Н.В. Чернобровов Релейная защита

без участия короткозамыкателя. Замедляющее действие короткозамыкателя сказывается при повреждениях в трансформаторе, на которые не реагирует быстродействующая защита линии.

Несмотря на указанный недостаток, схемы с короткозамыкателем получили широкое распространение.

Схема с передачей отключающих импульсов работает практически так же быстро, как и обычные схемы, непосредственно действующие на отключение выключателя трансформатора.

Из-за большой стоимости канала связи этот способ отключения применяется реже. Однако в тех случаях когда требуется быстрое отключение к. з., лучшим способом является передача отключающих импульсов на питающие концы линий электропередачи. На коротких линиях для передачи импульсов используются провода связи и телемеханики. На длинных линиях импульсы могут передаваться по каналам в. ч. (по этим же линиям) с помощью специальных устройств телеотключения.

Селективное отключение поврежденного трансформатора. В блочной схеме от-

ключение линии при повреждении трансформатора не нарушает принципа селективности и не наносит ущерба электроснабжению, так как трансформатор и линия представляют единое целое.

В схеме же на рис. 16-42, а, где трансформатор подсоединен к ответвлению, отключение линии при повреждении в трансформаторе является неселективным, поскольку при этом не только отключается поврежденный трансформатор, но и нарушается связь между подстанциями А и В. Этот недостаток устраняется с помощью АПВ на линии и установки отделителя ОД на трансформаторе (рис. 16-43, б). Отделитель представляет собой разъединитель с дистанционным приводом, который допускает автоматическое отключение поврежденного трансформатора только после снятия с него напряжения.

При этом отключение поврежденного трансформатора происходит следующим образом. На возникшее повреждение реагирует защита трансформатора. Она включает короткозамыкатель КЗ (рис. 16-43, б), который устраивает однофазное или двухфазное к. з. на линии. Защиты линии РЗА И РЗВ приходят в действие, отключают выключатели В А И ВВ И пускают АПВ.

В бестоковую паузу (когда на линии нет напряжения и тока) отделитель ОД отключает трансформатор. После этого АПВ включает линию и связь между подстанциями А и В восстанавливается.

Таким образом, несмотря на отсутствие выключателя на трансформаторе, повреждение в нем отключается селективно.

Трансформаторы тока. На подстанциях, подключенных по упрощенным схемам, для выполнения защиты трансформатора должны обязательно использоваться встроенные или «накладные» трансформаторы тока Т.

В с т р о е н н ы е трансформаторы тока устанавливаются внутри кожуха на высоковольтных вводах трансформатора 110 кВ и выше.

Н а к л а д н ы е трансформаторы разработаны в Челябэнерго [Л. 74] и выпускаются промышленностью для трансформаторов 35—330 кВ. Их сердечник надевается на выводы силового трансформатора снаружи. При наличии встроенных или накладных трансформаторов тока со стороны высшего напряжения силового трансформатора на них включается дифференциальная или максимальная защита, которая охватывает весь трансформатор и ошиновку низшего напряжения. При отсутствии трансформаторов тока со стороны высшего напряжения на силовом трансформаторе может быть выполнена только максимальная защита со стороны низшего напряжения. При этом вводы низшего напряжения силового трансформатора и ошиновка до трансформаторов тока остаются без защиты. Поэтому применение встроенных или накладных трансформаторов тока со стороны высшего напряжения является обязательным.

Оперативный ток. Подстанции, выполняемые по упрощенной схеме, не имеют «тя-

441

желых» выключателей, требующих приводов с большим потреблением мощности. В связи с этим на таких подстанциях удобно применять переменный оперативный ток.

б) Выполнение защиты

Релейная защита трансформаторов на подстанциях с упрощенной схемой имеет несколько вариантов исполнения в зависимости от схемы включения трансформаторов, их мощности и чувствительности линейной защиты.

