лекции

48

I(K3) - ток трехфазного КЗ, протекающий через трансформатор. Вторичный относительный ток срабатывания отсечки.

4.9.ТИПЫ КОМПЛЕКТНЫХ СТРОЙСТВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТОРОВ

Электротехническая промышленность России серийно выпускает следующие виды реле и комплектных устройств для защиты трансформаторов:

•реле тока типа РТ-40/Р для применения в схемах УРОВ;

•реле тока типа РТ-40/Ф со встроенным фильтром основной частоты ;

•реле тока типа РТЗ-51 для применения в схемах защит от замыканий на землю;

•реле тока обратной последовательности типов РТФ-8 и РТФ-9 (взамен РТФ-7) для защиты генераторов и трансформаторов при несимметричных КЗ и перегрузке токами обратной последовательности;

•реле дифференциальные типов РНТ-565, РНТ-566 с промежуточным насыщающимся трансформатором для дифференциальных защит;

•реле дифференциальные типа ДЗТ-11 с промежуточным насыщающимся трансформатором с магнитным торможением для дифференциальных защит;

•реле напряжения типов РН-53(153) и РН-54(154) для использования в качестве измерительных органов, реагирующих на повышение (РН-53) и понижение (РН-54) напряжения;

•реле напряжения типа РНН-57 со встроенным фильтром основной частоты;

•реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М;

•блок-реле типа КИВ-500Р входящим в состав устройства контроля состояния изоляции высоковольтных вводов напряжением 500 кВ;

•блоки электрические типов БЭ 1101, БЭ 1102, БЭ 1103 для использования

взащитах генераторов энергоблоков:

•БЭ 1101 — для защиты генераторов при несимметричных КЗ и пе-

48

49

1102 — для защиты ротора генератора от перегрузки током возбуждения;

•БЭ 1103 — для защиты генератора от симметричных перегрузок обмотки статора;

•блоки электрические типов БЭ 1104, БЭ 1105 для защиты цепей возбуждения генераторов от замыкания на землю в одной точке;

•БЭ 1104 — блок контроля сопротивления изоляции; БЭ 1105 — блок частотного фильтра;

•блок типа БРЭ 1301 для защиты генераторов от замыкания на землю в обмотке статора генераторов энергоблоков, при этом:

•блок исполнения БРЭ 1301.01 (ЗЗГ-11) предназначен для энергоблоков,

внейтрали обмотки статора которых установлен трансформатор напряжения или дугогасящий реактор; блок исполнения БРЭ 1301.02 (ЗЗГ-12) предназначен для энергоблоков с изолированной нейтралью;

•блоки реле сопротивления типа БРЭ 2801 для использования в качестве пусковых или измерительных дистанционных органов в защитах генераторов при междуфазных КЗ и асинхронного хода;

•реле токовые типа РСТ-15 для использования в дифференциальных защитах генераторов небольшой мощности .

РАЗДЕЛ 5. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА СБОРНЫХ ШИН, ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И СИНХРОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ

5.1. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА СБОРНЫХ ШИН

Опыт эксплуатации показывает, что несмотря на благополучные условия для надзора и ухода за элементами распределительных устройств подстанций повреждения на их шинах все же имеет место. К числу причин КЗ на шинах можно отнести: перекрытие шинных изоляторов и вводов выключателей; повреждение ТН и установленных между шинами и выключателями; повреждение ТТ; поломка изоляторов разъединителей и воздушных выключателей во время операций; ошибки обслуживающего персонала.

Для отключения КЗ применяют соответствующие защиты. В качестве таких защит на силовых трансформаторах применяются защиты от внешних КЗ, а на ЛЭП – МТЗ и ДЗ, однако эти защиты в основном выполняются с выдержками времени, а по условиям устойчивости в сети 110-500кВ необходи-

49

50

мо мгновенное отключение многофазных КЗ на шинах. Поэтому существует необходимость применения специальных защит.

Дифференциальная защита шин

Рис. 5.1. Схема поперечной дифференциальной защиты шин

Дифференциальная защита шин основана на том же принципе, что и дифференциальная защита трансформаторов, т.е. на сравнении величины и фазы токов.

На присоединениях устанавливаются ТТ с одинаковыми коэффициентами трансформации. Реле КА1 включено на сумму всех присоединений, так чтобы при первичных токах, направленных к шинам в нем проходил ток Iр=∑Iприс, тогда при внешнем КЗ ∑Iприс=0:

С учетом тока намагничивания:

геометрической разности токов Iнам . Ток срабатывания выбирается так, чтобы защита была отстроена от этих токов небаланса: Iср>Iнбmax.

