Способы повышения чувствительности дифференциальной защиты трансформатора

Для повышения чувствительности диф. защиты трансформатора применяют специальные диф. реле с быстронасыщающимися трансформаторами (БНТ) типа РНТ и реле с магнитным торможением типа ДЗТ.

Дифференциальную защиту рекомендуется применять на трансформаторах мощностью 6,3 МВА и выше, а также на трансформаторах собственных нужд электростанций мощностью 4 МВА и выше.

На трансформаторах малой мощности (до 25 МВА) применяются дифференциальные отсечки (без БНТ).

На трансформаторах средней и большой мощности применяются дифференциальные защиты с БНТ с использованием реле РНТ, а на трансформаторах с регулировкой напряжения под нагрузкой и на многообмоточных трансформаторах – дифференциальные защиты с использованием реле ДЗТ.

9. На мощных трансформаторах в настоящее время широко используется высокочувствительная полупроводниковая диф. защита типа ДЗТ‑21, ток срабатывания которой не более 0,3I_ном.Т.

Газовая защита

Практически все повреждения внутри кожуха (бака) трансформатора (к.з. между обмотками, витковые замыкания, «пожар» стали магнитопровода, неисправности переключателя РПНи др.) сопровождаются выделением газов в результате разложения масла или других изоляционных материалов под воздействием повышенного нагрева.

Образующиеся газы устремляются в расширитель, являющийся самой высокой частью трансформатора. При интенсивном газообразовании, имеющем место при значительных внутренних повреждениях, бурно расширяющиеся газы вызывают движение масла в сторону расширителя.

Таким образом, образование газов в кожухе трансформатора и движение газов в сторону расширителя могут служить признаками повреждения трансформатора.

Защита, реагирующая на указанные признаки, получила название «газовой». Эта защита осуществляется с помощью так называемых газовых и струйных реле.

Газовые реле используются для защиты масляных трансформаторов, имеющих расширитель мощностью 1 МВА и более, от повреждений внутри бака, при которых происходит выделение газа, снижение уровня масла или возникновение потока масла из бака трансформатора в расширитель.

Трансформаторы, оборудованные газовой защитой устанавливаются так, чтобы крышка бака имела подъём по направлению к газовому реле не менее 1%, а маслопровод от бака к расширителю – не менее 2% (рис. 8-9).

Газовое реле содержит два элемента:

сигнальный, реагирующий на слабые газообразования после накопления определённого объёма масла в реле и отключающий, срабатывающий при внутренних повреждениях трансформатора, сопровождаемых перетоком масла в сторону расширителя с определённой скоростью.

Оба элемента газового реле могут также подействовать при снижении уровня масла ниже газового реле (например, при течи масла из бака трансформатора).

В настоящее время промышленностью выпускаются газовые реле РГТ‑80(РГТ-50, РСТ25) совместной разработки ОРГРЭС и ВНИИР. Ранее широко применялись газовые реле РГЧЗ-66 отечественного производства и реле ВF-80/G (BF-50/10) производства ГДР.

Газовые реле имеют герметически закрытый корпус, который устанавливается в маслопроводе между баком трансформатора и расширителем. На рис. 8-10 показана упрощенная конструкция газового реле, имеющего три элемента:

сигнальный 1(поплавок) и отключающие 2 и 3 (2 – напорная пластина, 3 – поплавок), каждый из которых срабатывает при определённых условиях.

В нормальных условиях корпус реле заполнен маслом, и элементы занимают положение, при котором контакты разомкнуты. При незначительном газообразовании в баке трансформатора газ по маслопроводу стремится в сторону расширителя и попадает в верхнюю часть корпуса реле, где расположен сигнальный элемент 1.

При скоплении в реле определённого количества газа уровень масла в нём снижается, поплавок сигнального элемента 1 опускается под действием силы тяжести и контакт сигнального элемента замыкается. Аналогично сигнальный элемент срабатывает при снижении уровня масла по другим причинам.

Рис. 8-10. Газовое реле. 1 – сигнальный элемент (поплавок) 2 – отключающий элемент (пластина) 3 – отключающий элемент (поплавок)

При дальнейшем снижении уровня масла, поплавок отключающего элемента 3 также опускается, замыкая отключающий контакт.

