Способы повышения чувствительности защит

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

Способы повышения чувствительности дифференциальной защиты

Известно несколько способов повышения чувствительности защиты. Среди них отстройка от переходных токов небаланса по времени, включение последовательно с цепью тока измерительного реле тока добавочного сопротивления, использование апериодических слагающих в переходном токе небаланса, применение реле с торможением.

Способ отстройки от переходных токов небаланса по времени не может считаться удовлетворительным, так как он не дает возможности в полной мере использовать принципиальное свойство дифференциальной защиты — ее быстроту действия.

Включение добавочных сопротивлений в цепь тока измерительных реле тока применяется сравнительно редко, например в дифференциальных защитах генераторов небольшой мощности.

Способ использования апериодической слагающей в переходном токе небаланса. Этот способ реализован в реле РНТ с насыщающимся трансформатором тока (НТТ). Принцип работы НТТ и устройство реле РНТ рассмотрены выше. Здесь лишь напомним, что чувствительность реле РНТ зависит от формы кривой тока, проходящего в рабочей обмотке. 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, и чувствительность защиты уменьшается. Нормальная работа насыщающегося трансформатора восстанавливается, как только исчезает апериодическая составляющая.

Таким образом, защита загрубляется на время существования переходного тока небаланса. Это дает возможность при определении тока небаланса не учитывать влияния апериодической составляющей, а ток срабатывания реле отстраивать только от установившегося тока небаланса I _{нб рсч} , определяемого по выражению (14.4) при k _ап =1,0. 1,3.

Необходимо иметь в виду, что при к.з. в защищаемой зоне ток повреждения в общем случае также будет содержать апериодическую составляющую. Однако это не ведет к отказу защиты, так как после исчезновения апериодической составляющей нормальная работа НТТ восстанавливается и защита срабатывает. При этом она действует с замедлением, не превышающим длительности двух периодов, что не является большим недостатком.

Использование в дифференциальной защите реле с торможением. В дифференциальной защите токи небаланса могут быть, значительными не только в переходном, но и в установившихся режимах при отсутствии апериодической составляющей. В таких случаях реле РНТ оказывается непригодным для повышения чувствительности защиты. На рис. 14.3, а характеристика 3 отражает изменение расчетного тока небаланса в зависимости от приведенного тока внешнего короткого замыкания I ′_к.вн. Для получения селективно действующей защиты необходимо использовать реле с током срабатывания, отстроенным от тока небаланса I _{нб рсч} , при

Рис. 14.3. Дифференциальная защита с торможением выпрямленным током (а, б, в) и с магнитным торможением (г, д)

максимально возможном токе внешнего к.з. I ′_{к.вн. max} . При этом в случае использования обычного реле тока или реле РНТ характеристика их тока срабатывания, определяемая уставкой и не зависящая от I ′_к.вн изображается прямой 1, параллельной оси абцисс.

Ток I ′_к.вн в зависимости от режима работы, места и вида короткого замыкания может быть меньшим тока I ′_{к.вн. m ах} . При этом защита оказывается загрубленной. Ее чувствительность можно повысить, если вместе с изменением тока I ′_к.вн автоматически изменять в соответствии с характеристикой 2 ток срабатывания реле I _с.р , сохраняя при этом требуемую отстройку от соответствующих токов небаланса. Реле с такой характеристикой, как уже отмечалось, называется дифференциальным реле тока с торможением. Принцип действия одного из них рассмотрен выше. В схему дифференциальной защиты реле с торможением должно включаться так, чтобы при внешних к.з. обеспечивались пропорциональность тормозного тока I _трм току I ′_к.вн и условие:

На рис. 14.3, б показана схема полупроводниковой защиты, удовлетворяющая указанным требованиям (рис. 14.3, в). В настоящее время находят применение дифференциальные реле тока с магнитным торможением типа ДЗТ (см. 12.1), в которых тоже используются рассмотренные выше промежуточные насыщающиеся трансформаторы тока TLAT, имеющие тормозные обмотки. Схема включения такого реле в цепи дифференциальной защиты показана на рис. 14.3, г. Секции тормозной обмотки ω_трм включены в плечи дифференциальной защиты, а первичная рабочая обмотка ω_раб включена дифференциально. При принятом условном положительном направлении токов I _{1 I} и I _{1 II} учетом полярности обмоток ток в рабочей обмотке I _{p аб} = I _{2 I} + I _{2 II} , а тормозной ток I _трм =0,5( I _{2 I} — I _{2 II} ). Насыщающийся трансформатор, как обычно, автоматически загрубляет защиту, когда в токе небаланса, проходящем по рабочей обмотке ω _раб, имеется апериодическая составляющая. Наличие же тормозных обмоток позволяет отстраиваться от больших значений периодического тока небаланса. При нормальной работе и внешних коротких замыканиях тормозной ток наводит в магнитопроводе TLAT магнитный поток, замыкающийся только по крайним стержням и насыщающий их.

Для исключения влияния на работу реле ЭДС, индуцированных этим потоком в секциях вторичной обмотки ω ₂, секции включены так, что ЭДС уравновешиваются. При этом магнитный поток от тока в рабочей обмотке ω _раб индуцирует в секциях обмотки ω ₂ ЭДС, действующие согласно и возбуждающие ток в измерительном реле тока КА. Таким образом, трансформаторная связь между обмотками ω _раб и ω ₂ при нормальной работе и внешних к.з. зависит от степени насыщения магнитопровода TLAT. С увеличением тормозного тока степень насыщения возрастает и трансформация тока обмотки ω_{pa б} в обмотку ω₂ ухудшается. Поэтому ток срабатывания защиты с ростом тормозного тока тоже увеличивается (рис. 14.3, д). Некоторой особенностью реле, как отмечалось, является зависимость коэффициента торможения k _трм от угла ψ сдвига фаз между токами I _раб и I _трм. Поэтому характеристика тока срабатывания реле располагается в некоторой зоне (заштрихована), ограниченной характеристиками 1 и 2 при ψ=0 и ψ= π /2.

Наряду с реле типа ДЗТ промышленность выпускает дифференциальные токовые реле с торможением на современной микроэлектронной элементной базе. Одно из таких реле, используемое в комплектном устройстве ЯРЭ-2201, рассмотрено выше (см. 16.3). Реле предназначено для защиты понижающих трансформаторов и высоковольтных электродвигателей. Его высокая чувствительность обеспечивается оригинальным способом отстройки от переходных токов небаланса (см. 16.3).

Источник

Детальная информация

Название:	Исследование способа повышения чувствительности дифференциальной защиты силового трансформатора: выпускная квалификационная работа магистра по направлению 13.04.02 — Электроэнергетика и электротехника ; 13.04.02_05 — Автоматика энергетических систем
Авторы:	Сургучева Владислава Юрьевна
Научный руководитель:	Захарова Елена Вячеславовна
Организация:	Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. Институт энергетики
Выходные сведения:	Санкт-Петербург, 2019
Коллекция:	Выпускные квалификационные работы ; Общая коллекция
Тематика:	Автоматические системы — Чувствительность ; Трансформаторы — Защита ; электроэнергетическая система ; фазоповоротный комплекс ; дифференциальная защита ; токи короткого замыкания ; микропроцессорные терминалы защиты
УДК:	621.316.925:681.5
Тип документа:	Выпускная квалификационная работа магистра
Тип файла:	PDF
Язык:	Русский
Код специальности ФГОС:	13.04.02
Группа специальностей ФГОС:	130000 — Электро- и теплоэнергетика
Ссылки:	Приложение ; Отзыв руководителя ; Рецензия ; Отчет о проверке на объем и корректность внешних заимствований
DOI:	10.18720/SPBPU/3/2019/vr/vr19-1776
Права доступа:	Доступ по паролю из сети Интернет (чтение, печать, копирование)

Группа: Анонимные пользователи

Аннотация

В данной диссертации были изучены факторы, влияющие на работу дифференциальной защиты, и предложен ряд способов по увеличению чувствительности исследуемого устройства В среде MATLAB была создана модель простейшей дифференциальной защиты, где теоретически было исследовано влияние реального коэффициента трансформации на сопротивление срабатывания защиты.

