135771 (Релейная защита и автоматика трансформаторов)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(технический университет)

Кафедра 309

Реферат на тему:

«Релейная защита и автоматика трансформаторов»

Выполнил:

Студент группы 02-509

Лешков А.М.

Принял:

Профессор кафедры 309

Бочаров В.В.

Москва 2002

ОГЛАВЛЕНИЕ

Общие сведения о релейной защите………………………………………………..3

Повреждения и ненормальные режимы работы трансформаторов………………4

Виды и назначение автоматических устройств трансформатора…………………4

Токовые защиты трансформаторов…………………………………………………5

Газовая защита трансформатора……………………………………………………8

Продольная дифференциальная токовая защита трансформатора……………….9

Отключение трансформаторов от устройств релейной защиты при отсутствии выключателя на стороне высшего напряжения…………………………………..15

Схема защиты трансформатора на переменном оперативном токе……………..17

Особенности АПВ трансформаторов……………………………………………...19

Автоматическое включение резервного источника питания при отключении трансформатора……………………………………………………………………..19

Автоматическое регулирование коэффициента трансформации (АРКТ)………22

Список литературы…………………………………………………………………24

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ

Все электроустановки оборудуются устройствами релейной за­щиты, предназначенными для отключения защищаемого участка в цепи или 'элемента в случае его повреждения, если это поврежде­ние влечет за собой выход из строя элемента или электроустанов­ки в целом. Релейная защита срабатывает и тогда, когда возника­ют условия, угрожающие нарушением нормального режима работы электроустановки.

В релейной защите электроустановок защитные функции воз­ложены на реле, которые служат для подачи импульса на автома­тическое отключение элементов электроустановки или сигнала о нарушении нормального режима работы оборудования, участка электроустановки, линии и т. д.

Реле представляет собой аппарат, реагирующий на изменение какой-либо физической величины, например тока, напряжения, давления, температуры. Когда отклонение этой величины оказы­вается выше допустимого, реле срабатывает и его контакты, за­мыкаясь или размыкаясь, производят необходимые переключения с помощью подали или отключения напряжения в цепях управле­ния электроустановкой.

К релейной защите предъявляют следующие требования:

селективность (избирательность) — отключение только той ми­нимальной части или элемента установки, которая вызвала нару­шение режима;

чувствительность — быстрая реакция на определенные, заранее заданные отклонения от нормальных режимов, иногда самые не­значительные;

надежность — безотказная работа в случае отклонения от нор­мального режима; надежность защиты обеспечивается как пра­вильным выбором схемы и аппаратов, так и правильной эксплуа­тацией, предусматривающей периодические профилактические проверки и испытания.

Необходимая скорость срабатывания реле определяется проек­том в зависимости от характера технологического процесса. Иногда для сведения до минимума ущерба от возникших повреждений релейная защита должна обеспечивать полное отключение в течение сотых долей секунды.

По своему назначению реле разделяют на реле управления и реле защиты.

Реле управления обычно включают непосредственно в электри­ческие цепи и срабатывают они при отклонениях от технологического процесса или изменениях в работе механизмов. Реле защиты включают в электрические цепи через измерительные трансформа­торы и только иногда непосредственно. Они срабатывают при не­формальных или аварийных режимах работы установки. Реле характеризуется следующими показателями:

уставка — сила тока, напряжение или время, на которые отрегулировано данное реле для его срабатывания;

напряжение (или ток) срабатывания — наименьшее или на­ибольшее значение, при котором реле полностью срабатывает;

напряжение (или ток) отпускания — наибольшее значение, при котором реле отключается (возвращается в исходное положение); коэффициент возврата — отношение напряжения (или тока) отпускания к напряжению (или току) срабатывания.

По времени срабатывания различают реле мгновенного дейст­вия и с выдержкой времени.

ПОВРЕЖДЕНИЯ И НЕНОРМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

К повреждениям трансформаторов относят:

междуфазные к.з. на выводах и в обмотках (последние возникают гораздо реже, чем первые);

однофазные к.з. (на землю и между витками обмотки, т. е. витковые замыкания);

«пожар стали» сердечника.

К ненормальным режимам относятся:

перегрузки, вызванные отключением, например, одного из параллельно работающих трансформаторов. Токи перегрузки относительно невелики, и поэтому до­пускается перегрузка в течение времени, определяемого кратностью тока перегрузки по отношению к номиналь­ному;

возникновение токов при внешних к. з., представляющих собой опасность в основном из-за их теплового действия на обмотки трансформатора, посколь­ку эти токи могут существенно превосходить номиналь­ные. Длительное прохождение тока внешнего к. з. мо­жет возникнуть при неотключившемся повреждении на отходящем от трансформатора присоединении;

недопустимое понижение уровня масла, вызываемое значительным понижением температуры я другими причинами.

Повреждения и ненормальные режимы работы предъявляют определенные требования к устройствам автоматического управления трансформаторами, рас­сматриваемые ниже.

ВИДЫ И НАЗНАЧЕНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ТРАНСФОРМАТОРА

На трансформаторах устанавливаются следующие защиты:

защита от коротких замыканий, действующая на от­ключение поврежденного трансформатора и выполняе­мая без выдержки времени (для ограничения размеров повреждения, а также для предотвращения нарушения бесперебойной работы питающей энергосистемы). Для защиты мощных трансформаторов применяются продоль­ные дифференциальные токовые защиты, а для мало­мощных трансформаторов — токовые защиты со ступен­чатой характеристикой выдержки временя. Кроме того, при всех повреждениях внутри бака и понижениях уров­ня масла применяется газовая защита, работающая на неэлектрическом принципе;

защита, от токов внешних к. з., основное назначение которой заключается в предотвращении длительного прохождения токов к. з. в случае отказа выключателей или защит смежных элементов путем отключения транс­форматора. Кроме того, защита может работать в каче­стве основной (на трансформаторах малой модности, а также при к. з. на шинах, если отсутствует специаль­ная защита шин). Защиты от внешних к. з. обычно вы­полняются токовыми или (значительно реже) дистанци­онными — с выдержками времени;

защита от перегрузок, выполняемая с помощью одно­го максимального реле тока, поскольку перегрузка обычно является симметричным режимом. Поскольку перегрузка допустима в течение длительного промежут­ка времени (десятки минут при токе не больше 1,5I_т,ном), то защита от перегрузки при наличии дежур­ного персонала должна выполняться с действием на сигнал, а при отсутствии персонала — на разгрузку или на отключение трансформатора.

