MV1962-Лабы

41

5.4. Загальні теоретичні відомості

Релейним захистом (РЗ) називається сукупність спеціальних пристроїв, що контролюють стан усіх елементів системи електропостачання і реагують на виникнення ушкоджень, або на ненормальний режим роботи основних елементів системи. При ушкодженнях, РЗ виявляє ушкоджену ділянку і відмикає її, діючи на комутаційний апарат, що знаходиться найближче до місця ушкодження з боку джерела жівлення. При ненормальних режимах, що не надають безпосередньої небезпеки для системи (перенавантаження, обрив оперативних ланцюгів і ін.), РЗ діє на сигнал. Тому основними вимогами до пристроів РЗ, що діють на вимикання, будуть: селективність, швидкодія, чутливість та надійність.

Основним елементом РЗ і інших пристроїв автоматики є реле різноманітних типів.

Реле – пороговий елемент, який контролює певний параметр певного процесу і змінює свій стан при значенні цього параметра, що перевищує значення установки реле.

Налічується дуже багато типів різноманітних реле, які діють за різноманітними принципами, але найбільше розповсюдження одержали електричні реле (реле струму, напруги, потужності і т. ін.).

Електричне реле – це комутаційний апарат, який реагує на зміну контрольованого параметра (електричний сигнал) і робить необхідні оперативні зміни вторинних кіл електроустановки (спрацьовує). Кожне реле має орган, який сприймає зміну параметра, що контролюється, і виконавчий орган для виконання передбаченої схемою дії.

За характером реагування розрізняють максимальні і мінімальні реле. Максимальні реле спрацьовують при зростанні контрольованого параметра до величини, яка перебільшує значення уставки реле (реле струму), мінімальні – при зниженні цього параметра до величини, яка менша його уставки (реле напруги).

За способом вмикання до ланцюга, що захищається, розрізнюють реле первинні і вторинні. Первинні вмикаються безпосередньо у головний електричний ланцюг, а вторинні

–через вимірювальні перетворювачі (трансформатори струму і напруги).

Узалежності від засобу впливу на комутаційний аппарат розрізняють реле прямої і непрямої дії. Реле прямої дії вмонтовують у привод вимикача, і його рухлива система механічно пов’язана з системою привода, що розчіплює механізм приводу вимикача (у реле відсутні власні контакти). Реле непрямої дії за допомогою власних контактів управляє ланцюгом електромагнітного відмикання вимикача.

За призначенням розрізняють реле: основні, допоміжні і сигнальні.

Вексплуатації застосовуються електричні реле з контактами, що замика-ються при його спрацьовуванні (нормально розімкнені) або розмикаються (нор-мально замкнені), а також безконтактні реле на елементах мікроелектроніки.

За призначенням електричні реле розділяються на реле управління і реле захисту. Серед останніх найбільш поширені електромагнітні, індукційні та електромеханічні реле непрямої дії.

Величина контролюємого параметра, при якій реле замикає або розмикає свої контакти, називається струмом (або напругою) спрацьовування. Вона відрізняється від величини уставки струму (напруги) реле.

Відношення струму (напруги) відпускання реле до струму його спрацьо-вування називається коефіцієнтом повернення реле. Для електромагнітних реле його величина коливається у межах 0.7 ...0.9 в. о.

Струм реле, які вмикаються через трансформатори струму, може відріз-нятися від величини вторинного струму таких трансформаторів. Це залежить від схеми сполучення

42

трансформаторів струму і реле. При цьому розрізняють схеми повної і неповної зірки і схему неповного трикутника (реле вмикається на різницю струмів двох фаз).

Відношення струму реле до струму вторинної обмотки трансформатора струму називається коефіцієнтом схеми.

На рисунку 5.2 наведено схему релейного захисту двоступеневої радіальної мережі. Селективність РЗ – це така спроможність дії захисту, при якій забезпечується

вимикання тільки ушкодженого елемента системи. Так, для схеми рисунка 5.2 селективність дії захисту полягає у тому, що при короткому замиканні (КЗ) у точці КІ вимикається тільки вимикач QІ, а при КЗ у точці 2-вимикач Q2.

