КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр

8.5.Токовая отсечка

На трансформаторах малой мощности (ниже 6,3 мВА), работающих одиночно, как правило, в качестве основной защиты вместо диф. защиты, устанавливается мгновенная токовая отсечка.

Токовая отсечка является самой простой быстродействующей защитой от повреждений в трансформаторе, однако имеет существенный недостаток – реагирует только на большие токи к.з. и охватывает своей зоной действия лишь часть трансформатора со стороны источника питания.

Принцип действия и однолинейная схема токовой отсечки трансформатора приведены на рис.

8-16.

Рис. 8-16. Принцип действия (а) и однолинейная схема токовой отсечки трансформатора.

Токовая отсечка устанавливается со стороны источника питания и выполняется при помощи реле тока типа РТ-40 или РТ-80.

На трансформаторах, питающихся от сети с глухозаземлённой нейтралью, отсечка устанавливается на 3-х фазах, а при питании от сети с изолированной нейтралью – на 2-х фазах.

Токовая отсечка трансформатора выполняется аналогично токовой отсечки линий.

При к.з. на выводах трансформатора со стороны источника питания ток к.з. значительно больше, чем ток к.з. со стороны нагрузки, поэтому ток срабатывания токовой отсечки выбирают таким, чтобы она не работала при к.з. за трансформатором:

Iс.з. Кн IК2 макс

где:
IК2 макс	максимальный ток к.з. через трансформатор при к.з. за ним
Кн	коэффициент надёжности принимаемый равным 1,3-1,4 для реле
	тока РТ-40 и 1,5-1,6 для реле тока РТ-80.

Кроме того, токовая отсечка должна отстраиваться от броска тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение

Iс.з > Iнам

Для выполнения этого условия ток срабатывания отсечки должен в 3-5 раз превышать номинальный ток трансформатора.

В зону действия отсечки входят: ошиновка, выводы и часть обмотки со стороны трансформатора, где она установлена.

Токовая отсечка является основной защитой от внутренних к.з. в трансформаторе и должна действовать на отключение выключателей со всех сторон трансформатора, имеющих источники питания.

Токовая отсечка в сочетании с МТЗ и газовой защитой обеспечивает полноценную защиту для трансформаторов малой мощности.

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

51

Коэффициент чувствительности отсечки:

	Кч	IK1мин.
			Iс.з.
	где:
IK1мин.				минимальный ток при к.з. на выводах трансформатора со стороны
			источника питания
Кч				должен быть не менее 2, т.к. отсечка в данном случае выполняет
			функции основной защиты.

Выводы:

1.Токовая отсечка является самой простой быстродействующей защитой от к.з. в трансформаторе и совместно с МТЗ и газовой защитой трансформаторов малой мощности.

2.Из-за значительной величины тока срабатывания отсечки (Iс.з. превышает

в3-5 раз Iном.т) зона действия защиты охватывает только часть трансформатора со стороны источника питания.

8.6.Защита от перегрузок

Перегрузки трансформаторов (автотрансформаторов) обычно бывают симметричными.

Поэтому защиты от перегрузок выполняются на одном реле тока, включаемом на ток одной фазы.

Силовые трансформаторы, независимо от системы охлаждения, допускают длительную симметричную перегрузку (таблица 8-1), поэтому защиты от перегрузок выполняются с выдержкой времени большей выдержек времени защит от к.з. с действием на сигнал, а на необслуживаемых подстанциях – на отключение.

Таблица 8-1

	Кратность перегрузки	1,3	1,45	1,6	1,75	2	3
	Допустимая длительность перегрузки,	120	80	45	20	10	1,5
	мин.

Для 2-х и 3-х обмоточных трансформаторов с односторонним питанием защита от перегрузки устанавливается с питающей стороны.

На трансформаторах, имеющих 2-х или 3-х стороннее питание, как правило, защиту от перегрузки устанавливают со всех сторон трансформатора. Как правило, защита действует через общее реле времени.

