Стартовая >> Книги >> РЗиА >> Защита трансформаторов распределительных сетей

Максимальная токовая защита - Защита трансформаторов распределительных сетей

Оглавление
Защита трансформаторов распределительных сетей
Виды повреждений трансформаторов
Виды ненормальных режимов работы трансформаторов
Короткие замыкания на выводах понижающего трансформатора
Короткие замыкания на выводах низшего (среднего) напряжения
Принцип действия плавких предохранителей
Достоинства и недостатки плавких предохранителей
Защита трансформаторов 6 и 10 кВ плавкими предохранителями
Защита трансформаторов 35 кВ плавкими предохранителями
Защита трансформаторов 110 кВ с помощью плавких вставок и предохранителей
Типы релейной защиты трансформаторов
Способы присоединения понижающих трансформаторов
Структурная схема релейной защиты
Оперативный ток на трансформаторных подстанциях
Трансформаторы тока как источники оперативного тока
Предварительно заряженные конденсаторы и зарядные устройства
Блоки питания
Токовая отсечка от междуфазных к. з.
Дифференциальная токовая защита
Газовая защита
Обслуживание газовой защиты
Максимальная токовая защита
Специальная токовая защита нулевой последовательности
Схемы защиты трансформаторов

Глава восьмая
МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА

8.1. Принцип действия и область применения

Максимальная токовая защита срабатывает при увеличении тока защищаемого элемента сверх установленного тока срабатывания (уставки).
схема максимальной токовой защиты
Рис. 8-1. Функциональная схема максимальной токовой защиты В—орган выдержки времени
Очевидно, что причиной увеличения тока в защищаемом элементе может быть не только к. з. на этом элементе, но и к. з. на каком-то отходящем элементе (внешнее к.з.). Увеличение тока может произойти и в результате внезапного подключения к защищаемому элементу дополнительной нагрузки, например в результате действия АВР или отключения параллельно работающего элемента. По принципу действия максимальная токовая защита реагирует на увеличение тока сверх ее уставки по току вне зависимости от причины, вызвавшей увеличение тока. Поэтому для предотвращения излишних (неселективных) срабатываний при внешних к. з. логическая часть защиты должна обязательно иметь орган выдержки времени, замедляющий ее действие на время, необходимое для срабатывания защиты поврежденного элемента. А для предотвращения излишних срабатываний при перегрузках измерительная часть защиты должна иметь ток срабатывания (уставку), больший, чем максимально возможный ток перегрузки (§ 8-4).
Измерительная часть максимальной токовой защиты состоит из двух или трех максимальных реле тока (условное обозначение Т> или />), включенных на токи фаз защищаемого элемента (рис. 8-1). Выходное действие реле тока осуществляется по схеме ИЛИ, т. е. защита может сработать при срабатывании одного, двух или трех токовых реле. В логической части обязательно имеется орган выдержки времени В. В защите есть сигнальный орган СО, а также может быть предусмотрен исполнительный орган ИО, распространяющий действие защиты на несколько коммутационных аппаратов (см, также рис, 4-3).
Достоинствами максимальной токовой защиты являются простота выполнения и обслуживания и, следовательно, малая стоимость. К недостаткам относятся: трудность отстройки от токов перегрузки; относительно медленное отключение к. з. (несколько секунд); невозможность селективной настройки в сетях с двусторонним питанием, а также на параллельно работающих трансформаторах и линиях [2 и 3]. Эти недостатки ограничивают применение максимальных токовых защит на линиях электропередачи 35 кВ и выше, но на понижающих трансформаторах практически любой мощности максимальная токовая защита по- прежнему устанавливается в обязательном порядке либо в качестве основной, либо вспомогательной (резервной) защиты [1].
На трансформаторах мощностью менее 1 MB-А максимальная токовая защита является основной защитой от токов, обусловленных к.з. в трансформаторе, поскольку на этих трансформаторах обычно не устанавливаются дифференциальная и газовая защиты, а токовая отсечка (если она устанавливается) защищает только часть трансформатора. Максимальная токовая защита, кроме того, является основной защитой шин низшего напряжения, а также резервной защитой для элементов сети низшего напряжения.
На трансформаторах мощностью 1 MB-А и более максимальная токовая защита предназначается для действия в качестве основной защиты при к. з. на шинах низшего и среднего напряжений и в качестве резервной — при к. з. на отходящих элементах сетей низшего и среднего напряжений. При этом предполагается, что на трансформаторе имеются дифференциальная и газовая защиты или одна из них. Надо напомнить, что максимальная токовая защита — значительно более грубая и медленнодействующая защита, чем дифференциальная и газовая, и поэтому не может быть для них полноценной заменой [1].
Максимальная токовая защита — единственная из всех типовых защит трансформаторов малой и средней мощности, которая осуществляет дальнее резервирование, т. е. защиту элементов сети низшего (среднего) напряжения в случае к. з. на каком-либо из элементов и отказе его собственной защиты или выключателя. Поэтому при выборе схемы и параметров срабатывания (уставок) максимальной токовой защиты трансформаторов необходимо учитывать требования дальнего резервирования.
На понижающих трансформаторах максимальная токовая защита всегда устанавливается со стороны основного питания* а на многообмоточных трансформаторах, кроме того, на сторонах низшего и среднего напряжений.
На двухобмоточных трансформаторах упрощенных подстанций (рис. 8-2) также могут предусматриваться два комплекта максимальных токовых защит, из которых комплект 1 действует с меньшей выдержкой времени на отключение выключателя В, а комплект 2 — на включение короткозамыкателя КЗ с большей выдержкой времени (рис. 8-2, а). Это необходимо для того, чтобы при к.з. на шинах низшего напряжения (10 или 6 кВ) не включался короткозамыкатель и не отключалась питающая линия 35—110 кВ, от которой могут питаться еще несколько подстанций. При этом защита 1 может выполняться весьма просто: с помощью реле прямого действия типа РТВ, встроенных в привод выключателя В. В некоторых энергосистемах комплект 1 выполняют на реле косвенного действия и используют его не только для отключения выключателя В при к. з. на шинах ЯЯ,

