Р
= I
I
B
- I
IIв
= I
I
/K
I
– I
II
/K
I
(11.1)
При равенстве коэффициентов трансформации и отсутствии погрешностей в работе ТТ вторичные токи I
I
B
- I
IIв
, поступающие в обмотку реле, балансируются, ток I
р
= 0, и реле не срабатывает.
Таким образом, по принципу действия дифференциальная РЗ не реагирует на внешние КЗ, токи нагрузки и качания, поэтому она выполняется без выдержки времени и не должна отстраиваться от токов нагрузки и качаний. В действительности же ТТ работают с погрешностью. Вследствие этого в указанных режимах в реле появляется ток небаланса:
I
P
= I
нб
= I
I
B
- I
IIв
(11.2)
Для исключения неселективной работы при внешних КЗ I
с.з дифференциальной РЗ должен превышать максимальное значение тока небаланса:
I
с.з
>I
нбmаx.
(11.3)

57 где I
к
- полный ток КЗ, равный сумме токов I
I
и I
II
, притекающих к месту повреждения (к точке К).
Под влиянием этого тока РЗ срабатывает. Выражение (11.4) показывает, что дифференциальная РЗ реагирует на полный ток КЗ в месте повреждения, и поэтому в сети с двусторонним питанием она обладает большей чувствительностью, чем токовые РЗ, реагирующие на ток, проходящий только по одному концу ЛЭП. Зона действия РЗ охватывает участок ЛЭП, рас- положенный между ТТ, к которым подключено токовое реле.
Выразив в (11.2) вторичные токи через первичные, с учетом погрешности ТТ получим I
нб в реле:
I
нб
= (I
I
/К
I
- I
Iнам
) - (I
II
/K
I
- I
II нам
),
(11.5) где I
Iнам и I
II нам
- токи намагничивания, отнесенные ко вторичным обмоткам ТТ (ТАI и ТАII).
Так как при внешнем КЗ, сквозных токах нагрузки и качаний первичные токи в начале и конце ЛЭП одинаковы, I
I
=I
II
, (из 11.5) получим
I
нб
= I
II нам
- I
I нам
(11.6)
Это выражение показывает, что значение тока небаланса определяется различием значений токов намагничивания ТТ. Следовательно, для уменьшения тока небаланса необходимо выравнивать токи намагничивания
I
I нам и I
II нам по значению и фазе.
12 Лекция №12. Защиты трансформаторов и автотрансформаторов
Содержание лекции: рассматриваются резервные и основные защиты трансформаторов и автотрансформаторов.
Цель лекции: изучить основные виды повреждений и ненормальных режимов трансформаторов и способы защиты от них.
Виды повреждений.
Основными видами повреждений в трансформаторах и автотрансформаторах являются: замыкания между фазами внутри кожуха трансформатора (трехфазного) и на наружных выводах обмоток; замыкания в обмотках между витками одной фазы
(витковые замыкания); замыкания на землю обмоток или их наружных выводов; повреждения магнитопровода трансформатора, приводящие к появлению местного нагрева и «пожару стали». Опыт показывает, что КЗ на выводах и витковые замыкания в обмотках происходят наиболее часто.
Междуфазные повреждения внутри трансформаторов возникают значительно реже. В трехфазных трансформаторах они хотя и не исключены,

58 но маловероятны вследствие большой прочности междуфазной изоляции. В трансформаторных группах, составленных из трех однофазных трансформаторов, замыкания между обмотками фаз практически невоз- можны.
При витковых замыканиях токи, идущие к месту повреждения от источников питания, могут быть небольшими. Чем меньше число замкнувшихся витков w
a
, тем меньше будет ток I
к
, приходящий из сети.
Для ограничения размера разрушения РЗ от повреждений в трансформаторе должна действовать быстро (t= 0,05

0,1 с).
Защита от повреждений. В качестве таких РЗ применяются токовая отсечка, дифференциальная и газовая защиты.
На трансформаторах мощностью 200 MB • А и более предусматривается автоматическое пожаротушение водой. Все изложенное далее, в равной мере относится к трансформаторам и автотрансформаторам.
Виды ненормальных режимов. Наиболее частым ненормальным режимом работы трансформаторов является появление в них сверхтоков, т. е. токов, превышающих номинальный ток обмоток трансформатора.
Сверхтоки в трансформаторе возникают при внешних КЗ, качаниях и перегрузках.
Последние возникают вследствие самозапуска электродвигателей, увеличения нагрузки в результате отключения параллельно работающего трансформатора, автоматического подключения нагрузки при действии АВР и т. п.
Внешние КЗ. При внешнем КЗ, вызванном повреждением на шинах трансформатора или не отключившимся повреждением на отходящем от шин присоединении, по трансформатору проходят токи КЗ I
к
>I
ном
, которые нагревают его обмотки сверх допустимого значения, что может привести к повреждению трансформатора. В связи с этим трансформаторы должны иметь РЗ от внешних КЗ, отключающую трансформатор.
12.1 Резервные защиты трансформаторов и автотрансформаторов
Защитаот внешнихКЗ осуществляется при помощи МТЗ, МТЗ с блокировкой минимального напряжения, дистанционной РЗ, токовых РЗ нулевой и обратной последовательностей. В зону действия РЗ от внешних
КЗ должны входить шины подстанций (I участок) и присоединения, отходящие от этих шин (II участок). Эти РЗ являются также резервными от повреждений в трансформаторе.
Перегрузка. Время действия РЗ от перегрузки определяется только нагревом изоляции обмоток. Масляные трансформаторы допускают длительную перегрузку на 5%. В аварийных режимах допускается кратковременная перегрузка в следующих пределах:
Кратность перегрузки
1,3 1,6 1,75 2
3
Допустимое время перегрузки, мин
120 45 20 10 1,5

