_методички / Релейная защита / Кондратьев-21.82

2. ТИПЫ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ, ПРИМЕНЯЕМОЙ НА ПРОЕКТИРУЕМОЙ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ

2.1. Расчетные режимы

Предельные условия работы релейной защиты определяются максимальными и нормальными токами нагрузки, а также токами КЗ при минимальном и максимальном режимах работы электрической системы.

Учет минимального режима системы необходим для выявления наименьшей чувствительности рассматриваемого типа защиты в конкретных условиях работы электрической системы и имеет существенное значение для текущей эксплуатации.

Минимальный режим работы электрической системы характеризуется наименьшим количеством включенных генераторов на станциях и такой схемой включения линий электропередач и трансформаторов на подстанции, при которой ток КЗ в случае повреждения в конце зоны защиты имеет наименьшее значение.

Максимальный режим работы электрической системы соответствует включенному состоянию всех генераторов на электрических станциях и такой схеме включения линий электропередач и трансформаторов на подстанции, когда ток КЗ при возможных повреждениях в конце зоны защиты имеет наибольшее значение.

Нормальный, минимальный и максимальный режимы работы электрической системы при выполнении курсового и дипломного проектов определяются заданием.

2.2. Релейная защита понижающих трансформаторов

На тяговых подстанциях устанавливаются двухобмоточные или трехобмоточные понижающие (силовые) трансформаторы напряжением

110 – 220/38,5/27,5 (11) кВ и мощностью от 10 до 63 МВ·А.

Типы защиты, применяемой на трансформаторах различной мощности, регламентируются правилами устройства электроустановок (ПУЭ). На пони-

10

жающих трехобмоточных трансформаторах тяговых подстанций устанавливаются следующие типы защиты:

от повреждений внутри бака трансформатора и недопустимого понижения уровня масла – двухступенчатая газовая защита;

от короткого замыкания внутри обмоток и на их выходах – продольная дифференциальная защита;

от внешнего короткого замыкания для резервирования продольной дифференциальной и газовой защиты – максимальная токовая защита (МТЗ) с независимой выдержкой времени в трехфазном трехрелейном исполнении со стороны 110 – 220 кВ (в случае недостаточной чувствительности защита дополняется блокировкой минимального напряжения);

от короткого замыкания на шинах 27,5 (11) кВ, обеспечивающих питание электрической тяги, и для резервирования защиты фидеров 27,5 кВ контактной сети или выпрямленных агрегатов – МТЗ в двухфазном двухрелейном исполнении со стороны 27,5 (11) кВ. Защита действует с выдержкой времени на отключение секционного выключателя шин 27,5 (11) кВ, если он есть, и с большей (на ступень селективности) выдержкой времени – на отключение выключателя ввода 27,5 (11) кВ;

от короткого замыкания на шинах 38,5 (11) кВ районной нагрузки и для резервирования защиты отходящих фидеров – МТЗ в двухфазном двухрелейном исполнении со стороны 38,5 (11) кВ. Защита действует на отключение секционного выключателя шин 38,5 (11) кВ, если он есть, и с большей (на ступень селективности) выдержкой времени – на отключение выключателя ввода 38,5 (11) кВ. Допускается не устанавливать эту защиту в случаях, если МТЗ стороны 110 – 220 кВ имеет достаточную чувствительность к короткому замыканию на шинах 38,5 (11) кВ районной нагрузки. При этом МТЗ стороны 110 – 220 кВ выполняется с двумя реле времени, контакты одного из которых вводятся в цепи отключения секционного выключателя и выключателя ввода

38,5 (11) кВ;

от перегрузок – МТЗ в однофазном исполнении со стороны 110 – 220 кВ и со стороны обмоток среднего и низкого напряжения, если они не рассчитаны на полную мощность трансформатора.

На трансформаторах промежуточных отпаечных и транзитных тяговых подстанций переменного тока дополнительно устанавливаются:

11

для устранения подпитки высоковольтных линий электропередач со стороны обмоток среднего и низкого напряжения при коротких междуфазных замыканиях – максимальная токовая направленная защита (МТНЗ) без выдержки времени со стороны 110 – 220 кВ;

от коротких однофазных замыканий на питающих линиях электропередачи – максимальная токовая защита нулевой последовательности с независимой выдержкой времени.

Последние две защиты устанавливаются также и на понижающих трансформаторах тяговых подстанций постоянного тока, если одна из обмоток (38,5 или 11 кВ) может получать питание от другого независимого источника.

Для контроля температуры верхних слоев масла трансформатора устанавливаются термосигнализаторы.

Все понижающие трансформаторы с первичным напряжением 110 – 220 кВ оборудуются дутьевым охлаждением. Дутьевая установка включается контактом термосигнализатора при температуре масла выше +55°С и контактом токового реле при нагрузке трансформатора по току выше 70 % от номинальной.

Принципиальная схема релейной защиты понижающего трансформатора промежуточной отпаечной тяговой подстанции переменного тока представлена на рис. 2.1.

2.3. Релейная защита трансформаторов собственных нужд

На тяговых подстанциях устанавливаются два трансформатора собственных нужд мощностью 100 – 400 кВ·А, один из которых – рабочий, второй – резервный.

На трансформаторах такой мощности принято устанавливать следующие типы защиты:

от внутренних повреждений – токовую отсечку без выдержки времени; от коротких внешних замыканий – максимальную токовую защиту с вы-

держкой времени; от перегрузок – максимальную токовую защиту.

