Релейная защита и автоматика силовых трансформаторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ТРУДА И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН

Государственное автономное профессиональное общеобразовательное учреждение.

“Елабужский политехнический колледж”

14044 Техническая эксплуатация и обслуживание электрическогои электромеханического оборудования

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема “Релейная защита и автоматика силовых трансформаторов”

Студент: Ахметзянов Н.Р.

Группа: №241

Руководитель Харрасов Н.Г. __.__ 2016 г.

Руководитель ПМО Ханипова Е.Х __.__ 2016 г.

Елабуга 2016



Содержание

Аннотация

Введение

Глава 1

1.1 Релейная защита подстанции 35/10 кВ

1.2 Подстанция 35/10 кВ «Лубяны»

1.3 Защита силовых трансформаторов ПС 35/6 кВ

Глава 2. Общие сведения о релейной защите

2.1 Блоки микропроцессорной релейной защиты (БМРЗ)

Глава 3. Повреждения, ненормальные режимы работы трансформаторов

Глава 4. Виды и назначение автоматических устройств трансформатора

Глава 5. Токовые защиты трансформаторов

Глава 6. Газовая защита трансформатора

Глава 7. Продольная дифференциальная токовая защита трансформатора

Глава 8. Отключение трансформаторов от устройств релейной защиты при отсутствии выключателя на стороне высшего напряжения

Глава 9. Особенности АПВ трансформаторов

Глава 10. Автоматическое включение резервного источника питания при отключении трансформатора

Глава 11. Автоматическое регулирование коэффициента трансформации

Глава 12.Техническая эксплуатация РЗА

Заключение

Список литературы



Аннотация

В данной курсовой работе на тему “Релейная защита и автоматика силовых трансформаторов” рассматриваются общие сведения о релейной защите, повреждения, ненормальные режимы работы трансформаторов, виды и назначение автоматических устройств трансформатора, токовые защиты трансформаторов, отключение трансформаторов от устройств релейной защиты при отсутствии выключателя на стороне высшего напряжения, устройств АПВ трансформатора , дифференциальная защита, газовая защита. Проведен обзор различных производителей микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики, применяемых для защиты трансформатора и автотрансформатора. Рассчитана релейная защита трансформатора с применением микропроцессорного устройства релейной защиты и автоматики БМРЗ-100.

трансформатор релейный микропроцессорный токовый



Введение

В данной работе я рассматриваю исследования, лежащим в области электрических устройств. Актуальность темы заключается в том, что современное общество невозможно представить без электрических машин и устройств, способных улучшить и облегчитьжизнедеятельность людей. Трудно представить жизнь современных людей, без электричества. В данной курсовой работе я расскажу вам о релейной защите и автоматике силовых трансформаторов, без которых электричества не было бы вовсе. А теперь немного подробней, токовые защиты реагируют на ток в защищаемой линии и приходят в действие, когда этот ток превышает заранее установленную величину. Релейная защита и автоматика -- совокупность электрических аппаратов, осуществляющих автоматический контроль за работоспособностью Электроэнергетической системы (ЭЭС).

Релейная защита (РЗ) осуществляет непрерывный контроль за состоянием всех элементов электроэнергетической системы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений РЗ должна выявить повреждённый участок и отключить его от ЭЭС, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения.Резкое увеличение тока (появление сверхтока) является одним из наиболее характерных и четких признаков возникновения коротких замыканий (КЗ), а также других нарушений нормального режима (например, перегрузок). Чтобы не было коротких замыканий и используют специальные устройства защиты, о которых речь пойдет ниже по ходу курсовой работы.Любые электрические системы должны быть надёжными, экономичными, удобными и безопасными в эксплуатации и обеспечивать потребителей электроэнергией требуемого качества. Большую роль в выполнении этих требований играют устройства релейной защиты и автоматики.

Проектирование релейной защиты и автоматики представляет собой сложный процесс выработки и принятия решений по выбору принципов выполнения релейной защиты. Также решаются вопросы эффективного функционирования устройств релейной защиты и автоматики всех элементов защищаемой схемы, начиная с выбора видов и расчёта уставок проектируемых устройств и кончая правильным их подключением к цепям оперативного тока и к трансформаторам тока и напряжения.



Глава 1

1.1 Релейная защита и автоматика подстанций 35/

Наиболее опасными видами повреждений являются короткие замыкания между фазами на выводах и внутри бака с большим числом замнувшихся витков когда возникают значительные токи в трасформаторе и значительнео снижение напряжения в сети. Конструктивное выполнение трансформатора обеспечивает большую прочность междуфазовой мзоляции, что уменьшает вероятность многофазных к.з. Наиболее частыми являются витковые замыкания, которые сопровождаются малыми токами в наружных выводах при значительных токах в месте короткого замыкания. Для таких видов повреждений предусмотрена продольная дифференциальная защита, в результате которой происходит немедленное отключение трансформатора

1.2 Подстанция 35/10 кВ «Лубяны»