Пластина 2 реагирует на скорость потока масла (при к.з. внутри бака трансформатора), замыкая отключающий контакт при отклонении пластины на определённый угол. В реле имеется возможность регулировки уставки срабатывания по скорости потока.

В зависимости от вида и развития повреждения внутри бака трансформатора возможна последовательная (или одновременная) работа сигнального и отключающих элементов реле.

Струйные реле не имеют поплавков, а контакты их срабатывают на отключение при действии напорной пластины, которая аналогично газовому реле имеет регулируемую уставку по скорости потока масла.

Кожух реле имеет смотровое стекло со шкалой, с помощью которой определяется объём скопившегося в реле газа. На крышке газового реле имеется краник для выпуска воздуха и взятия пробы газа для его анализа, а также расположена клеммная коробка с зажимами для подключения кабеля к контактам реле, находящимся внутри кожуха.

Принципиальная схема газовой защиты двухобмоточного трансформатора приведена на рис. 8-11.

При значительных повреждениях внутри бака трансформатора движение масла может носить толчкообразный характер при этом контакты отключающего элемента реле замыкаются кратковременно. Поэтому, чтобы обеспечить продолжительность импульса, достаточную для отключения выключателей, в схеме защиты предусматривается самоудержание выходного промежуточного реле П₁ на время достаточное для отключения выключателей.

Газовое реле подаёт кратковременный ток в обмотку 1 промежуточного реле П₁. которое срабатывает и удерживается последовательно включенными обмотками 2 и 3до отключения выключателей.

Срабатывание газовой защиты при незначительных повреждениях на сигнал позволяет дежурному персоналу перенести нагрузку на другой источник (разгрузить трансформатор) и после этого отключить повреждённый трансформатор от сети без ущерба для потребителей.

Поскольку газовая защита может сработать ложно, например, вследствие выхода воздуха из бака трансформатора после доливки свежего масла, в схеме защиты предусмотрена возможность перевода отключающего органа защиты на сигнал с помощью специального переключающего устройства (накладки) на время (2-3 суток) пока не прекратится выделение воздуха из бака.

Достоинствами газовой защиты являются: простота выполнения, высокая чувствительность и быстродействие; избирательное действие (на сигнал или отключение) в зависимости от размеров повреждения.

Газовая защита является единственной защитой трансформатора, реагирующей на утечку масла из бака.

Однако, газовая защита естественно не действует при повреждениях вне бака трансформатора (например, при к.з. на выводах), поэтому она не может быть единственной основной защитой трансформатора и, как правило, для мощных трансформаторов, она сочетается с токовой защитой.

Применение газовой защиты считается обязательным не только на трансформаторах, но и на маслонаполненных реакторах.

Выводы:

Все маслонаполненные трансформаторы мощностью 1 МВА и более оснащаются газовой защитой, которая реагирует на все виды внутренних повреждений трансформатора, а также действует при утечке масла из бака.

2. Трансформаторы, оборудованные газовой защитой должны устанавливаться так, чтобы крышка бака трансформатора имела подъём по направлению к газовому реле не менее 1%, а маслопровод от бака к расширителю не менее 2%.

3. Газовая защита имеет сигнальный орган, реагирующий на слабые газообразования внутри бака трансформатора и отключающий орган, действующий при значительных внутренних повреждениях трансформатора, сопровождающихся с перетоком масла в сторону расширителя.

Источник

Способы повышения чувствительности защит электродвигателей и электрогенераторов

Самобалансирующая дифференциальная защита от повреждений в электродвигателях и электрогенераторах напряжением выше 1 кВ.

При коротком замыкании (КЗ) в электродвигателе (ЭД) или электрогенераторе (ЭГ) ток, протекающий в месте повреждения, может вызвать мощную дугу в месте КЗ и пожар. Помимо разрушения дугой могут иметь место существенные деформации обмотки статора. Последствия короткого замыкания для электродвигателя и электрогенератора так тяжелы, что их ремонт обычно не обходится без замены части, а иногда и всей обмотки статора.

