Всі електроустановки обладналися пристроями релейного захисту, призначеними для відключення ділянки в колі, якщо пошкодження спричиняє за собою вихід з ладу елементу або електроустановки в цілому. Релейний захист спрацьовує і тоді, коли виникають умови, загрозливі порушенням нормального режиму роботи електроустановки. У релейному захисті електроустановок захисні функції покладені на реле, які служать для подачі імпульсу на автоматичне відключення елементів електроустановки або сигналу про порушення нормального режиму роботи устаткування, ділянки електроустановки, лінії і так далі. Реле є апарат, що реагує на зміну якої-небудь фізичної величини, наприклад струму, напруги, тиску, температури. Коли відхилення цієї величини виявляється вищим допустимого, реле спрацьовує і його контакти, замикаючись або розмикаючись, проводять необхідні перемикання з допомогою подали або відключення напруги в ланцюгах управління електроустановкою. До релейного захисту пред'являють наступні вимоги: селективність (вибірковість) -- відключення тільки тієї мінімальної частини або елементу установки, яка викликала порушення режиму; чутливість -- швидка реакція на певні, заздалегідь задані відхилення від нормальних режимів, іноді самі незначні; надійність -- безвідмовна робота у разі відхилення від нормального режиму; надійність захисту забезпечується як правильним вибором схеми і апаратів, так і правильною експлуатацією, що передбачає періодичні профілактичні перевірки і випробування. Необхідна швидкість спрацьовування реле визначається проектом залежно від характеру технологічного процесу. Іноді для зведення до мінімуму збитку від виниклих пошкоджень релейний захист повинен забезпечувати повне відключення протягом сотих доль секунди. По своєму призначенню реле розділяють на реле управління і реле захисту.

Реле управління зазвичай включають безпосередньо в електричні ланцюги і спрацьовують вони при відхиленнях від технологічного процесу або змінах в роботі механізмів. Реле захисту включають в електричні ланцюги через вимірювальні трансформатори і лише іноді безпосередньо. Вони спрацьовують при неформальних або аварійних режимах роботи установки. Реле характеризується наступними показниками:

уставка -- сила струму, напруга або час, на яких відрегульовано дане реле для його спрацьовування;

напруга (або струм) спрацьовування -- найменше або найбільше значення, при якому реле повністю спрацьовує;

напруга (або струм) відпуску -- найбільше значення, при якому реле відключається (повертається в початкове положення); коефіцієнт повернення -- відношення напруги (або струму) відпуску до напруги (або струму) спрацьовування.

За часом спрацьовування розрізняють реле миттєвої дії і з витримкою часу.

1.1 Пошкодження і ненормальні режими роботи трансформаторів

До пошкоджень трансформаторів відносять:

міжфазні КЗ на виводах і в обмотках (останні виникають набагато рідше, ніж перші); однофазні КЗ (на землю і між витками обмотки, тобто витковые замикання); «пожежа сталі» сердечника. До ненормальних режимів відносяться: перевантаження, викликані відключенням, наприклад, одного з паралельно працюючих трансформаторів. Струми перевантаження відносно невеликі, і тому допускається перевантаження протягом часу, визначуваного кратністю струму перевантаження по відношенню до номінального; виникнення струмів при зовнішніх КЗ, що є небезпекою в основному через їх теплову дію на обмотки трансформатора, оскільки ці струми можуть істотно перевершувати номінальні. Тривале проходження струму зовнішнього КЗ може виникнути при пошкодженні, що не відключилося, на приєднанні, що відходить від трансформатора; неприпустиме пониження рівня масла, що викликається значним пониженням температури я іншими причинами.

Пошкодження і ненормальні режими роботи пред'являють певні вимоги до пристроїв автоматичного управління трансформаторами, що розглядаються нижче.

1.2 Види і призначення автоматичних пристроїв трансформатора

На трансформаторах встановлюються наступні захисту: захист від коротких замикань, що діє на відключення пошкодженого трансформатора і виконувана без витримки часу (для обмеження розмірів пошкодження, а також для запобігання порушенню безперебійної роботи живлячої енергосистеми). Для захисту могутніх трансформаторів застосовуються подовжні диференціальні струмові захисту, а для малопотужних трансформаторів -- струмові захисту із ступінчастою характеристикою витримки часу. Крім того, при всіх пошкодженнях усередині бака і пониженнях рівня масла застосовується газовий захист, що працює на неелектричному принципі; захист, від струмів зовнішніх КЗ, основне призначення якої полягає в запобіганні тривалому проходженню струмів КЗ у разі відмови вимикачів або защит суміжних елементів шляхом відключення трансформатора. Крім того, захист може працювати як основна (на трансформаторах малої модності, а також при КЗ на шинах, якщо відсутній спеціальний захист шин). Захисту від зовнішніх КЗ зазвичай виконуються струмовими або (значно рідше) дистанційними -- з витримками часу; захист від перевантажень, що виконується за допомогою одного максимального реле струму, оскільки перевантаження зазвичай є симетричним режимом. Оскільки перевантаження допустиме протягом тривалого проміжку часу (десятки хвилин при струмі не більше 1,5Iт,ном), то захист від перевантаження за наявності чергового персоналу повинен виконуватися з дією на сигнал, а за відсутності персоналу -- на розвантаження або на відключення трансформатора.