предназначена для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей, На подстанции установлено два трансформатора мощностью по 6,3 МВА каждый напряжением 35/10 кВ. Со стороны 35 кВ на подстанции установлены многообъемные масляные выключатели типа С-35/630. Распределительное устройство 35 кВ выполнено по схеме «мостик» с выключателем в перемычке.В целом подстанция представляет собой надёжную электроустановку, способную осуществлять бесперебойное электроснабжение потребителей. В разделе «Релейная защитa и автоматика трансформатора» рассматриваются основные защиты трансформатора, резервные защиты, установленные на трансформаторе. В этом разделе рассмотрены в качестве основных защит трансформатора: газовая защита и диффеpенциальная токoвая защита. Резервные защиты, установленные на трансформаторе, представлены следующими видами защит: максимальной токовой защитой, защитой от перегрузки.Основными видами повреждений в трансформаторах и автотрансформаторах являются: замыкание 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». Для ограничения размера разрушения релейная защита от повреждений в трансформаторе должна действовать быстро (t = 0.05ч0.1 с).В качестве таких защит применяются токовая отсечка, дифференциальная и газовая защиты.

находящихся в зоне действия сетей 10 кВ этой подстанции.



Короткие замыкания в смежном оборудовании, к которому присоединяется трансформатор, приводят к увеличению тока сверх номин. значения. Нагрев обмоток сверх допустимой температуры в этом режиме может привести к пробою изоляции и выходу из строя трансформатора на продолжительное время. Поэтому в защитах трансформатора предусматриваются устройстава, действующие при внешних коротких замыканиях с выдержкой времени, такие как максимальные токовые защиты.

Уменьшение количества масла в трансформаторе возможно при сильном понижении температуры из-за недостаточного его количества в расширителе или утечке масла из бака. В качестве устройств определяющего недопустимое снижение уровня масла, изпользуется газовая защита, которая действует на сигнал, а в некоторых случаях и на отклонение.

1.3 Защита силовых трансформаторов ПС 35/6 кВ

Для защиты трансформатора ТДТН-10000/110/35/6 предусматриваются следующие защиты, согласно ПУЭ:

Газовая защита от повреждений внутри кожуха, сопровождающихся выделением газа, и от понижения уровня масла для трансформаторов мощностью 6,3 МВ·А и более;

Для защиты от повреждений на выводах, а также от внутренних повреждений дифференциальная токовая защита (ДТЗ) без выдержки времени на трансформаторах мощностью 6,3 МВ·А и более;

На трансформаторах мощностью 1 МВ·А и более в качестве защиты от токов в обмотках, обусловленных внешними многофазными КЗ, на понижающих трансформаторах - максимальная токовая защита с комбинированным пуском напряжения или без него;

На трансформаторах мощностью 0,4 МВ·А и более в зависимости от вероятности и значения возможной перегрузки следует предусматривать максимальную токовую защиту от токов, обусловленных перегрузкой, с действием на сигнал.

Блок микропроцессорный релейной защиты трансформатора дифференциальный БМРЗ-ТД предназначен для дифференциальной защиты двухобмоточных и трехобмоточных трансформаторов.

БМРЗ-ТД новейшая отечественная разработка в области релейной защиты, соединяющая хорошо зарекомендовавшие себя принципы работы реле ДЗТ-21 и новейшую элементную базу и технологию.

Блок БМРЗ-ТД может использоваться в качестве основной защиты в панелях защиты трансформаторов и автотрансформаторов совместно с резервными защитами и устройствами автоматики, выполненными на электромеханической, аналоговой или цифровой элементной базе любых производителей.

Техника

безопасности.

Проверить отсутствии повреждений бака, фарфора, обмотки, в достаточности уровня и отсутствия масла, наличии пломб и пр.

1. Проверить отсутствие течи масла через уплотнения и в местах сварки. Включение трансформаторов с течью масла недопустимо.

2. Проверить уровень масла в баке. Уровень масла в баке на ТН 6-10кВ должен быть на 20- 25мм ниже уровня крышки, на ТН-35-220кВ не ниже З/4 уровня масломерного стекла.

3. Проверить целостность фарфора вводов, контактных болтов, шпилек магнитопровода.

4. Проверить сопротивление изоляции прессующих болтов по отношению к корпусу ТН, которое должно быть не ниже 1Мом. 5.Удалить консервирующую смазку. б.При наличии воздухоосушительного фильтра убедиться, что селикагель не изменил своего голубого цвета на розовый.

При изменении окраски заменить селикагель.

Отобрать пробу масла для определения пробивного напряжения и проведения химического анализа.

Пробивное напряжение масла должно быть не менее:

-З0кв. для тр-ов напряжением до 15кВ.

-35кВ. для тр-ов напряжением до 35кВ.

-45кВ. для тр-ов напряжением до 220кв.

В масле должны отсутствовать следы воды. Проба масла отбирается при температуре не ниже 5°С.

На подстанциях 110-220кВ. для предотвращения перенапряжений от самопроизвольных смещений нейтрали оперативные действия должны начинаться с заземления нейтрали трансформатора, включаемого на ненагруженную систему шин с трансформаторами напряжения НКФ 110-220кВ.



