РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ассистент каф. ЭЭС

внутренних повреждений – токовая отсечка или продольная дифференциальная защита.
Продольная дифференциальная

защита ставится на трансформаторах мощностью 6300 кВА и более, на трансформаторах меньшей мощности - токовая отсечка.
2. От повреждений внутри кожуха, сопровождающихся выделением газа и (или) понижением уровня масла, - газовая защита с действием на сигнал и отключение:
для трансформаторов мощностью 6300 кВА и более;
для внутрицеховых понижающих трансформаторов мощностью 630 кВА и более;
для трансформаторов мощностью (1000-4000) кВА, если отсутствует быстродействующая защита.
3. От токов внешних коротких замыканий должны быть установлены следующие защиты с действием на отключение:
максимальная токовая защита для трансформаторов мощностью до 1000 кВА ;
максимальная токовая защита или максимальная токовая защита с комбинированным пуском напряжения или токовая защита обратной последовательности для трансформаторов мощностью 1000 кВА и более;
дистанционная защита на понижающих автотрансформаторах напряжением
220 кВ и более, если это необходимо по условиям дальнего резервирования.

Вводная лекция по РЗА

Лекция №2

мощностью 400 кВА и более следует предусматривать максимальную токовую защиту

с действием на сигнал или на разгрузку и на отключение.
5. От токов внешних замыканий на землю при наличии заземленной нейтрали для трансформаторов мощностью 1000 кВА и более устанавливается максимальная токовая защита нулевой последовательности, если это необходимо по условиям дальнего резервирования.

Вводная лекция по РЗА

Лекция №2

низшего напряжения:
Чувствительность отсечки проверяется по току двухфазного короткого замыкания на

вводах трансформатора со стороны источника питания:

Защита силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Лекция №2

обмоток силового
трансформатора.
2. Наличие броска тока намагничивания.
При включении трансформатора под напряжение

в обмотке трансформатора со стороны источника питания возникает бросок намагничивающего тока, который в первый момент времени в 5 – 8 раз превышает номинальный и затухает в течение 1 – 2 сек.

в плечах защиты.
Токи силовых трансформаторов со стороны обмоток высшего и

низшего напряжений не равны между собой, поэтому трансформаторы тока, выбираемые по номинальному первичному току, будут иметь разные коэффициенты трансформации, различное конструктивное исполнение и, соответственно, различные погрешности.

4. Наличие устройства автоматического регулирования напряжения силового трансформатора.
Устройства автоматического регулирования напряжения силовых трансформаторов меняют коэффициент трансформации защищаемого трансформатора, в результате чего меняется соотношения первичных токов и, соответственно, вторичные токи трансформаторов тока.

фактора:
1. Защита не должна работать от броска тока намагничивания в

момент
включения ненагруженного силового трансформатора под напряжение:
Iсз ≥ kнIном ,
где kн = 1,3 - 1,5 - коэффициент надежности, учитывающий выполнение измерительного органа защиты.
2. Защита не должна работать от максимально возможного тока небаланса в режиме внешнего замыкания:


где
I’нб - составляющая тока небаланса, вызываемая погрешностью трансформаторов тока;
I”нб - составляющая тока небаланса, вызываемая наличием устройства регулирования коэффициента трансформации силовых трансформаторов;
I’”нб - составляющая тока небаланса, вызываемая неточностью
выравнивания вторичных токов в плечах защиты.

Лекция №2

Защита силовых трансформаторов и автотрансформаторов

короткого замыкания ;
2 - зависимость тока срабатывания защиты без торможения

;
3 - ток в реле при внутреннем коротком замыкании ;
4 - зависимость тока срабатывания защиты с торможением;
I'''k - максимально возможное значение тока внешнего короткого замыкания;
I''k - значение тока короткого замыкания, при котором сработает защита без торможения;
I'k - значение тока короткого замыкания, при котором сработает защита с
торможением.

Защита силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Лекция №2

типа:
1 - корпус,
2,5 - контакты,
3 - стержень,

4 - изоляция выводов, 6 - крышка,
7 - рамка,
8 - ось,
9 - верхний поплавок, 10 - нижний поплавок.