На трансформаторах передбачаються наступні пристрої автоматики:

автоматичне повторне включення, призначене для повторного включення трансформатора після його відключення максимальним струмовим захистом. Вимоги до АПВ (автоматичне повторне включення) і способи його здійснення аналогічні розглянутим раніше пристроям АПВ ліній. Основна особливість полягає в забороні дії АПВ трансформаторів при внутрішніх пошкодженнях, які вимикаються диференціальним або газовим захистом; автоматичне включення резервного трансформатора, призначене для автоматичного включення секційного вимикача при аварійному відключенні одного з працюючих трансформаторів або при втраті живлення однієї з секцій по інших причинах; автоматичне відключення і включення одне з паралельно працюючих трансформаторів, призначене для зменшення сумарних втрат електроенергії в трансформаторах; автоматичне регулювання напруги, призначене для забезпечення необхідної якості електроенергії у споживачів шляхом зміни коефіцієнта n трансформації знижувальних трансформаторів підстанцій, що живлять розподільну мережу. Для зміни n під навантаженням трансформатори обладналися пристроями РПН (регулятором перемикання відпаювань обмотки трансформатора під навантаженням). Автоматична зміна n здійснюється спеціальним регулятором коефіцієнта трансформації (АРКТ), що впливає на РПН.

1.3 Струмові захисти трансформаторів

Трансформатори малої потужності до 750 кВ*А при напрузі 10 кВ і до 3200 кВ*А при напрузі 35 кВ тупикових підстанцій, а також цехові трансформатори зазвичай комутують вимикачами навантаження ВНП. Для захисту таких трансформаторів від внутрішніх КЗдопускається застосування (рис. 1) запобіжників (наприклад, типу ПК). Номінальний струм плавкої вставки I вс, ном вибирається з тих же умов, що і для ліній. Крім того, необхідно враховувати можливість небажаного спрацьовування запобіжників при кидках струму намагнічення, викликаних включенням трансформатора під напругу. З урахуванням вказаних умов I вс, ном = (1,5.2,5)Iт,ном. Селективність захисту забезпечується узгодженням время-токовой характеристики запобіжника з характеристиками защит приєднань, що відходять, з боку нижчої напруги трансформатора.

Рис. 1.1 Захист трансформатора малої мощности за допомогою запобіжників.

Для спрощення і здешевлення підстанцій систем електропостачання, що підключаються відгалуженням до лінії електропередачі, застосовуються відкриті плавкі вставки (ОП), а також керовані запобіжники.

Недоліками защит трансформаторів, виконаних за допомогою плавких вставок, є: нестабільність їх захисних характеристик, яка може привести до неприпустимого збільшення часу відключення трансформатора при деяких видах внутрішніх пошкоджень; трудність узгодження із защитами суміжних ділянок.

Струмовий захист трансформаторів виконується з використанням вторинних максимальних реле струму (прямої або непрямої дії). При цьому слід мати на увазі, що трансформатори малої потужності представляють для струмів КЗ відносний великий зосереджений опір. Тому захистоздатність першого ступеня (відсічення без витримки часу) виходить задовільною. Враховуючи це, захист зазвичай виконують двоступінчатою. Першим ступенем захисту є струмове відсічення, струм спрацьовування якої вибирається великим максимального струму при КЗ за трансформатором. Чутливість першого ступеня вважається задовільною, якщо kч = 2 при КЗ на стороні вищої напруги трансформатора. Другий ступінь є максимальним струмовим захистом, витримка часу якої узгоджена з витримками часу защит приєднань, що відходять. Чутливість максимального струмового захисту перевіряється по струму при КЗ на стороні нижчої напруги. Робота струмового захисту як резервною перевіряється при КЗ в кінці елементів, приєднаних до шин нижчої напруги (при цьому бажано мати kч >= 1.2).

При паралельній роботі двох трансформаторів слід мати на увазі, що у випадку КЗ на нижчій стороні максимальні струмові захисту (другі ступені) трансформаторів можуть відключити обидва трансформатори. Якщо є секційний вимикач, то цей недолік усувається тим, що встановлений на нім захист має меншу витримку часу.

Для підвищення чутливості максимальний струмовий захист доповнюється пуском від реле напруги зворотної послідовності (при несиметричних КЗ) і від реле мінімальної напруги (при симетричних КЗ) (Рис.2).

При несиметричному КЗ на виході фільтру ФНОП з'являється напруга, пропорційна напрузі зворотної послідовності, максимальне реле напруги 2РН спрацьовує і обумовлює спрацьовування мінімального реле напруги 3РН. Якщо при цьому для реле 1РТ Ip > Ic,p, то захист спрацьовує. При симетричному КЗспрацьовує ЗРН і реле струму 1РТ.

Струм спрацьовування захисту при цьому вибирається по умові налагодження від номінального струму, а не від струму самозапуска електродвигунів, що живляться від трансформатора, що захищається, що і обумовлює підвищення чутливості захисту.

Напруга спрацьовування 2РН відбудовується від напруги небаланса Uнб, раб на виході фільтру ФНОП в робочому режимі:

де kотс і kв -- коефіцієнти налагодження і повернення реле; Uном і KU -- номінальна напруга і коефіцієнт трансформації трасформатора напруги ТН.

Рис. 1.2. Захист трансформатора від зовнішніх КЗ і перевантажень.