Защита трансформаторов, включенных по блочной схеме (рис. 16-42, б). Д л я з а щ и т ы м а л о м о щ н ы х трансформаторов целесообразно использовать линейную защиту, установленную с питающего конца линии на подстанции А. Эта защита, как правило, выполняется из двух комплектов: максимальной защиты с выдержкой времени по условиям селективности и мгновенной токовой отсечкой, отстроенной от к. з. за трансформатором. Отсечка охватывает часть обмотки трансформатора, вторая часть — входит в зону максимальной защиты, которая действует также и на участке от выводов до выключателя на стороне низшего напряжения трансформатора и резервирует к. з. на шинах низшего напряжения.

На трансформаторе устанавливается максимальная защита со стороны низшего напряжения, действующая на отключение выключателя Вс. Газовая защита трансформаторов (если она имеется) действует на сигнал. Для защиты от перегрузки устанавливается сигнальное токовое реле в одной фазе.

На м о щ н ы х т р а н с ф о р м а т о р а х , для которых требуется быстродействующая защита, полностью охватывающая обмотки и выводы трансформатора, а также защита от витковых повреждений, применяются дифференциальная и газовая защиты.

Обе защиты действуют на включение короткозамыкателя. Защита линии выполняется как и в предыдущем случае.

Защита трансформаторов, подключаемых к ответвлению от линий (рис. 16-42, а).

На трансформаторе устанавливается короткозамыкатель и отделитель.

Для обеспечения селективного отключения повреждений в трансформаторе на нем должна быть предусмотрена полноценная защита от повреждений, действующая на короткозамыкатель и отделитель, а на линии — АПВ (рис. 16-43, б).

Вкачестве защиты от повреждений в трансформаторе устанавливаются газовая и дифференциальная защиты. На трансформаторах средней и малой мощности вместо дифференциальной защиты применяется токовая отсечка в сочетании с максимальной защитой или защита от замыканий на корпус. Со стороны высшего напряжения защиты включаются на встроенные или накладные трансформаторы тока. При этом наружная часть выводов силового трансформатора попадает в зону трансформаторной защиты только при применении защиты от замыканий на корпус (§ 16-11).

Для защиты трансформатора от внешних к. з. устанавливается максимальная защита. Она подключается к трансформаторам тока на стороне низшего напряжения и действует на от-

ключение выключателя трансформатора Вт.

Функции резервной защиты трансформатора (на случай отказа короткозамыкателя, вы-

ключателя Вт или защиты трансформатора) возлагаются на линейную защиту.

На рис. 16-43, а приведена защита трансформатора с передачей отключающих импульсов на противоположные концы линии. При повреждении в трансформаторе защита его передает по каналу связи импульс на отключение выключателей ВА и Вв линии.

Вобеих схемах после отключения выключателей линии специальным устройством проверяется отсутствие напряжения на поврежденном трансформаторе и автоматически отключается отделитель ОД. По истечении времени, необходимого для этой операции действует АПВ, включая в работу линию Л1.

Двухтрансформаторные подстанции. Трансформаторы на этих подстанциях работают раздельно (рис. 16-42, в). Для обеспечения надежности приемные шины выполняются в виде двух секций; связывающий их секционный выключатель нормально отключен и имеет АВР. При этих условиях защита трансформаторов и питающих их линий выполняется аналогично

442

рассмотренной по рис. 16-43, б.

Схема действия защиты на короткозамыкатель и отделитель. Эта схема является важной частью защиты трансформаторов без выключателей на стороне высшего напряжения.

Как уже отмечалось, действие защиты на короткозамыкатель и отделитель должно происходить в определенной последовательности, обеспечивающей работу отделителя в бестоковую паузу АПВ линии, т. е. в тот момент, когда по отделителю не проходит ток. Схема управления отделителем выполняется таким образом, чтобы импульс на его отключение подавался после срабатывания короткозамыкателя при условии, что питающая линия отключилась и т о к к. з. п р е к р а т и л с я . На рис. 16-44 показана схема, удовлетворяющая постав-

ленным условиям. Защита трансформатора при срабатывании подает импульс в катушку включения КВ привода короткозамыкателя.

