Релейная защита и автоматика трансформаторов. 3

Улан-Удэнский инженерно-педагогический колледж

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

«Релейная защита и автоматика трансформаторов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент группы

 

 

Принял:

 

 

 

 

 

 

 

 

Улан-Удэ 2014

Содержание

 

Общие сведения о релейной защите

Повреждения и ненормальные режимы работы трансформаторов

Виды и назначение автоматических устройств трансформатора

Отключение трансформаторов от устройств релейной защиты при отсутствии выключателя на стороне высшего напряжения

Автоматическое включение резервного источника питания при отключении трансформатора

Автоматическое регулирование коэффициента трансформации (АРКТ)

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ

Все электроустановки оборудуются устройствами релейной защиты, предназначенными для отключения защищаемого участка в цепи или 'элемента в случае его повреждения, если это повреждение влечет за собой выход из строя элемента или электроустановки в целом. Релейная защита срабатывает и тогда, когда возникают условия, угрожающие нарушением нормального режима работы электроустановки.

В релейной защите электроустановок защитные функции возложены на реле, которые служат для подачи импульса на автоматическое отключение элементов электроустановки или сигнала о нарушении нормального режима работы оборудования, участка электроустановки, линии и т. д.

Реле представляет собой аппарат, реагирующий на изменение какой-либо физической величины, например тока, напряжения, давления, температуры. Когда отклонение этой величины оказывается выше допустимого, реле срабатывает и его контакты, замыкаясь или размыкаясь, производят необходимые переключения с помощью подали или отключения напряжения в цепях управления электроустановкой.

К релейной защите предъявляют следующие требования:

селективность (избирательность) — отключение только той минимальной части или элемента установки, которая вызвала нарушение режима;

чувствительность — быстрая реакция на определенные, заранее заданные отклонения от нормальных режимов, иногда самые незначительные;

надежность — безотказная работа в случае отклонения от нормального режима; надежность защиты обеспечивается как правильным выбором схемы и аппаратов, так и правильной эксплуатацией, предусматривающей периодические профилактические проверки и испытания.

Необходимая скорость срабатывания реле определяется проектом в зависимости от характера технологического процесса. Иногда для сведения до минимума ущерба от возникших повреждений релейная защита должна обеспечивать полное отключение в течение сотых долей секунды.

По своему назначению реле разделяют на реле управления и реле защиты.

Реле управления обычно включают непосредственно в электрические цепи и срабатывают они при отклонениях от технологического процесса  или изменениях в работе механизмов. Реле защиты включают в электрические цепи через измерительные трансформаторы и только иногда непосредственно. Они срабатывают при неформальных или аварийных режимах работы установки. Реле характеризуется следующими показателями:

уставка — сила   тока,    напряжение    или   время,   на   которые отрегулировано данное реле для его срабатывания;

напряжение    (или  ток)   срабатывания — наименьшее   или   наибольшее значение, при котором реле полностью срабатывает;

напряжение (или ток)  отпускания — наибольшее значение, при котором реле отключается  (возвращается в исходное положение); коэффициент возврата — отношение напряжения (или тока) отпускания к напряжению (или току) срабатывания.

По времени срабатывания различают реле мгновенного действия и с выдержкой времени.

 

ПОВРЕЖДЕНИЯ И НЕНОРМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

К повреждениям трансформаторов относят:

междуфазные к.з. на выводах и в обмотках (последние возникают гораздо реже, чем первые);

однофазные к.з. (на землю и между витками обмотки, т. е. витковые замыкания);

«пожар стали» сердечника.

К ненормальным режимам относятся:

перегрузки, вызванные отключением, например, одного из параллельно работающих трансформаторов. Токи перегрузки относительно невелики, и поэтому допускается перегрузка в течение времени, определяемого кратностью тока перегрузки по отношению к номинальному;

возникновение токов при внешних к. з., представляющих собой опасность в основном из-за их теплового действия на обмотки трансформатора, поскольку эти токи могут существенно превосходить номинальные. Длительное прохождение тока внешнего к. з. может возникнуть при неотключившемся повреждении на отходящем от трансформатора присоединении;                 

недопустимое понижение уровня масла, вызываемое значительным понижением температуры я другими причинами.