Ы
1. Для защиты трансформаторов от внутренних повреждений, в зависимости от

мощности, применяются токовая отсечка, дифференциальная защита, газовая защита.
2. При использовании дифференциального принципа для защиты трансформаторов следует учитывать наличие дополнительных погрешностей.
3. Введение принципа торможения в дифференциальной защите позволяет повысить ее чувствительность.
4. Отличительными признаками дифференциальной защиты являются быстродействие, сравнительно высокая чувствительность к междуфазным замыканиям и замыканиям на выводах, надежность.
5. Газовая защита является простым и универсальным средством для определения внутренних повреждений трансформаторов, в том числе витковых замыканий.

защита,
максимальная токовая защита с блокировкой по напряжению,
токовая защита

обратной последовательности,
токовая защита нулевой последовательности,
дистанционная защита.

Защиты от внешних замыканий служат для резервирования собственных защит и защит смежных присоединений.

стороны источника питания.
Максимальная токовая защита
Защита силовых трансформаторов и автотрансформаторов
Лекция №2

Один комплект со стороны обмотки низшего напряжения действует на отключение

выключателя этой обмотки. Второй комплект, на стороне высшего напряжения, имеет две выдержки времени.

Максимальная токовая защита

Защита силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Лекция №2

KA1 и KA2
и пусковой орган напряжения - фильтр-реле напряжения обратной

последовательности KV2 и реле минимального напряжения KV1.

Максимальная токовая защита с блокировкой по напряжению

Защита силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Лекция №2

KV1 не должно работать в максимальных нагрузочных режимах Uмин и

в условиях самозапуска электродвигателей Uсз , напряжение срабатывания реле KV2 выбирается из условия отстройки от напряжения небаланса на выходе фильтра в нормальном режиме:

Обладает более высокой чувствительностью по сравнению с обычной максимальной токовой защитой.

Максимальная токовая защита с блокировкой по напряжению

Защита силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Лекция №2

или автотрансформаторах связи для обеспечения требований дальнего резервирования при несимметричных

коротких замыканиях.

Для обеспечения действия защиты при трехфазных коротких замыканиях схема защиты дополнена приставкой, состоящей из токового реле КА1 и реле минимального напряжения KV.

Токовая защита обратной последовательности

Защита силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Лекция №2

небаланса на выходе фильтра при максимально возможной эксплуатационной нагрузке. В

большинстве случаев условию отстройки удовлетворяет следующее выражение:

В случае использования защиты обратной последовательности на мощных автотрансформаторах, осуществляющих ответственные связи между системами, рекомендуется при выборе тока срабатывания производить согласование по чувствительности.

Токовая защита обратной последовательности

Защита силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Лекция №2

высокого и среднего напряжений и ближнего резервирования основных защит автотрансформатора.

Для выполнения защиты в энергосистемах России применяется панель ПЭ 2105, содержащую две ступени.
Характеристика реле сопротивления первой ступени имеет вид окружности или эллипса, проходящих через начало координат или смещенных в III квадрант. Смещение характеристики производится для устранения мертвой зоны. Для улучшения отстройки реле от нагрузочных режимов круговая характеристика может быть трансформирована в эллипс.
Характеристика реле сопротивления второй ступени имеет вид окружности, смещенной в I квадрант.
В зависимости от конкретной схемы района, мощности и напряжения автотрансформатора применяется одна или две панели ПЭ 2105.

Дистанционная защита

Защита силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Лекция №2

зону действия защиты. В частности, первая ступень может быть направлена

в сторону высшего или среднего напряжения, а вторая, соответственно, в сторону среднего или высшего напряжения. Цепи напряжения защиты подсоединяются к трансформатору напряжения, установленному на низкой стороне.

Использование одной панели

Сопротивление срабатывания 1 ступени при направленности характеристики в сторону ВН

Сопротивление срабатывания 1 ступени при направленности характеристики в сторону СН

Дистанционная защита

Защита силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Лекция №2

действия первых ступеней резервируемых защит и времени действия устройства резервирования

отказов выключателя УРОВ, tсз = 0,8сек.
Уставка в т о р о й с т у п е н и выбирается из условия отстройки защиты от нагрузочных режимов

Дистанционная защита

Защита силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Лекция №2

и более. В этом случае на каждую из сторон высшего

и низшего напряжений устанавливаются свои панели, причем, на каждой из панелей реле сопротивления направлены согласно. Напряжения на каждую панель подается от трансформатора напряжения своей ступени

Использование двух панелей

Каждая ступень имеет три выдержки времени:
- на разделение системы шин;
- на отключение выключателя стороны, куда направлена рассматриваемая ступень;
- на отключение всего автотрансформатора.

