Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции - Релейная защита и автоматика [doc] - файл глава 1.doc


Лекции - Релейная защита и автоматика [doc]
скачать (1287.5 kb.)

Доступные файлы (5):

глава 1.doc766kb.23.09.2004 13:05скачать
глава 2.doc1285kb.24.09.2004 02:01скачать
глава 3.doc708kb.15.09.2004 13:20скачать
глава 4.doc383kb.10.09.2004 01:58скачать
глава 5.docскачать

содержание
Загрузка...

глава 1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...



1 ОБЩИЕ ВОПРОСЫ релейной ГЛАВА ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ

1.1. НАЗНАЧЕНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

1.2. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И ИСТОЧНИКА ОПЕРАТИВНОГО ТОКА

1.3. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТОВ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ




Работа систем электроснабжения сопровождается повреждениями и аварийными режимами. Для защиты элементов электроснабжения от опасных последствий повреждений и аварийных режимов необходимы автоматические устройства – реле. Совокупная работа этих устройств в энергосистеме называется релейной защитой. Для обеспечения адекватной реакции устройств релейной защиты на все повреждения и аварийные режимы, возникающие в сложной энергосистеме, к релейной защите предъявляются ряд специальных требований. Исходя из этих требований следует состав и порядок функционирования основных элементов релейной защиты. Для правильного выбора аппаратов релейной защиты необходимы предварительные данные по защищаемому оборудованию (а именно, токи КЗ, напряжения при КЗ и так далее).




^ Цель главы – изучить влияние аварийных режимов на работу электроустановок, способы ликвидации их последствий, основные элементы релейной защиты и особенности расчетов токов короткого замыкания.



^

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ




  • Виды повреждений и аварийных режимов в электроустановках.

  • Назначение релейной защиты.

  • Основные требования предъявляемые к релейной защите.

  • Классификация реле в зависимости от их конструктивного и функционального назначения.

  • Оперативный ток и его источники.

  • Особенности функционирования источников оперативного тока в различных режимах работы энергосистемы.

  • Требования предъявляемые к трансформаторам тока и трансформаторам напряжения в схемах релейной защиты.

  • Схемы соединения трансформаторов тока, напряжения и обмоток реле.

  • Допущения при рассмотрении основных повреждений возникающих в электроустановках.

  • Расчетные схемы и выражения для определения токов и напряжений при различных видах КЗ.




    1. Назначение релейной защиты


В энергетических системах могут возникать повреждения и аварийные режимы работы электрооборудования электростанций и подстанций, распределительных устройств, ЛЭП и электроустановок потребителей электрической энергии. Повреждения в большинстве случаев сопровождаются значительным увеличением тока и глубоким понижением напряжения в элементах энергосистемы. Повышенный ток выделяет большое количество тепла, вызывающее разрушения в месте повреждения и опасный нагрев неповрежденных ЛЭП и оборудования. Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы генераторов и энергосистемы в целом. Аварийные режимы обычно приводят к отклонению величин напряжения, тока и частоты от допускаемых значений. При понижении частоты и напряжения, создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энергосистемы, а повышение напряжения и тока угрожает повреждению оборудования и ЛЭП.

В результате повреждения нарушают работу энергосистемы и потребителей электроэнергии, а аварийные режимы создают возможность возникновения повреждений или расстройства работы энергосистемы.

Для обеспечения нормальной работы энергетической системы и потребителей электроэнергии необходимо как можно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной сети, восстанавливая таким образом нормальные условия их работы и прекращая разрушения в месте повреждения.

Для предотвращения опасных последствий ненормальных режимов, необходимо своевременно обнаружить отклонение от нормального режима и принять меры к его устранению (например понизить напряжения при его возрастании или снизить ток при его увеличении и т.д.). В связи с этим возникает необходимость в создании и применении автоматических устройств, выполняющих указанные операции и защищающие систему и ее элементы от опасных последствий повреждений и аварийных режимов. В качестве таких автоматических устройств используют защитные устройства, выполняемые при помощи специальных автоматов-реле. Совокупность таких автоматических устройств, работающих в энергосистеме называется релейной защитой. Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная и надежная работа современных энергетических систем.

Основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения короткого замыкания и быстрое автоматическое отключение поврежденного элемента сети –

это защита, действующая на отключение.

При возникновении нарушения нормальных режимов работы (перегрузка, замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью, понижение уровня масла в трансформаторе и др.), когда эти явления не представляют непосредственной опасности для электрооборудования, достаточно дать предупредительный сигнал оперативному персоналу – это защита действующая на сигнал.

Таким образом, исходя из назначения и функций выполняемых релейной защитой, следует, что аппараты релейной защиты монтируются в «цепях вторичной коммутации», т.е. в слаботочных электрических цепях, предназначенных для управления и контроля режимов работы силовых цепей и систем электроснабжения.