Рисунок 5.2-Струмовий захист двоступеневої радіальної мережі

Очевидно, що ушкоджений елемент системи бажано вимкнути якнайшвидше. Однак швидкість вимикання обмежена власним часом дії релейного захисту та вимикача, а також вимогою забезпечення селективної дії захисту. У загальному випадку час вимикання.

де tС . Р . З . - власний час релейного захисту, с; tЗ

tВ . В .

Для релейного захисту, що діє без витримки часу, в залежності від типів сучасних реле і вимикачів час вимикання дорівнює 0.06...0.24 с.Таким чином, сучасний релейний захист дозволяє вимкнути КЗ в електичних мережах на протязі часу 3 ...12 періодів струму частотою 50 Гц.

Розрізнюють релейний захист з абсолютною та відносною селективністю. Перший спрацьовує тільки при ушкодженні на відрізку, що захищається.Тому він не має витримки часу. Другий може селективно працювати в якості резервного захисту при пошкодженні на суміжних елементах: він, за звичаєм, має витримку часу.

Релейний захист повинен бути достатньо чутливим до пошкодження на елементі енергосистеми, який він захищає, а у ряді випадків – також до пошкоджень на суміжних елементах. При цьому забезпечується резервування дії конкретного захисту у випадку його відмови за рахунок іншого захисту. Так, наприклад, якщо при КЗ у точці К2 (рисунок 5.2) відмовить основний захист АК2, то захист АК1 повинен бути чутливим до струму К3 у точці К2 і вимкнути вимикач Q1.

Релейний захист характеризується двома параметрами – струмом спрацьовування і витримкою часу.

Струм спрацьовування захисту визначається за виразом

44

Рисунок 5.3 – Струмовий захист лінії з одностороннім живленням:

а – пояснювальна схема; б – принципова схема на постійному оперативному струмі

Порівняно з максимальним струмовим захистом із незалежною витримкою часу максимальний струмовий захист з залежною витримкою часу має меншу кількість реле і принципово менші витримки часу поблизу джерела живлення, але він значно складніший при його настроюванні.

Якщо у схемі рисунка 5.3 замість реле струму РТ-40 застосувати індукційне реле струму типу РТ-80, яке має два органи – індукційний та електромагнітний, то захист буде мати назву „максимальний струмовий захист із обмежено залеж-ною витримкою часу”. При цьому відпадає необхідність у застосуванні реле часу КТ і схема дещо спрощується.

Струм спрацьовування індукційної частини такого захисту (МСЗ) визначається за виразом (5.6) і з урахуванням особливостей реле РТ-80 приймається Δt = 0.44 ... 0.7 с.

Струм спрацьовування електромагнітної частини реле РТ-80 (струмова відсічка) визначається за виразом (5.8).

Вимоги надійності роботи релейного захисту як властивість виконувати свої функції, зберігаючи експлуатаційні показники у заданих мережах в течії заданого проміжку часу, зводиться по суті до того, щоб захист надійно спрацьовував у тих випадках, коли він повинен працювати, і надійно не спрацьовував в інших випадках. Чим простіша схема захисту, менша кількість реле і контактів у схемі, чим краща якість реле і якість монтажу вторинних кіл, тим надійніша робота захисту в цілому. Якщо на один і той же вимикач діє декілька незалежних захистів, то надійність спрацьовування збільшується, а надійність неспрацьовування зменшується.

Властивість надійності функціонування схем релейного захисту охоплює властивість надійності спрацьовування при внутрішніх КЗ (у захищаємій зоні) і надійність неспрацьовування при зовнішніх КЗ (за межами захищаємої зони) і при відсутності КЗ.

5.5.Зміст звіту про роботу

5.5.1Привести принципові схеми МСЗ з незалежною і залежною витримкою часу.