Импульс на отключение отделителя (в катушку КО) подается контактами реле времени РВ. Реле РВ пускается при замыкании блок-контактов БК короткозамыкателя и контактов токового реле РТ. Первые (контакты БК) замыкаются при замыкании ножа короткозамыкателя, а вторые (контакты РТ) — при отсутствии тока в реле РТ.

Таким образом, отключение отделителя может произойти только при срабатывании короткозамыкателя и отключении линии.

Однако если блок-контакты БК замкнутся раньше, чем сработает нож короткозамыкателя, то, поскольку контакты РТ при этом будут еще замкнуты, возможна подача импульса на отключение отделителя до отключения линий. Для предотвращения такой опасности служит реле времени РВ. Оно должно работать с выдержкой времени по-

рядка 0,2—0,3 с, превосходящей возможную разновременность замыкания ножа и блокконтактов короткозамыкателя.

Ч т о б ы о б е с п е ч и т ь с р а б а т ы в а н и е о т д е л и т е л я во время бестоковой паузы, когда питающая линия отключена и подстанция остается без напряжения, оперативная цепь отделителя должна питаться от н е з а в и с и м о г о источника. Таким источником может служить аккумуляторная батарея или предварительно заряженный конденсатор.

Рассмотренная схема (рис. 16-44) является универсальной и может применяться при наличии на линии как быстродействующей защиты, так и защиты с выдержкой времени. В обоих случаях на линии применяется однократное АПВ, при этом время АПВ должно быть больше времени включения короткозамыкателя и отключения отделителя, чтобы за время бестоковой паузы поврежденный трансформатор успел отключиться.

Полная схема защиты на переменном оперативном токе понизительного трансформатора,

подключенного к ответвлению от линий, приведена на рис. 16-45. На трансформаторе установлены дифференциальная, газовая, максимальная токовая защиты и защита от перегрузки, действующая на сигнал (рис. 16-45, а). Оперативные цепи дифференциальной и максимальной защит питаются от т р а н с -

Д и ф ф е р е н ц и а л ь н а я з а щ и т а выполнена с помощью реле типа РНТ-565 (8РТН и

9РТН).

Для питания защиты со стороны высшего напряжения используются встроенные в силовой трансформатор трансформаторы тока 4ТТ. Вследствие относительно малой мощности встроенных трансформаторов тока их вторичные обмотки соединяются на каждой фазе последовательно. Дифференциальная защита действует на включение короткозамыкателя 2КЗ и отключение выключателя ЗВ.

При срабатывании дифференциальной защиты контакты 8РТН и 9РТН (рис. 16-45, б) замыкают цепь токовых промежуточных реле 17РП и 18РП типа РП-341 (см. § 4-8, г); последние приходят в действие и дешунтируют катушки включения короткозамыкателя 37КВ и 38КВ и отключения выключателя 39КО и 40КО. В результате этого включается короткозамыкатель 2КЗ и отключается выключатель ЗВ.

443

М а к с и м а л ь н а я з а щ и т а (рис. 16-45, б) выполнена с помощью токовых реле ИРТш 12РТ типа РТ-40, токового реле времени 15РВ типа РВМ (см. § 4-8, г ) . Токовые реле максимальной защиты 11РТ и 12РТ включены на трансформаторы тока 4ТТ со стороны высшего напряжения (в плечо дифференциальной защиты), что позволяет ввести в зону действия максимальной защиты силовой трансформатор. Поскольку трансформаторы 4ТТ соединены в треугольник, максимальная защита не реагирует на ток /0 (см. § 3-6, г), благодаря этому исключается возможность ее неселективной работы при к.з. на землю в сети высшего напряжения в тех случаях, когда нейтраль защищаемого трансформатора заземлена.