Глава 2. Общие сведения о релейной защите

Абсолютно все электроустановки снабжаются устройствами релейной защиты, которые служат для отключения защищаемого участка в цепи или элемента в случае его неполадки или повреждения, если это повреждение влечет за собой выход из строя элемента или электроустановки в целом. Релейная защита срабатывает и тогда, когда возникают условия, которые влечут за собой нарушение нормального режима работы электроустановки.

При внешнем осмотре проверяется состояние обмотки реле и ее выводов. Для проверки механической части реле проверяется исправность всех деталей. При необходимости реле разбирается. При находке ржавчины на деталях реле, погнутых и помятых гильз, погнутых бойков, винтов, шпилек, разбитых деталей из пластмассы поврежденные детали должны заменяться исправными. При сборке реле не допускается применение каких-либо видов смазки. Испытанные реле устанавливаются в привод, и проверяется отсутствие перекосов и беспрепятственное движение всех подвижных частей. После этого производится проверка отключающего импульса механизма привода и общая регулировка его с реле.В последние годы все чаще применяют полупроводниковые реле, разрабатываются устройства защиты и автоматики на основе интегральных микросхем.



В релейной защите электроустановок защитные функции лежат на реле, его главной задачей является передача импульса в автоматическое выключение всех компонентов электроустановки либо сигнала о несоблюдении нормального режима работы электрооборудования, места электроустановки, линии и т. д.

Реле предполагает в себе устройство, который реагирует на изменение какой-либо-или физической величины, к примеру тока, напряжения, давления, температуры. Если значения этих величиннамного больше допустимого значения, реле действует на это и его контакты, замыкаясь либо размыкаясь, производят необходимые переключения с помощью подачи или отключения напряжения в цепях управления электроустановкой.

К релейной защите предъявляют следующие требования:

Селективность т.е избирательность -- это отключение только той минимальной части или элемента электроустановки, которая вызвала нарушение режима работы электроустановки;

-чувствительность -- очень быстрая реакция на определенные, заранее зaданные отклонения от нормальных режимов, иногда даже очень незначительных;

надежность -- безотказная работа электроустановок в случае отклонения от нормального режима; надежность защиты обеспечивается как прaвильным выбором схем и аппаратов, так и правильной эксплуатацией, предусматривающей периодические профилактические проверки, внеплановый и плановый ремонт, и испытания.

Типы релейной защиты трансформаторов:

1.Продольная дифференциальная защита-от коротких замыканий в обмотках и на их наружных выводах.

2.Токовая отсечка без выдержки времени -- от коротких замыканий на наружных выводах ВН трансформатора со стороны питания и в части обмотки ВН.

3.Газовая защита -- от всех видов повреждений внутри бака (кожуха) трансформатора.

4. Максимальная токовая защита - от сверхтоков, обусловленных внешними междуфазными короткими замыканиями на сторонах НН или СН трансформатора.

5. Специальная токовая защита нулевой последовательности, устанавливаемая в нулевом проводе трансформаторов.

Схема. Общая структурная схема релейной защиты

Нужная скорость для 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 всех компонентов в течение сотых долей секунды.

По своему назначению реле делят 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 срaбатывают 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 -- максимальное значение, при котором реле отключается (возвращается в исходное положение); коэффициент возврата -- отношение напряжения (или тока) отпускания к напряжению (или току) срабатывания.

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

2.1 Блоки микропроцессорной релейной защиты (БМРЗ)

Предназначение и основные характеристики.

БМРЗ учрежден на основе аналого-цифровой и микропроцессорной элементной базы. Предназначены для выполнения функций релейной защиты и автоматики, управления и сигнализации присоединений напряжением 6 - 35 кВ, а также для использования в качестве устройств резервной защиты и автоматики присоединений 110 - 220 кВ.

Обеспечивает функции защиты, автоматики и управления воздушных и кабельных линий электропередачи, секционных и вводных выключателей подстанций, трансформаторов мощностью до 6,3 МВ*А и асинхронных двигателей мощностью до 4 МВт.

Установки в релейных отсеках КРУ и КРУН, на панелях и в шкафах в релейных залах и пультах управления электростанций и подстанций 6 - 10 кВ.

БМРЗ - ТД предназначен для выполнения функций основной быстродействующей защиты, автоматики двухобмоточных трансформаторов и трансформаторов с расщепленной обмоткой НН напряжением до 220 кВ. А также для целей управления, измерения и сигнализации трансформаторов.

БМРЗ могут включаться в АСУ.

Изделия типа БМРЗ имеют гибкую аппаратную и программноестроение. Это позволяет создавать на их основе различные системы защиты, автоматики, управления и сигнализации, в том числе при реконструкции существующих объектов энергетики.

Аппаратная конфигурация и набор функций для каждого блока определяется заказчиком при заполнении карты заказа. При этом могут быть заказаны функции автоматики и сигнализации, отличные от стандартных. Аппаратная часть БМРЗ различных типов унифицирована. Это позволяет сократить объем ЗИП на объекте и обеспечивает высокую ремонтопригодность. БМРЗ может применяться для защиты элементов электрических сетей как самостоятельное устройство, так и совместно с другими устройствами РЗА. (например, с дифференциальной защитой, специальной защитой синхронных двигателей и т. д.), выполняя функции, отсутствующие в этих защитах.