Повреждения и ненормальные режимы работы предъявляют определенные требования к устройствам автоматического управления трансформаторами, рассматриваемые ниже.

 

 

ВИДЫ И НАЗНАЧЕНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ТРАНСФОРМАТОРА

На трансформаторах устанавливаются следующие защиты:                                                                  

защита от коротких замыканий, действующая на отключение поврежденного трансформатора и выполняемая без выдержки времени (для ограничения размеров повреждения, а также для предотвращения нарушения бесперебойной работы питающей энергосистемы). Для защиты мощных трансформаторов применяются продольные дифференциальные токовые защиты, а для маломощных трансформаторов — токовые защиты со ступенчатой характеристикой выдержки временя. Кроме того, при всех повреждениях внутри бака и понижениях уровня масла применяется газовая защита, работающая на неэлектрическом принципе;

защита, от токов внешних к. з., основное назначение которой заключается в предотвращении длительного прохождения токов к. з. в случае отказа выключателей или защит смежных элементов путем отключения трансформатора. Кроме того, защита может работать в качестве основной (на трансформаторах малой модности, а также при к. з. на шинах, если отсутствует специальная защита шин). Защиты от внешних к. з. обычно выполняются токовыми или (значительно реже) дистанционными — с выдержками времени;

защита от перегрузок, выполняемая с помощью одного максимального реле тока, поскольку перегрузка обычно является симметричным режимом. Поскольку перегрузка допустима в течение длительного промежутка времени (десятки минут при токе не больше 1,5Iт,ном), то защита от перегрузки при наличии дежурного персонала должна выполняться с действием на сигнал, а при отсутствии персонала — на разгрузку или на отключение трансформатора.

На трансформаторах предусматриваются следующие устройства автоматики:

автоматическое повторное включение, предназначенное для повторного включения трансформатора после его отключения максимальной токовой защитой. Требования к АПВ (автоматическое повторное включение) и способы его осуществления аналогичны рассмотренным ранее устройствам АПВ линий. Основная особенность заключается в запрещении действия АПВ трансформаторов при внутренних повреждениях, которые .отключаются дифференциальной или газовой защитой;

автоматическое включение резервного трансформатора, предназначенное для автоматического включения секционного выключателя при аварийном отключении одного из работающих трансформаторов или при потере питания одной из секций по другим причинам;

автоматическое отключение и включение одного из параллельно работающих трансформаторов, предназначенное для уменьшения суммарных потерь электроэнергии в трансформаторах;

автоматическое регулирование напряжения, предназначенное для обеспечения необходимого качества электроэнергии у потребителей путем изменения коэффициента n трансформации понижающих трансформаторов подстанций, питающих распределительную сеть. Для изменения n под нагрузкой трансформаторы оборудуются устройствами РПН (регулятором переключения отпаек обмотки трансформатора под нагрузкой). Автоматическое изменение n осуществляется специальным регулятором коэффициента трансформации (АРКТ), воздействующим на РПН..

 

 

ОТКЛЮЧЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ ОТ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ПРИ ОТСУТСТВИИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ НА СТОРОНЕ ВЫСШЕГО НАПРЯЖЕНИЯ

 

В настоящее время в системах электроснабжения все более широко применяются понизительные подстанции без выключателей на стороне высшего напряжения. Такие подстанции выполняются по упрощенным схемам присоединения к сети системы электроснабжения (по блочным схемам линия — трансформатор или отпайками от линий электропередачи). Для отключения повреждений в понизительных трансформаторах таких подстанций применяются следующие способы:

установка на выводах высшего напряжения трансформаторов плавких предохранителей; •» фиксация и ликвидация повреждений в трансформаторе с помощью защит, установленных   на   питающих концах линии;

установка короткозамыкателей, автоматически включаемых при срабатывании защит трансформатора и вызывающих к. з, на выводах высшего напряжения, которое ликвидируется затем защитами питающего конца линии;

передача отключающего сигнала по высокочастотному каналу (на базе проводов линии) или по жилам специального кабеля от защит трансформатора на отключение выключателя питающего конца линий.