Максимальная токовая защита выполняется с двумя выдержками времени. С меньшей выдержкой она отключает к. з. на шинах низшего напряжения и резервирует отказы защит отходящих от них присоединений. С большей выдержкой она работает при к. з. в трансформаторе, резервируя его дифференциальную защиту. При срабатывании токового реле 11РТ или 12РТ замыкается цепь обмотки реле времени 15РВ. Последнее первым скользящим контактом 15РВ1 подает ток в обмотку токового промежуточного реле 19РП. Это реле срабатывает и дешунтирует катушку отключения 41 КО выключателя ЗВ, после чего он отключается. Второй контакт 15РВг замыкается с большей выдержкой времени; он приводит в действие промежуточные реле 17РП и 18 РП, которые включают короткозамыкатель 2 КЗ. Г а з о в а я з а щ и т а дополняет дифференциальную защиту и должна работать прежде всего при повреждениях, сопровождающихся малыми токами, при которых дифференциальная защита не может сработать из-за недостаточной чувствительности и малой величины оперативного тока, получаемого от трансформаторов тока. В этом случае напряжение остается близким к нормальному, поэтому оперативные цепи газовой защиты питаются от трансформатора собственных нужд Гс.н (рис. 16-45, в). Отключающий контакт газового реле 14РГХ действует на промежуточное реле 16РП, которое с помощью контакта 16РП-1 удерживает себя в сработанном состоянии до отключения короткозамыкателя, после чего размыкается его блок-контакт 2КЗ. Второй и третий контакты реле 16РП замыкают цепь катушек 42КВ и 43КО, с помощью которых включается короткозамыкатель и отключается ЗВ. Второй контакт газовой защиты РГ2 действует на сигнал.

О п е р а т и в н а я ц е п ь о т к л ю ч е н и я отделителя питается от предварительно заряженных конденсаторов С1; С2, С3 (рис. 16-45, в), чем обеспечивается отключение отделителя во время бестоковой паузы, когда на подстанции отсутствует напряжение. Заряд конденсаторов С осуществляется от зарядного устройства У3-400 (см. §4-8, е), которое питается от трансформатора собственных нужд Тс, н. Схема отключения отделителя выполнена согласно рис. 16-44, б. При включении короткозамыкателя 2КЗ и отсутствии в нем тока блок-контакт 2КЗ и контакт токового реле 13РТ замыкают цепь промежуточного реле замедленного действия 2ОРПВ, последнее с небольшой выдержкой времени 0,2 с замыкает цепь катушки отключения отделителя 44 КО.

С и г н а л о п е р е г р у з к е подается токовым 10РТ, оперативная цепь которого п итается от

трансформатора, подключенного к ответвлению от линии 110 кВ

444

трансформатора собс т венных нужд.

Рассмотренная схема защиты предназначена для трансформаторов мощностью 7,5—20 МВ·А. На более мощных трансформаторах защита выполняется так же, но для большей надежности дифференциальная защита выполняется трехфазной. Другие варианты схем понизительных трансформаторов подробно рассмот-

рены в [Л.5, 62, 80].

16-13. ЗАЩИТА ВОЛЬТОДОБАВОЧНЫХ РЕГУЛИРОВОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

в) Виды защит

Для регулирования напряжения под нагрузкой в ряде случаев применяются специальные вольтодобавочные трансформаторы, состоящие из регулировочного автотрансформатора и последовательного трансформатора (рис. 16-46). Вторичная э. д. с. АЕ с регулировочного автотрансформатора при помощи последовательного трансформатора добавляется к э. д. с. Е одной из обмоток основного трансформатора, увеличивая, или уменьшая ее величину на

Для защиты вольтодобавочного трансформатора устанавливаются газовая защита и выполняемая по особой схеме максимальная токовая защита. Кроме того, может использоваться дифференциальная защита основного трансформатора или устанавливается дополнительно дифференциальная защита вольтодобавочного трансформатора.

445

Iт трансформацию рабочего тока Iр в цепь реле. При к. з. в автотрансформаторе подмагничивающее действие тормозной обмотки невелико, так как ток Iт относительно мал, поэтому рабочая обмотка индуктирует во вторичной обмотке ток, достаточный для действия реле. При внешних к. з. ток в тормозной обмотке возрастает, вызывая насыщение магнитопровода, трансформация рабочего тока ухудшается и реле не действует.