Принцип действия.

Сигналы от первичных трансформаторов напряжения и тока поступают на клеммные соединители “1”, “2” и "2А", расположенные на панели МАС. В МАС аналоговые сигналы преобразуются в напряжения заданных требуемых уровней. Эти напряжения передаются в МАЦП. Здесь они преобразуются в последовательность двоичных кодов.

Дальнейшая обработка производиться процессором МАЦП, который обеспечивает цифровую фильтрацию и выдает значения параметров сигналов. Результаты измерений передаются в МЦП. Сюда же из модулей БМРЗ поступает информация о состоянии дискретных входов, кнопок, установленных на лицевой панели, а также команды, поступающие по последовательным каналам из АСУ или от ПЭВМ. МЦП производит логическую обработку поступающей информации (сравнение измеренных параметров аналоговых сигналов с уставками, отсчет выдержек времени и т. д.) и формирует команды управления и сигнализации, которые передаются на выходные реле, установленные в МВВ и БП. Кроме того, МЦП обеспечивает управление индикаторами, установленными на лицевой панели и дисплеем.

Все модули и узлы БМРЗ питаются от БП, особенностью которого является возможность работы от источника постоянного или переменного напряжения, а также широкий диапазон рабочих напряжений.



Глава 3. Повреждения и ненормальные режимы работы трансформаторов

К повреждениям трансформаторов причисляют: междуфазные к.з. на выводах и в обмотках (последниепоявляются гораздо реже,нежели первая)

однофазные к.з. (на землю и между витками обмотки, т. е. витковые замыкания); «пожар стали» сердечника.

К ненормальным режимам имеют отношение: перегрузки , вызвaнные отключением, скажем, одного из параллельно действующих трансформаторов. Токи перегрузки относительно незначительны, и оттого допускается перегрузка в течение времени, устанавливаемого кратностью тока перегрузки по отношению к номинальному; возникновение токов при внешних к. з ., доставляющих собой опасность в основном из-за теплового воздействия на обмотки трансформатора, так как эти токи обычно 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, разбираемые ниже.



Глава 4. Виды и назначение автоматических устройств трансформатора

На трансформаторах устанавливаются следующие защиты:

защита от коротких замыканий, влияющая на отключение поврежденного трансформатора и осуществляемая без выдержки времени (для ограничения величин повреждения, а также для предотвращения нарушения бесперебойной работы питающей энергосистемы). Для защиты мощных трансформаторов используются продольные дифференциальные токовые защиты, а для маломощных трансформаторов -- токовые защиты со ступенчатой характеристикой выдержки временя. Наряду с того, при всех повреждениях внутри бака и уменьшениях уровня масла используется газовая защита, действующая на неэлектрическом принципе;

защита, от токов внешних к. з., самое важное назначение которой состоит 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 (существенно реже) дистанционными -- с выдержками времени;

защита от перегрузок, выполняемая с помощью одного наибольшего реле тока, потому что перегрузка как правило является симметричным режимом. Поскольку перегрузка возможна 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, назначенное для повторного включения трансформатора затем его отключения максимальной токовой защитой. Требования к АПВ (автоматическое повторное включение) и способы его реализации аналогичны разобранным ранее устройствам АПВ линий. Главная особенность заключается в запрещении действия АПВ трансформаторов при внутренних повреждениях, которые выключаются 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, предназначенно для уменьшения суммарных потерь электроэнергии в трансформаторах;

автоматическое регулирование напряжения, предназначенно 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 РПН (регулятором переключения отпаек обмотки трансформатора под нагрузкой). Автоматическое изменение n осуществляется специальным регулятором коэффициента трансформации (АРКТ), воздействующим на РПН.

Токовая защита трансформаторов выполняется с использованием вторичных максимальных реле тока (прямого или косвенного действия). При этом следует иметь в виду, что трансформаторы малой мощности представляют для токов к. з. очень большое сосредоточенное сопротивление. Поэтому защитоспособность первой ступени (отсечки без выдержки времени) получается удовлетворительной. Учитывая это, защиту обычно выполняют двухступенчатой. Первой ступенью защиты бывает токовая отсечка, ток срабатывания которой выбирается большим максимального тока при к. з. за трансформатором. Чувствительность первой ступени считается удовлетворительной, если kч = 2 при к. з. на стороне высшего напряжения трансформатора. Вторая ступень представляет собой максимальную токовую защиту, выдержка времени которой согласована с выдержками времени защит отходящих присоединений. Чувствительность максимальной токовой защиты проверяется по току при к, з. на стороне низшего напряжения. Работа токовой защиты как резервной проверяется при к. з. в конце элементов, присоединенных к шинам низшего напряжения (при этом желательно иметь kч >= 1.2). При параллельной работе двух трансформаторов следует иметь в виду, что в случае к. з. на низшей стороне максимальные токовые защиты (вторые ступени) трансформаторов могут отключить оба трансформатора. Если имеется секционный выключатель, то этот недостаток устраняется тем, что установленная на нем защита имеет меньшую выдержку времени. Для повышения чувствительности максимальная токовая защита дополняется пуском от реле напряжения обратной последовательности (при несимметричных к. з.) и от реле минимального напряжения (при симметричных к. з.)