Дистанционная защита

Защита силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Лекция №2

внешнего замыкания на землю в сети с глухозаземленной нейтралью и

частичного резервирования основных защит трансформатора. Защита присоединяется к трансформаторам тока, установленным в нейтрали трансформатора, и выполняется при помощи реле тока и реле времени.

Ток срабатывания выбирается по условию согласования с последними ступенями защит от замыканий на землю защит смежных присоединений.

Защита от внешних замыканий на землю

Защита силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Лекция №2

на фазный ток. Защита с выдержкой времени действует на сигнал,

а на необслуживаемых подстанциях - на разгрузку и отключение. На двухобмоточных трансформаторах защита устанавливается со стороны основного питания. На трехобмоточных - со стороны основного питания и со стороны обмотки, где питание отсутствует.

Защита от перегрузок

Защита силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Лекция №2

блокировкой по напряжению;
4- защита от перегрузки
Схема защиты понижающего трансформатора

110-220/6,6-11кВ мощностью 6.3 МВА и более

Пример выполнения защиты трансформатора

Защита силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Лекция №2

токов в замкнувшихся витках при незначительном изменении тока в неповрежденной

части обмотки.
Замыкания на землю - наиболее часто возникающий режим повреждения. В месте замыкания на землю возникает дуга, которая может привести к значительным разрушениям стали статора.
Многофазные короткие замыкания. Наиболее вероятной причиной их возникновения являются однофазные замыкания при нарушении изоляции в лобовых частях обмотки. Возникающие токи могут привести к значительным разрушениям генератора, поэтому требуют немедленного отключения.
Повреждения обмотки ротора. Обмотки ротора генератора находятся под невысоким напряжением (300 - 500) В, поэтому их изоляция обладает значительным запасом прочности. Однако, из-за тяжелых механических условий работы относительно часто возникают замыкания на землю в одной или двух точках. Замыкание на землю в одной точке ротора не влияет на работу генератора, но при этом возникает возможность замыкания в другой точке возбуждения. При его появлении часть обмотки ротора шунтируется. Искажение магнитного поля машины приводит к возникновению вибрации и разрушению подшипников и уплотнений вала генератора, обгоранию изоляции и оплавлению меди обмотки.

Защита генераторов

Лекция №2

случае отказа защиты или выключателя этого элемента ток короткого замыкания

должен быть отключен защитой генератора.
Перегрузки генератора возникают в результате отключения или отделения части параллельно работающих генераторов, при работе форсировки возбуждения, самозапуске двигателей, потере возбуждения и т. д.
Перегрузки вызывают перегрев обмоток, старение изоляции и, как следствие, ее повреждение. При возникновении перегрузки защита должна действовать на сигнал и только в тех случаях, когда разгрузка генераторов не дает результатов, по истечении допустимого времени генераторы должны отключаться.
Несимметрия фазных токов возникает при внешних однофазных и двухфазных замыканиях, при большой несимметричной нагрузке близких потребителей, при неполнофазных режимах работы энергосистемы.
Несимметрия сопровождается появлением в обмотке статора токов обратной последовательности. При этом в роторе возникают токи двойной частоты, вызывающие его повышенный нагрев и вибрацию вращающихся частей машины.

Защита генераторов

Лекция №2

к установке на гидрогенераторах и турбогенераторах мощностью 160 мВт и

более.
Асинхронный режим возникает при потере возбуждения и в результате нарушения устойчивости и сопровождается потреблением из сети значительного реактивного тока, понижением напряжения на зажимах генератора, увеличением частоты вращения ротора, возникновением местных перегревов ротора и повышенным нагревом крайних пакетов статора. Из-за повышенных значений тока статора работа генератора в асинхронном режиме ограничивается по времени. Для турбогенераторов мощностью (63 - 500) мВт длительность асинхронного режима допускается до 15 минут, для турбогенераторов мощностью 800 мВт и более асинхронный режим недопустим.

Защита генераторов

Лекция №2

дифференциальная защита; - продольная дифференциальная защита; - защита от

замыканий на землю

Защита генераторов

Лекция №2

защиты при проектировании принимается равным 0,2Iном генератора
Поперечная дифференциальная защита

от замыканий на землю зависит от режима его работы:
При работе

генератора на сборные шины защита выполняется на принципе контроля емкостного тока присоединения или на принципе наложения на цепь статора переменного тока.
При работе генератора в режиме блока защиты могут выполняться с использованием напряжений нулевой последовательности, на принципе наложения на цепь статора постоянного тока или переменного тока, имеющего частоту отличную от промышленной.