На автотрансформаторах с 3-х сторонним питанием защита от перегрузки устанавливается со стороны основного питания, а также со стороны обмотки ВН и для контроля за перегрузкой общей части обмотки со стороны обмотки подключённой к нулевой точке.

Примеры принципиальных схем токовых защит от перегрузок трансформаторов приведены на рис. 8-17.

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

52

Рис. 8-17. Принципиальные схемы токовой защиты от перегрузок трансформаторов и автотрансформаторов

а) 3-х обмоточный трансформатор с двух- и трехсторонним питанием; б) автотрансформатор с питанием со стороны ВН; в) автотрансформатор с перегруженной общей частью обмотки.

Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется по формуле:

Iс.з.	Кн		Iном.Т
		КВ
где:
Кн=1,05			коэффициент надёжности отстройки
КВ			коэффициент возврата реле тока
Iном.Т			номинальный ток обмотки трансформатора (автотрансформатора),
			на которой установлена защита.

Выводы:

1.В качестве защит от симметричных перегрузок на трансформаторах и автотрансформаторах используется максимальная токовая защита с независимой выдержкой времени с действием на сигнал.

2.Защита от перегрузок выполняется при помощи реле тока, включённого на ток одной фазы.

3.Защита от перегрузок устанавливается:

-на 2-х и 3-х обмоточных трансформаторах с односторонним питание – с питающей стороны;

-на трансформаторах с 2-х и 3-х сторонним питанием – со всех сторон;

-на автотрансформаторах с 3-х сторонним питанием – со стороны основного питания и со стороны обмотки ВН, а также со стороны обмотки подключённой к нулевой точке.

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

53

9. ОСОБЕННОСТИ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАЩИТ БЛОКОВ ГЕНЕРАТОРТРАНСФОРМАТОР

На современных мощных электростанциях, как правило, применяют блочные схемы электрических соединений. Основные схемы блоков генератор-трансформатор приведены на рис.

9-1.

Рис. 9-1. Основные схемы блоков а, б, в – блок генератор-трансформатор с ответвлением на с.н. г – укрупненнаый блок

д – объединенный блок (спареные блоки).

На генераторах и трансформаторах соединённых в один блок, устанавливаются те же защиты,

что и в случае их раздельной работы. Однако блочная схема позволяет объединить однотипные защиты генератора и трансформатора в одну общую защиту. Обычно общими для блока выполняют продольную и дифференциальную защиту, защиты от сверхтоков при внешних симметричных и несимметричных к.з., защиты от симметричных и несимметричных перегрузок, а также защиту от повышения напряжения и защиту от замыканий на землю в сети генераторного напряжения блока.

9.1.Продольные дифференциальные защиты

На практике применяются различные схемы продольных дифференциальных защит блока генератор-трансформатор. Наиболее распространённые схемы выполнения диф. защит показаны на рис. 9-2.

На блоках мощностью менее 100 мВт применяются простые схемы с общей диф. защитой блока (рис. 9-2 а и б). В первой схеме (рис. 9-2, а) защита подключается к ТТ, установленным со стороны нулевых выводов генератора и со стороны ВН блочного трансформатора, а во второй (рис. 9-2, б) токовые цепи защиты подключены также и к ТТ установленным на отпайке к трансформатору собственных нужд. В первой схеме в зону действия диф. защиты блока входят обмотки генератора, трансформатора, а также трансформатор с.н., а во второй зоне действия защиты ограничивается ТТ на отпайке (трансформатор с.н. в зону действия не входит).

В схеме на рис. 9-2, в предусматривается установка в дополнение к общей диф. защите блока отдельной диф. защиты генератора. Отдельная диф. защита на генераторах блоков устанавливается в следующих случаях:

на турбогенераторах мощностью 100 мВт и более;

на турбогенераторах мощностью менее 100 мВт, если ток срабатывания общей диф. защиты блока превышает 1,5 Iном.Г;

на гидрогенераторах если ток срабатывания общей диф. защиты блока превышает Iном.Г.