Рис. 8-2. Выполнение максимальной токовой защиты на двухобмоточном трансформаторе: двумя комплектами (а) и одним комплектом с двумя выдержками времени В\ и В2
но и для ускорения действия комплекта 2. Если к. з. происходит в трансформаторе, то комплект 1 не запускается, а комплект 2 действует без замедления. Если к. з. происходит на шинах или в сети ЯЯ, то запускаются оба комплекта, при этом комплект 1 автоматически разрывает цепь ускоренного действия комплекта 2, сохраняя в работе цепь с выдержкой времени.
При выполнении максимальной токовой защиты одним комплектом также обеспечивается двухступенчатое действие защиты: с меньшей выдержкой времени на отключение выключателя на стороне ЯЯ, а с большей — на включение короткозамыкателя на стороне ВН (рис. 8-2,6). При этом обе выдержки времени могут быть выполнены одним реле времени с импульсным В\ и замыкающим В2 контактами. На рис. 8-2 условно показано включение максимальных токовых защит на трансформаторы тока ТТ одной фазы, на самом деле, как уже указывалось, токовые реле этих защит включаются на токи двух или трех фаз. Схемы включения токовых реле приведены в § 8-2.
На трехобмоточных трансформаторах комплекты максимальных токовых защит устанавливаются либо со всех сторон трансформатора (рис. 8-3, а), либо только с двух сторон (рис. 8-3,6), но при этом защита со стороны основного питания ВН выполняется с двумя выдержками времени. Меньшая выдержка времени В\ предназначена для отключения выключателя В среднего напряжения СН, а большая Вг — для включения короткозамыкателя КЗ на стороне ВН (или для отключения выключателя ВН, если он предусмотрен). При этом самостоятельная защита 1 должна действовать с выдержкой времени, меньшей, чем В\ защиты 2.

Рис. 8-3. Выполнение максимальной токовой защиты на трехобмоточном трансформаторе тремя (а) и двумя (б) комплектами
На трансформаторах с расщепленной обмоткой ЯЯ (НН1 и ЯЯ2) комплекты максимальных токовых защит устанавливаются на стороне ВН и на сторонах НН\ и ЯЯ2, питающих разные секции.
8-2. Типы максимальных реле тока и схемы их включения
Для выполнения максимальной токовой защиты могут использоваться максимальные реле тока разных конструкций. До последнего времени отечественная промышленность выпускала в основном электромеханические реле тока, т. е. реле с подвижными элементами и контактным выходом, выполненные на электромагнитном и индукционном принципах. Сейчас на Чебоксарском заводе начинается выпуск статических, т. е. бесконтактных максимальных реле тока, а точнее — комплектных многофункциональных защит на микросхемах, выполняющих в числе других функций также функции максимальной токовой защиты. На Рижском заводе Энергоавтоматика уже выпускаются статические максимальные токовые защиты типа ЛТЗ (для сельских линий 10 кВ) и типа МТЗ-М (в основном для трансформаторов), выполненные на полупроводниковых элементах. Описание МТЗ-М дано в § 8-6.
Максимальные токовые защиты применяются либо с обратно зависимой от тока выдержкой времени (сокращенно с зависимой характеристикой), либо с независимой от тока выдержкой времени (с независимой характеристикой)*
Максимальная токовая защита с зависимой характеристикой применяется только на трансформаторах небольшой мощности с высшим напряжением 6 или 10 кВ и иногда 35 кВ. Реле тока с зависимой характеристикой (рис. 8-4) автоматически уменьшает время срабатывания при увеличении тока через реле. Но начиная с какой-то определенной кратности тока по отношению к току срабатывания реле (1к/1 с. р), реле действует с одной и той же установленной выдержкой времени. Такая характеристика называется ограниченно зависимой.
Максимальная токовая защита с ограниченно зависимой характеристикой в настоящее время осуществляется с помощью одного из двух типов электромеханических реле: электромагнитного реле прямого действия типа РТВ или индукционного реле косвенного действия типа РТ-80.