Наклон тормозной характеристики реле выбирается по соотношению токов в рабочей и тормозной обмотках при внешних к. з. Это соотношение имеет постоянное значение и определяется из уравнения, связывающего первичный ток автотрансформатора Iр с током вторичной обмотки силового трансформа-

тора Iт2: Iр1= Iт2nпnp (рис 16-46, б).

На броски намагничивающего тока, появляюще гося при включении трансформатора, защита не реагирует вследствие насыщения магнитопровода, как и в обычном БНТ.

в) Дифференциальная защита

Для защиты вольтодобавочного трансформатора может использоваться дифференциальная защита основного трансформатора или может устанавливаться самостоятельная дифференциальная защита. Дифференциальная защита, охватывающая основной и вольтодобавочный трансформаторы, показана на рис. 16 -48. Для надежной отстройки от токов небаланса при регулировании напряжения применяются дифференциальные реле с торможением (см. § 16-5, г).

На рис. 16-49 показана самостоятельная дифференциальная защита последовательного трансформатора.

Включить в зону действия этой защиты весь вольтодобавочный трансформатор не удается, так как при нулевом положении подвижного контакта Рх регулировочного автотрансформатора (рис. 16-46, б) ток Iр1 в автотрансформаторе и питающемся от него плече защиты отсутствует, в то время как во втором плече будет протекать ток силового трансформатора Iт2, в результате чего возможна неселективная работа защиты.

Для отстройки от намагничивающих токов и токов небаланса применяется дифференциальное реле с БНТ.

В зону рассматриваемой защиты входят выводы и обмотки последовательного трансформатора и обмотка звезды основного трансформатора. При наличии дифференциальной защиты последовательного трансформатора и токовой защиты вольтодобавочного трансформатора дифференциальная защита основного трансформатора мо-

жет выполняться по схеме на рис. 16-50. В этом случае защита не реагирует на повреждение в вольтодобавочном трансформаторе, но при такой схеме соотношение токов в ее плечах не зависит от коэффициента трансформации регулировочного автотрансформатора.

ГЛАВА СЕМНАДЦАТАЯ

ЗАЩИТА БЛОКОВ ГЕНЕРАТОР - ТРАНСФОРМАТОР И ГЕНЕРАТОР— ТРАНСФОРМАТОР—ЛИНИЯ

447

17-1. ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТЫ БЛОКОВ

Блочные схемы соединений находят широкое применение на современных мощных электростанциях. Наиболее часто соединяются в один блок генератор — повысительный трансформатор-(или автотрансформатор) и трансформатор собственных нужд (рис. 17- 1). Находят применение также блоки генератор—повысительный трансформатор (или автотрансформатор) — линия. Блоки большой мощности (150, 200, 300, 500, 800 МВт) объединяют в единый агрегат не только генератор и трансформатор, но также котел и турбину. Такие блоки не имеют поперечных связей, позволяющих заменять один элемент блока (например, трансформатор или котел) аналогичным элементом другого блока. В результате этого повреждение или нарушение нормальной работы одного элемента блока выводит из работы весь блок.

На генераторах, трансформаторах (или автотрансформаторах) и линиях, соединенных в один блок, устанавливаются те же защиты, что и в случае их раздельной работы. Однако объединение в один рабочий агрегат нескольких элементов большой мощности вызывает некоторые, отмеченные ниже особенности в требованиях к защитам и в отдельных случаях в исполнении защиты.

1. Соединение в один блок нескольких элементов позволяет объединить однотипные защиты этих элементов в одну общую защиту. Общими обычно выполняются дифференциальные защиты генератора и трансформатора, а также защиты от сверхтоков при внешних к. з. и перегрузках.

2. Отсутствие электрической связи между генератором и сетью, имеющее место в блочных схемах, облегчает решение вопросов селективности защиты генератора от замыканий на землю, но требует в то же время новых способов выполнения этой защиты.

3. Вследствие высокой стоимости мощных генераторов и трансформаторов блока к их защитам от внутренних повреждений предъявляются повышенные требования в части чувствительности, быстроты действия и надежности.