Напруга спрацьовування ЗРН відбудовується від мінімального значення напруги в місці установки ТН з урахуванням самозапуска електродвигунів

(1)

Коефіцієнт чутливості захисту по напрузі повинен бути не нижче kч = 1,21,3, причому kч, при симетричному КЗ можна визначати не по напрузі спрацьовування мінімального реле ЗРН, а по напрузі його повернення, оскільки симетричне КЗ у початковий момент часу є несиметричним, а отже, ЗРН спрацьовує в результаті спрацьовування 2РН. Таку взаємодію реле підвищує чутливість захисту по напрузі при симетричних КЗ

Якщо трансформатор з вищою напругою 110 кВ має глухозаземленну нейтраль, то при однофазном КЗ у мережі 110 кВ через нейтраль трансформатора проходитимуть струми нульової послідовності, для відключення яких на трансформаторі встановлюється спеціальний струмовий захист нульової послідовності. Вимірювальний орган захисту, який встановлюється тільки за наявності живлення з боку НН або СН, складається з одного реле струму 2РТ (Рис. 2), підключеного до ТТ, встановленому в ланцюзі заземлення нейтралі трансформатора. Струм спрацьовування захисту вибирається з умови надійного настроєння від струму небаланса в заземляючому ланцюзі при зовнішніх міжфазних КЗ і узгоджується із струмами спрацьовування защит від однофазних КЗ встановлених на лініях, що примикають до трансформатора, що захищається. Значення струму спрацьовування зазвичай знаходиться в межах 100--200А. Час спрацьовування захисту (реле РВ) повинен бути на ступінь селективності більше часу спрацьовування найбільш захисту, що поволі діє, від однофазних КЗ що примикають до трансформатора ліній електропередачі, При живленні трансформатора тільки з боку вищої напруги захист зазвичай не встановлюється.

Захист трансформатора від перевантаження, що виконується одним реле, має струм спрацьовування

де kотс = 1,05 -- коефіцієнт, що враховує погрішність в значенні струму спрацьовування.

На триобмоткових трансформаторах з одностороннім "живленням захист від перевантаження встановлюється з боку живлення. При істотно різних потужностях обмоток встановлюється додатково захист на живленій обмотці меншої потужності.

1.4 Подовжній диференціальний струмовий захист трансформатора

На трансформаторах потужністю більше 7,5 Мв*а як основний захист встановлюється подовжній диференціальний струмовий захист. Принцип дії захисту аналогічний захисту ліній електропередачі. Проте особливості трансформатора як об'єкту захисту приводять до того, що Iнб в диференціальному захисті трансформатора значно більше, чим в диференціальних захистах інших елементів системи електропостачання. Основними чинниками, які необхідно враховувати при виконанні диференціального захисту трансформатора, є наступні.

Кидок струму намагнічення при включенні трансформатора під напругу або при відновленні напруги після відключення зовнішнього КЗ Струм намагнічення трансформатора (рис. 4, а) Iнам = I1п-- I11п в нормальному режимі роботи невеликий і складає 2--3% номінального струму Iт,ном. Після відключення зовнішнього КЗ як і при включенні трансформатора під напругу, виникаючий кидок струму намагнічення може перевищувати номінальний струм Іт,ном в 6--8 разів.

Рис. 1.3 Зміна потоку і струму намагнічення при включенні трансформатора під напругу.

а -- пояснююча схема; б -- изменение струму намагнічення; у -- зміни напруги і магнітного потоку; г -- характеристика намагнічення.

Значення струму при кидку залежить від моменту включення трансформатора під напругу. Найбільше значення кидок струму намагнічення має при включенні трансформатора в мить, коли миттєве значення напруги U рівне нулю (Рис. 1.3, в, г). В цьому випадку магнітний потік Фt в сердечнику трансформатора в початковий період часу містить велику аперіодичну складову Фа і перевищує при перехідному процесі стале значення Фуст практично в 2 рази. Оскільки залежність Ф = f(Iнам) нелінійна, то iнам збільшується по відношенню до сталого значення в сотні разів, але залишається зазвичай меншим максимальних перехідних струмів зовнішніх (крізних) КЗ Кидок струму намагнічення може містити велику що аперіодичну складає, а також значний відсоток вищих гармонік (перш за все другий). Загасання кидка відбувається повільніше, ніж струму КЗ В результаті крива кидка струму намагнічення Iнам,бр (рис. 1.3, б) може опинитися зміщеній по одну сторону осі часу.

Вказані характерні особливості кидка струму намагнічення використовуються для забезпечення отстроенности диференціального струмового захисту трансформатора, оскільки при настроєні захисту по струму спрацьовування вона має дуже низьку захистоздатність, а при настроєні за часом -- втрачає швидкість спрацьовування.