Рис. 8-4. Ограниченно зависимые характеристики разных типов максимальных реле тока
/- реле РТ-90; 2-реле РТВ I- РТВ III; 3—реле PTBIV-PTBVI; 4—реле РТ-80
Реле прямого действия РТВ выполняет одновременно функции токового измерительного органа (реле тока) и органа выдержки времени (реле времени). Замедление действия реле РТВ достигается с помощью часового механизма [15 и 25]. Реле РТВ встраивается в пружинный привод выключателя 6 или 10 кВ и, реже, 35 кВ. Реле РТВ имеют 6 исполнений — от I до VI, отличающихся друг от друга значениями токов срабатывания (уставок). Реле PTBI — РТВИ1 умеют характеристику (кривая 2 на рис. 8-4), у которой независимая (установившаяся) часть наступает при токе, равном примерно 1,6 /с. р. Реле РТВ IV — РТВ VI имеют более пологую характеристику (кривая 3 на рис. 8-4), у которой независимая часть наступает при токе, равном примерно 3/с- р.
Индукционное реле РТ-80 (прежнее наименование ИТ-80) применяется в релейной защите уже более 50 лет, причем конструкция его практически не менялась [2,
3 и 19]. Столь длительное и широкое применение этого типа реле объясняется целым рядом достоинств:
реле имеет удачную характеристику (кривая 4 на рис. 8-4), хорошо согласующуюся с время-токовыми характеристиками плавких предохранителей, установленных на отходящих элементах [5 и 11], причем эта характеристика создается без часового механизма или отдельного реле времени, как это осуществляется в других реле и защитах;
реле имеет мощные контакты, способные действовать непосредственно на электромагнит отключения выключателя в схемах на оперативном постоянном токе и дешунтировать электромагнит отключения в схемах на переменном оперативном токе, в последнем случае применяются реле РТ-85 или РТ-95 (§ 4-5);
в дополнение к индукционному элементу в реле РТ-80 имеется электромагнитный элемент — отсечка, с помощью которой можно обеспечить мгновенное действие реле при вторичном токе к.з., в 2—8 раз превышающем ток срабатывания индукционного элемента /с. Р (на рис. 8-4 характеристика отсечки показана штриховой линией, начиная с тока 4 /с. р);
реле имеет встроенный сигнальный элемент.
Таким образом в одном реле РТ-80 объединены измерительный орган двухступенчатой максимальной токовой защиты, логическая часть, сигнальный и исполнительный органы, что делает защиту с реле РТ-80 простой и дешевой. Однако по сравнению с современными статическими реле у РТ-80 имеются существенные недостатки: наличие подвижных частей (в том числе практически непрерывно вращающегося диска), низкий коэффициент возврата, большие габариты и масса, возможность ложного срабатывания при воздействии ударных нагрузок (например, при включении выключателя, установленного в той же ячейке КРУ, где размещаются реле РТ-80, или в соседней ячейке).
На трансформаторах с высшим напряжением 35, 110, 220 кВ максимальная токовая защита выполняется с независимой характеристикой. Измерительный орган такой защиты состоит из максимальных реле тока мгновенного действия, как правило, типа РТ-40.
Электромагнитное реле косвенного действия РТ-40 выпускается в течение примерно 20 лет. Его предшественником является электромагнитное реле ЭТ-520, до сих пор находящееся в эксплуатации. В 1969 г. реле РТ-40 было модернизировано путем уменьшения сечения магнитопровода и увеличения совместного хода контактов для снижения вибрации и повышения надежности замыкания контактов при больших кратностях тока к. з. по отношению