Если защиты питающего конца линии не обеспечивают необходимой чувствительности при повреждениях в обмотках трансформатора и на его вывоДах низшего напряжения или имеют большие выдержки временнгто для отключения повреждения используются защиты трансформатора, Действующие в сочетании с короткозамыка-телем.

Включение короткозамыкателя осуществляется от защиты трансформатора, а отключение — вручную. В сетях с заземленной нейтралью короткозамыкатель устанавливается в одной фазе, а в сетях с изолированной нейтралью он выполняется двухполюсным с общим приводом и устанавливается на двух фазах.

После включения короткозамыкателя возникает однофазное (или двухфазное) к. з. на выводах высшего напряжения трансформатора. При этом срабатывают быстродействующие защиты, установленные на питающих концах линии. Допускается однократное АПВ питающей линии (хотя оно может вызвать увеличение размеров повреждения трансформатора). Когда к одной линии подключены ответвлениями два или несколько  трансформаторов, на каждом из них дополнительно устанавливают отделители (трехполюсные разъединители с автоматическим управлением). Отключение отделителя поврежденного трансформатора осуществляется автоматически в бестоковую паузу после отключения питающей линии. После АПВ восстанавливается питание неповрежденных трансформаторов, оставшихся подключенными к линии.

В простейшем случае для отключения отделителя используется специальное реле прямого действия — блокирующее реле отделителя (БРО), установленное в приводе отделителя и подключенное к трансформатору тока, включенному в цепи короткозамыкателя. Под воздействием тока к. з. взводится боек БРО. После отключения защитой питающей линии и исчезновения тока в цепи короткозамыкателя БРО срабатывает и отключает отдел-итель. Однако такая схема автоматического отключения отделителя не нашла широкого распространения из-за присущих ей недостатков: малой надежности БРО и необходимости оснащения линии двукратным АПВ, поскольку при одновременном срабатывании быстродействующих защит линии и трансформатора (при повреждении в трансформаторе) отделитель в первую бестоковую паузу может не отключиться.

Более надежной является схема автоматического отключения отделителя, использующая в качестве источника оперативного тока предварительно заряженную (от зарядного устройства УЗ) батарею конденсаторов С, показанную на рис. 6. При включении короткозамыкателя К реле тока РТ размыкающим контактом запрещает отключение отделителя О, пока не отключится выключатель питающей линии. Катушка отключения отделителя Кб подключается к .конденсатору С после возврата реле РТ и срабатывания реле РП. Задержка при срабатывании реле.РЯ предотвращает недопустимое отключение отделителя при прохождении через него тока к. з., если вспомогательные контакты К1 замкнутся раньше основных контактов короткозамыкателя.

Следует отметить некоторые особенности защиты трансформаторов упрощенных подстанций при наличии короткозамыкателей и отделителей.                                                              1. Если в качестве единственной основной защиты применяется газовая защита-(трансформаторы небольшой мощности), то она должна обеспечить включение короткозамыкателя при любых повреждениях внутри бака трансформатора. Поэтому трансформатор собственных нужд (ТСН) или трансформатор напряжения (ТН) уже не может служить источникам оперативного тока для газовой ' защиты, поскольку при повреждении силового трансформатора оперативное напряжение может значительно снижаться. Единст-

 

 

Рис. 6. Схема отключения   отделителя   с.  применением   батарей предварительно заряженных конденсаторов.

 

венным надежным источником оперативного тока в данном случае могут   быть   батареи   предварительно   заряженных   конденсаторов.