Схеми з'єднання обмоток трансформатора. Якщо обмотки вищої і нижчої напруги трансформатора сполучені не по схемі Y/Y -12, а по якійсь іншій схемі, то між струмами фаз трансформатора на сторонах вищої і нижчої напруги існує фазове зрушення. Так, при широко поширеній схемі з'єднання обмоток трансформатора Y- фазове зрушення складає I1пI11п = 30 эл. град. Тому при однакових схемах з'єднання вторинних обмоток груп 1ТТ і 2ТТ трансформаторів струму (на сторонах вищої і нижчої напруги) в диференціальному ланцюзі захисту при зовнішньому до. з, проходить значний струм, рівний приблизно половині вторинного струму ТТ при зовнішньому КЗ

Тому схеми з'єднання груп 1ТТ і 2ТТ повинні бути такими, щоб вказане зрушення по фазі отеутствовал (I1пI11п = 0). При цьому можливі два варіанти: вторинні обмотки групи 1ТТ з'єднуються в трикутник, а групи 2ТТ -- в зірку або вторинні обмотки групи 2ТТ -- в трикутник, а 1ТТ -- в зірку. Схема з'єднання обмоток ТТ в першому випадку ясна з Рис. 1.4. Перевага завжди віддається першому варіанту, оскільки з'єднання в трикутник вторинних обмоток ТТ, встановлених з боку зірки силового трансформатора, запобігає можливому неправильному спрацьовуванню диференціального захисту при зовнішніх однофазних КЗ (коли нейтраль трансформатора заземлена), оскільки з'єднання в трикутник запобігає попаданню струмів нульової послідовності в реле захисту. При з'єднанні вторинних обмоток 1ТТ в трикутник струми в ланцюзі циркуляції від 1ТТ (I'1в) в З разів більше вторинних струмів 1ТТ (I1в). Тому коефіцієнт трансформації 1ТТ вибирається рівним IтYном З5, де IтYном -- номінальний струм трансформатора з боку обмотки силового трансформатора, сполученої в зірку.

Рис. 1.4. Схема з'єднання ТТ диференціального струмового захисту трансформатора Y/-11 і векторні діаграми.

Невідповідність коефіцієнтів трансформації ТТ розрахунковим значенням. Для забезпечення рівності струмів в ланцюзі циркуляції повинне дотримуватися співвідношення

відповідно для трансформаторів із з'єднанням обмоток по схемі Y/Y і Y/. Трансформатори струму, що випускаються промисловістю, мають дискретну шкалу коефіцієнтів трансформації. Тому в загальному випадку I'11в I'1в що викликає додатковий струм небаланса в реле захисту.

Регулювання коефіцієнта трансформації трансформатора. При регулюванні коефіцієнта трансформації трансформатора співвідношення між первинними, а отже, і між вторинними струмами 1ТТ і 2ТТ змінюється, що також приводить до появи струму небаланса в диференціальному ланцюзі захисту. Відмінності типів ТТ, їх навантажень і кратностей струмів зовнішнього КЗТрансформатори струму ТТ диференціального захисту трансформатора встановлюються на сторонах трансформатора, що мають різну напругу, тому вони не можуть бути однаковими. Крім того, схеми з'єднання вторинних обмоток ТТ також різні, а отже, трансформатори струму мають різне навантаження. Різні у різних груп ТТ (особливо у разі триобмоткового трансформатора) і кратності струму зовнішнього КЗ по відношенню до їх номінальних струмів. Все це обумовлює різні погрішності у різних груп ТТ, що приводить до появи підвищених струмів небаланса в диференціальному ланцюзі захисту при зовнішніх КЗ

Розглянуті вище чинники обумовлюють застосування захистів різної складності КЗ використанням різних способів забезпечення їх защитоспособности і отстроенности. У простому випадку як РТД (рис,1.4) використовують звичайне реле струму без уповільнення (такий захист називають диференціальним відсіченням). Проте защитоспособность її мала через те, що захист виходить вельми грубим. Для підвищення чутливості застосовують реле і схеми, основні з яких (реле з проміжними трансформаторами, що насищаються, в диференціальному колі, реле з гальмуванням) були розглянуті стосовно подовжнього диференціального захисту ліній. У ряді випадків застосовуються і складніші принципи (особливо для забезпечення отстроенности захисту від кидків струму намагнічення трансформатора).

Найбільший (розрахунковий) струм небаланса в диференціальному ланцюзі захисту може мати місце при включенні трансформатора під напругу або при зовнішньому КЗ Тому струм небаланса повинен визначатися в обох випадках.

При включенні трансформатора під напругу значення кидка струму намагнічення Iбр.нам, що діє, в перший період рівне (6--8)Iт,ном. де Iт,ном-- номінальний струм трансформатора.

При зовнішньому КЗ, що супроводжується проходженням через ТТ захисту найбільших струмів КЗ, струм небаланса

Iнб = I'нб + I"нб + I"'нб (1)

де I'нб I"нб I"'нб -- струми небаланса, обумовлені відповідно погрішностями ТТ, регулюванням коефіцієнта трансформації трансформатора і нерівністю струмів в ланцюзі циркуляції від різних груп Тт.

Розкриваючи виразу для окремих складових струму небаланса (1), можна записати:

Iнб,расч = (kоднkапер + U*рег + fвыр)Iк,ве,max (2)

де kодн = 1--коэффициент однотипності; капер -- коефіцієнт, що враховує наявність аперіодичної складової в первинному струмі ТТ при зовнішньому КЗ; = 0,1 -- допустимая відносна погрішність ТТ; U*рег = Uрег /Uном -- відносний діапазон зміни напруги на вторинній стороні трансформатора при регулюванні коефіцієнта трансформації під навантаженням пристроєм РПН; fвир = (I'1в - I'11в ) I'1в -- відносне значення струму небаланса в диференціальному ланцюзі захисту, обумовлене невідповідністю розрахункових і фактичних коефіцієнтів трансформації ТТ.