12

13

Рис. 2.1. Принципиальная схема релейной защиты понижающего трансформатора тяговой подстанции переменного тока (отпаечной)

14

теля поста секционирования. При коротком замыкании (снижении напряжения на шинах подстанции), близком к подстанции, НДЗ1 автоматически переводится в режим токовой отсечки;

ускоренную токовую отсечку (УТО), предназначенную для уменьшения вероятности пережога контактных проводов при близком коротком замыкании. Собственное время срабатывания УТО при Iк/Iс.з = 1,2 составляет не более 30 мс, а при Iк/Ic.з ≥ 2 – не более 10 мс (Iк – ток короткого замыкания, Iс.з – ток срабатывания защиты).

Вторая ступень защиты фидера подстанции включает дистанционную направленную защиту (НДЗ2) с выдержкой времени от 0,3 до 0,5 с и характеристикой срабатывания, приведенной на рис. 2.2, а.

НДЗ2 предназначена для резервирования защиты первой ступени (НДЗ1 и УТО) и резервирования устройств ТБ при коротком замыкании вблизи поста секционирования.

При выводе в ремонт поста секционирования НДЗ2 становится основной защитой и выдержка времени должна выводиться из действия.

Характеристика срабатывания четвертой ступени направленной дистанционной защиты приведена на рис. 2.2, б.

а б

Рис. 2.2. Характеристики микропроцессорной релейной защиты фидеров контактной сети 27,5 кВ тяговых подстанций и постов секционирования:

а– зоны срабатывания первой, второй и третьей ступеней;

б– зона срабатывания четвертой ступени

15

На отключение выключателей всех фидеров 27,5 кВ контактной сети тяговой подстанции воздействует также защита минимального напряжения с выдержкой времени от 1 до 2 с, которая срабатывает при коротком замыкании на сборных шинах 27,5 кВ и питающих ЛЭП 110 – 220 кВ.

На фидерах поста секционирования применяется двухступенчатая дистанционная электронная защита, дополненная ускоренной токовой отсечкой.

Первая ступень защиты фидера поста секционирования включает в себя: направленную дистанционную защиту без выдержки времени (НДЗ1с)

(на подстанции это была защита НДЗ2), которая предназначена для отключения выключателя фидера поста секционирования при коротком замыкании в пределах от 0,8 до 0,85 длины фидерной зоны «пост секционирования – подстанция» и для подачи по ТБ команды на отключение выключателя соответствующего фидера подстанции. Характеристика срабатывания НДЗ1с представлена на рис. 2.2, а. НДЗ1с имеет «мертвую зону» вблизи поста секционирования, обусловленную низким напряжением на шинах данного поста, недостаточным для срабатывания реле при коротком замыкании в пределах этой зоны. Длина «мертвой зоны» не превышает 1 км;

ускоренную токовую отсечку (УТО), которая предназначена для тех же целей, что и на подстанции. Кроме того, УТО фидера поста секционирования является основной защитой при коротком замыкании в пределах «мертвой зоны» защиты НДЗ1с.

Вторая ступень защиты фидера поста секционирования включает в себя дистанционную ненаправленную защиту (НДЗ2с) с выдержкой времени от 0,3 до 0,5 с (на подстанции это была защита НДЗ1).

НДЗ2с предназначена:

для обеспечения защиты в той части фидерной зоны «пост секционирования – подстанция», где защита первой ступени не работает, и при отказе или выводе из действия ТБ;

для резервирования защиты первой ступени фидера поста секционирования и ТБ.

При снижении напряжения на шинах поста секционирования (например, при коротком замыкании вблизи поста секционирования на любой из фидерных зон) НДЗ2с автоматически переводится в режим токовой отсечки без выдержки времени, при этом она перекрывает «мертвую зону» защиты НДЗ1с.

16

Газовая защита трансформатора с действием первой ступени на сигнал (при слабых газообразованиях и понижении уровня масла), второй ступени – на отключение (при интенсивном газообразовании).

Максимальная токовая защита обратной последовательности с выдержкой времени 1 – 2 с от замыкания на землю одной фазы ошиновки от трансформатора до преобразователя. При некоторых схемах включения выпрямительных агрегатов и таком повреждении ток не достигает значения, опасного для трансформатора или выпрямителя, однако, при этом на электрифицированных железных дорогах постоянного тока по рельсовым цепям протекают токи гармоник с частотами, кратными 50 Гц, что может в ряде случаев приводить к ложной работе железнодорожной сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ). Токовая защита обратной последовательности может не применяться, если имеются другие типы защиты, реагирующие на упомянутый вид повреждения.

Защита от замыкания на землю (на заземленные металлоконструкции в шкафах вентильных блоков, плюсовой и минусовой шин) на стороне выпрямленного напряжения преобразователя.

При установке преобразователя в помещении (в РУ-3,3 кВ) шкафы вентильных блоков, фланцы изоляторов, разъединителей, быстродействующих выключателей и другие устройства заземляют на внутренний контур заземления. При замыкании на землю в любой точке РУ-3,3 кВ срабатывает земляная защита 3,3 кВ, воздействующая на отключение всех преобразовательных агрегатов, быстродействующих выключателей и линейных разъединителей всех фидеров 3,3 кВ подстанции.

В случае установки преобразователей вне РУ-3,3 кВ соответствующие элементы каждого преобразователя через обмотку специального реле защиты от замыкания на землю заземляют на наружный контур заземления подстанции. При срабатывании этого реле защита воздействует на отключение только данного преобразователя.

Защита во всех случаях действует без выдержки времени и с постоянной блокировкой, исключающей возможность повторного включения в работу преобразователя устройствами автоматики или телеуправления без предварительного осмотра его и деблокировки защиты.

19