Рис. 8-5. Типовые схемы включения токовых реле максимальных токовых защит понижающих трансформаторов: а — полная звезда; б — неполная звезда с тремя реле; в — треугольник с тремя реле; г — треугольник с двумя реле
к номинальному току трансформаторов тока. Описание реле РТ-40 и его технические характеристики приведены в работах [2, 3 и 19]. Для реле РТ-40 характерны все недостатки, присущие электромеханическим реле: сравнительно низкий коэффициент возврата (0,8, в то время как у статических реле «1), наличие подвижных частей и др. Особо следует отметить, что при несинусоидальной форме кривой вторичного тока, что имеет место при насыщении трансформаторов тока, подвижная система реле может вибрировать, из-за чего не обеспечивается надежное замыкание контактов и может произойти отказ действия защиты. Поэтому для защит с реле РТ-40 (а также с реле ЭТ-520 и РТ-80) должна производиться специальная расчетная проверка надежной работы этих реле при максимальных значениях тока к. з. через защиту [2 и 5].
Схемы включения токовых реле максимальной токовой защиты трансформаторов выбираются таким образом, чтобы обеспечить наибольшую чувствительность защиты при всех видах внешних к. з., т .е. при к. з. на сторонах НН и СН. Типовые схемы включения токовых реле приведены на рис. 8-5. Схема полной звезды (рис. 8-5, а) применяется редко, поскольку для нее требуются три трансформатора тока, а на элементах сетей 6—35 кВ, как правило, устанавливают трансформаторы тока только на двух фазах [2],
На трансформаторах 110—220 кВ схема полной звезды принципиально могла бы применяться, но практически не применяется по следующим основным причинам.
Токовые реле максимальной токовой защиты обычно включаются на те же трансформаторы тока 110—220 кВ, куда включены токовые реле дифференциальной защиты, а эти трансформаторы тока на стандартных силовых трансформаторах со схемами соединения обмоток У/A, У/У/А, У/А-А собираются в схему треугольника (рис. 8-5, в и г) по причине, указанной в § 6-4.
В случае глухого заземления нейтрали 110—220 кВ на защищаемом понижающем трансформаторе его максимальную токовую защиту трудно отстроить (обеспечить несрабатывание) при однофазном к. з. на землю в питающей сети 110—220 кВ. Это объясняется тем, что при таком к.з. во всех трех фазах трансформатора на стороне ВН проходят токи к. з., равные 1/3 тока 1^\ проходящего через его заземленную нейтраль (рис. 1-2). Расчеты показывают, что значение этих токов, как правило, намного превосходит номинальный ток даже у маломощных трансформаторов.
Схема неполной звезды (рис. 8-5, б) является типовой для понижающих трансформаторов 6 или 10 кВ со схемами соединения обмоток У/У или А/У, а также для трансформаторов 35 кВ, не оборудованных дифференциальной защитой.
Схема неполной звезды выполняется с тремя реле на трансформаторах с соединением обмоток У/А и А/У и с двумя реле — на трансформаторах У/У, но при условии, что имеется специальная токовая защита нулевой последовательности от к.з. на землю на стороне НН (гл. 9). Как видно из схемы неполной звезды (рис. 8-5,6), два реле включены на токи фаз, обычно А и С, а третье — в обратный провод, в котором при симметричном трехфазном режиме проходит ток, равный по значению токам фаз А и С.
Схема неполной звезды с тремя реле имеет в два раза большую чувствительность, чем та же схема с двумя реле, при двухфазных к. з. за трансформатором со схемой соединения обмоток У/А или А/У Это видно из рис. 1-4, где в одной из фаз на стороне ВН проходит ток, в два раза больший, чем в двух других фазах. При установке только двух реле может оказаться, что через них пройдут меньшие токи (0.5 а при установке трех реле — при всех сочетаниях двухфазного к. з. за трансформатором (А и В, В и С, С и А) через одно из реле всегда пройдет больший ток, равный по значению току трехфазного к. з. Поэтому схема неполной звезды применяется с тремя реле, причем не только для повышения чувствительности к к.з. на шинах НН (СН)> но и для повышения эффективности дальнего резервирования.
Схема соединения трансформаторов тока в треугольник, а реле в звезду (рис. 8-5,в и г), сокращенно называемая схемой треугольника, является типовой для трансформаторов с соединением обмоток У/А, У/У/А, У/А/У, У/А-А и т. п. Как указывалось в § 6-4, эта схема применяется для устранения углового сдвига в 30° между векторами вторичных токов в плечах дифференциальной защиты.
Схема треугольника с тремя реле (рис. 8-5, в) применяется на трехобмоточных трансформаторах со схемами соединения обмоток У/У/А и У/А/У, а с двумя реле (рис. 8-5, г)—на двухобмоточных трансформаторах со схемой соединения обмоток У/А и на трансформаторах с расщепленной обмоткой НН У/А-А. Допустимость применения двух реле вместо трех без снижения чувствительности максимальной (а также и дифференциальной) защиты трансформаторов У/А и У/А-А объясняется векторной диаграммой токов, проходящих на стороне ВН при двухфазном к. з. за трансформатором с таким соединением обмоток (рис. 1-4). Имея в виду, что в каждом из трех реле схемы треугольника (рис. 8-5, в) проходит ток, равный геометрической разности токов двух соседних фаз, по векторной диаграмме токов (рис. 1-4) определяем, что в двух реле проходят токи, значение которых равно в одном реле ток равен нулю. Такое соотношение токов
имеет место при всех сочетаниях двухфазного к. з. за трансформатором ^/Д или ^/Д-Д. Поэтому без ущерба для чувствительности токовую защиту на питающей стороне ВН можно выполнить двумя реле (рис. 8-5, г).
Иной вид имеет векторная диаграмма токов в месте двухфазного к з. (рис. 1-1,6). В таком же виде она представляется и на стороне ВН трансформатора VVY/Д или У/Д/Y при к.з. на стороне СН или НН, где обмотка трансформатора соединена в звезду. В этом случае только в одном из трех реле разность токов двух фаз равна удвоенному значению фазного тока: 2/{с2\ Очевидно, что нельзя без ущерба для чувствительности применить двухрелейную схему вместо трехрелейной, так как при одном из сочетаний двухфазного к.з. она будет иметь в два раза меньшую чувствительность.
Трехрелейная схема треугольника (рис. 8-5, в) в некоторых довольно редких случаях может потребоваться и для трансформаторов Y/Д» когда невелики значения токов при двухфазном к. з. на стороне ВН и двухрелейная схема не обеспечивает необходимого коэффициента чувствительности защиты.
Схема включения одного реле на разность токов двух фаз (рис. 5-2, б) для максимальной токовой защиты трансформаторов не применяется, так как она отказывает при одном из сочетаний двухфазного к. з. за трансформатором Y/A или Д/Y (векторная диаграмма на рис. 1-4), а также отказывает при к. з. одной из фаз на землю за трансформатором Y/Y (векторная диаграмма на рис. 1-5). Кроме того, эта схема имеет меньшую в 1,73 раза чувствительность, чем схема на рис. 8-5, б при двухфазном к. з. в месте установки защиты и за трансформатором со схемой соединения обмоток Y/Y (§5-2).
3. Выполнение выдержки времени
Выдержка времени в современных максимальных токовых защитах осуществляется с помощью электромеханических или полупроводниковых реле времени. На постоянном оперативном токе используются электромагнитные реле времени с часовым механизмом серий ЭВ-100 и РВ-100. Схема включения катушки (электромагнита) этого реле показана на рис. 8-6, а. Реле времени начинает действовать при подаче на его катушку «+» оперативного тока после замыкания любого из контактов токовых реле РТ.
На переменном оперативном токе используются два вида реле времени и соответственно две различные схемы логической части максимальной токовой защиты (рис. 8-6,6 и в).
На рис. 8-6, б, показана схема с электромагнитным реле времени ЭВ-225 (со шкалой до 3,5 с) или ЭВ-235 (со шкалой до 9 с). Особенность этих реле в том, что они создают выдержку времени при возврате (отпадании) якоря реле. Возврат происходит после снятия напряжения с электромагнита РВ размыкающими контактами максимальных реле тока РТ. Последовательное включение размыкающих контактов РТ обеспечивает возврат реле времени при срабатывании хотя бы одного из токовых реле, т. е. по схеме ИЛИ. Замыкающийся с выдержкой времени контакт реле времени действует на электромагнит управления выключателя или короткозамыкателя, используя в качестве источника оперативного тока либо трансформаторы тока (схема с дешунтированием ЭО с реле РП-341, § 4-5), либо предварительно заряженные конденсаторы (§ 4-6).
Схема максимальной токовой защиты трансформаторов с реле ЭВ-225 (ЭВ-235) имеет существенный недостаток: возможность излишнего срабатывания защиты при потере оперативного напряжения. Из рис. 8-6, б видно, что катушка реле РВ теряет питание не только при размыкании одного из контактов реле РТ, но и при исчезновении напряжения на шинках управления ШУ. Напряжение иа ШУ может исчезнуть не только при отключении ТСН или ТН, от которых они питаются, но и при отключении питающей линии 35—220 кВ. При этом на подстанции полностью исчезает напряжение, реле времени в схеме максимальной защиты теряет питание и начинает отсчитывать время. Весьма вероятно, что к моменту включения питающей ля- нии замыкающий контакт реле времени уже будет замкнут. В момент подачи напряжения на трансформатор от броска его намагничивающего тока токовые реле защиты могут сработать и кратковременно замкнуть свои замыкающие контакты. Поскольку контакт реле времени уже замкнут, защита мгновенно излишне срабатывает на включение короткозамыкателя 35— 220 кВ, что приводит к отключению питающей линии. Такие случаи наиболее вероятны на однотрансформаторных упрощенных подстанциях, не имеющих резервного источника питания ШУ. Но и на двухтрансформаторных подстанциях такой случай возможен при неправильной работе АВР собственных нужд и ШУ [27].
При неисправностях в системе собственных нужд и потере питания ШУ максимальная токовая защита с реле ЭВ-225 (ЭВ-235) превращается в неселективную токовую отсечку без выдержки времени и неселективно срабатывает при к.з. на любой из отходящих линий 10 (6) кВ, что приводит

