Н.В. Чернобровов Релейная защита

резонансе, вызванном определенным сочетанием емкости линии и индуктивности шунтирующих реакторов.

Повышение напряжения вызывает увеличение магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора, вследствие чего происходит возрастание тока намагничивания и вихревых токов. Эти токи нагревают обмотку и сердечник трансформатора, что может привести к повреждению изоляции обмоток и «пожару железа» сердечника. Чем больше уровень повышения напряжения, тем меньше время tдоп, в течение которого оно допускается.

в) Особенности автотрансформаторов

Релейная защита трансформаторов и автотрансформаторов выполняется однотипно. Однако автотрансформаторы имеют некоторые особенности, которые необходимо учитывать при расчете, а в отдельных случаях и при выполнении их защит.

401

. .

рис. 16-17, б) ток Iобщ равен не разности, а сумме I 1 + I 2. Дпя исключения п е р е г р у з к и о б щ е й о б м о т к и (выбираемой по Sрасч), например, в режиме передачи мощности из обмотки 3 только на сторону

среднего напряжения номинальная мощность третьей обмотки принимается равной Sрасч автотрансформатора.

16-2. ЗАЩИТА ОТ СВЕРХТОКОВ ПРИ ВНЕШНИХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ

а) Общие положения

З а щ и т а от в н е ш н и х к. з. служит для отключения трансформатора при к. з. на сборных шинах или на отходящих от нее присоединениях (рис. 16-4), если защиты или выключатели этих элементов отказали в работе.

Одновременно защита от внешних к. з. используется и для защиты от повреждения в трансформаторе. Однако по условиям селективности защита от внешних к. з. должна иметь выдержку времени и, следовательно, не может быть быстродействующей. По этой причине в качестве основной защиты от повреждений в трансформаторах она используется лишь на маломощных трансформаторах. На трансформаторах, имеющих специальную защиту от внутренних повреждений, защита от внешних к. з. служит резервом к этой защите на случай ее отказа или вывода из работы.

Наиболее простой защитой от внешних к. з. является токовая максимальная защита. В тех случаях, когда ее чувствительность оказывается недостаточной, применяются более чувствительные токовые максимальные защиты с пуском (блокировкой) по напряжению или же токовые защиты обратной и нулевой последовательностей.

П о н и з и т е л ь н ы е трансформаторы, к которым относятся трансформаторы, питающие потребителей, в большинстве случаев защищаются с помощью максимальной защиты. При внешних к. з. по этим трансформаторам проходит ток к. з. от всех генераторов системы (рис. 16-4, а). Поэтому кратность тока к. з. получается обычно значительной и достаточной для действия максимальной защиты. При недостаточной чувствительности простой; максимальной защиты устанавливаются более чувствительные защиты: максимальная защита с пуском по напряжению и защита обратной последовательности. Возможно применение дистанционных защит, реагирующих на Z =f (φр).

П о в ы ш а ю щ и е трансформаторы, устанавливаемые на электростанциях, находятся в худших условиях.

Применение на этих трансформаторах максимальной токовой защиты в большинстве случаев оказывается невозможным из-за недостаточной чувствительности последней при к. з. на стороне высшего напряжения.

В этом случае величина тока к. з. Ik, проходящего через защиту (рис. 16-4, б), определяется мощностью генераторов электростанции, которая соизмерима с мощностью повысительного трансформатора, и поэтому кратность тока к. з. получается небольшой,

ачувствительность защиты — недостаточной.

Всвязи с этим для защиты повысительных трансформаторов от внешних к. з. применяются более чувствительные защиты: защита, реагирующая на ток обратной последовательности; токовая защита нулевой последовательности и максимальная защита с пуском по напряжению. В зарубежной практике применяются и дистанционные защиты.

б) Токовые максимальные защиты трансформаторов

Защита двухобмоточных понизительных трансформаторов. С х е м а подобной защиты трансформатора с о д н о с т о р о н н и м п и т а н и е м приведена на рис. 16-5. Защита устанавливается со стороны источника питания с тем, чтобы включить в ее зону действия сам трансформатор.