In this dissertation the factors were studied, affecting the operation of the differential protection, and a number of ways to increase the sensitivity of the test device In the MATLAB environment, a model of the simplest differential protection was created, where the influence of the real transformation coefficient on the sensitivity of the protection response was theoretically investigated.

Источник

Способы повышения чувствительности защит

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Однофазные замыкания на землю (ОЗЗ) являются самым распространённым видом повреждения в электрических сетях среднего класса напряжения (в пределах до 85-90% от общего числа нарушений нормальной работы сетей в зависимости от их назначения и конструктивного исполнения). В сложившихся условиях сильной изношенности изоляции, в подавляющем большинстве случаев, они развиваются в междуфазные короткие замыкания или многоместные пробои изоляции с групповым выходом из строя электрооборудования, сопровождаясь большим материальным ущербом и недоотпуском продукции. Поэтому справедливо считается, что основным направлением борьбы за повышения надёжности работы электрических сетей является борьба с однофазными замыканиями на землю. Именно поэтому в большинстве технически развитых стран, в том числе и в Украине, в настоящее время интенсивно ведутся работы по совершенствованию условий функционирования электрооборудования в распределительных сетях. При этом различными исследователями предлагаются весьма противоречащие друг другу способы подхода к решению указанной проблемы. Так одни указывают на необходимость совершенствования существующих направлений с использованием дугогасящих компенсирующих реакторов, а другие предлагают перевести рассматриваемые сети в иные режимы заземления нейтрали и т.д. Всё это указывает на недостаточную изученность процессов при дуговых замыканиях фазы на землю и недопонимание проблем практической реализации предлагаемых решений. На мой взгляд оптимальное решение указанной проблемы может быть найдено только на основе глубокого понимания электрофизических основ характера протекания переходных процессов при дуговых замыканиях на землю с учётом всех влияющих факторов.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Весьма ответственным моментом для карьерных электрических сетей 6 – 10 кВ, является обеспечение надежной и селективной работы защит от замыканий фазы на землю. Согласно ПУЭ, исходя из требований техники безопасности, защиты в таких сетях должны действовать на отключение поврежденного присоединения без выдержки времени [1,2]. Если уровни токов ОЗЗ относительно малы, например составляют не более 1 – 2 А, обеспечить требуемую чувствительность и селективность защит весьма затруднительно, о чем свидетельствуют многочисленные технические публикации по этому вопросу. В этих системах электроснабжения большинство замыканий являются дуговыми и сопровождаются перенапряжениями, достигающими (3 – 3,5) , феррорезонансными процессами, неселективной работой защит и групповыми отключениями присоединений.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Выпускаемые промышленностью устройства релейной защиты от замыканий на землю (реле РТЗ – 50, РТЗ – 51, ЗЗП – 1, и др.), ограничители перенапряжений (ОПН) и выполняемые на их основе проекты не решают вышеуказанных проблем, в связи с чем, для повышения надежности работы системы электроснабжения ФДК требуется проведение соответствующих расчетно – экспериментальных исследований и разработки новых эффективных решений, направленных на устранение отмеченных выше проблем. Этим вопросам и посвящена данная работа.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Состояние вопроса