2.   Для включения короткозамыкателя  на стороне высшего напряжения  трансформатора   (и  для   отключения   выключателя   на стороне  низшего  напряжения)  часто  используют энергию  предварительно заряженных  конденсаторов при  невозможности  использования схем с дешунтированием   электромагнитов включения короткозамыкателя   и   отключения  выключателя   (когда   вторичные токи к. з. составляют более 150 А).  Такие случаи характерны для трансформаторов  110 кВ малой мощности  (2,5; 4; 6,3 МВ*А)  при использовании   встроенных во вводы трансформатора трансформаторов тока   (типа ТВТ-110).     Вместе с тем зарядные устройства, включаемые на ТСН или ТН, не могут обеспечить заряд разряженных конденсаторов при включении трансформатора на трехфазное к. з. на его выводах или на шинах НН подстанции. Поэтому заряд  конденсаторов  в  этих случаях  обеспечивается  применением специального зарядного устройства, питающегося как от цепей напряжения, так и от цепей тока.     

3.   Вследствие  кратковременности  разряда  конденсатора   серьезные требования предъявляются к качеству наладки и состоянию аппаратуры     (короткозамыкателей  и  отделителей).     Загрязнения, окисление, загустение смазки могут привести к недолустимому замедлению действия этих аппаратов.

Применение подстанций с короткозамыкателями на 'стороне высшего напряжения характеризуется увеличением времени отключения поврежденного участка из-за сравнительно большого собственного  времени   включения короткозамыкателей. Этот недостаток можно исключить, если вместо короткозамыкателей использовать телеотключение.   При передаче команды телеотключения лр кабелю предусматривается постоянный контроль состояния его жил с помощью специального   устройства (например, .типа УК-1)

В эксплуатации применяется также передача отклю-,.4 чающего импульса по в. ч. каналу, организованному по проводам линии электропередачи с помощью специальной аппаратуры в. ч. обработки и специальных устройств высокочастотного телеотключения (ВЧТО).

При повреждении трансформатора и срабатывании его защиты одновременно с отключением выключателя и запретом его АПВ подается по линиям сигнал телеотключения (ТО) к передатчику. Сигнал по каналу связи подается на входы приемников питающих подстанций, вызывая срабатывание на них промежуточных реле, отключающих головные выключатели. С целью повышения надежности при осуществлении устройства телеотключения сохраняется и

короткозамыкатель.

 

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ РЕЗЕРВНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ПРИ ОТКЛЮЧЕНИИ ТРАНСФОРМАТОРА

 

На подстанциях широкое распространение получили устройства автоматического включения секционного выключателя С В при исчезновении питания на одной из секций шин низшего напряжения.

Схема АВР СВ, выполненная с помощью реле РПВ-358, представлена на рис. 8. Пуск АВР осуществляется при соблюдении следующих условий: несоответствие положения ключа управления (фиксируемого с  помощью реле 1РПФ, обмотки которого не показаны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 8. Схема АВР СВ с устройством выявления потери питания и проверкой значения встречного напряжения.

 

на рис. 8,г) и выключателя 1В (рис. 8, а) (фиксируемого с помощью реле РПО, срабатывающего при отключении выключателя). При этом подается «минус» на зажим 5 комплектного устройства РПВ-358 и происходит срабатывание АВР. Действие АВР контролируется замыкающим контактом реле 2РПФ, который замыкается в случае срабатывания защиты от внутренних повреждений в трансформаторе или защиты от потери питания.

Аналогичная цепь пуска АВР предусмотрена на рис. 8, г и при отключении трансформатора Т2, питающего вторую секцию подстанции IIс-(рис. 8, а). Цепь пуска АВР контролируется также размыкающим контактом РПФ, который замкнут при отключенном СВ.

Двухпозиционное реле РПФ срабатывает и переключает свои контакты при отключении СВ ключом управления КУ (фиксируя тем самым отключенное положение выключателя) и при включении выключателя по любой причине от контактов электромагнита включения СВ (фиксируя включенное положение выключателя).