Рис. 8-6. Схемы выполнения выдержки времени максимальной токовой защиты с помощью реле времени постоянного тока серии ЭВ-100 (а), реле времени переменного напряжения ЭВ-225 или ЭВ-235 (б), токового реле времени РВМ (б)
к погашению подстанции, а возможно, и к длительному отключению питающей линии 35—220 кВ. Последнее вызывается тем, что при неисправностях в цепях собственных нужд теряет питание и устройство для заряда конденсаторов, а это приводит к отказу отключения отделителя трансформатора в бестоковую паузу перед АПВ линии (§ 4-6). В результате на питающей линии остается подключенным трансформатор с включившимся от защиты короткозамыкателем и не отключившимся автоматически отделителем, т. е. на линии остается устойчивое к. з., которое может быть устранено только после вмешательства оперативного персонала. Такие случаи действительно происходили.
Для устранения излишних срабатываний защиты предлагалось f25] использовать импульсный контакт реле ЭВ-225 (ЭВ-235), который при потере питания ШУ и возврате реле замыкается лишь кратковременно — обычно находится в разомкнутом состоянии. Но такое решение приведет к отказу защиты при к. з. в зоне ее действия, а это не менее опасно, чем излишнее срабатывание.
В связи с описанным недостатком схема с реле ЭВ-225 (ЭВ-235) не применяется для защиты трансформаторов с начала 1970-х годов. Вместо реле ЭВ-225 (ЭВ-235) применяют токовые реле времени типа РВМ-12 и РВМ-13 [21 и 25].
Реле времени РВМ выполнены с синхронным однофазным микродвигателем М (рис. 8-6, в), который включается через промежуточные насыщающиеся трансформаторы тока ПНТ на вторичные токи трансформаторов тока ТТ любых двух фаз защищаемого элемента. Как видно из рис. 8-6, в, первичные обмотки ПНТ1 включены последовательно с измерительными токовыми реле защиты РТа и РТс соответственно, а также с промежуточными реле РП и дешунтируемыми электромагнитами отключения или включения ЭО (ЭВ). Принцип работы схемы с дешунтированием ЭО рассмотрен в § 4-5.
При повреждении в трансформаторе или при внешнем к. з. срабатывают измерительные токовые реле РТ и замыкают свои контакты в цепи пуска микродвигателя М. Схема выполнена таким образом, что при любом виде к. з. микродвигатель подключается только к одной из вторичных обмоток ПНТ2 (для этого последовательно с замыкающим контактом РТС включен размыкающий контакт РГд). Поскольку в это время по первичной обмотке ПНТ\ идет ток к.з., он трансформируется во вторичную обмотку ПНТ2 и приводит во вращение микродвигатель М. С помощью редуктора частота вращения двигателя снижается до такого значения, чтобы выходной рычаг механизма с подвижными контактами двигался в течение 4 с — для реле РВМ-12 и 10 с — для РВМ-13. В пределах этих значений устанавливается выбранная выдержка времени для импульсного и замыкающего контактов реле. Таким образом, реле РВМ начинает отсчитывать время только после возникновения к. з. и срабатывания токовых реле защиты.
Замыкание контакта РВМ вызывает срабатывание промежуточных реле типа РП-341, дешунтирующих ЭО (ЭВ), или РП-321, обеспечивающих подключение ЭО (ЭВ) к предварительно заряженным конденсаторам (рис. 10-1).
4. Расчет параметров срабатывания (уставок)
Расчет параметров срабатывания (уставок) максимальной токовой защиты заключается в выборе: тока срабатывания защиты (первичного); тока срабатывания реле для принятой схемы их включения (рис. 8-5); времени срабатывания защиты с независимой характеристикой или характеристики срабатывания токовых реле для защиты с зависимой характеристикой (рис. 8-4). Кроме того, производится расчетная проверка трансформаторов тока.
Выбор тока срабатывания. Уставки по току максимальной токовой защиты должны обеспечивать:
несрабатывание защиты на отключение при послеаварийных перегрузках; согласование действия (по току и по времени) с защитами питающих («последующих») и отходящих («предыдущих») элементов;
необходимую чувствительность при всех видах к. з. в основной зоне и в зоне резервирования.
Кроме того, для схем с дешунтированием ЭО (ЭВ), описанным в § 4-5, необходимо обеспечить надежное действие ЭО (ЭВ) после дешунтирования.
Для отстройки (обеспечения несрабатывания) защиты при послеаварийных перегрузках необходимо выбрать ее ток срабатывания большим, чем возможный ток самозапуска электродвигателей, питаемых от трансформатора, а также большим, чем возможный ток перегрузки при отключении параллельно работающего трансформатора или при действии АВР, в результате которого к работающему с нагрузкой трансформатору подключается дополнительная нагрузка. Напомним, что самозапуском называется процесс одновременного пуска из заторможенного состояния всех электродвигателей нагрузки после кратковременного перерыва, а затем восстановления электроснабжения. Кратковременный перерыв может быть вызван отключением питающего элемента, а затем включением его устройством АПВ или подачей напряжения от резервного источника питания с помощью устройства АВР. Торможение и последующий самозапуск двигателей могут произойти также в результате близкого трехфазного к. з., которое отключается защитой с выдержкой времени.
Для отстройки от самозапуска электродвигателей нагрузки ток срабатывания защиты
(8-1)