При несимметричном к. з. на выходе фильтра ФНОП появляется напряжение, пропорциональное напряжению обратной последовательности, максимальное реле напряжения 2РН срабатывает и обусловливает срабатывание минимального реле напряжения 3РН. Если при этом для реле 1РТ Ip > Ic , p , то защита срабатывает. При симметричном к. з. срабатывает ЗРН и реле тока 1РТ.Ток срабатывания защиты при этом выбирается по условию отстройки от номинального тока, а не от тока самозапуска электродвигателей, питаемых от защищаемого трансформатора, что и обусловливает повышение чувствительности защиты.

Напряжение срабатывания 2РН отстраивается от напряжения небаланса Uнб, раб на выходе фильтра ФНОП в рабочем режиме: Напряжение срабатывания ЗРН отстраивается от минимального значения напряжения в месте установки ТН с учетом самозапуска электродвигателей

Коэффициент чувствительности защиты по напряжению должен быть не ниже kч = 1,2ё1,3, причем kч , при симметричном к. з. можно определять не по напряжению срабатывания минимального реле ЗРН, а по напряжению его возврата, так как симметричное к. з. в начальный момент времени является несимметричным, а следовательно, ЗРН срабатывает в результате срабатывания 2РН. Такое взаимодействие реле повышает чувствительность защиты по напряжению при симметричных к. з.

Если трансформатор с высшим напряжением 110 кВ имеет глухозаземлённую нейтраль, то при однофазном к. з. в сети 110 кВ через нейтраль трансформатора будут проходить токи нулевой последовательности, для отключения которых на трансформаторе устанавливается специальная токовая защита нулевой последовательности. Измерительный орган защиты, которая устанавливается только при наличии питания со стороны НН или СН, состоит из одного реле тока 2РТ подключенного к ТТ, установленному в цепи заземления нейтрали трансформатора. Ток срабатывания защиты выбирается из условия надежной отстройки от тока небаланса в заземляющей цепи при внешних междуфазных к. з. и согласуется с токами срабатывания защит от однофазных к. з., установленных на линиях, примыкающих к защищаемому трансформатору. Значение тока срабатывания обычно находится в пределах 100--200А. Время срабатывания защиты (реле РВ) должно быть на ступень селективности больше времени срабатывания наиболее медленно действующей защиты от однофазных к. з. примыкающих к трансформатору лин-ий электропередачи, При питании трансформатора только со стороны высшего напряжения защита обычно не устанавливается.

Защита трансформатора от перегрузки, выполняемая одним реле, имеет ток срабатыванияНа трехобмоточных трансформаторах с односторонним "питанием защита от перегрузки устанавливается со стороны питания. При существенно различных мощностях обмоток устанавливается дополнительно защита на питаемой обмотке меньшей мощности.

Глава 5. Газовая защита трансформатора

Обмотки большинства трансформаторов помещены в бак, залитый маслом, которое используется как для изоляции обмоток, так и для их охлаждения. При возникновении внутри бака электрической дуги к. з., а также при перегреве обмоток масло разлагается, что сопровождается выделением газа.

Это явление и используется для создания газовой защиты.

Защита выполняется с помощью газового реле, установленного в трубе, соединяющей бак трансформатора с расширителем. Газовое реле состоит из кожуха и двух расположенных внутри него поплавков, снабженных ртутными контактами, замыкающимися при изменении их положения. Оба поплавка шарнирно укреплены на вертикальной стойке. Один из них расположен в верхней части, а второй -- в центральной. При слабом газообразовании (газ скапливается в верхней частей кожуха реле), а также при понижении уровня масла верхний поплавок опускается, что приводит к замыканию его контактов. При бурном газообразовании потоки масла устремляются в расширитель, что приводит к замыканию контактов обоих поплавков. .Контакты верхнего поплавка носят название сигнальных, а нижнего -- основных контактов газового реле.

Движение масла через газовое реле, вызванное к. з. внутри бака трансформатора, обычно является толчкообразным: Поэтому замыкание основных контактов может быть ненадежным (перемежающимся), что учитывается, при выполнении схемы газовой защиты трансформатора.

Масляные трансформаторы с расширителями мощностью 1000 кВ-А и более снабжаются газовыми реле для защиты от всех видов внутренних повреждений, сопровождающихся выделением газа и ускоренным перетоком масла из бака трансформатора в расширитель, а также от утечки масла из трансформатора и попадания воздуха в бак (ГОСТ 11677-75). По требованию заказчика трансформаторы мощностью 400 и 630 кВ-А, предназначенные для питания собственных нужд станций и подстанций или для установки внутри промышленных или общественных зданий, также должны снабжаться газовыми реле.

Реле предназначено для установки в маслопровод с условным проходом 50 и 80 мм, соединяющий бак трансформатора с расширителем, и может надежно работать при температуре окружающего воздуха от --45 до +40°С.

Однако газовая защита, естественно, не срабатывает при повреждениях вне бака трансформатора. Поэтому она не может быть единственной основной защитой трансформатора.Трансформаторы мощностью 1 МВ*А и более обычно поставляются комплектно с газовой защитой.