В современных электрических системах релейная защита тесно связана с электрической автоматикой, предназначенной для быстрого автоматического восстановления нормального режима и питания потребителей. Основу такой автоматики составляют следующие устройства: автоматическое повторное включение (АПВ); автоматическое включение резервных источников питания и оборудование (АВР); автоматическая частотная разгрузка (АЧР); автоматическое регулирование возбуждение генераторов (АРВ) и т.д.

Рассмотрим более подробно основные виды повреждений и аварийных режимов.

^
ПОВРЕЖДЕНИЯ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ

Наиболее опасными и частыми видами повреждений являются короткие замыкания (кз) между фазами электрической установки и кз фаз на землю. В обмотках электрических машин и трансформаторов, кроме перечисленных КЗ бывают замыкания между витками одной фазы (межвитковые замыкания). При кз в сетях с глухозаземленной нейтралью возрастает ток и происходит снижение напряжения в сети это приводит к ряду опасных последствий:

• ток кз в месте повреждения производит большие разрушения (вследствие теплового воздействия), а проходя по неповрежденным участкам ЛЭП и оборудования вызывает их нагрев выше допустимого значения;

• понижение напряжения, приводит к уменьшению момента вращения электродвигателей (а в ряде случаев и их остановку), также нарушается нормальная работа осветительных установок;

• снижение напряжения сопровождается нарушением устойчивости параллельной работы генераторов.

Замыкания на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью не приводит к кз, так как возникающий при этом ток в месте повреждения замыкается через емкость проводов относительно земли и имеет как правило небольшую величину, при этом линейные напряжения остаются неизменными. Однако возможно нарушение изоляции относительно земли двух неповрежденных фаз и перехода однофазного замыкания на землю в междуфазное кз.

^
ПОСЛЕДСТВИЯ АВРИЙНЫХ РЕЖИМОВ

• протекание сверхтоков, вызванных перегрузкой оборудования или внешнем кз, при этом по неповрежденному оборудованию протекают токи превышающие номинальное значение, допустимое время прохождения повышенных токов, зависит от их величины, в том случае если время прохождения сверхтоков превышает допустимое это приводит к старению изоляции и выходу оборудования из строя.

• повышение напряжения сверх допустимого значения, что связано с внезапной разгрузкой синхронных генераторов, вследствие аварийного отключения части потребителей. Это приводит к увеличению числа оборотов синхронных генераторов и как следствие повышению напряжения на выводах генератора, такие перенапряжения особенно опасны для изоляции обмотки статора синхронного генератора. Защита в таких случаях должна снизит ток возбуждения генератора или отключить его.

• качание в системах, которые возникают при выходе из синхронизма параллельно работающих синхронных генераторов, при этом происходит периодическое изменение тока и напряжение, ток во всех элементах сети колеблется от нуля до максимального значения (в несколько раз превышающих номинальный), напряжение изменяется от номинального до некоторого минимального значения. При этом защита должна действовать не на отключение, а на деление системы в определенных точках.
^ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ, ДЕЙСТВУЮЩЕЙ НА ОТКЛЮЧЕНИЕ

Селективность защиты. под селективностью понимается свойство релейной защиты действующее на отключение, избирать поврежденный участок и отключать только его. Для релейной защиты действующей на сигнал под селективностью, понимается способность однозначно указывать место возникновения ненормального режима и конкретно элемент энергосистемы. Если по принципу своего действия защита срабатывает только при кз на защищаемом элементе, то ее относят к защитам обладающим абсолютной селективностью. Наряду с действием при повреждении защищаемого элемента, необходимо чтобы защита данного элемента действовала как резервная при повреждении на смежном элементе, если это повреждение не отключается. Так при кз в точке К, должна действовать защита поврежденной линии, однако, если повреждение не будет отключено (неисправность защиты или выключателя), то должна действовать защита ввода. То есть, защита обладает относительной селективностью (рис. 1.1).




^

Рис.1.1. Зоны действия защиты


Чувствительность защиты. под чувствительностью защиты, понимается ее способность реагировать на возможные повреждения в минимальных режимах системы электроснабжения, т.е. когда изменение величины, на которую реагирует защита будет минимальным. Обычно стремяться сделать защиту возможно более чувствительной, сохраняя, однако, ее селективность, что является ограничением предела чувствительности защиты. С ростом нагрузок и длины ЛЭП, значения токов и напряжений при кз, приближаются к их значениям в нормальных режимах, поэтому чувствительность защиты должна быть такой, чтобы она действовала при кз в конце установленной для нее зоны в минимальном режиме системы и при замыканиях через электрическую дугу. Чувствительность защиты характеризуют коэффициентом чувствительности (Кч), который определяется следующим выражением:

, (1.1)

где - минимальный ток кз; - номинальный ток, при котором защита начинает работать (ток срабатывания защиты).