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Для повышения надежности работы сетей с изолированной нейтралью, в зависимости от величины напряжения сети, при емкостных токах замыкания на землю свыше 10-30А применяется заземление нейтрали через индуктивное сопротивление для компенсации емкостных токов [1]. Для сетей с токами замыкания меньше указанных, в последнее время все чаще применяют заземление нейтрали сети через активное сопротивление. В частности, в настоящее время в России происходит интенсивный процесс отказа от изолированного режима заземления нейтрали в сетях 6-10 кВ. При этом вместо изолированного режима нейтрали предлагается высокоомное или низкоомное резистивное заземление нейтрали, позволяющее устранить недостатки сетей с изолированноц нейтралью [10], а именно – избавиться от высоких перенапряжений, феррорезонансных процессов и повысить селективность действия релейной защиты.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Так, например, в сети собственных нужд 6 кВ тепловых (ТЭС) и атомных (АЭС) электрических станций согласно [11] требуется заземление нейтрали сети через низкоомный резистор величиной 100 Ом, который подключается к нейтрали специального трансформатора ТСНЗ-63-10 мощностью 63 кВА. Установка такого резистора согласно [11] увеличивает токи замыкания на землю, что обеспечивает селективную работу релейной защиты, которая действует на отключение поврежденного присоединения. Однако с целью снижения термического действия дуги и повышения термостойкости самого резистора, в [10] рекомендуется применение высокоомных резисторов величиной 1000-2000 Ом. К положительным сторонам установки резисторов относятся снижение уровня перенапряжений до (2,2-2,5)Uф, предотвращение возникновения феррорезонансных процессов и повышение четкости действия релейной защиты. Первоначально в качестве заземляющих резисторов использовались стеклоэпоксидные бетэловые резисторы, к недостаткам которых относятся громоздкость конструкции и ограниченная термическая стойкость, что не позволяло широко их использовать в системах электроснабжения ответственных потребителей. В настоящее время Новосибирским предприятием «ПНП Болид» разработаны и выпускаются резисторы из материала «Эком» (электропроводящий композиционный материал — керамика с электропроводящими добавками), которые имеют повышенную термостойкость и могут длительно (до 6 ч) оставаться в работе при однофазных замыканиях на землю. Однако недостатком таких резисторов является высокая стоимость, громоздкость конструкции, сложность монтажа и наладки. В связи с изложенным, актуальным является дальнейшее совершенствование способов увеличения активной составляющей тока замыкания на землю, не требующего установки высоковольтных резисторов.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Известным способом подавления феррорезонансных процессов в сетях 6-10 кВ является подключение активного сопротивления к вторичной обмотке трансфотматора напряжения типа НТМИ, соединенной в разомкнутый треугольник. Согласно ведомственным циркулярам и ПУЭ рекомендуется включение резистора сопротивлением 25 Ом, рассчитанным на длительное прохождение тока 4 А. Эта величина выбрана из условия допустимой нагрузки на обмотку трансформатора, мощность которой составляет 600 Вт.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Разработка усовершенствованной защиты от замыканий фазы на замлю в сети 6 кВ

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Существующие защиты и их недостатки

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Схема электрических соединений 6 кВ п/ст «Рудничная» является типовой для горно – металлургических предприятий, главными потребителями в которой являются шагающие экскаваторы. Недостатки таких схем и устанавливаемых на них защит от замыканий на землю являются частые замыкания на землю, которые сопровождаются отключением одной поврежденной линии и двух – трех неповрежденных. Отыскание поврежденной линии и повторное восстановление доаварийной схемы требует весьма продолжительного времени. Указанные недостатки отмечались в работах [12,13]. Одной из причин неселективной работы защит является возникновение ферромагнитного резонанса после отключения поврежденного оборудования, из – за резкого увеличения токов намагничивания трансформаторов напряжения. Резонансные процессы протекают при частотах напряжения 3Uo 16 – 25 Гц, т.е ниже частоты 50 Гц, тогда как ток 3Io имеет близкую к номинальной частоту. В результате происходит потеря направленного действия чувствительной защиты ЗЗП – 1 и др. Более устойчивы к резонансным процессам ненаправленные токовые реле (РТ – 40/0,2, РТЗ – 50, РТЗ – 51). Однако последние очень трудно согласовать по уставкам срабатывания, если собственные емкостные токи замыкания на землю отдельных присоединений сильно отличаются между собой.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Прежде чем рассматривать усовершенствованную защиту, отметим особенности используемых на предприятиях серийно выпускаемых промышленностью реле.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Учитывая, что во многих случаях (на ВЛЭП и КЛЭП небольшой протяженности) значения токов ОЗЗ могут составлять единицы и даже доли ампера, в токовых защитах НП, как правило применяются реле тока с малыми значениями Ioc.z.min, например, элекромагнитные типа РТ – 40/0,2, или специальные реле для защиты от ОЗЗ: электронное типа РТЗ – 50 (в настоящее время снято с производства) и микроэлектронное типа РТЗ – 51.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Электронное реле тока типа РТЗ – 50 разработано ЧЭАЗ в конце 60-х годов для замены электромагнитного реле тока типа ЭТД – 551/60 с малым током срабатывания (Ioc.z.min=0,01 А), использовавшегося в схемах защиты от ОЗЗ. Принципиальная схема реле РТЗ – 50 приведена на рис. 1.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Рис. 1 Принципиальная схема электронного реле тока типа РТЗ – 50