403

Для расширения зоны, действия максимальной токовой защиты трансформаторы тока располагаются у выключателя. На двухобмоточных трансформаторах с односторонним питанием (рис. 16-5) защита должна действовать на выключатель В1 со стороны, источника питания. Однако по соображениям надежности целесообразно воздействовать на оба выключателя: В1 и В2, с тем чтобы при внешних к. з. один выключатель резервировался вторым.

Схема соединений трансформаторов тока и реле максимальной токовой защиты должна обеспечивать работу защиты при всех возможных видах к; з. В сети с глухо-заземленной нейтралью защита выполняется по трехфазной схеме, а в сети с изолированной нейтралью— по схеме неполной звезды.

Схема с одним реле, включенным на разность токов двух фазу на трансформаторах с соединением обмоток; звезда— треугольник не рекомендуется к приме-

нению, так как защита в этом случае не действует при некоторых видах двухфазных к. з. на стороне треугольника (см. § 3-6, ж, рис. 3-17).

Схема неполной звезды но сравнению с трехфазной имеет меньшую чувствительность при к. з. за трансформатором с соединением обмоток звезда—треугольник. Так, например если защита установлена на фазах А и С звезды (рис. 16-6), то при к.з. между фазами α и b на стороне треугольника (рис. 16-6) в реле защиты протекает лишь половина полного тока к. з. Для повышения чувствительности защиты можно устанавливать третье реле в общем проводе трансформаторов тока, в котором (см. рис. 16-6) в этом случае проходит сумма токов поврежденных фаз:

Выбор уставок. Т о к с р а б а т ы в а н и я максимальной токовой защиты выбирается исходя из условия, что защита от к. з. не должна действовать при п е ре г р у з к а х, не требующих быстрого отключения трансформатора.

М а к с и м а л ь н ы й т о к н а г р у з к и , от которого необходимо отстроить защиту, обычно определяется из рассмотрения двух режимов: отключение параллельно работающего трансформатора или автоматическое подключение нагрузки при действии АВР (рис, 16-7). Оставшийся в работе

трансформатор перегружается в первом случае вдвое (Iнаг.макс

= 2Iном.т), а во втором (рис. 16-7) ток перегрузки - равен сумме

тока I1 трансформатора Т1 и тока подключившейся нагрузки I2,

т. е. Iраб = I1 + I2 где I2 — установившийся ток подключившейся нагрузки. В первый момент после переключения нагрузки ее

ток превышает установившееся значение за счет самозапуска оставшихся в ра,боте двигателей. Оценивая это увеличение коэффициентом к3, характеризующим кратность токов самозапуска к току /2, получаем, что максимальный ток трансформа-

404

тора при действии АВР равен: Iнаг.макс = I1 + k3 I2. Аналогичным образам определяется максимальный ток нагрузки и в других подобных случаях. В общем случае с учетом самозапуска двигателей при восстановлении напряжения после отключения к. з. в сети или после

успешного действия АПВ м а к с и м а л ь н ы й расчетный т о к н а г р у з к и Iнаг.макс = k3Iраб.макс, где Iраб.макс,—установившееся значение максимального тока нагрузки в условиях нормальной работы; к3 — , коэффициент самозапуска, учитывающий увеличение Iраб.макс в ре-

зультате самозапуска двигателей, оставшихся в работе при понижении или исчезновении напряжения во время к. з. или бестоковой паузы АПВ либо АВР.

Ток срабатывания находится из условия возврата реле при Iнаг.макс как и для всех максимальных защит (см. § 4-5), по выражению

применяются другие более чувствительные защиты, рассмотренные ниже.

Выдержка времени максимальной токовой защиты с ограниченно зависимой характеристикой выбирается, исходя из условия (16-5) в предположении, что ток в реле равен току к. з., проходящему через трансформатор в случае повреждения в начале линии, питаемой трансформатором., Защиту с ограниченно зависимой характеристикой следует применять в тех случаях, когда посредством ее удается у с к о р и т ь отключение повреждения в трансформаторе или на шинах.