Глава 6. Продольная дифференциальная токовая защита трансформатора

В трансформаторах мощностью наиболее 7,5 МВ*А в свойстве главный охраны вводится продольнаядифференциальная токовая защита. Принцип воздействия защиты подобен защите направленийэлектропередачи. Тем не менее характерные черты трансформатора ровно как предмета защиты приводят кэтому, что же Iнб в дифференциальной защите трансформатора существенно значительнее, Нежели вдифференциальных защитах прочих компонентов системы электроснабжения. "Основными условиями, чтоследует принимать во внимание при исполнении дифференциальной защиты трансформатора, представлены последующие.

Максимальная токовая защита.

Защита является резервной, предназначенная для отключения трансформаторов от источника питания, как при повреждениях самих трансформаторов и отказе основных защит, так и при повреждении смежного оборудования и отказа его защит или выключателей.

Бросок тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение или при восстановлении напряжения после отключения внешнего к. з. Ток намагничивания трансформатора Iнам = I1п-- I11п в нормальном режиме работы невелик и составляет 2--3% номинального тока Iт,ном. После отключения внешнего к. з., как и при включении трансформатора под напряжение, возникающий бросок тока намагничивания может превышать номинальный ток /т,ном в 6--8 раз.

Значение тока при броске зависит от момента включения трансформатора под напряжение. Наибольшее значение бросок тока намагничивания имеет при включении трансформатора в момент, когда мгновенное значение напряжения U равно нулю. В этом случае магнитный поток Фt в сердечнике трансформатора в начальный период времени содержит большую апериодическую составляющую Фa и превышает при переходном процессе установившееся значение Фуст практически в 2 раза. Поскольку зависимость Ф = f(Iнам) нелинейна, то iнам увеличивается по отношению к установившемуся значению в сотни раз, но остается обычно меньшим максимальных переходных токов внешних (сквозных) к. з. Бросок тока намагничивания может содержать большую апериодическую слагающую, а также значительный процент высших гармоник (прежде всего второй). Затухание броска происходит медленнее, чем тока к. з. В результате кривая броска тока намагничивания может оказаться смещенной по одну сторону оси времени.

Указанные характерные особенности броска тока намагничивания используются для обеспечения отстроенности дифференциальной токовой защиты трансформатора, поскольку при отстройке защиты по току срабатывания она имеет очень низкую защитоспособность, а при отстройке по времени -- теряет быстроту срабатывания. Схемы соединения обмоток трансформатора. Если обмотки высшего и низшего напряжения трансформатора соединены не по схеме Y/Y -12, а по какой-то другой схеме, то между токами фаз трансформатора на сторонах высшего и низшего напряжения существует фазовый сдвиг. Так, при широко распространенной схеме соединения обмоток трансформатораY/D-11 фазовый сдвиг составляет РI1пI11п = 30 эл. град. Поэтому при одинаковых схемах соединения вторичных обмоток групп 1ТТ и 2ТТ трансформаторов тока (на сторонах высшего и низшего напряжения) в дифференциальной цепи защиты при внешнем к. з, проходит значительный ток, равный примерно половине вторичного тока ТТ при внешнем к. з.Поэтому схемы соединения групп 1ТТ и 2ТТ должны быть такими, чтобы указанный сдвиг по фазе отеутствовал (РI1пI11п = 0). При этом возможны два варианта: вторичные обмотки группы 1ТТ соединяются в треугольник, а группы 2ТТ -- в звезду или вторичные обмотки группы 2ТТ -- в треугольник, а 1ТТ -- в звезду. Схема соединения обмоток ТТ в первом случае ясна. Предпочтение всегда отдается первому варианту, так как соединение в треугольник вторичных обмоток ТТ, установленных со стороны звезды силового трансформатора, предотвращает возможное неправильное срабатывание дифференциальной защиты при внешних однофазных к. з. (когда нейтраль трансформатора заземлена), поскольку соединение в треугольник предотвращает попадание токов нулевой последовательности в реле защиты. При соединении вторичных обмоток 1ТТ в треугольник токи в цепи циркуляции от 1ТТ (I'1в) в ЦЗ раз больше вторичных токов 1ТТ (I1в). Поэтому коэффициент трансформации 1ТТ выбирается равным IтYном ЦЗ/5, где IтYном -- номинальный ток трансформатора со стороны обмотки силового трансформатора, соединенной в звезду. Регулирование коэффициента трансформации трансформатора. При регулировании коэффициента трансформации трансформатора соотношение между первичными, а следовательно, и между вторичными токами 1ТТ и 2ТТ изменяется, что также приводит к появлению тока небаланса в дифференциальной цепи защиты. Различия типов ТТ, их нагрузок и кратностей токов внешнего к. з. Трансформаторы тока ТТ дифференциальной защиты трансформатора устанавливаются на сторонах трансформатора, имеющих различное напряжение, поэтому они не могут быть одинаковыми. Кроме того, схемы соединения вторичных обмоток ТТ также различны, а следовательно, трансформаторы тока имеют разную нагрузку. Различны у разных групп ТТ (особенно в случае трехобмоточного трансформатора) и кратности тока внешнего к.з. по отношению к их номинальным токам. Все это обусловливает разные погрешности' у разных групп ТТ, что приводит к появлению повышенных токов небаланса в дифференциальной цепи защиты при внешних к. з.Рассмотренные выше факторы обусловливают применение защит различной сложности и с использованием разных способов обеспечения их защитоспособности и отстроенности. В простейшем случае в качестве РТД используют обычное реле тока без замедления (такую защиту называют дифференциальной отсечкой). Однако защитоспособность ее мала из-за того, что защита получается весьма грубой. Для повышения чувствительности применяют реле и схемы, основные из которых (реле с промежуточными насыщающимися трансформаторами в дифференциальной цепи, реле с торможением) были рассмотрены применительно к продольной дифференциальной защите линий. В ряде случаев применяются и более сложные принципы (особенно для обеспечения отстроенности защиты от бросков тока намагничивания трансформатора). Наибольший (расчетный) ток небаланса в дифференциальной цепи защиты может иметь место при включении трансформатора под напряжение или при внешнем к. з. Поэтому ток небаланса должен определяться в обоих случаях. При включении трансформатора под напряжение действующее значение броска тока намагничивания Iбр.нам в первый период равно (6--8)Iт,ном. где Iт,ном-- номинальный ток трансформатора. При внешнем к. з., сопровождающемся прохождением через ТТ защиты наибольших токов к. з., ток небаланса