В рассматриваемой схеме АВР предусмотрен также - контроль отсутствия напряжения на резервируемой секции шин, который осуществляется последовательно включенными размыкающими контактами реле минимального напряжения 1РН и 2РН, подающими «плюс» на зажим 6  комплектного устройства РПВ-358. Контроль отсутствия напряжения необходим для предотвращения несинхронного включения резервного источника питания на остаточное напряжение тормозящихся крупных синхронных . или асинхронных двигателей. Затухание э. д. с. синхронного электродвигателя при неотключенном возбуждении будет происходить по мере уменьшения частоты вращения, а при гашении поля -- по мере уменьшения тока в обмотке возбуждения.

Пуск АВР при исчезновении напряжения, на секциях шин, когда выключатель питающего трансформатора останется включенным, с помощью минимальных реле напряжения может оказаться неэффективным, поскольку синхронные двигатели и конденсаторные батареи могут длительно поддерживать остаточное напряжение на шинах, потерявших питание. Поэтому в рассматриваемой схеме пусковой орган АВР дополнен устройством, реагирующим на снижение частоты и изменение направления активной мощности. Этот пусковой орган срабатывает при снижений частоты, если активная мощность через питающую линию или трансформатор стала равной нулю или изменила направление.

Устройство состоит из реле частоты РЧ (рис. 8, в), промежуточных реле РПЧ и РПМ, реле направления мощности 1РМ, 2РМ (рис. 8,б) и реле времени РВ.

К реле мощности подводятся линейное напряжение и ток отстающей фазы: Ubc и —Iс; Uca и —Ia. При таком включении и внутреннем угле, равном 30°, реле имеет положительный момент при направлении активной мощности к шинам и отрицательный — при направлении активной мощности от шин; реле подключается таким образом, чтобы при направлении мощности к потребителю контакты его были замкнуты. Необходимость двух реле направления мощности объясняется тем, что при двухфазном к. з. за трансформатором одно из реле может сработать 'неправильно. Уставка срабатывания по частоте реле РЧ принимается равной 48—48,5 Гц. Для облегчения работы контактов реле направления мощности и уменьшения нагрузки на трансформатор напряжения напряжение на обмотки реле мощности подается после снижения частоты. Если срабатывание реле частоты будет обусловлено снижением частоты в энергосистеме, контакты РЧ замкнутся, сработает реле РПЧ, а реле времени (с уставкой 0,3—0,5 с) не сработает, так как контакты реле РПМ останутся разомкнутыми (мощность направлена к шинам, и контакты 1РМ и 2РМ замкнуты).

Если срабатывание реле РЧ произойдет вследствие затухания напряжения на шинах подстанции при потере питания, контакты реле направления мощности останутся разомкнутыми и реле времени сработает.

Запрет АВР осуществляется подачей «плюса» на зажим 8 от замыкающего контакта РПФ, который замкнут при включенном СВ.

Важно отметить, что" устройство АВР СВ должно работать только при потере питания (отключении питающей линии) и при внутренних повреждениях трансформатора. В остальных случаях отключения выключателя на низшей стороне трансформатора (от токовых защит) должно работать АПВ шин низшего напряжения путем повторного включения основного источника (трансформатора). Такое разграничение действия устройств АПВ и АВР СВ вызвано тем, что при включении секционного выключателя на к. з. имеется опасность отключения второго трансформатора и полного обесточения потребителя (при отказе защиты секционного выключателя или неисправности самого выключателя). Для реализации указанного сочетания действия устройств АПВ и АВР СВ в схемах защиты трансформатора устанавливается специальное реле 2РПФ, запоминающее работу защит от внутренних повреждений и потери питания.

В отдельных случаях запрещается работа устройства АВР при наличии замыкания на землю в резервируемой или резервирующей сети из-за опасения повышенной вероятности перекрытия другой фазы вследствие коммутационных перенапряжений в момент включения СВ. При  этом может возникнуть двойное замыкание на землю - одно на резервирующей части сети, другое — на резервируемой. Действие АВР должно также запрещаться, если основной источник питания будет отключен от АЧР.