5.5.2За даними вимірювань у моделі визначити величину струму КЗ, побудувати залежність цього струму від його місця, а також визначити струм максимального навантаження елементів реальної схеми.

5.5.3Визначити струм спрацьовування захисту (МСЗ і струмової відсічки) АК1, АК2, АК3, вважаючи, що АК1 і АК2 виконано за допомогою струмових реле РТ – 40, а АК3 – за

45

допомогою реле типу РТ – 80. Визначити коефіцієнти чутливості МСЗ при КЗ у кінці захищаємої та суміжної зони.

5.5.4 Дати стислий аналіз роботи схем МСЗ і струмової відсічки при КЗ у різноманітних точках мережі. Привести схему електричної мережі і показати зони дії захистів.

Контрольні запитання

1 Призначення релейного захисту і основні вимоги до нього.

2 Призначення реле і їх класифікація.

3 Опишіть конструкцію і призначення реле РТ – 40.

4 Опишіть конструкцію і призначення реле РТ – 80.

5 Опишіть конструкцію і призначення проміжного реле.

6 Опишіть конструкцію і призначення сигнального реле.

7 Як відрізнити реле струму від реле напруги?

8 Опишіть конструкцію і призначення реле витримки часу.

9 Призначення, область застосування, переваги та хиби МСЗ.

10 Як визначити струм спрацьовування МСЗ?

11 Призначення, область застосування, переваги і недоліки струмової відсічки (неселективної і селективної).

12 Як визначити струм спрацьовування струмової відсічки?

13 Як перевірити чутливість МСЗ і струмової відсічки?

14 Що таке селективність дії захисту і як вона забезпечується?

46

Лабораторна робота №6

ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОТИ РЕЛЕЙНОГО ЗАХИСТУ І ПРИСТРОЇВ АВТОМАТИКИ ДВОТРАНСФОРМАТОРНИХ ПІДСТАНЦІЙ

Мета роботи – ознайомлення з типами двотрансформаторних підстанцій з видом релейного захисту і автоматичних пристроїв, що застосовуються на них, а також засвоєння їхнього зв’язку з апаратами первинних кіл, які діють при аварійних і ненормальних режимах роботи цих підстанцій.

6.1.Програма роботи

6.1.1Ознайомитися зі схемами первинних з’єднань двотрансформаторних підстанцій, з типами і схемами релейного захисту (РЗ) силових трансформаторів і ліній електропередачі 6 – 10 кВ, що відходять від таких підстанцій, зі схемами автоматичного вмикання резерву (АВР) та автоматичного повторного вмикання (АПВ), які широко застосовуються на них.

6.1.2Вивчити порядок дії релейного захисту і автоматики (РзіА) на комутаційні апарати первинних кіл підстанцій при КЗ у різних точках схеми підстанції з відділювачами (QR) і короткозамикачами (QN) [1, с. 251-260, 303-316, 340-346; 3, с. 252-261, 313-326, 356-362, 168-180, 285-302, 345-350].

6.2.Лабораторне обладнання

Лабораторна робота виконується за допомогою спеціального лабораторного стенда, мнемонічна схема мозаїчного типу якого набрана з окремих пластмасових елементів стандартного виду, що використовуються на диспетчерських пунктах систем електропостачання різного рівня.

Елементи, які імітують вимикачі, оснащені сигнальною лампою і тумблером з розімкнутими і зімкнутими контактами, що дозволяє управляти реальними апаратами з диспетчерського щита (панелі стенда).

Елементи, які імітують роз’єднувачі, можуть бути встановлені вручну в те положення, яке вони займають у даний момент у реальній схемі.

Ввімкнений стан вимикачів, відділювача і транзитних ліній фіксується сигнальними лампами з білою лінзою, ввімкнення короткозамикача – сигнальною лампою з червоною лінзою. Спрацьовування релейного захисту і пристроїв автоматики сигналізується підсвічуванням відповідних елементів мозаїчного панно стенда.