Короткие замыкания могут вызвать резкое снижение напряжения на зажимах неповрежденных электродвигателей и значительное динамическое воздействие на лобовые и пазовые части обмоток статора.

Для защиты электродвигателя и электрогенератора мощностью более 5 МВт, а также 5 МВт и меньше, если установка токовой отсечки или дифференциальной токовой отсечки не удовлетворяют требованиям чувствительности при КЗ на выводах электродвигателя и электрогенератора (согласно ПУЭ Кч

Токи фаз одножильных кабелей в каждом трансформаторе проходят во встречных направлениях, благодаря чему ток небаланса в реле весьма мал и составляет на основании опыта эксплуатации так называемой «самобалансирующей защиты» в зарубежных странах (0,05-0,2) Iном [Л1].

При таком подключении отпадает необходимость отстройки от апериодических составляющих при внешних КЗ, пусках и самозапусках. При разрыве в силовом кабеле защита действует на отключение электродвигателя, исключая тем самым неполнофазный режим. В случае несрабатывания реле KL1 реле КА1-КАЗ действуют с выдержкой времени реле КТ1 на отключение.

Дифференциальная фильтровая направленная защита обратной последовательности электродвигателей напряжением выше 1 кВ

Повышение чувствительности может быть также осуществлено при помощи дифференциальной фильтровой направленной защиты обратной последовательности.

Пусковой ток и ток самозапуска электродвигателей и электрогенераторов содержат незначительную периодическую составляющую тока обратной последовательности (см. рис. 2). Это обстоятельство дает возможность существенно уменьшить ток срабатывания дифференциальной защиты, отстроив ее от тока небаланса в реле в указанных режимах, применив устройство для фильтра токов обратной последовательности, выполненное с использованием дифференциального реле КА серии РНТ[Л2]. Устройство подключается по дифференциальной схеме к трансформаторам тока ТА1 и ТА2 (см. рис.2). Для исключения срабатывания устройства при внешнем несимметричном коротком замыкании (КЗ) со стороны питания устанавливается реле мощности КW1 обратной последовательности, действующее при повреждении в ЭД или ЭГ.

При обрыве в токовых цепях защита не действует, так как ток в реле меньше тока обратной последовательности в нагрузочном режиме.

При несимметричном КЗ в электродвигателе срабатывают реле КW1 и КА. После замыкания контактов срабатывает реле КL1 с действием на отключение.

Для возможности действия реле в случае перехода двухфазного КЗ в трехфазное реле КL1 действует с выдержкой времени на размыкание. В случае несрабатывания реле КL1 реле КW1 действует с выдержкой времени реле КТ1 на отключение.

Ток срабатывания реле КА определяется по условию отстройки от тока небаланса обратной последовательности:

• Котс. — коэффициент отстройки (Котс=1,3);
• I₂ – ток небаланса обратной последовательности; определяется при натурных испытаниях.

Ток срабатывания реле определяется по выражению:

• Kсх — коэффициент схемы соединения трансформаторов тока в треугольник (Ксх= 1,73);
• Kтт — коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Число витков уравнительной и дифференциальной обмоток принимается одинаковыми и определяется по выражению:

Источник

Дифференциальные токовые защиты

Существует два вида дифференциальных защит линий:

Это защиты с абсолютной селективностью

Продольная – для защиты элементов с сосредоточенными параметрами: трансформаторов, линий небольшой длины.

Поперечная – для защиты двух и более параллельных линий, обмотки статора генераторов от витковых замыканий, когда имеются параллельные ветви.

Продольная дифференциальная защита

Основана на сравнении токов в начале и в конце защищаемого элемента.

Для защиты устанавливаются одинаковые трансформаторы тока (ТТ) с двух сторон линии.

Одноименные фазы вторичной обмотки ТТ соединяются между собой.

Схема защиты получается путем параллель­ного соединения вторичных об­моток трансформаторов тока ТА1, ТА2 и реле тока КА.