На блоках мощностью 200-300 мВт и более с генераторами, имеющими непосредственное охлаждение обмоток применяется схема 9-2, г, в которой предусмотрены две отдельные диф.

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

54

защиты для генератора и для трансформатора.

Рис. 9-2. Варианты схем дифференциальной защиты оборудования блоков генератор-трансформатор.

Индивидуальные диф. защиты генераторов и трансформаторов применяются во всех случаях, когда генераторы подключаются к блочному трансформатору через свой выключатель.

«Правилами устройства электроустановок» определены требования к расстановке диф. защит в схемах блоков:

1.Общая продольная дифференциальная защита блока устанавливается на блоках, состоящих из одного генератора с косвенным охлаждением и одного трансформатора при отсутствии выключателя в цепи генератора (рис. 9-2, а).

2.При наличии генераторного выключателя в цепи блока на генераторе и на трансформаторе должны быть установлены отдельные продольные диф. защиты.

3.При использовании в блоке 2-х трансформаторов (объединенный блок), а также при работе двух и более генераторов без выключателей на один блочный трансформатор (укрупненный блок) на каждом генераторе и каждом трансформаторе мощностью 125 МВА

иболее также устанавливаются отдельные продольные диф. защиты.

4.На генераторах, имеющих непосредственное охлаждение проводников обмоток, всегда должна устанавливаться отдельная продольная диф. защита генератора. Если при этом в цепи генератора имеется выключатель, то на трансформаторе блока также должна быть установлена отдельная диф. защита трансформатора.

5.При отсутствии генераторного выключателя для защиты трансформатора должна устанавливаться либо отдельная диф. защита трансформатора, либо общая продольная дифференциальная защита блока.

6.Для защиты ошиновки между выключателями со стороны обмотки ВН трансформатора и трансформатором блока должна устанавливаться отдельная диф. защита ошиновки ВН.

7.Для резервирования выше указанных отдельных диф. защит генератора трансформатора на блоках с генераторами мощностью 160 мВт и более, имеющих непосредственное охлаждение проводников обмоток, как правило, предусматривается резервная диф. защита, охватывающая генератор и трансформатор блока вместе с ошиновкой на стороне ВН.

Дифференциальная защита блока отстраивается от броска тока намагничивания блочного силового трансформатора и от повышенных значений тока небаланса, обусловленных разнотипностью ТТ и различием сопротивлений плеч защиты. Как правило, ток срабатывания блочной диф. защиты получается больше, чем у диф. защиты генератора. Обычно диф. защита

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

55

блоков выполняется с помощью диф. реле типа РНТ565-566 (с БНТ без торможения), а в случаях когда не удовлетворяются требования чувствительности – с помощью диф. реле с торможением типа ДЗТ-11.

При наличии отдельной диф. защиты генератора диф. защита блока является резервной быстродействующей защитой для генератора.

В случаях установки отдельной диф. защиты блочного трансформатора общая диф защита блока, как правило, не ставится.

Выводы:

1.На блоках генератор-трансформатор мощностью до 100 МВт в качестве основной защиты от междуфазных к.з. применяют общую продольную дифференциальную защиту блока в зону действия которой входят обмотка статора генератора, токоведущие части между генератором и блочным трансформатором и обмотки блочного трансформатора.

2.Отдельная продольная диф. защита блочных генераторов в дополнение к общей диф. защите блока устанавливается: на турбогенераторах мощностью 100 МВт и более; на гидрогенераторах, если ток срабатывания общей диф. защиты блока превышает номинальный ток генератора, а также на турбогенераторах мощностью менее 100 МВт, если ток срабатывания общей диф. защиты блока превышает в 1,5 раза номинальный ток генератора.

3.На блоках мощностью 200-300 МВт и более с генераторами, имеющими непосредственное охлаждение обмоток устанавливаются две отдельные диф. защиты для генератора и трансформатора.