За допомогою перемикачів SA1 …SA3 імітуються КЗ у електричній схемі підстанції, тумблерами SAC1 і SAC2 – відмови релейних захистів, а кнопка SB служить для повернення пристрою АПВ у вихідне положення.

Лабораторна установка дозволяє моделювати ряд ненормальних і аварійних режимів, які можуть виникнути при експлуатації двотрансформаторних підстанцій, як – от:

-утрата живлення з боку транзитних ліній W1 і W2;

-утрата живлення при помилковому або аварійному відключенні вимикачів Q3, Q4, від РЗ;

-КЗ у трансформаторі Т1, на збірних шинах (ЗШ) 1 секції або на лінії W5, яка відходить від підстанції;

-відмова диференційного захисту (ДЗ) трансформатора Т1 і максимального струмового захисту лінії W5.

47

6.3.Методика виконання роботи

6.3.1За дозволом керівника занять подати напругу на лабораторну установку вмиканням штепсельної вилки і автомата на лабораторному щитку.

6.3.2Перевіривши, що усі вимикачі ввімкнені, ручки перемикачів SA1 …SA3 займають вертикальне положення, а тумблери відмов захисту SAC1, SAC2 підняті доверху, натисканням кнопки „ПУСК” подати напруги на схему лабораторної установки. При цьому повинні загорітися сигнальні лампи з білою лінзою лінії W1 і W2, відділювача QR1 і усіх вимикачів, крім секційного, який повинен бути вимкнений і знаходитися у положенні готовності до вмикання.

6.3.3Вивчити роботу пристрою АВР секційного вимикача QB, виконавши такі операції: - знеструмити споживачів і секції ЗШ, імітуючи помилкове вимикання вимикача Q3 за

допомогою його тумблера. Пояснити роботу схеми АВР. Вимикач Q3 повернути у вихідне положення;

- імітувати зникнення напруги з боку лінії W1, яка живить підстанцію, вимкнувши вимикач Q1. Пояснити роботу АВР. Вимикач Q1 повернути у вихідне положення;

- повторити операції попереднього пункту, знявши спершу напругу з

секції 2 ЗШ вимикачам Q4 або Q2. Пояснити роботу схеми. Всі вимикачі повернути у вихідне положення.

6.3.4 Вивчити роботу релейного захисту лінії W5, що відходить від секції 1 СШ секційного вимикача QB і пристрою АВР, виконати наступне:

- перемикачем SA3 здійснити К3 на лінії W5 (К3). Пояснити роботу схеми. Перемикач SA3 повернути у вихідне положення;

- перемикачем SA2 здійснити К3 на секції 1 ЗШ (К2). Пояснити роботу схеми. Повернути SA2 у вихідне положення;

- тумблером SAC2 імітувати відмову захисту лінії W5 і повторити операції першого пункту. Пояснити роботу схеми. Повернути SAC2 у вихідне положення.

6.3.5 Вивчити послідовність роботи захисту трансформатора Т1, короткозамикача QN1, вимикача Q1, відділювача QR1 і пристрою АПВ на лінії W1, виконавши такі операції:

- перемикачем SA1 здійснити К3 у трансформаторі Т1 (К1). Простежити і пояснити порядок роботи елементів схеми, причину відновлення напруги на лінії W1 і першої секції ЗШ підстанції. Повернути SA1 у вихідне положення. Натисканням кнопки SB повернути у вихідне положення пристрій АПВ вимикача Q1;

- тумблером SAC1 імітувати відмову диференційного захисту трансформатора Т1 і повторити операції попереднього пункту. Пояснити роботу схеми. Повернути SAC1 і SA1 у вихідне положення. Натиснути кнопку SB для повернення пристрою АПВ у вихідне положення. Відімкнути стенд, натиснувши „СТОП” у нижній лівій частині панелі.