59
Из этих данных видно, что перегрузку порядка (1,5-2) I
ном можно допускать в течение значительного времени, измеряемого десятками минут.
Наиболее часто возникают кратковременные, самоликвидирующиеся перегрузки, неопасные для трансформатора ввиду их непродолжительности, например, перегрузки, вызванные самозапуском электродвигателей или толчкообразной нагрузкой (электропоезда, подъемники и т. п.).
Отключения трансформатора при таких перегрузках не требуется. Более длительные перегрузки, вызванные, например, автоматическим подключением нагрузки от АВР, отключением параллельно работающего трансформатора и др., могут быть ликвидированы обслуживающим персоналом, который располагает для этого достаточным временем. На подстанциях без дежурного персонала ликвидация длительной перегрузки должна производиться автоматически от РЗ отключением менее ответственных потребителей или перегрузившегося трансформатора.
Таким образом, РЗ трансформатора от перегрузки должна действовать на отключение только в том случае, когда перегрузка не может быть устранена персоналом или автоматически.
Неполнофазный режим. На автотрансформаторах (AT) преду- сматриваются РЗ от неполнофазного режима, возникающего при отключении (или включении) не всеми фазами сторон высшего (ВН) или среднего (СН) напряжений. Эта РЗ должна действовать на отключение AT.
Необходимость установки такой РЗ обусловлена возможностью отключения в указанном режиме второго, параллельно работающего AT той же подстанции.
Понижение уровня масла в баке трансформатора ниже уровня обмоток, что возможно при течи в баке или резком понижении температуры наружного воздуха, может привести к повреждению обмотки.
Защита от внешних КЗ служит для отключения трансформатора при КЗ на сборных шинах или на отходящих от них присоединениях (рисунок 12.1), если РЗ или выключатели этих элементов отказали в работе. Одновременно
РЗ от внешних КЗ используется и для защиты от повреждения в трансформаторе. Однако по условиям селективности РЗ от внешних КЗ должна иметь выдержку времени и, следовательно, не может быть быстро- действующей. По этой причине в качестве основной РЗ от повреждений в трансформаторах она используется лишь на маломощных трансформаторах.
На трансформаторах, имеющих специальную РЗ от внутренних повреждений,
РЗ от внешних КЗ служит резервом к этой защите на случай ее отказа. Наибо- лее простой РЗ от внешних КЗ является МТЗ. В тех случаях, когда ее чувствительность оказывается недостаточной, применяются более чувствительные МТЗ с пуском по напряжению, МТЗ ОП и НП, ДЗ.
Максимальные токовые защиты трансформаторов.
Защита двухобмоточных понижающих трансформаторов. Схема МТЗ трансформатора с односторонним питанием приведена на рисунке 12.1. Чтобы включить в зону действия защиты сам трансформатор, РЗ устанавливается со стороны

60 источника питания и должна действовать на отключение выключателя
Q1. Токовые реле МТЗ включаются на ТТ, установленные у выключателя
Q2.
а) схема токовых цепей с тремя ТТ; б) принципиальная схема оперативных цепей; в) структурная схема; г) схема токовых цепей с двумя ТТ.
Рисунок 12.1- Максимальная токовая защита двухобмоточного трансформатора
На рисунке 12.1, а приведена схема РЗ трансформатора, выполненная с двумя токовыми реле КА1 и КА2, которые, сработав, с выдержкой времени одновременно действуют на отключение выключателей Q1 и Q2.
При этом в случае внешних КЗ на стороне низшего напряжения (НН) трансформатора отключение выключателя Q2 резервирует действие выключателя Q1. Часто РЗ выполняют с двумя выдержками времени: с первой t
1
на отключение выключателя Q1 со стороны НН, а со второй t
2
= t
1
+

t на отключение Q2 со стороны ВН. Структурная схема при таком выполнении МТЗ приведена на рисунке 12.1, в. В случае не отключенного внешнего КЗ на стороне НН МТЗ с выдержкой времени t
1
отключит выключатель Q1, трансформатор при этом останется под напряжением со стороны ВН. В случае же повреждения в трансформаторе и отказе его основных быстродействующих РЗ МТЗ с выдержкой времени отключит выключатель Q2.
Токовые реле КА1 и КА2 в схеме МТЗ трансформаторов с ВН 110-220 кВ подключены к ТТ, соединенным в треугольник (рисунок 12.1, а). Такое выполнение токовых цепей МТЗ предотвращает возможное неселективное