Рис. 8-8. Токораспре- деление при удаленном к. з. в сети НН
— последующая защита;
— предыдущая защита
где kH — коэффициент надежности (отстройки), учитывающий погрешность реле и необходимый запас, в зависимости от типа реле может приниматься равным 1,1—1,2 (реле косвенного действия РТ-40, РТ-80, РТ-90) или 1,2—1,4 (реле прямого действия РТВ); kB — коэффициент возврата реле, представляющий отношение тока возврата реле к его току срабатывания, равный примерно 0,8 для реле РТ-40, РТ-80, РТ-90 и 0,6 — 0,7 — для реле РТВ; kC3n — коэффициент самозапуска, представляющий отношение

Рис. 8-7. Расчетная схема подстанции с двумя трансформаторами, работающими раздельно с АВР на стороне НН СВ — секционный выключатель; Н\» Нг—нагрузки первой и второй секций НН
тока при самозапуске электродвигателей к предаварийному рабочему току, значение его в основном зависит от вида нагрузки (доли асинхронных двигателей, участвующих в самозапуске); /раб. макс — максимальный рабочий ток (ток нагрузки) защищаемого трансформатора, с учетом допустимой длительной перегрузки в аварийных условиях может быть равен (1,3 ч- Ч- 1,4) /ном тр (§ 1-2).
Для отстройки от тока перегрузки при действии АВР трансформаторов, в результате чего к работающему с нагрузкой, Н\ трансформатору Тр\ (рис. 8-7) подключается заторможенная нагрузка Н2 отключившегося транс- Фопматора Тр2, ток срабатывания максимальной токовой защиты Тр\ должен выбираться по выражению:
(8-2)
где коэффициент, учитывающий увеличение тока через трансформатор Тр\ из-за понижения напряжения на шинах НН при подключении к нему после АВР заторможенных двигателей, ранее питавшихся от трансформатора Тр2\ значение этого коэффициента для нагрузки, в основном состоящей из электродвигателей, участвующих в самозапуске, принимается равным 1,5—1,6; остальные обозначения такие же, как в выражении (8-1). При этом коэффициент kB учитывается только при нагрузке, в основном состоящей из электродвигателей, участвующих в самозапуске.
Для согласования чувствительности максимальных токовых защит смежных элементов существует известное правило, согласно которому защита* расположенная ближе к источнику питания (последующая) должна быть менее чувствительна, т. е. иметь больший ток срабатывания, чем защита, расположенная дальше от источника питания (предыдущая). На рис. 8-8 последующей защитой является защита 1 трансформатора, а предыдущей — защита 2 одной из отходящих линий низшего напряжения. Согласование этих защит необходимо для случаев удаленных к. з., когда через предыдущую за- щиту проходит ток к. з., близкий по значению к ее току срабатывания Uк « /с. зг)- В это же время через последующую защиту 1 проходят ток 1К и дополнительно рабочий ток /раб, потребляемый нагрузкой Н неповрежденных линий НН. Для того чтобы обеспечить несрабатывание последующей защиты / в условиях, когда отказывает из-за недостаточной чувствительности предыдущая защита 2, необходимо по Правилам [1] согласовать их чувствительность, т. е. выбрать /с. 3i большим, чем сумма токов /с. зг + /раб. Выбор /с. з по условию согласования чувствительности подробно рассмотрен в работах [5 и 28].
Чувствительность максимальной токовой защиты, так же как и дифференциальной токовой (§ 6-1), оценивается коэффициентом чувствительности по выражению (5-3). Наименьшее значение тока в реле /Р. мин определяется по минимальному значению первичного тока к. з. за трансформатором (гл. 2) с учетом схемы включения токовых реле защиты (рис. 8-5), вида к. з. и коэффициента трансформации трансформаторов тока [5]. Ток срабатывания реле /с. р определяется по выражению (5-2), в которое подставляется наибольшее значение /с. з, полученное из условий отстройки от токов самоза- пуска и перегрузки [выражения (8-1) и (8-2)], а также из условия согласования чувствительности с предыдущими защитами.
Значения коэффициентов чувствительности для всех максимальных токовых защит должны быть примерно 1,5 — при к. з. на сторонах НН и СН трансформаторов (в основной зоне) и примерно 1,2 — при к. з. в зоне резервирования. Исключение составляет максимальная токовая защита трансформаторов с низшим напряжением 0,23—0,4 кВ, для которой необходимо обеспечить k4 ^ 2 [1].
Если k4 для основной зоны оказывается меньше указанного значения, максимальная токовая защита дополняется пусковым органом напряжения (§ 8-5).
Выбор времени срабатывания (уставки по времени) и характеристики максимальной токовой защиты. Время срабатывания защиты tc. э выбирается из следующих условий:
обеспечения нагревостойкости трансформатора, для чего tc. 3 не должно превышать допустимых значений, указанных в § 1-2;
обеспечения селективности с защитами предыдущих и последующих элементов.
По условию селективности для защит с независимыми характеристиками время срабатывания последующей защиты (/ на рис. 8-8)
(8-3)
где tc. з. пред — время срабатывания предыдущей защиты (2 на рис. 8-8); — ступень селективности, значение которой находится в пределах 0,4—0,6 с для современных электромеханических реле времени.
Для защит с зависимой характеристикой время срабатывания зависит от тока. Поэтому ступень селективности должна выбираться при определенном значении тока:
при согласовании последующей 1 и предыдущей 2 защит с зависимыми характеристиками — при максимальном значении тока к. з. в начале предыдущего участка (на отходящей линии на рис. 8*9, а и б);
при согласовании последующей защиты / с независимой характеристикой и предыдущей защиты 2 с зависимой характеристикой — при токе срабатывания последующей защиты /с. 3. поел (рис. 8-9, в). Из рис. 8-9, в видно, что уменьшение времени срабатывания последующей защиты 1 может быть достигнуто путем увеличения ее тока срабатывания (штриховая характеристика /'). если это допустимо по условию обеспечения чувствительности защиты.
Выбор и согласование времени срабатывания и характеристик зависимых защит производится путем построения карты селективности (рис. 8-9,6 и в). По оси абсцисс на графике откладываются первичные фазные токи, а по оси ординат — выдержки времени.