6.4. Загальні теоретичні відомості

Системні (районні) та головні понижуючі підстанції (ГПП) потужних споживачів електроенергії устатковані такими видами РЗ і А:

6.4.1 Захист силових трансформаторів:

- повздовжній диференційний захист (ДЗ) від міжфазних КЗ і замикань на землю в межах зони, обмеженої трансформаторами струму з боку високої (ВН) і низької напруги (НН) з дією на відмикання трансформатора без витримки часу;

48

- газовий захист (ГЗ) від міжвиткових і міжфазних КЗ і замикань на землю з дією на сигнал або на відмикання при буремному газоутворенні і при витіканні масла з бака;

- максимальний струмовий захист (МСЗ) від понадстумів при зовнішніх КЗ (на боці НН), який діє на вимикання з витримкою часу на ступінь вище, ніж МС3 попереднього елемента з боку НН;

- захист від перенавантажень, який відстроюється від максимального робочого струму і дії на сигнал, або як резервний на вимикання з витримкою на ступінь вище, ніж для МС3.

Для цих видів захисту на комутаційні апарати двотрансформаторної відгалужувальної підстанції з відділювачами і короткозамикачами на боці 110 кВ і вище показана на рисунку 6.1, а.

При цьому відомо, що диференційний захист – основний захист трансформатора, який побудовано за допомогою реле КА2, що вмикається на геометричну різницю вторинних

струмів трансформаторів струму ТА1 ( i21 ) і ТА2 ( i22 ), яка при зовнішніх КЗ (точка К2)

близька до нуля, завдяки відповідному підбору коефіцієнтів трансформації трансформаторів струму та схем їх сполучення з реле. Цей захист діє тільки при К3 в зоні, яка обмежена

трансформаторами струму ТА1 і ТА2 (точка К1), коли струм i22 відсутній і реле КА2 обтікається тільки лише струмом i21 . Захист діє на вмикання короткозаземлювача QN1 і

вимикання відділювача QR1 під час безструмової паузи, що призводить до вимикання трансформатора Т1. Замість короткозамикача і відділювача може бути застосований вимикач, який буде вимикатися диференційним захистом.

Максимальний струмовий захист від понадструмів побудовано за допомогою реле КА1 на боці НН і за допомогою реле КА3 на боці ВН трансформатора. При цьому останній має витримку часу на ступінь вищу, ніж на боці НН. При К3 на боці НН (К2) працює захист із реле КА1, вимикаючи вимикач Q3. При відмові цього захисту або при відмові диференційного захисту спрацьовує максимальний струмовий захист на боці ВН з реле КА3, який діє на вмикання короткозамикача QN1 і вимикання трансформатора Т1 у подальшому за допомогою відділювача QR1 у безструмову паузу.

6.4.2 Вимикання трансформатора за допомогою короткозамикача і відділювача

Після виникнення сигналу від релейного захисту трансформатора Т1 утворюється імпульс, який вимикає вимикач Q3 і вмикає короткозамикач QN1, що створює металеве К3 на лінії W3, яка живить споживача, зі струмом, достатнім для спрацьовування релейного захисту вимикача Q1.

При протіканні струму К3 через трансформатор струму TAN спрацьовує спеціальне блокуюче реле KBR, яке вмонтовано в пружинний привод від-ділювача QR1. Своїм якорем воно виводить з дії постійну заскочку пружини привода і утримує останню у зведеному стані. Після вимикання вимикача Q1 його релейним захистом струм через короткозамикач і реле KBR припиняється. Пружина приводу відділювача QR1 вивільнюється і останній вимикається у безструмову паузу.

Оскільки від транзитної лінії W1 одержують живлення багато інших споживачів, то напруга на ній відновлюється пристроєм АПВ, який з витримкою часу, достатньою для вимикання вказаного відділювача, знову вмикає вимикач Q1 на системній підстанції.

49

Рисунок 6.1 – Принципові схеми релейного захисту і пристроїв автоматики двотрансформаторної підстанції з відділювачами і короткозамикачами:

а – пояснювальна схема; б – схема АПВ; в – пускова схема АВР; г – схема управління секційного вимикача з пристроєм АВР

6.4.3 Робота пристрою АПВ транзитної лінії W1

До пристрою АПВ висунути такі вимоги: воно не повинно діяти при вимиканні вимикача лінії персоналом; повинно мати блокування від багато разового повторного вмикання на неліквідоване КЗ; повинно автоматично повертатися у вихідне положення.