Значення коефіцієнта капер в (2) і коефіцієнта, що враховує настроєння від кидка струму намагнічення,, вибираються різними залежно від типу вживаного РТД. Так, для диференціального відсічення струм спрацьовування визначається як

Iс,з = kотсIбр,нам;(3)

Iс,з = kотсIнб,расч.(4)

При цьому в (4) kотс 2, а вираз (3) з урахуванням деякого загасання перехідного значення Iбр,нам протягом власного часу спрацьовування електромеханічного реле приймає вигляд:

Iс,з = (3.54.5) Iт,ном (5)

і, як правило, є визначальний. Струм спрацьовування реле диференціального струмового відсічення

Ic,p = Iс,з3/K1TT (6)

якщо Iс,з віднесений до сторони Y трансформатора, де вторинні обмотки 1ТТ сполучені в трикутник. Диференціальне відсічення вважається прийнятним, якщо при двофазному КЗ на виводах нижчої напруги трансформатора kч 2. Не дивлячись на низьку чутливість диференціального відсічення її гідність полягає в забезпеченні швидкості спрацьовування при найбільших кратностях струму КЗ

При використанні реле з проміжними трансформаторами РНТ, що насищаються, вибір струму спрацьовування захисту Iс,з проводиться по виразах;

Iс,з = (1 1,3I)т,ном (7)

Iс,з = kотс(I'нб + I”нб) (8)

У (8) неучет I”нб пояснюється можливістю компенсувати цю складову (у першому наближенні) за допомогою проміжного трансформатора струму ПНТТ, що насищається, з декількома первинними обмотками (Рис. 1.5), коли для запобігання попаданню в реле захисту струму небаланса, обумовленого нерівністю струмів I'11в і I'1в в ланцюзі циркуляції, проводиться вирівнювання м. д. с. первинних обмоток w1, w2 проміжних трансформаторів струму так, що I'1в w1 I'11в w2, тобто Eв, т 0 і Iр 0.

Крім того, в (8) при розрахунку I'нб значення коефіцієнта капер приймається рівним одиниці.

Рис. 1.5 Схема включення реле РНТ в диференціальному струмовому захисті трансформатора

Принципова схема диференціального захисту трансформатора з РНТ (у однолінійному зображенні) представлена на Рис. 1,5.

Слід зазначити, що визначення складової розрахункового струму небаланса I”нб обумовленою регулюванням напруги трансформатора, що захищається, з розрахункових чисел витків обмоток проміжних трансформаторів струму реле захисту що насищаються, проводиться з урахуванням однакового максимального регулювання ±Umax у обидві сторони по відношенню до середнього положення перемикача РПН, що приймається як розрахунковий. Такий облік регулювання напруги відповідає визначенню оптимальної уставки захисту тільки за умови незалежності опору трансформатора і струму КЗ від положення перемикача РПН.

Для підвищення чутливості диференціального струмового захисту трансформатора передбачають ефективніше (в порівнянні із захистом з РНТ) настроєння від кидка струму намагнічення трансформатора, використовуючи: несинусоидальность кидка струму намагнічення; наявність в нім що аперіодичною складає; наявність провалів (нижче заданого рівня) в кривій струму Iнам,пер. У сьогодення-час бажано на могутніх трансформаторах встановлювати захист із струмом спрацьовування (0,2--0,3)Iт,ном. Диференціальні захисту, вживані в експлуатації, можна розділити на три групи: із струмовими реле; з реле РНТ; з реле з гальмуванням.

Найбільший струм спрацьовування мають захисту першої групи (диференціальні струмові відсічення). Струм спрацьовування защит другої групи значно менший. Найбільш поширеним різновидом таких защит є вже розглянутий захист із застосуванням проміжних ТТ, що насищаються, в диференціальному ланцюзі. Недоліком цього захисту є, невелике уповільнення із-за наявності деякій що аперіодичною складає в струмі КЗ

Ще менший струм спрацьовування можуть мати зашиті третьої групи.

В даний час випускається напівпровідниковий диференціальний струмовий захист типу ДЗТ-21, струм спрацьовування якої рівний приблизно 0,3Iт,ном.

В даний час в системах електропостачання все більш широко застосовуються понизительные підстанції без вимикачів на стороні вищої напруги. Такі підстанції виконуються по спрощених схемах приєднання до мережі системи електропостачання (по блокових схемах лінія -- трансформатор або відпаюваннями від ліній електропередачі). Для відключення пошкоджень в понизительных трансформаторах таких підстанцій застосовуються наступні способи: установка на виводах вищої напруги трансформаторів плавких запобіжників; фіксація і ліквідація пошкоджень в трансформаторі за допомогою защит, встановлених на живлячих кінцях лінії;

установка короткозамыкателей, що автоматично включаються при спрацьовуванні защит трансформатора і викликають КЗ, на виводах вищої напруги, яка ліквідовується потім защитами живлячого кінця лінії; передача відключаючого сигналу по високочастотному каналу (на базі проводів лінії) або по жилах спеціального кабелю від защит трансформатора на відключення вимикача живлячого кінця ліній.

Якщо захисту живлячого кінця лінії не забезпечують необхідній чутливості при пошкодженнях в обмотках трансформатора і на його вывоДах нижчої напруги або мають великі витримки временнгто для відключення пошкодження використовуються захисту трансформатора, що Діють у поєднанні з короткозамыка-телем.

Включення короткозамыкателя здійснюється від захисту трансформатора, а відключення -- в ручну. У мережах із заземленою нейтраллю короткозамыкатель встановлюється в одній фазі, а в мережах з ізольованою нейтраллю він виконується двополюсним із загальним приводом і встановлюється на двох фазах.