Рис. 8-9. Согласование характеристик максимальных защит последующего (/) и предыдущего (2) элементов* а — расчетная схема; б и в — карты селективности
Токи срабатывания защит, установленных на разных ступенях напряжения (например, ВН и НН), должны быть приведены к одной ступени напряжения с помощью коэффициента трансформации трансформатора (§ 2-4). Для учета влияния токов нагрузки неповрежденных предыдущих элементов характеристика защиты 2 поврежденного предыдущего элемента должна быть сдвинута вправо на отрезок, равный значению суммарного тока нагрузки /ра6 (характеристика 2' на рис. 8-9,6 и в), после чего ступень селективности At выбирается между характеристиками / и 2'. Это требование важно выполнять при согласовании защит в зависимой части характеристик. Карта селективности наглядно показывает, насколько удачно выполнено согласование предыдущих и последующих защит по току и времени срабатывания.
Примеры расчета (выбора уставок) максимальных токовых защит трансформаторов и других элементов распределительных сетей приведены в работе [5].
5. Максимальная токовая защита с пуском по напряжению
Структурная схема максимальной токовой защиты с пусковым органом напряжения (Н <) показана на рис. 8-10, а. При к.з. на шинах НН напряжение на пусковом органе //< резко снижается, что приводит к его срабатыванию. В это же время через трансформатор проходит ток к. з., вызывающий срабатывание токового измерительного органа    (выполненного двумя или тремя реле, как показано на рис. 8-1). Одновременное срабатывание органов //< и Г>, включенных по логической схеме И, приводит к запуску органа выдержки времени В и к отключению трансформатора. В других случаях увеличения тока через трансформатор (самозапуск электродвигателей нагрузки или подключение дополнительной нагрузки) напряжение на шинах НН снижается не столь значительно, как при к.з., пусковой орган НС при правильной его настройке не срабатывает и защита не может действовать на отключение даже при условии срабатывания токового органа 7'>.