Принцип роботи пристрою АПВ можна проілюструвати для однієї з простійших схем одноразового АПВ на вимикачеві із пружним приводом (рисунок 6.1,6).

При появі імпульсу від релейного захисту вимикач Q1 вимикається електромагнітом вимикання YAT1. Допоміжні контакти аварійного вимикання вимикача Q1.5 залишаються замкнутими, і реле часу КТ1 одержує живлення через контакт вимикача Q1.3, що замкнувся.

50

Контакти реле КТ1 замикаються з витримкою часу, подаючи живлення на котушку сигнального реле КН1 і електромагніт вмикання YAC1 через замкнені контакти готовності приводу Q1.6 і Q1.1. Вимикач Q1 вмикається.

Якщо релейний захист знову вимкне вимикач Q1, то котушка вмикання YAC1 не одержить живлення, тому що ланцюг живлення буде розімкнуто або контактом реле КТ1 з затримкою, або розімкненим контактом Q1.4, який не дозволяє двигуну М завести пружину приводу. Ефективність одноразового АПВ досягає 60 ... 70%. Доцільно застосовувати АПВ не більш ніж триразової дії.

6.4.4 Робота пристрою АВР на секційному вимикачеві підстанції

До пристрою АВР висуваються такі вимоги: він повинен спрацьовувати при втраті живлення від основного джерела за будь-яких обставин, крім короткочасного зникнення напруги з боку лінії, що живить споживача, пов’язаного з роботою АПВ; повинен підмикати резервне живлення тількі після вимикання основного; не повинен діяти при відсутності напруги на резервному джерелі живлення.

Відповідно до цих вимог пуск пристрою АВР на секційному вимикачеві QB відбувається у такий спосіб (рисунок 6.1, в).

При зникненні напруги (глибокий його посадці при КЗ) на секції В1 ЗШ 6 – 10 кВ реле мінімальної напруги KV1 і KV2 втрачають живлення і замикають свої контакти у ланцюзі котушки реле часу КТ2. Останнє з витримкою часу (для відстройки від короткочасної перерви живлення) вмикає проміжне реле KL1, яке своїм контактом подає живлення на електромагніт вимикання вимикача Q3 YAT3. Вимикач Q3 вимикається.

При цьому у схемі контролю напруги використані два реле мінімальної напруги для того, щоб виключити можливість помилкового спрацьовування пристою АВР при перегорянні запобіжників первинної обмотки трансформатора напруги TV.

При вимиканні вимикача Q3 замикається його допоміжний контакт Q3.3 у ланцюзі електромагніту вмикання YACB секційного вимикача QB. Очевидно, що цей електромагніт зможе одержати живлення тільки лише при замкнутих контактах реле напруги KV3 і KV4 (при наявності напруги на секції В2 ЗШ), при замкнутих контактах готовності приводу QB.6 секційного вимикача і замкнутому контакті блокувального реле KВ.

Одноразовість дії АВР забезпечується тим, що при вимиканні вимикача Q3 або Q4 реле блокування КВ втрачає живлення і з витримкою часу розмикає свій контакт, не дозволяючи повторно ввімкнути секційний вимикач QB, якщо його буде вимкнено його ж максимальним струмовим захистом при стійкому КЗ на ЗШ (К2).

6.5.Зміст звіту про роботу

6.5.1Привести спрощену однолінійну схему двотрансформаторної підстанції з відділювачами і короткозамикачами, показати на ній місце установки релейного захисту і пристроїв автоматики.

6.5.2Описати послідовність роботи захисту, пристроїв автоматики та комутаційних апаратів при аварійному вимиканні трансформатора.

6.5.3Привести схему пристрою АПВ і пояснити її роботу.

6.5.4Привести схему пристрою АВР на секційному вимикачеві і пояснити її роботу.