4.В блочных схемах при наличии выключателя в цепи генератора отдельная диф. защита генератора применяется во всех случаях.

9.2.Защита от сверхтоков при внешних к.з. и перегрузках

На блоках генератор-трансформатор малой мощности (до 30 мВт) в качестве защиты от внешних к.з. (симметричных и несимметричных) применяется общая для генератора и

трансформатора максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению действующая с выдержкой времени на отключение блока от сети. Эта защита отличается простотой исполнения и малой стоимостью. Генераторы маломощных блоков, как правило, имеют косвенное охлаждение и допускают по условиям нагрева значительные симметричные и несимметричные перегрузки. Поэтому защиты от перегрузок маломощных блоков выполняются с действием на сигнал.

На блоках средней (30-150 мВт) и большой (более 150 мВт) мощности в качестве защит от внешних к.з. и перегрузок применяют:

1.Токовую защиту обратной последовательности с интегрально-зависимой выдержкой времени на реле типа РТФ-6м – от несимметричных к.з. и перегрузок.

2.Максимальную токовую защиту с пуском по напряжению – от симметричных

к.з.

3.Максимальную токовую защиту, выполненную с помощью одного реле тока – для сигнализации при симметричных перегрузках.

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

56

На рис. 9-3 приведена упрощённая принципиальная схема защиты обратной последовательности блока выполненная с помощью реле РТФ-6м.

Рис. 9-3. Схема защит от несимметричных к.з. и перегрузок и характеристика времени действия защиты.

Четыре органа РТФ-6м: сигнальный (реле Т1), интегральный (реле Т2) и отсечки I и II реагируют на ток обратной последовательности (реле Т3 и Т4) и подключаются к фильтру токов обратной последовательности Ф2. Интегральный орган работает при несимметричных перегрузках и внешних к.з. и действует с временем t1 на отключение выключателей блока, а если несимметрия не исчезает – с временем t2 на развозбуждение и останов блока в целом. Отсечка I предназначена для работы при внешних для блока несимметричных к.з. в сети ВН и действует на отключение выключателей блока. Отсечка II предназначена для резервирования основных защит блока при несимметричных к.з. на генераторе и трансформаторе. Зона действия отсечки II ограничивается реле напряжения U0, включенного на напряжение нулевой последовательности 3U0. При 2-х фазных к.з. на стороне генератора работают реле Т4 и Н0 и защита действует на отключение и развозбуждение блока. При к.з. за трансформатором блока на стороне генераторного напряжения 3U0=0 и реле Н0 блокирует действия отсечки II.

Функции блочной защиты от внешних к.з. и перегрузок, как правило, выполняют защиты, установленные на генераторе блока, поэтому токовые цепи защиты подключаются к ТТ со стороны нулевых выводов генератора.

Необходимость защит от внешних к.з. на стороне ВН блочного трансформатора, а также на отпаечных трансформаторах собственных нужд зависит от схемы блока и расположения выключателей в цепи блока.

Выводы:

1.На блоках малой мощности (до 30 мВт) в качестве защиты от внешних к.з. применяют общую для генератора и трансформатора максимальную токовую защиту с комбинированным пуском по напряжению, а также защиту от перегрузок действующую на сигнал.

2.На блоках средней и большой мощности в качестве защит от внешних к.з.

иперегрузок применяют: токовую защиту обратной последовательности – для защиты от несимметричных к.з. и перегрузок; максимальную токовую защиту с пуском по напряжению – для защиты от симметричных к.з. и токовую защиту на одном реле тока – для сигнализации о симметричных перегрузках.

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

57

9.3.Защита от повышения напряжения.

На всех блоках с гидрогенераторами, а также на блоках с мощными турбогенераторами и трансформаторами устанавливает ся защита от повышения напряжения.