 

АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТРАНСФОРМАЦИИ (АРКТ)

 

С целью поддержания требуемого уровня напряжения широко распространено регулирование напряжения Uп у потребителей (рис. 9) путем изменения коэффици-

 

Рис. 9. Поясняющая схема  (а) и характеристика изменения напряжения у потребителя при наличии АРКТ (б).

 

ента трансформации трансформаторов понижающих подстанций, питающих распределительную сеть. Для изменения коэффициента трансформации под нагрузкой трансформаторы оборудуются устройствами РПН (переключение отпаек под нагрузкой). Автоматическое изменение nт осуществляется специальным регулятором АРКТ, воздействующим на РПН.

В общем случае электрическая сеть, получающая питание от шин подстанции, может быть разветвленной и питать значительное количество нагрузок. При этом наиболее выгодно поддерживать неизменным напряжение в  некоторой контролируемой точке, представив разветвленную сеть в виде эквивалентной линий с одной нагрузкой на конце. Поскольку значение напряжения Uп при данном напряжений на шинах Uш зависит от падения напряжения в эквивалентной линии (Uп = Uш – Zэ,лIп ) , то напряжение Uш должно быть тем больше, чем больше нагрузка потребителя. Такое регулирование напряжения получило названий встречного регулирования.

Неизменность напряжения в контролируемой точке сети при различных режимах нагрузки может быть обеспечена, если смоделировать на входе измерительного органа АРКТ напряжения, существующие в регулируемой цепи. Для этого к нему необходимо подвести напряжение

Uп = Uш – sIп

Измерительный орган АРКТ является регулятором по отклонению напряжения от заданного значения UКОНТР, пропорционального напряжению в контролируемой точке. Если sIп будет равно падению напряжения в эквивалентной линии Zэ,л (от шин подстанции до контролируемой точки), т, е. sIп = Zэ,лIп, то при наличии АРКТ напряжение у потребителя (в контролируемой точке) будет соответствовать заданному значению. Из сказанного следует необходимость ввести в измерительный орган напряжения АРКТ сигнал, пропорциональный току нагрузки. Целесообразно использовать суммарный ток нагрузки, поскольку при различных графиках изменения нагрузок потребителей регулирование по суммарному току более точно отвечает необходимому закону регулирования.

Измерительный орган подключается к трансформатору напряжения ТН и трансформаторам тока ТТ (рис. 9, а).

При отключении выключателя В (рис. 9, а) АРКТ необходимо вывести из работы, что производится вспомогательным контактом В путем отсоединения выхода АРКТ от приводного механизма ПМ устройства РПН. *

На двухтрансформаторных подстанциях, работающих с отключенным СВ, АРКТ устанавливается на каждом трансформаторе. При отключении одного из трансформаторов и включении секционного . выключателя следует убедиться (у АРКТ остающегося в работе трансформатора) в правильности поддержания напряжения при встречном регулировании и при необходимости изменить значение s.

Особенностями АРКТ являются релейность действия, наличие зоны нечувствительности Uнч  выбираемой большей, чем ступень изменения напряжения DUст при переключении одной отпайки:

Uнч = (1.25¸1.3) DUст

Переключение отпаек необходимо производить с выдержкой времени, обеспечивающей отстройку от кратковременных колебаний напряжения (например, при пуске электродвигателей). Поэтом при выходе напряжения у потребителя из зоны нечувствительности регулятора (рис. 9, б) АРКТ через время tср = 1¸2 мин воздействует на РПН.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Кривенко В.В., Новелла В.Н. «Релейная защита и автоматика систем электроснабжения» М., «Энергоиздат», 1981
2. Крюков В.И. «Обслуживание и ремонт электрооборудования подстанций и распределительных устройств», М., «Высшая школа», 1983