^ Быстродействие защиты. Быстродействие необходимо по следующим соображениям: а) при кз генераторы станции могут выйти из синхронизма; б) кз приводит к понижению напряжения, что в свою очередь повлечет торможение, а в ряде случаев и остановку электродвигателей потребителей; в) быстрое отключение кз уменьшает размеры разрушения изоляции и токоведущих частей; г) ускоренное отключение повреждений повышает эффективность АПВ и АВР, так как чем меньше разрушение в месте КЗ, тем выше вероятность успешного действия автоматики. Время отключения складывается из времени действия защиты и времени срабатывания выключателя. Защиты с временами срабатывания не более 0,1-0,2 с. – считается быстродействующими. Время отключения распространенных выключателей 0,06-0,15 с.

^ Надежность защиты. под надежностью понимается свойство устройств релейной защиты выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплутационные показатели в заданных пределах в течении требуемого промежутка времени, т.е. защита должна безотказно работать при кз в пределах установленной для нее зоны и не должна работать неправильно в режимах, при которых ее работа не предусматривается. Надежность релейной защиты и автоматики тем выше, чем меньше число элементов они содержат, особенно важно уменьшение числа ненадежных элементов, которыми являются элементы реле. Таким образом, повышение надежности может быть достигнуто применением бесконтактных элементов.

К защитам от ненормальных режимов работы предъявляются аналогичные требования как и к защитам от кз (повреждений), за исключением быстродействия, т.к. ненормальные режимы часто носят кратковременный характер и ликвидируются сами (например перегрузка при пуске асинхронных двигателей). Поэтому такие типы защит выполняются с выдержкой времени или с действием только на сигнал.

^ КЛАССИФИКАЦИЯ ОСНОВНЫХ ТИПОВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

Все релейные защиты классифицируются следующим образом.

 В зависимости от вида повреждения. Защиты реагирующие на симметричные трехфазные Кз; реагирующие на симметричные двухфазные кз (т.е. на токи кз обратной последовательности); реагирующие на токи однофазного кз (т.е. на токи кз нулевой последовательности); реагирующие на емкостные токи замыкания одной фазы на землю.

 В зависимости от вида ненормального режима. Защиты от перегрузок; от понижения напряжения; от повышения напряжения.

 В зависимости от вида защищаемого оборудования. Защиты воздушных ЛЭП; кабельных ЛЭП; шин; силовых трансформаторов; синхронных компенсаторов; электродвигателей.

 В зависимости от принципа действия. Токовые защиты (токовые отсечки, максимальные токовые защиты); защиты напряжения; направленные токовые защиты (МТЗ или отсечки); дифференциальные (продольные и поперечные); высокочастотные защиты; дистанционные защиты.



    1. Основные элементы релейной защиты и источники оперативного тока


^ 1.2.1. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
Устройства РЗ состоят из нескольких реле, соединенных друг с другом по определенной схеме. Реле – это есть автоматическое устройство, которое срабатывает при определенном значении входной величины. В релейной техники используются реле с контактами (электромеханические и бесконтактные), на полупроводниковых или на ферромагнитных элементах (с использованием насыщающихся магнитных систем). У первых при срабатывании замыкаются контакты. У вторых – при определенном значении входной величины, скачкообразно меняется выходная величина (например, напряжение). Помимо реле реагирующих на электрические величины, для защиты электрических машин и аппаратов, применяются реле, реагирующие на неэлектрические величины, косвенным образом характеризующие появление повреждений или ненормальных режимов работы (например, реле реагирующие на повышение давления в маслонаполненных трансформаторах и реакторах или реле реагирующие на повышение температуры электрических машин и т.д.).

Каждый комплект защиты подразделяется на две части: реагирующую (измерительная часть) и логическую (оперативная).

Реагирующая часть является главной, она состоит из основных реле, которые постоянно получают информацию о состоянии объекта и подают соответствующие команды на логическую часть защиты.

Логическая часть (оперативная), является вспомогательной, она воспринимает команду реагирующей части, и если их значение, последовательность, сочетание и т.д., будут соответствовать заданной программе производят заранее предусмотренные операции (например, подает управляющий импульс на отключение выключателей). В соответствии с таким делением, реле также делятся на группы: основные и вспомогательные.

Так, в качестве основных реле применяют: реле: тока, напряжения, сопротивления, мощности, частоты, тепловое реле и т.д.

К числу вспомогательных реле относятся: реле времени ( для замедления действия защиты); реле указательные – (для сигнализации и фиксации действия защиты); реле промежуточные (передающие действие основных реле на отключение выключателей).

Каждое реле можно подразделить на две части воспринимающую и исполнительную.