При КЗ на шинах ток в реле:

I р = I1 + I2 n+Т I3 + I4 = InкТ.з.

При КЗ на шинах дифференциальная защита реагирует на полный ток КЗ, при условии, что Iкз>Iсз

В нормальном режиме часть токи в некоторых присоединениях могут быть направлены к шинам, а другие от шин: ΣIприх = ΣI уход

50

51

I р = Σ Iприх −Σ I уход = 0

nТ nТ

Для повышения надежности работы дифференциальной защиты шин применяются следующие мероприятия:

1. Уменьшение тока небаланса

Е2

Е24

Е23

Е21

Iнам

Ток намагничивания ТТ зависит от Е2: чем больше Iкз, тем больше Е2 и тем больше Iнам.

Для уменьшения тока намагничивания нужно обеспечит условия, при которых все ТТ при внешних КЗ работают в ненасыщенной части характеристики. Для этого необходимо:

•однотипные ТТ класса Р(Д);

•уменьшение кратности Iкз к Iном;

•уменьшение нагрузки на ТТ;

•уменьшение сопротивления соединительных проводов (за счет увеличения сечения проводов сокращения длины, увеличения сечения);

•уменьшение вторичных токов (применением ТТ с Iном=1А).

2.Отстройка дифференциального реле от токов небаланса

Внеустановившемся режиме Iнб могут достигать больших значений за счет влияния апериодической составляющей тока КЗ. Для улучшения отстройки применяются реле с быстронасыщающимся ТТ.

3. Контроль за исправностью токовых цепей

Вслучае обрыва или шунтирования фазы вторичных цепей ТТ, ток не поступает в дифференциальное реле. В результате баланс токов в реле нарушается. Защита может неправильно сработать и погасить всю подстанцию, т.е. создать сложную аварию. Для исключения этого дифференциальное реле отстраивается от тока нагрузки наиболее загруженного присоединения. Кроме того устанавливается дополнительно чувствительное токовое реле (рис. 5.2) КА2, с выдержкой времени выводящее защиту из действия и подающая сигнал. Обрыв, ухудшение контакта в цепи какой-либо фазы или витковые замыкания в ТТ можно обнаружить и с помощью миллиамперметра. Нажимая кнопку, дежурный периодически измеряет ток небаланса, т.е. исправность токовых цепей.

51

52

+ Сигнал

Рис. 5.2. Схема проверки исправности дифференциальной защиты

Главное достоинство дифференциальной защиты шин – это быстрота, селективность и высокая чувствительность, недействие при перегрузке и при качаниях.

Неполная дифференциальная защита шин

На подстанциях с несколькими источниками питания и тупиковыми ЛЭП дифференциальное реле включается на сумму токов всех источников питания.

В нормальном режиме ток нагрузки не попадает в реле, токи в реле не

Рис. 5.3. Схема неполной дифференциальной защиты шин

балансируются, и в нем протекает остаточный ток равный току суммарной нагрузки всех линий. Защита не действует при Iнаг<Iкз.

Защита шин 6-10кВ

52

53

Рис. 5.4. Схема распределительного устройства 6-10кВ

При КЗ на секции сборных шин поврежденная секция обесточивается путем отключения питаемых элементов и QB. Реакторы применяются для ограничения тока КЗ при повреждениях на отходящих кабельных линиях. Для станций они способствуют поддерживанию остаточного напряжения на сборных шинах, что повышает устойчивость параллельно работы генераторов и надежность питания потребителей электропотребителей.

Принцип выполнения защиты шин 6-10кВ

На шинах могут возникать многофазные КЗ (перекрытие шинных изоляторов, вводов выключателей, измерительные ТТ и ТН, поломка изоляторов разъединителей при операциях с ними, ошибки дежурного персонала. Для отключения КЗ на сборных шинах 6-10кВ можно использовать установленные на генераторах и трансформаторах связи МТЗ с пуском по минимальному напряжению, токовую защиту обратной последовательности при двухфазных КЗ. Эти защиты в большинстве случаев выполняются с выдержкой времени 6-8с, что может привести к значительному увеличению повреждений на шинах и длительному понижению напряжения на секциях шин. В связи с этим применяется специальная защита, действующая на отключение всех присоединений питающих поврежденные шины.

Неполная ДЗШ. При неполной ДЗШ в нормальном режиме в реле протекает суммарный ток нагрузки потребителей отходящих линий 6-10кВ. В

53

54

случае повреждения на питающем элементе за ТТ она ведет себя как обычная ДЗШ, т.е. не действует при внешнем КЗ. ТТ для неполной ДЗШ 6-10кВ выбирают с одинаковыми коэффициентами трансформации, что исключает необходимость выравнивания вторичных токов на всех питающих элементах и

Рис. 5.5. Схема неполной дифференциальной защиты шин 6-10 кВ

повышает надежность защиты. В реле неполной ДЗШ 6-10кВ проходит ток равный геометрической сумме вторичных токов ТТ только питающих элементов и поэтому в реле протекает ток равный току суммарной нагрузки.