реагирующая на емкостный ток

реагирующая на емкостный ток
Ток срабатывания реле KA1 защиты от замыканий

на землю обмотки статора должен удовлетворять следующим условиям:
а) быть не выше 5 А;
б) быть больше тока небаланса, проходящего через ТНП при внешнем двухфазном к.з.

где
ICГ - собственный емкостный ток генератора;
kв - коэффициент возврата, равный 0,93 для реле типа РТЗ-51;
Iнб - ток небаланса, приведенный к первичной стороне ТНП, упрощенно можно принять (1-1,5) А.

Выдержка реле времени КТ выбирается из условий отстройки от переходных процессов при внешних замыканиях на землю и принимается равной (1.5-2.0) сек.

турбогенератора, реагирующая на наложенный переменный ток

выполняемая с наложением на цепь статора постоянного тока

внешних замыканий предназначены для отключения генератора при отказе защит или

выключателей смежных присоединений и резервирования основных защит генератора.
Выбор типа защиты зависит от мощности генераторов:
для генераторов малой мощности, до 30 МВт, применяется максимальная токовая защита с блокировкой по напряжению;
для генераторов средней мощности, от 30 до 60 МВт - двухступенчатая токовая защита обратной последовательности;
для генераторов большей мощности – четырехступенчатая токовая защита обратной последовательности и дистанционная защита.

должно обеспечить требования
ближнего и дальнего резервирования
Реле второй ступени КА3 предназначено

для сигнализации возникновения несимметричной нагрузки в сети:

через входные преобразователи ВП подается на схему. Чувствительная отсечка I

предназначена для дальнего резервирования, грубая отсечка II - для ближнего резервирования, интегральный орган ИО - для защиты генератора от перегрузки токами обратной последовательности, сигнальный орган СО - для сигнализации о возникновении несимметричной перегрузки.

Защита генераторов

Лекция №2

Токовая защита обратной последовательности

требуемый коэффициент чувствительности;
I(2)2* - сверхпереходный ток обратной последовательности при коротком

замыкании на выводах генератора.

Выдержка времени отсечки II принимается равной 0.3 сек.

Ток срабатывания отсечки I выбирается из условий обеспечения необходимой чувствительности при двухфазном коротком замыкании в конце зоны резервирования и согласования с резервными защитами от междуфазных коротких замыканий. Отсечка I с первой выдержкой времени, отстроенной от выдержки времени резервных защит присоединений, действует на деление шин, а со второй, принимаемой на ступень селективности больше первой, - на отключение генераторного выключателя или выключателя блока.

Защита генераторов

Лекция №2

Токовая защита обратной последовательности

к токам обратной последовательности, и запускается пусковым органом ПО:
Ток срабатывания

сигнального органа принимается равным^

Выдержка времени должна быть больше времени действия резервных защит блока.

Защита генераторов

Лекция №2

Токовая защита обратной последовательности

для защиты от внешних симметричных коротких замыканий
Защита выполняется на реле

с круговой или эллиптической характеристикой, смещенной в III квадрант. Защита включается на разность токов (Ia - Ib) трансформаторов тока, установленных в нейтрали генератора, и на междуфазное напряжение Uab трансформатора напряжения, установленного на выводах генератора

Защита генераторов

Лекция №2

Дистанционная защита

режима:
Защита генераторов
Лекция №2
Дистанционная защита

с трансформаторами.
Напряжение срабатывания принимается равным (1.5 - 1,7)Uном, выдержка времени

равна 0.5 сек.
На энергоблоках с турбогенераторами защита от повышения напряжения устанавливается начиная с мощности 160 МВт, имеет уставку 1,2Uном и вводится в работу только при холостом ходе генератора с выдержкой около 3 сек., перекрывающей длительность кратковременного повышения напряжения на генераторе после его отключения из сети.

Защита генераторов

Лекция №2

Защита от повышения напряжения

защита от замыканий на землю в обмотке статора;
4 -

токовая защита обратной последовательности;
5 - резервная дистанционная защита;
6 - защита от потери возбуждения;
7 - сигнализация симметричной перегрузки генератора;
8 - защита от перегрузки обмотки ротора;
9 - защита от замыканий на землю в цепи возбуждения;
10 - реле тока устройства резервирования при отказах выключателя

Защита генераторов

Лекция №2