Iнб = I'нб + I"нб + I"'нб, (1)

где I'нб I"нб I"'нб -- токи небаланса, обусловленные соответственно погрешностями ТТ, регулированием коэффициента трансформации трансформатора и неравенством токов в цепи циркуляции от различных групп ТТ. Несмотря на низкую чувствительность дифференциальной отсечки ее достоинство заключается в обеспечении быстроты срабатывания при наибольших кратностях тока к. з. При использовании реле с насыщающимися промежуточными трансформаторами РНТ выбор тока срабатывания защиты Iс,з производится по выражениям;

Iс,з = (1 ё 1,3I)т,ном (7)

Iс,з = kотс(I'нб + I”нб) (8)

В (8) неучет I”нб объясняется возможностью скомпенсировать эту составляющую (в первом приближении) с помощью промежуточного насыщающегося трансформатора тока ПНТТ с несколькими первичными обмотками когда для предотвращения попадания в реле защиты тока небаланса, обусловленного неравенством токов I'11в и I'1в в цепи циркуляции, производится выравнивание м. д. с. первичных обмоток w1, w2 промежуточных трансформаторов тока так, что I'1в w1 » I'11в w2, т. е. Eв,т » 0 и Iр » 0.

Кроме того, в при расчете I'нб значение коэффициента kапер принимается равным единице. Существуют специальные реле дифференциальной защиты серии РНТ, содержащие максимальное реле тока, включенное на вторичную обмотку ПНТТ. Они характеризуются неизменной м. д. с. срабатывания (Fc,p = const)

Надлежит отметить, что установление составляющей расчетного тока небаланса I”нб обусловленной регулированием напряжения защищаемого трансформатора, и расчетных чисел витков обмоток промежуточных насыщающихся трансформаторов тока реле защиты производится с учетом одинакового максимального урегулирования ±DUmax в обе стороны по отношению к среднему положению переключателя РПН, принимаемого в качестве расчетного. Такой учет регулирования напряжения отвечает определению наилучшей уставки защиты только при условии самостоятельности сопротивления трансформатора и тока к. з. от положения переключателя РПН.

Для повышения чувствительности дифференциальной токовой защиты трансформатора предусматривают более эффективную (по сравнению с защитой с РНТ) отстройку от броска тока намагничивания трансформатора, используя: несинусоидальность броска тока намагничивания; наличие в нем апериодической слагающей; наличие провалов (ниже заданного уровня) в кривой тока Iнам,пер. В настоящее-время желательно на мощных трансформаторах устанавливать защиту с током срабатывания (0,2--0,3)Iт,ном. Дифференциальные защиты, применяемые в эксплуатации, можно разделить на три группы: с токовыми реле; с реле РНТ; с реле с торможением.Наибольший ток срабатывания имеют защиты первой группы (дифференциальные токовые отсечки). Ток срабатывания защит второй группы значительно меньше. Наиболее распространенной разновидностью таких защит является уже рассмотренная защита с использованием промежуточных насыщающихся ТТ в дифференциальной цепи. Недостатком этой защиты является, небольшое замедление из-за наличия некоторой апериодической слагающей в токе к. з. Еще меньший ток срабатывания могут иметь зашиты третьей группы. В настоящее время выпускается полупроводниковая дифференциальная токовая защита типа ДЗТ-21 , ток срабатывания которой равен примерно 0,3Iт,ном.

Токовая защита от внешних КЗ на землю. Т.к. трансформатор со стороны высокого напряжения имеет глухозаземленную нейтраль, то возникает необходимость защищать трансформатор от внешних КЗ на землю. Токовая защита представляет собой защиту нулевой последовательности.