Після включення короткозамыкателя виникає однофазное (або двофазне) КЗна виводах вищої напруги трансформатора. При цьому спрацьовують швидкодіючі захисту, встановлені на живлячих кінцях лінії. Допускається одноразове АПВ живлячої лінії (хоча воно може викликати збільшення розмірів пошкодження трансформатора). Коли до однієї лінії підключені відгалуженнями два або декілька трансформаторів, на кожному з них додатково встановлюють віддільників (триполюсні разъединители з автоматичним управлінням). Відключення віддільника пошкодженого трансформатора здійснюється автоматично в бестоковую паузу після відключення живлячої лінії. Після АПВ відновлюється живлення непошкоджених трансформаторів, що залишилися підключеними до лінії.

У простому випадку для відключення віддільника використовується спеціальне реле прямої дії -- блокуюче реле віддільника (БРО), встановлене в приводі віддільника і підключене до трансформатора струму, включеного в ланцюзі короткозамыкателя. Під впливом струму КЗ зводиться бойок БРО. Після відключення захистом живлячої лінії і зникнення струму в ланцюзі короткозамыкателя БРО спрацьовує і відключає віддільник. Проте така схема автоматичного відключення віддільника не знайшла широкого розповсюдження із-за властивих нею недоліків: малій надійності БРО і необхідності оснащення лінії двократним АПВ, оскільки при одночасному спрацьовуванні швидкодіючих защит лінії і трансформатора (при пошкодженні в трансформаторі) віддільник в першу бестоковую паузу може не відключитися.

Надійнішою є схема автоматичного відключення віддільника, що використовує як джерело оперативного струму заздалегідь заряджену (від зарядного пристрою УЗ) батарею конденсаторів З, показану на (Рис. 6.) При включенні короткозамыкателя До реле струму РТ розмикаючим контактом забороняє відключення віддільника Про, поки не відключиться вимикач живлячої лінії. Котушка відключення віддільника Кб підключається до .конденсатору З після повернення реле РТ і спрацьовування реле РП. Затримка при спрацьовуванні реле. РЯ запобігає неприпустимому відключенню віддільника при проходженні через нього струму КЗ, якщо допоміжні контакти К1 замкнуться раніше основних контактів короткозамыкателя.Слід зазначити деякі особливості захисту трансформаторів спрощених підстанцій за наявності короткозамыкателей і віддільників Якщо як єдиний основний захист застосовується газова защита-(трансформатори невеликої потужності), то вона повинна забезпечити включення короткозамыкателя при будь-яких пошкодженнях усередині бака трансформатора. Тому трансформатор власних потреб (ТСН) або трансформатор напруги (ТН) вже не може служити джерелам оперативного струму для газового захисту, оскільки при пошкодженні силового трансформатора оперативна напруга може значно знижуватися.

Рис. 1.6 Схема відключення віддільника с застосуванням батарей заздалегідь заряджених конденсаторів.

Единим надійним джерелом оперативного струму в даному випадку можуть бути батареї заздалегідь заряджених конденсаторів.

- Для включення короткозамыкателя на стороні вищої напруги трансформатора (і для відключення вимикача на стороні нижчої напруги) часто використовують енергію заздалегідь заряджених конденсаторів при неможливості використання схем з дешунтированием електромагнітів включення короткозамыкателя і відключення вимикача (коли вторинні струми КЗскладають більше 150 А). Такі випадки характерні для трансформаторів 110 кВ малій потужності (2,5; 4; 6,3 Мв·а) при використанні вбудованих у введення трансформатора трансформаторів струму (типу ТВТ-110). Разом з тим зарядні пристрої, що включаються на ТСН або ТН, не можуть забезпечити заряд розряджених конденсаторів при включенні трансформатора на трифазне КЗна його виводах або на шинах НН підстанції. Тому заряд конденсаторів в цих випадках забезпечується застосуванням спеціального зарядного пристрою, що харчується як від ланцюгів напруги, так і від ланцюгів струму.

- Унаслідок короткочасності розряду конденсатора серйозні вимоги пред'являються до якості наладки і стану апаратури (короткозамыкателей і віддільників). Забруднення, окислення, загусання мастила можуть привести до недолустимому уповільнення дії цих апаратів.

Застосування підстанцій з короткозамыкателями на 'стороні вищої напруги характеризується збільшенням часу відключення пошкодженої ділянки із-за порівняно великого власного часу включення короткозамыкателей. Цей недолік можна виключити, якщо замість короткозамыкателей використовувати телеотключение. При передачі команди телеотключения лр кабелю передбачається постійний контроль стану його жил за допомогою спеціального пристрою (наприклад, .типа УК-1)

У експлуатації застосовується також передача отклю-,.4 імпульсу, що сподівається, по в. ч. каналу, організованому по проводах лінії електропередачі за допомогою спеціальної апаратури в. ч. обробки і спеціальних пристроїв високочастотного телеотключения (ВЧТО).

При пошкодженні трансформатора і спрацьовуванні його захисту одночасно з відключенням вимикача і забороною його АПВ подається по лініях сигнал телеотключения (ТО) до передавача. Сигнал по каналу зв'язку подається на входи приймачів живлячих підстанцій, викликаючи спрацьовування на них проміжних реле, що відключають головні вимикачі. З метою підвищення надійності при здійсненні пристрою телеотключения зберігається і короткозамикач.