Рис. 8-10. Структурная схема максимальной токовой защиты с пуском по напряжению (а) и схема комбинированного пускового органа
напряжения (б)
Очевидно, что применение пускового органа напряжения позволяет не отстраивать ток срабатывания максимальной защиты от токов самозапуска и перегрузки, т. е. не учитывать коэффициент kc*n в выражении (8-1), а условие (8-2) вообще не использовать. Для современных максимальных токовых защит с электромеханическими реле, имеющих пуск по напряжению, ток срабатывания может приниматься без специального расчета равным 1,5 /ном 7> Это примерно в 2—3 раза меньше, чем для максимальных защит без пуска по напряжению, установленных на трансформаторах, питающих двигательную нагрузку. Таким образом, пуск по напряжению делает максимальную токовую защиту значительно более чувствительной к к. з. на шинах НН (СН) и к к. з. в сети, т.- е. в основной зоне и в зоне резервирования. Поэтому пусковой орган напряжения устанавливается практически на всех понижающих трансформаторах 110—220 кВ, а также на трансформаторах 35 кВ, питающих двигательную нагрузку. В последние годы пуск по напряжению применяется и для защит трансформаторов 6 (10) кВ, питающих нагрузку, в основном состоящую из асинхронных электродвигателей, участвующих в самозапуске [29].
Пуск по напряжению осуществляется, главным образом, с помощью комбинированного пускового органа (рис. 8*10,6), выполненного с одним минимальным реле напряжения / (типа РН-50), включенным на междуфазное напряжение, и одним фильтром-реле напряжения обратной последовательности 2 (типа РНФ-1М), разрывающим своим контактом цепь обмотки минимального реле 1 [1]. Реле / может использоваться с размыкающим или замыкающим контактом в зависимости от построения схемы защиты.
Комбинированный пусковой орган работает следующим образом. В нормальном режиме размыкающий контакт реле 2 замкнут и через него подано напряжение на обмотку реле 1. При несимметричном к. з. появляется напряжение обратной последовательности, срабатывает реле 2 и размыкает свой контакт в цепи реле /, в результате чего реле / теряет питание, возвращается и переключает свои контакты в положение «на складе». Этим осуществляется пуск максимальной токовой защиты. При симметричжж (трехфазном) к. з. реле 2 не срабатывает, но напряжение снижается на всех фазах, в том числе и на тех, на которые включено реле /, поэтому оно возвратится, если напряжение снизится ниже его напряжения возврата (обычно 0,5—0,6 номинального). Комбинированный пусковой орган напряжения показан в полной схеме защиты трансформатора на переменном оперативном токе на рис. 10-1.
В ряде случаев вместо комбинированного пускового органа напряжения применяется пусковой орган, состоящий из трех минимальных реле напряжения, включенных на три междуфазные напряжения, размыкающие контакты которых включены параллельно, т. е. по схеме ИЛИ (рис. 4-4). Три реле необходимы для того, чтобы пусковой орган надежно действовал при всех сочетаниях двухфазного к. з.: А—В, В—С, С—А, поскольку лишь напряжение между замкнувшимися фазами снижается до нуля [6].
Технические характеристики реле РН-50 и РНФ-1М приведены в работе [19]. Условия расчета параметров срабатывания (уставок) пусковых органов напряжения и примеры расчета рассмотрены в работе [5].
6. Максимальная токовая защита с магнитными трансформаторами тока
С 1972 г. Рижским заводом Энергоавтоматика выпускается новая максимальная токовая защита МТЗ-М, токовые цепи которой подключаются не к обычным трансформаторам тока защищаемого трансформатора, а к магнитным датчикам, названным магнитными трансформаторами тока серии ТВМ [26]. В отличие от обычного трансформатора тока (ТВТ, ТФН и др.) ТВМ не врезается в провод с контролируемым током, а располагается под ним, в магнитном поле, создаваемом этим током. ТВМ монтируются на конструкциях, имеющих потенциал земли, поэтому они не требуют высоковольтной изоляции и стоимость их значительно меньше, чем обычных трансформаторов тока. ТВМ можно расположить таким образом, чтобы в зону действия защиты вошли вводы высшего напряжения 35—220 кВ и ошиновка трансформатора. В этом определенное преимущество защиты с ТВМ по сравнению с защитой, включенной на встроенные во вводы ВН трансформаторы тока (типа ТВТ). Но главное назначение МТЗ-М с ТВМ — защита таких трансформаторов, у которых заводом-изготовителем не установлены встроенные трансформаторы тока ТВТ, а установка выносных трансформаторов тока по каким-либо причинам невозможна. Это в основном относится к трансформаторам 35 кВ.
Выпускаемое устройство МТЗ-М выполнено по логической схеме, соответствующей трехфазной двухступенчатой максимальной токовой защите. Структурная схема МТЗ-М приведена на рис. 8-11 [26]. Магнитные трансформаторы тока типа ТВМ (Т]—Т3) располагаются на безопасном расстоянии под проводами А, В, С защищаемого трансформатора. В схеме имеются элементы регулировки уставок У\—У6, три логических элемента ИЛИ, релейные элементы Pi и Р2, элементы памяти П\ и Я2, орган выдержки времени J3, усилитель У, органы сигнализации Ci—С3 и выходной исполнительный орган ИО.
Питание схемы защиты производится либо от независимого источника постоянного тока (аккумуляторной батареи) 24 В, либо от источника переменного напряжения (ТСН или ТН). При питании от ТСН или ТН защита поставляется заводом вместе со специальным блоком питания, который обеспечивает питание защиты в течение 5 с после исчезновения переменного оперативного напряжения (например, при близком трехфазном к.з.)* Этот же блок обеспечивает получение вспомогательного автономного напряжения, которое используется для настройки защиты на заданный ток срабатывания и для периодической проверки ее исправности.
При коротких замыканиях защита работает следующим образом. При токе к. з., соответствующем току срабатывания (уставке) второй ступени, действуют элементы У4, ^5 или Уб, ИЛИ2, Р2, П2, В, С2, ИЛИ3, выходной исполнительный орган ИО, сигнальный орган Сз. Защита срабатывает с заданной выдержкой времени на отключение трансформатора (или включение

Рис. 8-11. Структурная схема максимальной токовой защиты
МТЗ-М
короткозамыкателя). При к.з. на выводах ВН или в обмотке ВН защита действует по другой цепи, осуществляющей функции токовой отсечки. В этих случаях действуют элементы Уь У2 или У3, HJIHi, Ри Пи У, Сь ИЛИз, И О, С3. В цепи отсечки имеется замедление около 0,06 с.
Каждая из ступеней защиты может иметь ток срабатывания в очень широком диапазоне. Например, первая ступень (отсечка) в пределах 50— 1500 А при напряжении 35 кВ и в пределах 100—3000 А при напряжении 110 кВ. Вторая ступень — в пределах 25—375 А при напряжении 35 кВ и 50—750 А при напряжении 110 кВ. Коэффициент возврата защиты kB = 1, что необходимо учитывать при выборе тока срабатывания по условиям (8-1) и (8-2). Время срабатывания второй ступени может быть установлено в пределах 0,3—5 с.
В защите МТЗ-М имеется встроенное устройство для периодического контроля исправности логической части и отдельных ее элементов, которым можно пользоваться при отключенном и включенном трансформаторе.
Указания по наладке защиты МТЗ-М приведены в заводской информации и в брошюре, подготовленной Союзтехэнерго.
С 1979 г. вместо защиты МТЗ-М выпускается более совершенная защита типа ТЗК-1 также с магнитными трансформаторами тока.



 
« Защита и автоматика электрических сетей агропромышленных комплексов   Наладка ВЧ каналов релейной защиты »
электрические сети