Защита трехобмоточных понизительных трансформаторов. При внешних к. з. защита трехобмоточных трансформаторов (рис. 16-8) должна обеспечивать селективное отключение только той обмотки трансформатора, которая непосредственно питает место повреждения. Так, например, при коротком замыкании на шинах III (рис. 16-8) должен отключиться выключатель В8, а обмотки трансформатора I и II должны остаться в работе.

На т р е х о б м о т о ч н ы х т р а н с ф о р м а т о р а х с о д н о с т о р о н - н и м питанием (например, от шин I) на обмотках II и III устанавливаются самостоятельные комплекты максимальной защиты, действующие на соответствующие выключатели (рис. 16-8). На обмотке 7, питающей трансформатор, устанавливается третий комплект защиты, предназначенный для отключения трансформатора при к. з. в нем и резервирования защит и выключателей обмоток II и III . Выдержка времени tI выбирается больше t2 и t3.

На т р е х о б м о т о ч н ы х т р а н с ф о р м а т о р а х , и м е ю щ и х д в у с т о - р о н н е е и т р е х с т о р о н н е е п и т а н и е , максимальная токовая защита не может обеспечить селективности. Так, например, если со стороны обмоток 1 и 2 (рис. 16-9) подключены источники питания, то при к. з. на шинах II время действия t2 должно быть меньше t1, но тогда при к. з. на шинах / защита 2 окажется неселективной.

Для получения селективности защиту 2 необходимо выполнить направленной (рис. 16- 9), так чтобы она действовала только при к. з., на шинах II с t2 < t1. При к. з. на шинах I или III защита 2 должна работать помимо реле направления мощности (как максимальная токовая защита) с выдержкой t2 >t1 и t3 (рис. 16-9).

Таким образом, на трансформаторах с двух- и трехсторонним питанием для обеспечения селективности необходимо применять направленные защиты.

Следует, однако, иметь в виду, что при наличии защиты шин и устройств резервирования отказа выключателей на присоединениях, питающихся от шин (см. гл. 20), вероятность работы максимальных защит трансформатора очень мала. Поэтому на практике в

405

целях упрощения защиты допускается применение простых токовых защит, особенно если на защищаемом трансформаторе имеются АПВ или АВР. Направленная защита устанавливается только на особо ответственных трансформаторах.

С целью упрощения защиты по «Правилам электротехнических установок» допускается не устанавливать защиты на одной из сторон трехобмоточного трансформатора, при этом выполняют защиту со стороны основного питания с двумя выдержками времени; с меньшей из них эта защита действует на отключение выключателя, не имеющего защиты от сверхтоков.

в) Токовая защита обратной последовательности

Защита реагирует на ток о б р а т н о й последовательности, появляющийся при несимметричных к. з. внешних и в трансформаторе. Схема защиты показана на рис. 16-10. Защита состоит из токового реле Т2, включенного через фильтр обратной последовательности Ф2, и реле времени В, обеспечивающего необходимую выдержку времени.

Т о к с р а б а т ы в а н и я з а щ и т ы I2с.з выбирается в общем случае, исходя из двух условий [Л. 5]:

1)отстройки защиты от тока небаланса фильтра Ф 2 при максимальной нагрузке трансформатора:

2)согласования по чувствительности

сзащитами присоединений, отходящих от шин, на которые включен трансформ а- тор:

где I2расч — ток I2, проходящий по трансформатору в условиях несимметричного к. з., при котором защита рассматриваемого присоединения находится на грани срабат ы- вания.

406

соответствующий ток в нейтрали трансформатора На т р е х о б м о т о ч н ы х т р а н с ф о р м а т о р а х (рис. 16-12), имеющих две

обмотки (// и ///) с заземленными нейтралями, защиты нулевой последовательности выполняются направленными, что необходимо для обеспечения селективности.