Глава 7. Схема защиты трансформатора на переменном оперативном токе

Оба контакта газовой защиты (как сигнальный, так и отключающий) питаются от трансформатора собственных нужд ТСН. Это допустимо, поскольку имеется дифференциальная защита, которая, являясь основной, резервирует действие газовой защиты в случае отказа последней при повреждениях трансформатора, сопровождающихся значительным снижением напряжения на шинах собственных нужд. Резистор 2СД подключенный параллельно обмотке реле; ЗРП (типа РП-26), "увеличивает ток в обмотке указательного реле 2РУ (типа РУ-21) для обеспечения более четкой его работы. Реле ЗРП, сработав, самоудерживается через размыкающий .вспомогательный контакт короткозамыкателя 1К.. Резистор 1СД необходим для работы 2РУ при переводе действия газовой защиты отключающим устройством 2ОУ на сигнал.Дифференциальная защита (1РНТ, 2РНТ) выполнена на реле РНТ-363 (с насыщающимися трансформаторами) и действует на промежуточные выходные реле 1РП и 2РП

Пуск реле РП-341 осуществляется замыкающими контактами реле 1РНТ, 2РНТ. Мощные контакты реле 1РП и 2РП, переключаясь, подключают трансформаторы тока к электромагнитам включения короткозамыкателя 1ЭВК, 2ЭВК. и электромагнитам отключения 1ЭО и 2ЭО выключателя стороны низшего напряжения трансформатора. При подключении электромагнитов возрастает нагрузка на питающие их трансформаторы тока. Для предотвращения возврата пускового реле из-за увеличения нагрузки в токовых цепях контакты реле 1РП и 2РП подключены параллельно контактам пусковых реле защиты. Таким образом, реле РП-341 самоудерживается за счет тока, проходящего по его обмотке, независимо от положения контактов пусковых реле. Чтобы обеспечить надежную работу электромагнита, его ток срабатывания должен быть не более 0,8 тока срабатывания действующей на него защиты. Поскольку чувствительность основных токовых защит должна быть не менее 1,5, то при минимальном токе к. з., при котором она обеспечивается, чувствительность электромагнита будет не менее 1,5/0,8 » 2. Соблюдение этого условия важно, потому что при малых токах, близких к току срабатывания, электромагнит работает замедленно и защита питающей линии может сработать раньше, чем сработает электромагнит короткозамыкателя. Это в свою очередь приведет к неуспешному АПВ выключателя линии.



Глава 8. Особенности апв трансформаторов

На однотрансформаторной подстанции АПВ трансформатора является обязательным. Осуществление на" двухтрансформаторной подстанции АПВ трансформаторов рекомендуется, если при отключении одного трансформатора оставшийся в работе трансформатор не может обеспечить питание нагрузки без отключения части, потребителей.

Запрет АПВ. при повреждении внутри бака трансформатора осуществляется с помощью сигнального контакта газового реле.

Для осуществления АПВ трансформатора используются те же устройства, что и для АПВ линии. При этом АПВ должно действовать с выдержкой времени для исключения его срабатывания при внутренних к. з., сопровождающихся бурным газообразованием, когда отключающий контакт газового реле замыкается раньше, чем сигнальный.



Глава 9. 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) и выключателя 1В (фиксируемого с помощью реле РПО, срабатывающего при отключении выключателя). При этом подается «минус» на зажим 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 и при отключении трансформатора Т2, питающего вторую секцию подстанции IIс. 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 дуги по мере уменьшения тока в обмотке возбуждения.

Запуск АВР при исчезновении напряжения, в секциях шин, если выключатель питающего трансформатора остается включенным, с поддержкой минимальных реле напряжения имеет возможность быть малоэффективным, потому как синхронные двигатели и конденсаторные батареи смогут продолжительно поддерживать остаточное напряжение в шинах, утративших питание. В следствии этого в осматриваемой схеме пусковой аппарат АВР дополнен устройством, реагирующим в снижение частоты и изменение направления активной мощности. Данный пусковой аппарат действует при понижений частоты, в случае если активная мощность через питающую линию либо трансформатор стала равной нулю либо поменяла направление.

Устройство состоит с реле частоты РЧ переходных реле РПЧ и РПМ, реле направления мощности 1РМ, 2РМ и реле времени РВ.

К реле мощности подводятся линейное напряжение и ток отстающей фазы: Ubc и --Iс ; Uca и --Ia . При этом включении и при угле, равном 30°, реле обладает положительным периодом при направлении активной мощности к шинам и отрицательной -- при направленнии активной мощности с шин; реле подключается подобным способом, Для того чтобы при направлении мощности к потребителю контакты его находились замкнуты. Потребность 2-ух реле направления мощности объясняется тем, что же при двухфазном коротком замыкании за трансформатором одно с реле имеет возможность сработать неправильно. Уставка срабатывания согласно частоте реле РЧ берется 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 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.

Глава 10. Автоматическое регулирование коэффициента трансформации (АРКТ)

С целью поддержания требуемого уровня напряжения широко распространено регулирование напряжения Uп у потребителей путем изменения коэффициента 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,л Iп ) , 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,л Iп , 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

...