4 Вибір уставок струмових захистів вводів трансформатора на прикладі пристроїв modn a (micom-12x)

4.1 Загальні відомості

4.1.1 На пристроях захисту вводів виконуються такі функції захисту й автоматики.

Максимальний захист вводів ВН і НН з виконанням логічної селективності з захистами суміжних приєднань.

Від’єднання вводу трансформатора при спрацюванні газового захисту трансформатора.

Сигналізація спрацювання верхнього поплавка газового захисту.

Сигналізація підвищення температури масла трансформатора.

4.1.2 Пристрої захисту вводів живляться оперативним струмом відповідного вимикача і резервують втрату оперативного струму пристроєм MXDPT3A. У свою чергу пристрій MXDPT3A резервує втрату оперативного струму вимикачем і пристроєм захисту вводів, за рахунок використання функції пристрою резервування відмови вимикача (ПРВВ) дифзахисту.

4.1.3 Пристрої MODN A не мають вбудованої функції ПРВВ і резервування захистів вводів НН здійснюється пристроєм введення ВН відповідним вибором уставок. Пристрої MICOM – 12х мають таку функцію. Резервування відмови вимикача на фідерах, які відходять від шин підстанції, може здійснюватися при наявності функції ПРВВ у захистах ліній, які відходять від шин. Якщо в захистах ліній, що відходять від шин підстанції, є ПРВВ, то застосовуються захисти серії MICOM - 12х, MODULEX3.

4.2 Вибір уставок максимального захисту вводів нн

4.2.1 Для максимального захисту використовується другий ступінь захисту з незалежною характеристикою (I_>>). Цей ступінь дозволяє забезпечити логічну селективність з захистами фідерів, що відходять від шин, і секційного вимикача. На цьому ступені може бути виконане блокування за напругою.

4.2.2 Виконується відлагодження від максимального струму навантаження з урахуванням самозапуску за виразом:

I_сз= к_від ·(к_зап· I_{роб.макс} + I_нав) / к_в , (4.1)

де I_сз - струм спрацювання захисту;

к_від =1.2 - коефіцієнт відлагодження, який враховує похибки і необхідний запас;

к_зап - коефіцієнт, який враховує збільшення навантаження при самозапуску електродвигунів. Можна використовувати методику вибору уставок пристрою R3IPT;

I_{роб.макс} - максимальний робочий струм навантаження: може бути прийнятий номінальний струм сторони обмотки НН трансформатора;

I_нав - струм навантаження, яке вже під’єднане до іншого джерела живлення, і тому не підлягає самозапуску.

Розрахунковим режимом у даному випадку беремо від’єднання трансформатора суміжної секції і роботу автоматичного введення резерву (АВР). У цьому випадку I_нав – струм навантаження своєї секції, а I_{роб.макс} – максимальний робочий струм навантаження суміжної секції, яке самозапускається при дії АВР.

к_в =0.95 - коефіцієнт повернення реле.

Здійснюється узгодження за струмом з захистом попереднього елемента.

I_{сз в}= к_від ·(I_{сз н} + I_{нав в}), (4.2)

де I_{сз в} - струм спрацювання розглянутого захисту;

K_від=1.2 - коефіцієнт відлагодження, який враховує похибки і необхідний запас;

I_{сз н} - струм спрацювання захисту суміжної ділянки (нижньої від джерела живлення). У даному випадку це захист секційного вимикача.

I_{нав в} - струм навантаження неушкоджених елементів, який протікає через пристрій вищестоящого захисту разом зі струмом навантаження. У даному випадку це струм навантаження власної секції.

4.2.3 Здійснюється перевірка чутливості захисту. Чутливість захистів сторони НН перевіряється при КЗ на шинах цієї сторони (основна зона) і наприкінці ліній, які відходять від шин підстанції (зона резервування).

К_ч = I_кз⁽²⁾/I_сз1 , (4.3)

де К_ч - коефіцієнт чутливості захисту;

I_кз⁽²⁾ - струм двофазного КЗ у мінімальному режимі;

I_сз1 - обрана уставка спрацювання захисту.

Коефіцієнт чутливості, відповідно до норм ПУЕ, повинен бути 1.5 для основної зони дії і 1.2 для зони резервування наприкінці ділянки, яка резервується захистом. У ряді випадків покращити резервування дозволяє застосування блокування за напругою (див. 4.2.4).