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Входное сопротивление реле Zp зависит от входного тока и примерно равно в первом диапазоне уставок 50 – 100 Ом, во втором диапазоне 30 – 50 Ом, в третьем диапазоне 9 – 11 Ом. Переключение диапазона уставок тока срабатывания осуществляется с помощью отпаек на согласующем трансформаторе. Плавное изменение уставок в пределах каждого диапазона осуществляется изменением коэффициента усиления УПТ резистором R7. Разрядник FV предназначен для защиты элементов схемы от перенапряжений при двойных замыканиях на землю. Резистор R1, включенный последовательно с первичной обмоткой согласующего трансформатора T, обеспечивает термическую устойчивость входных цепей тока при двойных замыканиях на землю. Конденсатор C1 сглаживает пульсации напряжения на выходе выпрямительного моста VC1. Диод VC1 служит для ограничения уровня входного сигнала УПТ. Питание реле может осуществляться от источников как постоянного 110 220 В, так и переменного

100 В оперативного токов. Реле выполнено на электронной базе.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Высокочувствительное реле тока типа РТЗ – 51 предназначено главным образом для применения в схемах токовых защит от ОЗЗ совместно с кабельными ТТНП. Принципиальная схема приведена на рис. 2.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Рис. 2 Принципиальная схема микроэлектронного реле тока РТЗ – 51

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Реле РТЗ – 51 имеет то же назначение, что и реле РТЗ – 50, но отличается от него более высокой чувствительностью и лучшей отстроенностью от влияния свободных составляющих переходного процесса при дуговых перемежающихся ОЗЗ.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Реле включает в себя вторичный преобразователь тока, активный фильтр, настроенный на частоту 50 Гц, схему сравнения и исполнительный орган. Вторичный преобразователь тока TAL, нагружен на резисторы R2 — R7, которые в сочетании с переключателями SB1 — SB5 служат для дискретного регулирования тока срабатывания. Резистор R1 обеспечивает термическую устойчивость TAL при двойных замыканиях на землю, диоды VD1 — VD4 обеспечивают ограничение амплитуды входного сигнала при токах, превышающих ток срабатывания. Многоконтурная обратная связь (R8 — R10,C1, C2), обеспечивает отстройку реле от высших гармонических составляющих во входном токе реле в переходных и установившихся режимах ОЗЗ.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Схема сравнения значения входного тока с заданной уставкой включает пороговый элемент на операционном усилителе , элемент задержки на срабатывание и на возврат (VD5, R15, R16 и C7) и триггер Шмитта, выполненный на операционном усилителе . Порог срабатывания задается резисторами R11 — R14 . Резистором R11 обеспечивается настройка реле на минимальной уставке. Исполнительный орган реле представляет собой усилительный каскад на транзисторе VT1, в коллекторную цепь которого включено выходное промежуточное реле KL. Питание реле, как и реле РТЗ – 50, может осуществляться от источников постоянного +-110, +-220 В и переменного

100 В оперативного токов.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp В отличие от реле РТЗ – 50 реле РТЗ – 51 выполнено с малым входным сопротивлением ( Zp=1 Ом), что обеспечивает уменьшение погрешностей ТТНП, но увеличивает влияние электромагнитных наводок от токоведущих цепей и тока небаланса ТТНП. Применение реле РТЗ – 51 позволяет получить защиту от ОЗЗ с первичным током срабатывания порядка Ioc.z.min>0,6 А.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Направленная защита от ОЗЗ

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Состоит из одного реле направления мощности KW, которое включается на ток и напряжение НП.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Рис. 3 Схема подключения направленной защиты от ОЗЗ к ТТНП в ТН

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Для выполнения направленной защиты ЧЭАЗ по разработке ВНИИЭ выпускает реле типа ЗЗП – 1М, выполненное на электронной элементной базе. Принципиальная схема этого реле приведена на рис. 4

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Рис. 4 Принципиальная схема устройства защиты от ОЗЗ типа ЗЗП – 1М