Воспринимающий элемент в электромеханических конструкциях имеет обмотку, которая питается током или напряжением защищаемого элемента в зависимости от типа реле (такие реле как: мощности и сопротивления имеют две обмотки).

Исполнительный элемент электромеханического реле – представляет собой подвижную систему, которая перемещаясь под воздействием сил, создаваемых воспринимающим элементом, действует на контакты реле (замыкает или размыкает). Существуют также реле, в которых подвижная система действует непосредственно механическим путем на отключение выключателя.

^ СПОСОБЫ ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЛЕ И СПОСОБЫ ИХ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Обмотки реле могут включаться на ток или напряжение сети непосредственно (первичные реле) или через измерительные трансформаторы тока и напряжения (вторичные реле). Наибольшее распространение получили вторичные реле, т.к. имеют ряд преимуществ: изолированы от высокого напряжения и выполняются стандартными на одни и те же номинальные токи 5А или 1А и номинальное напряжение 100В; располагаются на некотором расстоянии от защищаемого объекта в удобном для обслуживания месте.

Достоинство первичных реле: для их включения не требуется измерительных трансформаторов и контрольного кабеля. Такие реле используют для защиты маломощных объектов (трансформаторов, электродвигателей, ЛЭП) на напряжение до 10кВ.

Существует два способа воздействия защиты на отключение выключателя: прямой и косвенный.

В реле прямого действия исполнительный элемент воздействует непосредственно на расцепляющий рычаг выключателя. Такие реле устанавливаются непосредственно в приводе выключателя, поэтому их часто называют встроенными.

В защите с реле косвенного действия исполнительный элемент замыкает контакты цепи обмотки электромагнита, называемого катушкой отключения выключателя. Питание этой катушки осуществляется от специального источника – источник оперативного тока. Электромагнит освобождает защелку, после чего выключатель отключается под действием пружины. Защиты с реле косвенного действия требуют дополнительный источник оперативного тока, однако усилия, развиваемые таким реле, могут быть незначительными, поэтому они отличаются большей точностью и малым потреблением. Кроме того, в защитах имеющих в своем составе несколько реле, проще реализовать взаимодействие между ними при помощи оперативного тока, а не механическим путем. Таким образом, наибольшее распространение получили защиты со вторичными реле косвенного действия.
^ 1.2.2. ИСТОЧНИКИ ОПЕРАТИВНОГО ТОКА
Как было показано ранее, защиты с реле косвенного действия могут быть выполнены только при наличии оперативного тока, который необходим для питания отключающего устройства выключателя и вспомогательных реле защиты. Оперативный ток также требуется и для питания цепей дистанционного управления выключателями, а также в схемах автоматики, телемеханики и сигнализации. Исходя из сказанного следует, что источник оперативного тока должен быть постоянно готов к действию, а его напряжение и мощность должны иметь достаточную величину как для действия вспомогательных реле защиты и автоматики, так и для надежного отключения (включения) соответствующих выключателей, независимо от состояния системы электроснабжения (режим кз или какой либо ненормальный режим). Для питания оперативных цепей применяют источники постоянного и переменного тока.

В качестве источника постоянного тока используют установки, состоящие из аккумуляторных батарей и зарядного агрегата, с напряжениями: 24, 48, 110, 220 В. такие установки обеспечивают надежное питание независимо от состояния основной сети, в тоже время они дороже других источников оперативного тока, и требуется специальное помещение и квалифицированный уход, а также возникает необходимость в создании централизованной дорогостоящей, протяженной сети постоянного тока. Поэтому наибольшее распространение получил переменный оперативный ток.

Для питания оперативных цепей переменным током используют ток или напряжение сети. В соответствии с этим, в качестве источников переменного тока служат: трансформаторы тока, напряжения, трансформаторы собственных нужд.

^ Трансформаторы тока являются весьма надежным источником питания оперативных цепей для защит от кз, так как при кз на зажимах трансформатора тока увеличивается ток поэтому в момент срабатывания защиты мощность трансформатора тока возрастает, что и обеспечивает надежное питание оперативных цепей. Однако трансформаторы тока не обеспечивают необходимой мощности при повреждениях и ненормальных режимах, которые не сопровождаются увеличением тока на защищаемом элементе. Поэтому их нельзя использовать для питания защит от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью; защит от витковых замыканий электрических машин; защит ненормальных режимов, которые сопровождаются повышением или понижением напряжения и частоты. На практике находит применение следующая схема питания от трансформаторов тока (схема с дефунтированием катушки отключения выключателя) рис.1.2. Трансформатор тока, в данном случае, используется для питания токовых цепей защиты, так и для питания катушки отключения. Катушки отключения YАТ подключается к цепи трансформатора тока (ТА), при срабатывании защиты, причем реле тока (типа РТ- 85) имеет переходные контакты (для исключения разрыва цепи ТА), т.е. вначале YАТ подключается к ТА (замыкается нижний контакт) и затем YАТ дешунтируется (размыкается верхний контакт).

^ Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд не пригодны для питания оперативных цепей защиты от кз, так как при кз напряжение сети резко снижается, а в некоторых случаях становится равным нулю. Поэтому такие источники питания используются при повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающихся глубокими понижениями напряжения сети (например, для питания таких защит как: защита от перегрузки, от замыканий на землю, от повышения напряжения и т.д.).

Помимо использования мощности трансформаторов тока и напряжения, можно использовать энергию в предварительно заряженном конденсаторе, заряд которого осуществляется в нормальном режиме от сети. При исчезновении напряжения на подстанции, запасенная конденсатором энергия сохраняется, и он может питать оперативную цепь в момент действия защиты независимо от повреждения или ненормального режима в сети. Поэтому такие устройства также используются для питания защит и автоматов, которые должны работать при исчезновении напряжения на подстанции.

Для повышения мощности и создания универсального источника, пригодного для питания защит как от кз так и от повреждений и ненормальных режимов не связанных с увеличением тока, были разработаны специальные комбинированные блоки питания. Постоянное напряжение на выходе такого блока определяется напряжением и током сети. При кз необходимое значение выходного напряжения обеспечивается за счет трансформатора тока, а при повреждениях – за счет трансформатора напряжения.
^ УСЛОВИЯ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА И ТРЕБОВАНИЯ К НИМ В СХЕМАХ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

В измерительных цепях релейной защиты применяются трансформаторы тока, с номинальным вторичным током равным 1 или 5А, при любых значениях номинального первичного тока. Условия работы и требования которые предъявляются к трансформаторам тока, работающих в схемах релейной защиты во многом отличаются от условий и требований к ним при питании токовых цепей измерительных приборов. Измерительные приборы требуют точной работы трансформатор тока при нормальных режимах и при незначительных перегрузках. Так, как в схемах релейной защиты требуется точная работа трансформатора тока при протекании в защищаемой цепи токов перегрузки, и токов кз, которые в несколько раз могут превышать их номинальные первичные токи. По мере увеличения сопротивления нагрузки (Z2), ток во вторичной цепи (I2) уменьшается и при Zн=∞ (вторичная обмотка разомкнута) ток I2=0, ток намагничивания становится равным первичному току, следовательно результирующая намагничивающая сила резко возрастает и становится равной намагничивающей силе первичной обмотки, что приводит к значительному увеличению магнитного потока. Рост магнитного потока приводит к увеличению потерь в стали, при этом магнитопровод недопустимо нагревается, что может привести к повреждению изоляции. При размыкании вторичной обмотки сталь сердечника насыщается, что обуславливает на разомкнутой обмотке ЭДС, пик которой может достигать десятка тысяч вольт, что представляет опасность для обслуживающего персонала. Таким образом, нормальным режимом работы трансформатора тока является режим кз вторичной цепи с малым намагничивающим током и малой намагничивающей силой.

На точность работы трансформатора тока влияет не только нагрузка, но и величина первичного тока (I1), так как с ростом тока I1 выше номинального линейная связь между первичными и вторичными токами нарушается, вследствие насыщения магнитной цепи. Точность работы трансформатора тока для релейной защиты, характеризуется полной погрешностью, которая равна:

, (1.2)

где I1 – действующее значение первичного тока; Т – длительность периода тока; nТ – номинальный коэффициент трансформации трансформаторов тока (отношение номинального первичного к номинальному вторичному току); i1, i2 – мгновенные значения первичного и вторичного токов.

Трансформатор тока должен выбираться так, чтобы его полная погрешность (ε) не превышала 10% при заданной вторичной нагрузке и предельной кратности (к10). Под предельной кратностью понимается наибольшее отношение первичного тока к его номинальному значению, т.е. ().
^ 1.2.3. СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА И ОБМОТОК РЕЛЕ
Питание устройств релейной защиты током сети производится по различным схемам соединений трансформаторов тока и обмоток реле.

Для каждой схемы можно определить отношение тока в реле Iр к току соответствующей фазы вторичной обмотки I2: т.е.

, (1.3)

где Ксх – коэффициент схемы.

Рассмотрим некоторые из схем (рис.1.3).

Схема соединения трансформаторов тока и обмоток реле в полную звезду. В данной схеме (рис. 1.3а), реле установленные в фазах (I, II, III) – реагируют на все виды кз, а реле IV в нулевом проводе, только на кз на землю. Схема универсальная и поэтому применяется в защитах действующих при всех видах кз. Ток реле Iр=I2. т.е. Ксх=1.

^ Схема соединения трансформатора тока и обмоток реле в неполную звезду. Применяется для защит действующих при междуфазных кз Ксх=1(рис.1.3б).