Ток реле равен геометрической сумме токов

В нормальном режиме работы, при кача­ниях, а также при внешних коротких замыканиях (точка К2) пер­вичные токи I_1I и I_1II равны и сдвинуты по фазе на угол π. Если не учитывать погрешности трансформаторов тока, то I_2I = — I_2II, поэтому ток в реле Iр = 0 и за­щита не срабатывает.

Векторные диаграммы.

КЗ в т К1, нормальный режим работы, КЗ в т. К2

При КЗ в т. К1 пер­вичные токи I_1I и I_1II совпадают по фазе. Токи в реле складываются

По реле протекает ток. Если Iр>= Iс.р, то защита срабатывает.

Продольная дифференциаль­ная защита действует при повреждении в зоне и не реагирует на внешние короткие замыкания, токи качаний и токи нормальной работы. Эта защита обладает абсолютной селективностью. Она выполняется без выдержки времени.

Ток небаланса

Схема замещения трансформатора тока.

где , — первичные токи трансформаторов тока, приведенные ко вторичному;

, — токи намагничивания, приведенные ко вторичному току;

.

Токи намагничивания для двух любых трансформаторов неодинаковы из-за отличия их характеристик намагничивания.

Ток срабатывания реле выбирают с учетом тока небаланса

Ток небаланса рассчитывается по формуле

где ε=10% — полная максимально возможная погрешность транс­форматоров тока при заданной вторичной нагрузке и пре­дельной кратности тока КЗ;

=0,5. 1,0. — коэффициентом однотипности. Учитывает разброс параметров трансформаторов тока.

=2.0 – коэффициент апериодичности. Учитывает влияние апериодической составляю­щей тока КЗ на ток небаланса;

должен быть в пределах =1,5…2.

При использовании обычных реле тока чувствительность дифференциальной защиты часто оказывается недостаточной.

Способы повышения чувствительности дифференциальной защиты.

1. Отстройка от переходных токов небаланса по времени.

Преимущество. Простота.

Недостаток. Не дает использовать главное преимущество дифференциальной защиты — ее быстродействие.

2. Включение добавочных сопротивлений в цепь тока измерительных реле тока.

Применяется редко. Например, в дифференциальных защитах генераторов малой мощности.

3. Исключение апериодической составляющей из переходного тока небаланса.

Этот способ реализован в реле РНТ с насы­щающимся трансформатором тока (НТТ). При синусоидальном токе насыщающийся трансформатор не ока­зывает существенного влияния на работу реле. Если же в токе имеется апериодическая составляющая, то магнитопровод НТТ сильно насыщается, сопротивление намагничивания резко падает, ток намагничивания увеличивается, а вторичный ток уменьшается. Коэффициент трансформации НТТ автоматически увеличивается. Нормальная работа на­сыщающегося трансформатора восстанавливается после ис­чезновения апериодической составляющей.

Защита загрубляется на время существования переходного тока небаланса. При расчете тока небаланса можно не учитываь влияния апериодической состав­ляющей.

=1,0-1,3.

4. Использование в дифференциальной защите реле с торможением.

Токи небаланса могут быть большими не только в переходном, но и в установившемся режиме внешнего КЗ. В этом случае апериодическая составляющая отсутствует и реле РНТ непригодно.

Используется реле тока с магнитным торможением типа ДЗТ.

Реле позволяет автоматически с изменением тока внешнего КЗ I’к.вн. изменять ток срабатывания реле Iс.р. Реле имеет тормозную обмотку. Реле включается так, что обеспечивается пропорциональность между тормозным током и током внешнего КЗ I’к.вн. Ток срабатывания реле определяется условием

Преимуществапродольной дифференциальной защиты.

1. Имеет абсолютную селективность.

1.1 Не требует согласования параметров с другими защитами.

1.2 Не имеет выдержки времени. Обеспечивает быстрое отключение поврежденного участка.

2. Для участков небольшой длины проста и надежна.

Недостатки.

При увеличении зоны защиты, увеличивается длина соединительных проводов, снижается надежность из-за отказов вспомогательных проводов. Требуется специальное устройство, контролирующее их исправность. Появляется дополнительный ток небаланса. Часто приходится использовать реле с торможением. Возрастает стоимость защиты.

Источник