2 РОЗРАХУНОК, ТА АВТОМАТИЧНЕ ВКЛЮЧЕННЯ ДЖРЕЛА ЖИВЛЕННЯ

2.1 Особливості АПВ трансформаторів

На однотрансформаторной підстанції АПВ трансформатора є обов'язковим. Здійснення на двохтрансформаторній підстанції АПВ трансформаторів рекомендується, якщо при відключенні одного трансформатора, що залишився в роботі, не може забезпечити живлення навантаження без відключення частини, споживачів.

Заборона АПВ. при пошкодженні усередині бака трансформатора здійснюється за допомогою сигнального контакту газового реле.

Для здійснення АПВ трансформатора використовуються ті ж пристрої, що і для АПВ лінії. При цьому АПВ повинно діяти з витримкою часу для виключення його спрацьовування при внутрішніх КЗ, що супроводжуються бурхливим газоутворенням, коли відключаючий контакт газового реле замикається раніше, ніж сигнальний.

2.2 Автоматичне включення резервного джерела живлення при відключенні трансформатора

На підстанціях широкого поширення набули пристрої автоматичного включення секційного вимикача З В при зникненні живлення на одній з секцій шин нижчої напруги.

Схема АВР СВ, виконана за допомогою реле РПВ-358, представлена на (Рис. 2.1) Пуск АВР здійснюється при дотриманні наступних умов: невідповідність положення ключа управління (що фіксується за допомогою реле 1РПФ, обмотки якого не показані

Рис. 2.1 Схема АВР СВ з пристроєм виявлення втрати живлення і перевіркою значення зустрічної напруги.

на (Рис. 2.1,г) і вимикача 1В (Рис. 2.1, а) (що фіксується за допомогою реле РПО, що спрацьовує при відключенні вимикача). При цьому подається «мінус» на затиск 5 комплектного пристрою РПВ-358 і відбувається спрацьовування АВР. Дія АВР контролюється замикаючим контактом реле 2РПФ, який замикається у разі спрацьовування захисту від внутрішніх пошкоджень в трансформаторі або захисту від втрати живлення.

Аналогічний ланцюг пуску АВР передбачений на (Рис. 2.1), г і при відключенні трансформатора Т2, що живить другу секцію підстанції IIс-(Рис. 2.1, а). Ланцюг пуску АВР контролюється також розмикаючим контактом РПФ, який замкнутий при відключеному СВ.

Двопозиційне реле РПФ спрацьовує і перемикає свої контакти при відключенні СВ ключем управління КУ (фіксуючи тим самим відключене положення вимикача) і при включенні вимикача з будь-якої причини від контактів електромагніту включення СВ (фіксуючи включене положення вимикача).

У даній схемі АВР передбачений також - контроль відсутності напруги на резервованій секції шин, який здійснюється послідовно включеними розмикаючими контактами реле мінімальної напруги 1РН і 2РН, що подають «плюс» на затиск 6 комплектного пристрою РПВ-358. Контроль відсутності напруги необхідний для запобігання несинхронному включенню резервного джерела живлення на залишкову напругу крупних синхронних, що гальмуються . або асинхронних двигунів. Загасання э. д. с. синхронного електродвигуна при невідключеному збудженні відбуватиметься у міру зменшення частоти обертання, а при гасінні поля -- у міру зменшення струму в обмотці збудження.

Пуск АВР при зникненні напруги, на секціях шин, коли вимикач живлячого трансформатора залишиться включеним, за допомогою мінімальних реле напруги може виявитися неефективним, оскільки синхронні двигуни і конденсаторні батареї можуть тривало підтримувати залишкову напругу на шинах, що втратили живлення. Тому в даній схемі пусковий орган АВР доповнений пристроєм, що реагує на зниження частоти і зміну напряму активній потужності. Цей пусковий орган спрацьовує при знижень частоти, якщо активна потужність через живлячу лінію або трансформатор стала рівною нулю або змінила напрям.

Пристрій складається з реле частоти РЧ (Рис. 2.1, в), проміжних реле РПЧ і РПМ, реле напряму потужності 1РМ, 2РМ (Рис. 2.1,б) і реле часу РВ.

До реле потужності підводяться лінійна напруга і струм відстаючої фази: Ubc і -- Iс; Uca і -- Ia. При такому включенні і внутрішньому вугіллі, рівному 30°, реле має позитивний момент при напрямі активній потужності до шин і негативний -- при напрямі активній потужності від шин; реле підключається так, щоб при напрямі потужності до споживача контакти його були замкнуті. Необхідність двох реле напряму потужності пояснюється тим, що при двофазному КЗза трансформатором одне з реле може спрацювати 'неправильно. Уставка спрацьовування по частоті реле РЧ приймається рівною 48--48,5 Гц. Для полегшення роботи контактів реле напряму потужності і зменшення навантаження на трансформатор напруги напруга на обмотки реле потужності подається після зниження частоти. Якщо спрацьовування реле частоти буде обумовлено зниженням частоти в енергосистемі, контакти РЧ замкнуться, спрацює реле РПЧ, а реле часу (з уставкой 0,3--0,5 з) не спрацює, оскільки контакти реле РПМ залишаться розімкненими (потужність направлена до шин, і контакти 1РМ і 2РМ замкнуті).