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Устройство защиты типа ЗЗП – 1М состоит из согласующего устройства CY, усилителя переменного тока УТП и фазочувствительного усилителя ФЧУ. Согласующее устройство обеспечивает нормирование напряжения, пропорционального току 3*Io и сдвинутого по фазе по отношению к нему примерно на 90 градусов, термическую стойкость и защиту от перенапряжений цепей тока при двойных замыканиях на землю, а также согласование (по условию отдачи максимальной мощности в нагрузку) с ТТНП различных типов. На выходе УТП включен контур С2 — Т3 , настроенный на частоту 50 Гц. Применение двухкаскадного усилителя УТП в цепи тока 3*Io и резонансного контура С2 — Т3 позволяет получить минимальный первичный ток срабатывания защиты на частоте 50 Гц Ioc.z.min=(0,05+-0,02) А. Для защиты элементов ФЧУ от перенапряжений напряжение 3Uo на вход ЗЗП – 1М подается от ТН через вспомогательное устройство ВУ – 1, представляющее собой последовательный LC — фильтр с резонансной частотой 50 Гц. Применение ВУ – 1 позволяет также уменьшить вероятность излишних срабатываний защиты при внешних дуговых прерывистых ОЗЗ. Фазочувствительный усилитель обеспечивает появление максимального тока в выходном промежуточном реле при угле сдвига фаз между напряжением 3Uo и напряжением на выходе УПТ Фи=0 градусов, что соответствует углу при ОЗЗ в зоне действия защиты. При внешних ОЗЗ угол сдвига фаз между указанными напряжениями Фи=180 градусов, и ток в выходном реле K отсутствует. Таким образом, устройство типа ЗЗП – 1М представляет собой реле направления мощности синусоидального типа, реагирующее на Sp = k*Uo*Io*sin(Фи). Угол максимальной чувствительности реле Фи=90 градусов.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Основными недостатками реле ЗЗП – 1М является возможность излишних срабатываний при внешних дуговых перемежающихся ОЗЗ и ложных срабатываний при возникновении субгармонических колебаний после отключения поврежденного присоединения.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp В составе микроэлектронного устройства ЯРЭ – 2201 предусмотрен блок МО110, принцип работы которого и область применения аналогична последним реле ЗЗП – 1М. В блоке МО110 предусмотрены схемные меры, предотвращающие указанные выше ложные срабатывания при отключении поврежденного присоединения.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp В сетях с заземлением нейтрали через резистор сдвиг фаз между напряжением 3Uo и током 3Io в поврежденном присоединении существенно отличаются от 90 градусов (примерно 135 градусов — при высокоомном и — 180 градусов при низкоомном заземлениях нейтрали). Поэтому применение реле типа ЗЗП – 1М или блока МО110 устройства ЯРЭ – 2201 с углом максимальной чувствительности Фи=90 градусов в таких сетях может привести к отказам срабатывания защиты при внутренних ОЗЗ. Для возможности выполнения направленной защиты в сетях как с изолированной нейтралью, так и с заземлением нейтрали через резистор на ЧЭАЗ с 1998 г. освоен выпуск нового реле типа ЗЗН, разработанного во ВНИИЭ. Структурная схема устройства типа ЗЗН приведена на рис. 5.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Рис. 5. Упрощенная структурная схема устройства направленной защиты типа ЗЗН.
&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Количество кадров в анимации — 6.
&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Количество циклов — 6
&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Размер — 114 КБ