Защита на автотрансформаторах. На выполнение этой защиты влияют особенности автотрансформаторов, и она поэтому имеет некоторые отличия от трансформаторной защиты:

1. У автотрансформаторов з а з е м л я ю т с я концы обмоток среднего напряжения, являющиеся общей частью обмотки автотрансформатора. Как указывалось, по общей части обмотки

протекают встречно направленные токи высшего и среднего напряжения (рис. 16-2, б).

П р и к. з. на з е м л ю (рис. 16-13) в сети одного напряжения (например, в точке К) в за-

земляющем проводе течет ток 3 I0 = 3 I0С — 3 I0в. Этот ток получается меньше своих со-

ставляющих и может оказаться недостаточным для надежной работы защиты. Поэтому за-

щита нулевой последовательности в заземляющем проводе автотрансформатора не устанавливается, ее включают на трехтрансформаторный фильтр I0, устанавливаемый со сто-

роны выводов высшего и среднего напряжения. При таком исполнении она реагирует на полные токи 3 I0 высшего и среднего напряжения, т. е. на 3I0В и 3I0С соответственно.

2. Вследствие наличия электрической связи между обмотками высшего и среднего напряжения автотрансформатора к. з. на землю на стороне одного напряжения вызывает токи I0 на стороне другого.

В связи с этим возникает необходимость в согласовании выдержек времени защит нулевой последовательности на выводах высшего и среднего напряжения автотрансформатора. Для обеспечения селективности эти защиты выполняются направленными (рис. 16-14), так чтобы каждая из них действовала только при к. з. в сети своего напряжения.

3. Поскольку наличие автотрансформаторной связи между сетями высшего и среднего напряжения приводит к необходи мости согласования выдержек времени защит, реагирующих на ток I0, в сетях одного напряжения с защитами сетей другого напряжения, это увеличивает число ступеней и вызывает повышение выдержек времени

правленными (рис. 16-14). Первая ступень осуществляется в виде отсечки с t = 0,5 с. Она отстраивается от быстродействующих защит присоединений, отходящих от шин. Вторая ступень выполняется как чувствительная защита, полностью резервирующая защиту следующего участка сети.

409

Т о к с р а б а т ы в а н и я з а щ и т ы должен отстраиваться от тока небаланса, возникающего в трехтрансформаторном фильтре I0 при междуфазных к. з., и согласовываться по чувствительности с защитами отходящих линий соглас-

но (16-86).

То к н е б а л а н с а определяется так же, как

ив аналогичной защите линий (см. гл. 8).

д) Защита от внешних к. з. на землю повышающих трансформаторов, работающих с разземленной нейтралью

Для ограничения токов к. з. часть повышающих трансформаторов работает с разземленной нейтралью. Для таких трансформаторов возникает опасность при выделении их па изоли рованную работу на сеть, имеющую замыкание на землю одной из фаз.

Подобные условия могут возникнуть, если, например, при однофазном к. з. на одной из линий (рис. 16-15, а) ее защита или выключатель откажут в действии. Тогда все присоединения, пи тающие место к. з. током I0, отключаются резервными защитами (точки отключения отмечены на чертеже крестиком), а трансформатор Т2 с н е з а з е м л е н н о й н е й т р а л ь ю останется работать на выделившийся участок сети с повреждением в точке К. Как известно, в такой сети при замыкании на землю возникают опасные перенапряжения, которые м о- гут повредить изоляцию трансформатора.

Для предупреждения этого трансформаторы, работающие с изолированной нейтралью, должны иметь резервную защиту, отключающую их при замыканиях на землю раньше, чем могут отключиться трансформаторы с заземленными нейтралями.

Вкачестве указанной защиты может применяться:

1)токовая защита нулевой последовательности, установленная на па-

раллельно работающих трансформаторах с з а з е м л е н н о й н е й т р а л ь ю .

Для этого на защите нулевой последовательности трансформатора Т1 с заземленной нейтралью предусматриваются две вы держки времени (рис. 16-15, б). С

15, в). Эта защита выполняется с помощью чувствитель ного реле повышения

410