Якщо спрацьовування реле РЧ відбудеться унаслідок загасання напруги на шинах підстанції при втраті живлення, контакти реле напряму потужності залишаться розімкненими і реле часу спрацює.

Заборона АВР здійснюється подачею «плюса» на затиск 8 від замикаючого контакту РПФ, який замкнутий при включеному СВ.

Важливо відзначити, що" пристрій АВР СВ повинен працювати тільки при втраті живлення (відключенні живлячої лінії) і при внутрішніх пошкодженнях трансформатора. У решті випадків відключення вимикача на нижчій стороні трансформатора (від струмових защит) повинно працювати АПВ шин нижчої напруги шляхом повторного включення основного джерела (трансформатора). Таке розмежування дії пристроїв АПВ і АВР СВ викликане тим, що при включенні секційного вимикача на КЗє небезпека відключення другого трансформатора і повного обесточения споживача (при відмові захисту секційного вимикача або несправності самого вимикача). Для реалізації вказаного поєднання дії пристроїв АПВ і АВР СВ в схемах захисту трансформатора встановлюється спеціальне реле 2РПФ, що запам'ятовує роботу защит від внутрішніх пошкоджень і втрати живлення.

В окремих випадках забороняється робота пристрою АВР за наявності замикання на землю в резервованій або резервуючій мережі із-за побоювання підвищеної вірогідності перекриття іншої фази унаслідок комутаційних перенапружень у момент включення СВ. При цьому може виникнути подвійне замикання на землю - одне на резервуючій частині мережі, інше -- на резервованій. Дія АВР повинна також заборонятися, якщо основне джерело живлення буде відключено від АЧР.

2.3 Автоматичне регулювання коефіцієнта трансформації (АРКТ)

З метою підтримки необхідного рівня напруги широко поширено регулювання напруги Uп у споживачів (Рис. 2.2) шляхом зміни коефіцієнта

Рис. 2.2 Пояснююча схема (а) і характеристика зміни напруги у споживача за наявності АРКТ (б).

трансформації трансформаторів знижуючих підстанцій, що живлять розподільну мережу. Для зміни коефіцієнта трансформації під навантаженням трансформатори обладналися пристроями РПН (перемикання відпаювань під навантаженням). Автоматична зміна nт здійснюється спеціальним регулятором АРКТ, що впливає на РПН.

У загальному випадку електрична мережа, одержуюча живлення від шин підстанції, може бути розгалуженою і живити значну кількість навантажень. При цьому найвигідніше підтримувати незмінним напруга в деякій контрольованій крапці, представивши розгалужену мережу у вигляді еквівалентної ліній з одним навантаженням на кінці. Оскільки значення напруги Uп при даному напруги на шинах Uш залежить від падіння напруги в еквівалентній лінії (Uп = Uш - Zэ,лIп ), та напруга Uш повинна бути тим більше, чим більше навантаження споживача. Таке регулювання напруги отримало назв зустрічного регулювання.

Незмінність напруги в контрольованій крапці мережі при різних режимах навантаження може бути забезпечена, якщо змоделювати на вході вимірювального органу АРКТ напругу, що існує в регульованому ланцюзі. Для цього до нього необхідно підвести напругу

Uп = Uш -Iп

Вимірювальний орган АРКТ є регулятором по відхиленню напруги від заданого значення UКОНТР, пропорційного напрузі в контрольованій крапці. Якщо Iп буде рівне падінню напруги в еквівалентній лінії Zэ,л (від шин підстанції до контрольованої крапки), т, е. Iп = Zэ,лIп, то за наявності АРКТ напруга у споживача (у контрольованій крапці) відповідатиме заданому значенню. Із сказаного виходить необхідність ввести у вимірювальний орган напруги АРКТ сигнал, пропорційний струму навантаження. Доцільно використовувати сумарний струм навантаження, оскільки при різних графіках зміни навантажень споживачів регулювання по сумарному струму точніше відповідає необхідному закону регулювання.

Вимірювальний орган підключається до трансформатора напруги ТН і трансформаторам струму ТТ (Рис. 2.2, а).

При відключенні вимикача В (Рис. 2.2, а) АРКТ необхідно вивести з роботи, що проводитися допоміжним контактом В шляхом від'єднання виходу АРКТ від приводного механізму ПМ прибудую РПН. *

На двохтрансформаторних підстанціях, що працюють з відключеним СВ, АРКТ встановлюється на шкірному трансформаторі. При відключенні одного з трансформаторів і включенні секційного . вимикача слід переконатися (у АРКТ трансформатора, що залишається в роботі) в правильності підтримки напруги при зустрічному регулюванні і при необхідності змінити значення .

Особлівостямі АРКТ є релейность дії, наявність зони нечутливості Uнч вибираною більшою, ніж ступінь зміни напруги Uст при перемиканні одного відпаювання:

Uнч = (1.251.3) Uст

Перемікання відпаювань необхідно проводити з витримкою годині, що забезпечує настроєння від короткочасних коливань напруги (наприклад, при пуску електродвигунів). Поєтом при виході напруги у споживача із зони нечутливості регулятора (Рис. 2.2, б) АРКТ за годину tср = 12 мін впливає на РПН.

2.4 Вибір і розрахунок захисту трансформатора

Об'єктом, що захищається є два обмотувальний трансформатор власних потреб блоку №3 23Т.

Для захисту трансформатора власних потреб передбачаються захисту:

Страницы: 1, 2