Схема соединения трансформатора тока в треугольник, а обмоток реле в звезду. Схема применяется в основном для дифференциальных и дистанционных защит. Ксх=, при трехфазных симметричных режимах.

С
Рис. 1.2
хема соединения с двумя трансформаторами тока и одним реле, включенным на разность токов.
Данная схема (рис.1.3в) применяется для защит от междуфазных кз, в тех случаях, когда обеспечивает необходимую чувствительность. Ксх, при симметричных режимах равен .


Рис. 1.3
Схема соединения трансформатора тока в фильтр токов нулевой после последовательности. (рис.1.3г), ток в реле появляется только при одно или двух фазных кз на землю, таким образом схема применяется для защит от замыканий на землю.





^ 1.2.4. СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ
Трансформатор напряжения по принципу действия и конструкции аналогичен обычному силовому трансформатору.

На паспортах трансформаторов напряжения их коэффициенты указываются дробью, в числителе которой - номинальное первичное напряжение, а в знаменателе — номинальное вторичное напряжение. Так, например, если на паспорте трансформатора напряжения написано , то это означает, что он предназначен для установки в сети с напряжением 6000 в и имеет коэффициент трансформации 60.

Для правильного соединения трансформаторов напряжения между собой и правильного подключения к ним реле направления мощности, ваттметров и счетчиков заводы-изготовители обозначают (маркируют) выводные зажимы обмоток определенным образом: начало первичной обмотки — А, конец — X; начало вторичной обмотки — а, конец — х.

При включении трансформаторов напряжения начала первичных обмоток присоединяются к фазам, а концы собираются в нулевую точку. При включении на междуфазные напряжения начала первичных обмоток подключаются к начальным фазам в порядке их электрического чередования друг за другом.

Трансформаторы напряжения бывают трехфазные и однофазные. Последние в зависимости от назначения соединяются между собой в различные схемы.


Рис. 1.4. Схемы соединения обмоток однофазных трансформаторов напряжения


На рис. 1.4 показано несколько схем соединения однофазных трансформаторов напряжения.

На рис. 1.4а дана схема включения одного трансформатора напряжения на междуфазное напряжение. Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужно только одно междуфазное напряжение.

На рис. 1.4б дано наиболее распространенное соединение двух трансформаторов напряжения в схему открытого треугольника (или неполной звезды). Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужны три междуфазных напряжения.

На рис. 1.4в дано также распространенное соединение трех трансформаторов напряжения в схему звезды. Эта схема применяется, когда для защиты или измерений нужны фазные или междуфазные и фазные напряжения одновременно.

На рис. 1.4г дано соединение трех трансформаторов напряжения в схему разомкнутого треугольника (на сумму фазных напряжений). Такое соединение применяется для получения напряжения нулевой последовательности, необходимого для включения реле напряжения и реле направления мощности защиты от однофазных кз в сети с заземленными нулевыми точками трансформаторов и для сигнализации при однофазных замыканиях на землю в сети с изолированными нулевыми точками трансформаторов.

Как известно, сумма трех фазных напряжений в нормальном режиме, а также при трехфазных и двухфазных кз равна нулю. В этих условиях напряжение между точками О1 и О2 рассматриваемой схемы равно нулю (практически между этими точками имеется небольшое напряжение порядка 0,5—2 в, которое называется напряжением небаланса).

При однофазном кз в сети с заземленными нулевыми точками трансформаторов (сети 110— 220 кВ) фазное напряжение поврежденной фазы становится равным нулю, а геометрическая сумма напряжений двух неповрежденных фаз оказывается равной фазному напряжению. В сети с изолированными нулевыми точками трансформаторов (сети 35 кв и ниже), при однофазных замыканиях на землю напряжения неповрежден­ных фаз становятся равными междуфазному напряжению, а их геометрическая сумма оказывается равной утроенному фазному напряжения.

Для того чтобы в последнем случае напряжение на реле не превосходило номинального значения, равного 100 В, трансформаторы напряжения для сетей с изолированными нулевыми точками, вторичные обмотки которых соединяются в разомкнутый треугольник, имеют повышенный в 3 раза коэффициент трансформации, например .

Напряжение нулевой последовательности может быть также получено от специальных обмоток трехфазных трансформаторов напряжения.

Трансформаторы напряжения имеют две погрешности:

  1. погрешность в напряжении (или в коэффициенте трансформации), под которой понимается отклонение фактического коэффициента трансформации от номинального;

2) погрешность по углу, под которой понимается угол сдвига вторичного напряжения относительно первичного.