54

55

1-я ступень – ТО выполнена на РТ1, РТ2 без выдержки времени для отключения повреждений на сборных шинах и в начальных витках реакторов отходящих линий. Выключатели, установленные на линиях, не рассчитаны на отключение КЗ до реактора, и поэтому на линиях не устанавливают токовые отсечки мгновенного действия. Линии оборудованные только МТЗ с выдержкой времени: 1-я ступень действует на отключение трансформатора связи с системой и на отключение QВ; 2-я ступень – МТЗ с выдержкой времени выполнена на КА3, КА4 и реле времени КТ1 – предназначена для резервирования ТО защиты шин (1-я ступень).

5.2. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Релейная защита электродвигателей должна реагировать на внутренние повреждения и опасные ненормальные режимы. Релейную защиту следует выполнять простой и дешевой, но для электродвигателей мощностью более 2000кВт возможно применение сложных защит.

Особо ответственными являются электродвигатели механизмов собственных нужд, отключение которых из-за неправильного действия релейной защиты может вызвать нарушение нормальной работы электростанции. Поэтому защита электродвигателей ответственных механизмов электростанций должна отличаться большой надежностью.

Также большое значение имеет самозапуск электродвигателей, что часто происходит при КЗ и при автоматическом переключении двигателя (АВР). Защита электродвигателей должна обеспечить самозапуск, т.е. она не должна преждевременно отключать электродвигатели как при уменьшении напряжении, так и при его восстановлении.

Наиболее частыми повреждениями на двигателях являются:

1.многофазные КЗ в обмотке статора, приводящие к значительным повреждениям и снижению напряжения в точке подключения;

2.однофазные КЗ на землю;

3.в качестве ненормального режима рассматривают технологическую перегрузку;

4.для синхронных двигателей ненормальным режимом также является асинхронный режим.

Таким образом на высоковольтных двигателях устанавливают:

1.защита от многофазных КЗ в обмотках статора;

2.при величине тока однофазного КЗ более 5-10А устанавливается защита от однофазных КЗ;

3.защиту от перегрузки, в зависимости от условий действующую на сигнал, разгрузку приводного механизма или отключение электродвигателя.

Защита от многофазных КЗ

В качестве защиты применяется токовая отсечка, отстроенная от пусковых токов и токов самозапуска электродвигателей. При недостаточной

55

56

чувствительности ТО электродвигателей мощностью более 2000кВт, имеющих 6 выводов применяется дифференциальная токовая защита. На электродвигателях мощностью более 5000кВт применение дифференциальной защиты является обязательно. Электродвигатели Uном≤400В защищаются от КЗ предохранителями.

Для защиты целесообразно применять переменный оперативный ток с применением реле прямого действия, что упрощает вторичную коммутацию и позволяет сэкономить контрольный кабель на электростанциях (рис. 5.6) .

Для электродвигателей, подверженных перегрузке применяется схема релейной защиты, приведенная на рис. 5.6, а, для электродвигателей не подверженных перегрузке – рис. 5.6, б, если однолинейная схема защиты не обеспечивает чувствительности при двухфазном КЗ – рис. 5.6,в.

Токовая отсечка отстраивается в первый момент КЗ в сети и от пускового тока электродвигателя при полном напряжении питающей сети и выведенном пусковом сопротивлении в цепи ротора. Если в защите применяется реле РТ-40, то для отстройки от апериодической составляющей пускового тока дополнительно устанавливается промежуточное реле с tв=(0,04-0,06)сек.

Iс.з. = кнIкп.пуск

в

где Iп.пуск – периодический пусковой ток;

кн- коэффициент надежности, равный 1,2; кв- коэффициент возврата, равный 0,85.

Коэффициент чувствительности защиты определяется:

где Iк(.2з).min - ток металлического двухфазного КЗ на выводах двигателя при минимальной режиме работы питающей сети.

Защита от однофазных КЗ

Рис.5. 6. Схемы выполнения защит от многофазных КЗ двигателей

56

57

Защита от однофазных КЗ устанавливается на двигателях мощностью до 2000кВт при токе КЗ менее 10А и на двигателях мощностью более2000кВт при токе КЗ менее 5А. Защита выполняется с действием на отключение без выдержки времени с использованием ТНП, ТЗЛ. 2000кВт

57