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Устройство защиты типа ЗЗН (защита от замыканий на землю) состоит из пусковых органов по току ПОТ и напряжению ПОН, схем формирования сравниваемых величин СФН и СФТ, фазочувствительной схемы ФЧС и выходного органа ВО. Пусковые органы и фазочувствительная схема для повышения устойчивости несрабатывания устройства в режимах без ОЗЗ включены по схеме И. Схема СФТ обеспечивает усиление входного сигнала по току, сдвиг фазы тока 3Io на 90 градусов, компенсацию угловых погрешностей ТТНП, возможность регулирования уставки по току. Схема СФН обеспечивает дополнительный сдвиг по фазе сравниваемых величин, необходимый при использовании устройства в сетях с низкоомным заземлением нейтрали через резистор. Схемы СФТ и СФН содержат также полосовые фильтры с одинаковыми частотными характеристиками, повышающие устойчивость функционирования защиты при дуговых прерывистых ОЗЗ. В ФЧС применен новый быстродействующих способ определения направления мощности при ОЗЗ, использование которого обеспечивает неизменность выходного сигнала ФЧС в зоне срабатывания независимо от угла сдвига фаз и значений сравниваемых величин (при превышении последними пороговых значений). В устройстве защиты типа ЗЗН – предусмотрена возможность регулирования уставок по току 3Io и напряжению 3Uo и угла максимальной чувствительности (Фи=90 градусов при применении защиты в сети с изолированной нейтралью,Фи=0 градусов в сети с низкоомным заземлением нейтрали и 90>Фи в сети с высокоомным заземлением нейтрали). Устройство имеет выстроенный блок питания и устройство экспресс – контроля.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Однако несмотря на существенное усложнение схемы реле ЗЗН для возможности использования его в сетях с заземление нейтрали через резистор, ему присущи те же недостатки, что и резе ЗЗП – 1 – возможность неселективной работы при феррорезонансных процессах, при кратковременных понижениях напряжения, вызванных короткими замыканиями или подключением к сети двигателей большой мощности. Погоня за обеспечением чрезмерно высокой чувствительности срабатывания реле по току (0,05 0,02) А снижает помехоустойчивость реле а также возможность его неправильного действия при дуговых замыканиях.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp В последние годы появились разработки многочисленных фирм блоки микропроцессорных защит (БМРЗ) НТЦ «Механотроника», терминалы защит SPEAM фирмы Schneider Electric, защиты серии SPACOM производства «АББ Реле – Чебоксары», а также реле фирмы ALSTOM и SIEMENS, и др. Эти терминалы обеспечивают также защиту от междуфазных коротких замыканий и других ненормальных режимов работы.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Необходимо отметить, что многие из микропроцессорных устройств обладают улучшенными характеристиками, направленными на правильность функционирования в режимах с прерывистой дугой. Однако это достигается за счет применения различного рода фильтров и использования задержки на возврат пускового токового органа после его кратковременного срабатывания. Однако введение некоторой задержки по времени является нежелательным, а иногда и недопустимым, для установок с повышенной опасностью, где требуется действие защиты на отключение. К недостаткам микропроцессорных устройств относятся сложность устройств, дороговизна, неполная объективность рекламируемых характеристик, а также не в полной мере приспособленность к особенностям электроустановок России и Украины.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Учитывая все достоинства и недостатки существующих защит от ОЗЗ, а также особенности системы электроснабжения Докучаевского ФДК, ставиться задача разработки усовершенствованной защиты с использованием серийного выпускаемого токового реле РТЗ – 51.

Заключение

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp В готовой магистерской работе будет проделанна такая работа:

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp 1. Произведен анализ причин неселективной работы защит от замыканий на землю и выбраны направления проведения исследований.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp 2. Разработан алгоритм и создана программа расчета на ПЭВМ, которая позволяет моделировать переходные и установившиеся режимы замыканий фазы на землю в сетях с изолированной нейтралью.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp 3. С использованием разработанной программы рассчитаны, применительно к системе электроснабжения п/ст «Рудничная», режимы перенапряжений, токи КЗ и определены емкостные токи при замыканиях фазы на землю 2-й секции 6 кВ, что позволило осуществить оценку селективности действия земляных защит фидеров.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp 4. Создана физическая модель сети 6 кВ п/ст «Рудничная» на напряжении 380 В. С помощью этой модели представляется возможным осуществлять проверку расчетных уставок защит от замыканий на землю фидеров и проверять правильность действия земляных защит.

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp 5. На основании проведенных расчетных и экспериментальных исследований предложены технические решения по внедрению селективной земляной защиты и подавлению феррорезонансных процессов в условиях п/ст «Рудничная».

&nbsp &nbsp &nbsp &nbsp 6. Выполнены расчеты по реконструкции и внедрению нейтралеобразующих трансформаторов для эффективного устранения феррорезонансных процессов, повышения селективности действия релейной защиты и снижения кратности перенапряжений в сети 6 кВ п/ст «Рудничная».

Источник