На трансформаторах предусматриваются следующие устройства автоматики:

автоматическое повторное включение, предназначен­ное для повторного включения трансформатора после его отключения максимальной токовой защитой. Требо­вания к АПВ (автоматическое повторное включение) и способы его осуществления аналогичны рассмотренным ранее устройствам АПВ линий. Основ­ная особенность заключается в запрещении действия АПВ трансформаторов при внутренних повреждениях, которые .отключаются дифференциальной или газовой защитой;

автоматическое включение резервного трансформато­ра, предназначенное для автоматического включения секционного выключателя при аварийном отключении одного из работающих трансформаторов или при потере питания одной из секций по другим причинам;

автоматическое отключение и включение одного из параллельно работающих трансформаторов, предназна­ченное для уменьшения суммарных потерь электроэнер­гии в трансформаторах;

автоматическое регулирование напряжения, предна­значенное для обеспечения необходимого качества элек­троэнергии у потребителей путем изменения коэффици­ента n трансформации понижающих трансформаторов подстанций, питающих распределительную сеть. Для изменения n под нагрузкой трансформаторы оборуду­ются устройствами РПН (регулятором переключения от­паек обмотки трансформатора под нагрузкой). Автома­тическое изменение n осуществляется специальным регу­лятором коэффициента трансформации (АРКТ), воздей­ствующим на РПН..

ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Трансформаторы малой мощности до 750 кВ*А при напряжении 10 кВ и до 3200 кВ*А при напряжении 35 кВ тупиковых подстанций, а также цеховые трансформато­ры обычно коммутируют выключателями нагрузки ВНП. Для защиты таких трансформаторов от внутренних к. з. допускается применение (рис. 1) предохранителей (например, типа ПК). Номинальный ток плавкой вставки I _вс,ном выбирается из тех же условий, что и для линий. Кроме того, необходимо учитывать возможность нежелательного срабатывания предохранителей при бросках тока намагничивания, вызванных включением трансфор­матора под напряжение. С учетом указанных условий I _вс,ном = (1,5…2,5)I_т,ном. Селективность защиты обеспе­чивается согласованием время-токовой характеристики предохранителя с характеристиками защит отходящих присоединений со стороны низшего напряжения транс­форматора.

Р ис. 1. Защита трансформа­тора малой мощности с помощью предохранителей.

Для упрощения и удешевления подстанций систем электро­снабжения, подключаемых ответвлением к линии электропередачи, применяются открытые плавкие вставки (ОП), а также управ­ляемые предохранители.

Недостатками защит трансформаторов, выполненных с помощью плавких вставок, являются:

нестабильность их защит­ных характеристик, которая может привести к недопусти­мому увеличению времени отключения трансформатора при некоторых видах внут­ренних повреждений;

трудность согласования с защитами смежных участ­ков.

Токовая защита транс­форматоров выполняется с использованием вторичных максимальных реле тока (прямого или косвенного действия). При этом следует иметь в виду, что трансфор­маторы малой мощности представляют для токов к. з. относительно большое сосре­доточенное сопротивление. Поэтому защитоспособность первой ступени (отсечки без выдержки времени) получается удовлетворительной. Учитывая это, защиту обычно выполняют двухступенчатой. Первой ступенью защиты является токовая отсечка, ток срабатывания которой вы­бирается большим максимального тока при к. з. за транс­форматором. Чувствительность первой ступени считается удовлетворительной, если k_ч = 2 при к. з. на стороне высшего напряжения трансформатора. Вторая ступень представляет собой максимальную токовую защиту, вы­держка времени которой согласована с выдержками вре­мени защит отходящих присоединений. Чувствительность максимальной токовой защиты проверяется по току при к, з. на стороне низшего напряжения. Работа токовой за­щиты как резервной проверяется при к. з. в конце элементов, присоединенных к шинам низшего напряжения (при этом желательно иметь k_ч >= 1.2).

При параллельной работе двух трансформаторов сле­дует иметь в виду, что в случае к. з. на низшей стороне максимальные токовые защиты (вторые ступени) транс­форматоров могут отключить оба трансформатора. Если имеется секционный выключатель, то этот недостаток устраняется тем, что установленная на нем защита име­ет меньшую выдержку времени.

Для повышения чувствительности максимальная то­ковая защита дополняется пуском от реле напряжения обратной последовательности (при несимметричных к. з.) и от реле минимального напряжения (при симметричных к. з.) (рис. 2).

При несимметричном к. з. на выходе фильтра ФНОП появляется напряжение, пропорциональное напряжению обратной последовательности, максимальное реле напря­жения 2РН срабатывает и обусловливает срабатывание минимального реле напряжения 3РН. Если при этом для реле 1РТ I_p > I_c,p, то защита срабатывает. При сим­метричном к. з. срабатывает ЗРН и реле тока 1РТ.

Ток срабатывания защиты при этом выбирается по условию отстройки от номинального тока, а не от тока самозапуска электродвигателей, питаемых от защищае­мого трансформатора, что и обусловливает повышение чувствительности защиты.