ПУЕ допускають не забезпечувати резервування захистів при КЗ наприкінці ліній, які відходять від шин, якщо це пов'язано зі значним ускладненням захисту. Для резервування відмов вимикача необхідно передбачити дію ПРВВ (що є в пристроях MODULEX або MICOM) на від’єднання вводів трансформатора через пристрій MODN A (фактично від’єднується трансформатор зі сторони високої напруги).

4.2.4 Застосування блокування за напругою. У цьому випадку захист не потрібно відлагоджувати за струмом від струму самозапуску двигунів. До складу пристрою MODN A входять органи напруги, однак, немає можливості виконати функціонально всередині пристрою максимальний захист із блокуванням за напругою. Для блокування за напругою можна використовувати орган зниження напруги, який входить у схему пристрою захисту, приєднавши його до вихідного реле з перемкнутими контактами і підвівши сигнал від нормально замкнутого контакту на дискретний вхід блокування максимального струмового захисту (МСЗ) при міжфазних КЗ. При цьому друге вихідне реле приєднується до органу підвищення напруги, де виконується така ж уставка і її контакт виконує функцію блокування за напругою пристрою захисту сторони ВН.

Для реле MICOM P12x у всіх випадках використовується зовнішнє реле напруги. Струм спрацювання захисту вибирається за умовою відлагодження від номінального струму навантаження відповідної сторони

I_сз= к_від · ( I_{нав н}) / к_в, (4.4.)

де I_сз - струм спрацювання захисту;

к_від =1.2 - коефіцієнт відлагодження, який враховує похибки і необхідний запас;

I_{нав н} - номінальний струм навантаження даної сторони трансформатора;

к_в =0.95 - коефіцієнт повернення реле.

Уставка за напругою блокування максимального захисту для узагальненого навантаження може бути прийнята 0.6·U_ном, це забезпечує відлагодження від самозапуску для такого навантаження і повернення захисту після вимкнення короткого замикання.

При точних розрахунках для промислових підстанцій необхідно виконати розрахунок самозапуску, визначити залишкову напругу на шинах за виразом:

U_зал = X_сз / ( X_с+X_т+X_сз), (4.5)

Після цього визначається уставка блокування за напругою за виразом:

U_сз = U_зал / к_від , (4.6)

де U_сз - напруга спрацювання захисту у відносних одиницях;

U_зал - залишкова напруга на шинах при самозапуску;

к_від - коефіцієнт відлагодження, прийнятий для захисту - 1.2.

Блокування за напругою максимальних захистів виконується відразу на всіх сторонах трансформатора. При використанні блокування за напругою необхідно виконувати узгодження захистів за струмом за виразом (2.2).

4.2.5 Узгодження захисту за часом. При узгодженні захисту за часом, витримка часу попереднього захисту збільшується на ступінь у порівнянні з захистом суміжної ділянки, яка знаходиться далі від джерела живлення

t_{сз в} = t_{сз н} + Δt, (4.7)

де t_{сз в} - витримка часу вищестоящого захисту;

t_{сз н} - витримка часу вищестоящого захисту;

Δt - ступінь селективності за часом.

Ступінь селективності вибирається за виразом:

Δt =t _{відк в} + t_{пох 1}+ t_{пох 2} + t_пов + t_з , (4.8)

де t_{відк в} - час вимкнення вимикача - приймаємо 0.05сек;

t_{пох 1} - похибка за часом першого захисту;

t_{пох 2} - похибка за часом другого захисту.

Похибка процесорного реле складає 5% для реле MODN A і 2% для реле MICOM P12x. Це при уставках від 2 сек. - похибка 0.1сек.; до уставок 1 сек. - похибка 0.05 сек. для MODN A і 0.02 сек. для MICOM P12x.

t_пов - час повернення захисту – 0.05сек.

t_з - час запасу 0.1сек.

У такий спосіб ступінь селективності складає:

Для MODN A:

Δt = 0.30 сек. при уставках за часом до 1 сек.;

Δt = 0.40 сек. при уставках за часом до 2 сек.

Для MICOM P12x:

Δt = 0.20 сек. при уставках за часом до 1 сек.;

Δt = 0.30 сек. при уставках за часом до 2 сек.