Заводы-изготовители допускают интенсивное использование стали магнитопроводов при изготовлении крупных генераторов и трансформаторов. При этом величина магнитной индукции достигает значений близких к насыщению стали магни топроводов. Поэтому на мощных генераторах и трансформаторах повышение напряжения сверх номинального вызывает насыщение стали магнитопроводов и как следствие повышенный их нагрев.

Опасные повышения напряжения на генераторах и трансформаторах в блочных схема х возможны в режимах холостого хода и при внезапном отключении блока от сети (при неисправностях в системах возбуждения генераторов, при ошибочных действиях дежурных, а также в режимах сброса нагрузки на гидрогенераторах из -за увеличения оборотов агрегата и отказе в работе регулятора возбуждения).

Защита от повышения напряжения блоков мощностью 160 мВт и более (рис. 9-4) выполняется в виде 2-х ступенчатой защиты максимального напряжения с

использованием 2-х реле напряжения (РН1 и РН2) типа РН-58/200, имеющих высокий коэффициент возврата (КВ 0,95).

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

58

Рис. 9-4. Защита от повышения напряжения генератора блока генератортрансформатор а) – цепи тока и напряжения

б) – оперативные цепи

Первая ступень защиты с уставкой 1,2Uном.Г не имеет выдержки времени и может действовать только в режиме холостого хода генератора (на развозбуждение генератора) или блока.

При работе блока на нагрузку 1 ступень защиты автоматически вводится из действия с помощью 3-х фазных реле тока типа РТ-40/Р, размыкающих свои контакты при появлении тока нагрузки. При переходе генератора или блока в режим холостого хода 1 ступень защиты вводится в действие с выдержкой времени порядка 3с, перекрывающей длительность кратковременного повышения напряжения на генераторе или блоке при его отключении от сети.

Вторая ступень защиты с уставкой 1,4 1,5 Uном.Г предназначена для защиты генератора и трансформатора, работающего в сети и действует на отключение блока и развозбуждение генератора с небольшой выдержкой времени порядка 0,3 0,5с отстроенной от кратковременных повышений напряжения в сети ВН блока.

9.4.Защита генераторов блока от замыканий на землю

Генераторы блоков работают с изолированной или заземленной через дугогасящую катушку нейтралью. Сеть генераторного напряжения (обмотка статора генератора – токоведущие части от генератора к трансформатору – обмотка блочного трансформатора) при этом обладает небольшой ёмкостью по отношению к земле и следовательно, величина тока однофазного замыкания на землю в сети генераторного напряжения обычно не превышает 5А.

В качестве защиты от однофазных замыканий на землю в статоре генераторов, работающих в блоке с трансформаторами широко применяют защиту максимального напряжения нулевой последовательности, выполненную на одном реле максимального напряжения, которое включается на обмотку разомкнутого треугольника трансформатора напряжения, установленного на главных выводах генератора.

Схема защиты представлена на рис. 9-5 и состоит из реле максимального нгапряжения 1, реле времени 2 и вольтметра 3. Реле напряжения включается на фильтр напряжения нулевой последовательности (к разомкнутому треугольнику генераторного ТН). Для правильной работы фильтра нейтраль первичной обмотки ТН должна быть обязательно заземлена, при этом

напряжение на разомкнутом треугольнике 3U0 UA UB UC

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

59

В нормальном режиме из-за погрешностей ТН и наличия третьих гармоник в напряжении в фазных э.д.с. вследствие искажения синусоидальной формы кривой, на зажимах размкнутого треугольника ТН появляется напряжение небаланса Uнб, поэтому напряжение срабатывания защиты должно удовлетворять условию:

Uс.з.>Uнб

Рис. 9-5. Схема защиты генератора блока от замыканий на землю с реле напряжения нулевой последовательности а) схема защиты с ТН на выводах генератора;

б) зависимость U0 и Iз от числа замкнувшихся на землю витков обмотки статора.

Казанцева Вера Викторовна G:\лекции рзиа\КУРС ЛЕКЦИЙ 2 семестр.docx

60