4.Малые запасы по нагреву мощных генераторов обусловливают необходимость выполнения защиты от недопустимого нагрева ротора генератора при несимметричном режиме

иот перегрузки обмотки ротора.

5.На блоках без поперечных связей, все элементы которых объединены в единый агрегат, возникает необходимость действия электрических защит не только на выключатель и АГП, но и на останов блока в целом, т. е. котла и турбины.

Ниже рассмотрены особенности выполнения защит блоков.

448

17-2. ЗАЩИТА БЛОКА ГЕНЕРАТОР - ТРАНСФОРМАТОР

а) Защита от сверхтоков при внешних к.з. и перегрузках и защита от несимметричных режимов

Виды защит от сверхтоков и несимметричных режимов, применяемые на блоках, зависят от м о щ н о с т и блоков.

На блоках малой мощности до 30 МВт включительно генераторы выполняются заводами с косвенной системой охлаждения. Эти генераторы допускают по условиям нагрева значительные перегрузки, в том числе и в несимметричном режиме. В связи с этим на генераторах с косвенным охлаждением перегрузки (симметричные и несимметричные) могут ликвидироваться персоналом. Специальных защит с действием на отключение при симметричных и несимметричных перегрузках на этих генераторах руководящими указаниями по релейной защите [Л. 6] не предусматривается. Поэтому на маломощных блоках защита от перегрузки выполняется с действием на сигнал. В качестве защиты от внешних к. з. применяется токовая максимальная защита с комбинированным пуском по напряжению (§ 15-5, б и 16-2, е). Эта защита отличается простотой исполнения и малой стоимостью.

На блоках средней и большой мощности с генераторами, имеющими н е п о с р е д -

с т в е н н о е охлаждение, устанавливаются три вида защит от перегрузок и внешних

к. з . :

1.Защита от несимметричных перегрузок и внешних к. з. выполняется с помощью реле типа РТФ-6М с интегрально зависимой характеристикой выдержки времени (см. § 15-5, г). Принципы выполнения этого реле и его блок-схемы были рассмотрены в § 15-5, г; на рис. 17-2,

априведена упрощенная принципиальная схема защиты обратной последовательности, выполненной с помощью реле РТФ-6. Реле РТФ-6, как уже было указано, состоит из четырех

элементов: сигнального элемента Т1, элемента с интегрально зависимой характеристикой t1 = А/I22* (реле Т2) и двух отсечек I и II с независимой характеристикой (реле ТЗ и Т4). Все элементы реагируют на ток I2, получаемый от фильтра обратной последовательности Фг. Интегрально зависимый элемент работает при несимметричных перегрузках и внешних к. з. и

действует с временем t1 на отключение выключателей блока, а затем, если несимметрия не исчезнет, с временем t2 на отключение и останов блока в целом. Выдержка времени t2 = t1 +∆t, ступень времени ∆t обеспечивается с помощью реле времени В2. Отсечка I предназначается для работы при несимметричных к. з. в сети высшего напряжения и действует на отключение выключателя блока. Отсечка II служит для быстрого и селективного отключения несимметричных к. з. в генераторе и токопроводе, соединяющем его с трансформатором, в случае отказа дифференциальной защиты генератора. О т с е ч ка // используется только на блоках, имеющих выключатель в цепи генератора; она действует на отключение генератора и его АГП.

Зона действия отсечки ограничивается с помощью блокирующего реле напряжения Но, включенного на 3 U0. При двухфазных к. з. на стороне генератора работают реле Т4 и Но и защита действует на отключение. При к. з. за трансформатором блока (на стороне генератор-

ного напряжения U0 = 0) реле Но не действует, не позволяя, таким образом, работать отсечке.

Такое ограничение зоны действия отсечки (Т4) позволяет не согласовывать ее выдержку времени с защитами остальной сети. Выдержка времени отсечки II принимается равной 0,4—0,5 с — на ступень больше дифференциальной защиты генератора. Ток срабатывания отсечки выбирается из условий надежности действия при минимальном значении тока I2мин при двухфазном к. з. на выводах генератора:

где кч — коэффициент чувствительности, равный 2.

449