Один и тот же трансформатор напряжения в зависимости от нагрузки на его вторичную обмотку может работать с различным классом точности, переходя из класса в класс при изменении нагрузки относительно его номинальной мощности. Поэтому в каталогах и паспортах на трансформаторы напряжения указываются два значения мощности: номинальная мощность в вольт-амперах, с которой трансформатор напряжения может работать в гарантированном классе точности, и предельная мощность, с которой трансформатор напряжения может работать при допустимом нагреве обмоток. Предельная мощность трансформатора напряжения в несколько раз превышает номинальную. Так, у трансформаторов напряжения типа НОМ-6 с коэффициентом трансформации 6000/100, для класса точности 1 номинальная мощность составляет 50 ва, а предельная —300 ва.

Первичные обмотки трансформаторов напряжения до 15 кв подключаются к сети через предохранители высокого напряжения ПВ и ограничивающие сопротивления ОС.

Главным назначением предохранителей является быстрое отключение от сети поврежденного трансформатора напряжения во избежание развития аварии и перехода ее в сеть. Ограничивающие сопротивления уста­навливаются для уменьшения величины тока кз, если отключающая способность предохранителей недостаточна.

Для защиты обмоток трансформатора напряжения от длительного прохождения тока кз при повреждениях во вторичных цепях устанавливаются предохранители низкого напряжения ПН (рис. ) или автоматы.

^ 1.3. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТОВ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
В целях упрощения расчётов токов КЗ принимаются ряд допущений, которые подробно рассмотрены в курсе «Электроснабжение». По величинам токов КЗ определяются параметры срабатывания токовых защит и чувствительность защит напряжения.

Для выбора типов и уставок различных устройств ре­лейной защиты и автоматики требуется определение зна­чения (а иногда и фазы) тока, проходящего по обмотке реле, и напряжения в местах установки аппаратуры. Расчеты производят используя математи­ческий метод симметричных составляющих. Отдельные последовательности электрических величин имеют кон­кретный физический смысл и могут быть измерены; например, сопротивление для токов прямой (положитель­ной) последовательности может быть определено при вра­щении питающего генератора по часовой стрелке, обратной (отрицательной) – против часовой стрелки, сопротивление нулевой последовательности – по схемам на рис.1.5.





Рис.1.5. Схемы, поясняющие прохож­дение токов нулевой последовательности.

а — по обмоткам силового трансформатора; б — по трехфазной линии электропередачи.
В аналитических расчетах для нахождения полного тока или его симметричных составляющих, проходящих по участкам сети, должны быть определены составляю­щие отдельных последовательностей полного тока в ме­сте короткого замыкания и произведено распределение тока каждой из последовательностей по ветвям схемы замещения соответствующей последовательности.

Обычно расчеты производят для начального значе­ния времени, определяя начальное значение периодиче­ской составляющей тока короткого замыкания. Сопро­тивления генераторов и синхронных компенсаторов учи­тываются сверхпереходным реактивным сопротивлением Х˝d.. В случаях, не оговоренных специально, ЭДС раз­ных генераторов предполагаются совпадающими по зна­чению и фазе. Значение ЭДС за сверхпереходным со­противлением равно

,

где Uф.н — номинальное фазное напряжение генератора;

UФ.ср — среднее значение между наибольшим и наименьшим значениями фазного напряжения на шинах подстанции данного напряжения;

Iн — номинальный ток генератора;

φ — угол между вектором тока и напряжения;

k= 1,05..1,15 — коэффициент пропорциональности.

Затухание тока в процессе короткого замыкания обычно учитывают только при проверке чувствительности резервных защит от междуфазных коротких замыка­ний генераторов, блоков генератор — трансформатор и трансформаторов, подключенных к шинам генераторного напряжения. Ориентировочно можно принимать значение установившегося тока короткого замыкания при трех­фазном коротком замыкании на зажимах генераторов, снабженных регуляторами возбуждения, 2,6—3 номи­нального, а при трехфазном коротком замыкании на за­жимах вторичной стороны трансформатора блока гене­ратор— трансформатор 2,3—2,7 номинального. Для за­щиты других элементов затухание тока короткого замыкания по времени не учитывают по следующим со­ображениям:

- все генераторы и синхронные компенсаторы снаб­жены устройствами автоматического регулирования воз­буждения, действие которых снижает индуктивное сопро­тивление синхронной машины, увеличивающееся в про­цессе длительного короткого замыкания;

-короткие замыкания происходят в электрическом удалении от большинства генерирующих источников: доля тока от генераторов, сопротивление которых может существенно меняться, незначительны и не вносит су­щественной ошибки в расчет;

-основные защиты объектов в энергетических си­стемах имеют собственное время порядка 0,1 сек; бла­годаря этому, с одной стороны, на работе защиты не сказывается затухание тока, а с другой стороны — дей­ствие защиты отстроено от влияния апериодической со­ставляющей тока короткого замыкания; для тех же ти­пов быстродействующих защит, на работу которых апе­риодическая составляющая начального тока оказывает влияние, оно учитывается коэффициентом kап (например, для дифференциальной защиты без быстронасыщающе­гося трансформатора Аап=1,5…2,0);