61 ее действие при КЗ на землю в сети 110-220 кВ (в случае когда нейтраль трансформатора заземлена). Защита может действовать при всех видах междуфазных КЗ на сторонах как ВН, так и НН трансформатора со схемой соединения обмоток
Y
/

При этом, однако по сравнению с МТЗ, содержащей три токовых реле, подключенных к ТТ, соединенным в полную звезду, имеет место снижение чувствительности на 15% при двухфазном КЗ на стороне НН 6-10 кВ для трансформаторов со схемой соединения обмоток
Y
/
Y или

/

и не связанных с сетью с заземленной нейтралью МТЗ выполняется также двумя токовыми реле КА1 и КА2 (рисунок 12.1, г), ТТ при этом соединяются в неполную звезду.
Подобная схема МТЗ может применяться и на трансформаторах со схемой соединения обмоток Y/

. При этом для повышения чувствительности
МТЗ к двухфазным КЗ за трансформатором, обмотки которого соединены по схеме Y/

, устанавливается дополнительное реле в обратном проводе токовых цепей КA3 (показано пунктиром на рисунке 12.1, в-г). Аналогичная схема применяется и на трансформаторах со схемой соединения обмоток треугольник-звезда с заземленной нулевой точкой (обычно питающих сеть 0,4 кВ).
Резервные защиты от внешних междуфазных КЗ на AT. На трехобмоточных понижающих AT в качестве резервных защит от внешних междуфазных КЗ применяются: на стороне НН - МТЗ с комбинированным пуском напряжения: на стороне ВН AT 220/110/6-10-35 кВ - НТЗ и МТЗ
ОП, а также МТЗ с пуском по напряжению от трехфазных КЗ; на сторонах
ВН и СН AT 220/110/6-10-35 кВ и 500/220/10 кВ - ДЗ.
Максимальная токовая РЗ с комбинированным пуском напряжения на стороне НН AT присоединяется к ТТ, встроенным в его выводы. С первой выдержкой времени РЗ должна действовать на отключение выключателя НН, а со второй - на отключение всего AT.
Токовая РЗ ОП устанавливается на стороне ВН и питается от ТТ, встроенных во втулки ВН AT. Релейная защита выполняется направленной в сторону ВН в предположении, что выдержки времени резервных РЗ
НЭП ВН меньше выдержек времени резервных РЗ ЛЭП СН. Как направленная, РЗ действует с первой выдержкой времени, большей выдержек времени резервных РЗ ЛЭП ВН, на отключение шиносоединительного или секционного выключателей (при их наличии), со второй -на отключение выключателя ВН AT и с третьей - на выходные промежуточные реле AT. В обход РНМ, как ненаправленная, РЗ действует с первой выдержкой времени
- на отключение шиносоединительного и секционного выключателей СН, со второй - на отключение выключателя СН AT и с третьей -на выходные промежуточные реле РЗ AT.
Направленная токовая РЗ ОП выполняется с использованием фильтра-реле тока РТФ-8 и РНМ ОП типа РМОП-2М. При наличии на стороне ВН AT схемы «мостик» с выключателем в перемычке и

62 отделителями в цепях AT РЗ выполняется ненаправленной. В дополнение к МТЗ ОП для действия при трехфазных КЗ предусматривается МТЗ с пуском минимального напряжения в однофазном исполнении.
Направленные ДЗ, устанавливаемые на сторонах ВН и СН, включаются таким образом, чтобы защищать ЛЭП ВН и СН со- ответственно. Применение ДЗ более сложных, чем МТЗ, объясняется необходимостью обеспечения согласования по селективности РЗ, установленных на противоположных концах ЛЭП, и дальнего резервирования в сетях ВН и СН.
Токовая защита нулевой последовательности реагирует на ток 3I
0
, появляющийся в трансформаторе при внешних КЗ (одно- и двухфазных на землю) и КЗ в трансформаторе. Она применяется на повышающих трансформаторах (а также на AT) и устанавливается со стороны обмоток ВН и СН, если последние соединены по схеме звезды и работают с глухозаземленной нулевой точкой.
Защита от перегрузки трансформатора - на трансформаторах, находящихся под наблюдением оперативного персонала, РЗ от перегрузки выполняется действующей на сигнал посредством одного токового реле.

1 2 3 4 5 6 7 8

скачати