Дію цього захисту необхідно узгодити за часом з дією захисту секційного вимикача та з дією захисту ліній, які відходять від шин. Розрахунковою умовою, як правило, є час захисту секційного вимикача. При виборі уставок за часом ступеня I_>> захисту MODN A потрібно враховувати, що на підстанції застосовується логічна селективність: захист суміжної ділянки (захист СВ і ліній, які відходять,) при спрацюванні її вимірювального органа, блокує захист вводу на той час, поки цей захист запущений. Таким чином, захист вводу запускається тільки у випадку, коли не спрацьовує жоден з захистів лінії і секційного вимикача (бо ці захисти блокують дію захисту вводу). Якщо відбудеться відмова вимикача на лінії, яка відходить від шин, то заблокований захист не спрацює в дію і не буде резервувати відмови вимикача. Для запобігання цього, захист MODN A має уставку за часом блокування. Тому після заданого часу, необхідного для повернення захисту фідера після вимкнення КЗ, знову приводиться до дії захист вводу. Якщо коротке замикання не вимкнулось, то захист спрацьовує з установленою на ньому витримкою часу і вимикає ввід.

Для забезпечення селективності повинен бути забезпечений ступінь селективності між захистом вводу і фідера (СВ)

t_{сз бл}+ t_{сз в} = t_{сз ф} + Δt, (4.9)

де T_{сз бл} - витримка часу блокування захисту;

t_{сз в} - витримка часу захисту вводу;

t_{сз ф} - час спрацювання захисту фідера (СВ);

Δt - ступінь селективності, з огляду на складне виконання блокуван-ня, приймається 0.5 сек.

Таким чином, ступінь селективності повинен бути поділений між часом спрацювання захисту вводу і часом блокування. При цьому для прискорення роботи захисту, уставка за часом захисту вводу повинна бути мінімальною. Прийнявши час спрацювання захисту вводу, для відлагодження від сумарного кидка струму намагнічування трансформаторів на фідерах, що відходять від шин:

t_{сз в} = 0.3 сек. ; (4.10)

t_{сз бл} = t_{сз ф} + 0.2 сек. (4.11)

Таким чином, власний захист вводу має витримку часу 0.3 сек. З цим часом захист працює, якщо він не заблокований суміжним захистом, наприклад, при короткому замиканні на шинах (логічний захист шин).

Для захисту MICOM P12x уставка за часом ступеня I_>>, яка використовується в схемі логічного блокування, дорівнює 0.06 сек, а ступеня I_>

t_{сз нн} = t_{сз св} + Δt ,

де Δt = 0.2- 0.3сек.

4.2.6 Виконання уставок на пристрої

При виборі уставки за (2.1), (2.2), за уставку приймається більша з отриманих величин, при використанні блокування за напругою розрахунок виконується за (2.4). Ці струми повинні бути переведені у відносні одиниці (в частки номінального струму реле або номінального вторинного струму трансформатора). Якщо уставки захистів приведені до первинного струму, то вони повинні бути також приведені до напруги, де встановлений захист. Потім треба визначити відносний вторинний струм спрацювання реле. Це досягається шляхом ділення первинного струму спрацювання захисту на первинний струм трансформатора струму відповідної сторони:

I_>> = I_сз / I_{н TA}. (4.12)

Якщо уставки захистів вибрані у відносних одиницях до номінального струму відповідної сторони, то має бути визначений відносний вторинний струм спрацювання. Для цього потрібно помножити відносний струм спрацювання на базисний струм цієї ж сторони.

I_>> = I_сз / I_b. (4.13)

Базисний струм (коефіцієнт) на кожній стороні трансформатора I_b – відношення номінального струму відповідної сторони трансформатора до номінального первинного струму трансформатора цієї сторони:

I_b-1 = I_н/I_нTA. (4.14)

Діапазон уставок за струмом спрацювання 0.2 – 50 I_н на кожній стороні трансформатора. Шкала реле MODN A розділена на 4 діапазони, точність встановлення залежить від діапазону і складає 2% від верхньої межі діапазону. В реле MICON P12x один діапазон 0.5-40х з точністю до 0.01. Необхідно встановлювати найближче до розрахункового значення. Заводом установлено 0.5 I_н.

Ступінь має виходи з витримкою часу і миттєвий. Миттєвий вихід використовується для блокування вищестоящого захисту (логічна селективність). Діапазон уставок MODN A за часом вимкнення 0.06-120 сек. Шкала реле розділена на 7 діапазонів, точність встановлення залежить від діапазону і складає 5% від верхньої межі діапазону. Діапазони уставок за часом вимкнення MICOM P12x: 0-150сек. та 0.06 сек. Точність встановлення складає 0.01сек. Необхідно встановлювати найближче до розрахункового значення. Заводом установлено 0.06 сек.