- медленно действующие защиты, в процессе рабо­ты которых ток, проходящий в обмотках реле, может заметно уменьшиться (например, ток в реле резервной защиты линий или неполной дифференциальной защиты шин при коротком замыкании на шинах генераторного напряжения) имеют коэффициент чувствительности, пе­рекрывающий возможное уменьшение тока (резервная защита от сверхтоков), или выполняются с мгновенным замером значения начального тока (неполная диффе­ренциальная защита шин); уменьшение начального тока в процессе короткого замыкания также компенсируется тем, что возврат реле происходит при значениях тока меньших, чем ток срабатывания (коэффициент возврата токовых реле kв = 0,80…0,85).

Выражения для расчетов токов и напряжений при различных наиболее часто встречающихся видах корот­ких замыканий, схемы замещения, векторные диаграм­мы приведены на рис. 1.6, а эпюры напряжений—на рис.1.7.



Рис. 1.6 Токи и напряжения при коротких замыканиях
Значение тока, проходящего по обмоткам токовых реле резервной защиты генераторов, блоков генератор — трансформатор и трансформаторов, присоединенных к шинам генераторного напряжения, можно определять, используя кривые затухания токов короткого замыкания, построенные для типового генератора и учитывающие условную нагрузку потребителей.



Рис.1.7 Напряжения при коротком замыкании

/ — трехфазном; ^ 2, 3 — двухфазном; 4, 5, 6 — однофазном; 7, 8, 9 — двухфазном на землю.
На рис.1.8 показана зависимость кратности периоди­ческой составляющей установившегося тока трехфазного короткого замыкания по отношению к номинальному току от электрической удаленности места повреждения. Электрическая удаленность оценивается суммарным сопротивлением от места приложения ЭДС до места короткого замыкания, выраженным в относительных еди­ницах и приведенным к базисной мощности генератора,

,

где - сверхпереходное сопротивление генератора;

- сопротивление цепи от генератора до места КЗ.



Рис. 1.8. Зависимость кратности периодической составляющей установившегося тока трехфазного короткого замыкания типового генератора от электрической удаленности места повреждения.

а —для паротурбогенераторов; б — для паротурбогенератороч с регуляторами возбуждения: в — для гидрогенераторов с регуляторами возбуждения (при наличии на генераторах успокоительной обмотки х*∑ должно быть увеличено на 0,07).
При пользовании кривыми по рис.1.8, если сопротивление х вычислено в омах при базисном напряжении, равном номинальному междуфазному напряжению гене­ратора Uн.мф, должен быть произведен перерасчет в от­носительные единицы, приведенные к номинальной мощ­ности генератора,



Изменение значения периодической составляющей тока трехфазного короткого замыкания при данной уда­ленности в зависимости от времени с момента возникно­вения повреждения определяется по кривым затухания. Эти кривые приведены в учебной и справочной литерату­ре. Из кривых, в частности, видно, что при удаленных коротких замыканиях *∑ >2) установившееся значе­ние периодической составляющей тока короткого замы­кания практически не отличается от начального значе­ния I" и, следовательно, ток, проходящий по поврежден­ным фазам от генератора при двухфазном коротком замыкании, составляет 86,7% тока, проходящего от ге­нератора при трехфазном коротком замыкании в той же точке. При повреждениях в электрически более близких пунктах установившееся значение тока двухфазного короткого замыкания генератора за счет разных намаг­ничивающих сил реакции якоря при двух и трехфазных коротких замыканиях может быть больше, чем уста­новившийся ток генератора при трехфазном коротком замыкании, и зависит от конструкции машины: напри­мер, отношение токов Iк(2)/I(3) при коротких замыканиях на зажимах обмотки статора паротурбогенераторов мо­жет доходить до 1,5, а у гидрогенераторов — до 1,1. При ориентировочной оценке чувствительности резервной за­щиты, реагирующей на токи обратной последователь­ности, для упрощения вычислений расчетные значения токов при двухфазных коротких замыканиях могут при­ниматься равными 86,7% значения тока при трехфазном коротком замыкании в той же точке независимо от ее электрической удаленности; при этом учитывается, что фактическая чувствительность защиты будет больше чем определённая расчётом.

Основным назначением релейной защиты являются выявление места возникновения короткого замыкания и быстрое автоматическое отключение поврежденного элемента сети. Это защита действия на отключение.

При возникновении нарушения нормальных режимов работы (перегрузка, замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью, понижение уровня масла в трансформаторе и др.), когда эти явления не представляют непосредственной опасности для электрооборудования, достаточно дать предупредительный сигнал оперативному персоналу - это защита действующая на сигнал.


Скачать файл (1287.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru