Файл: Церазов, А. Л. Электрическая часть тепловых электростанций учебник.pdf

Гла ва д е в я т а я РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА

9-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Релейная защита представляет собой часть системной автоматики, основным ее назначением являются выявле­ ние повреждений (чаще всего к. з.) и действие на от­ ключение выключателей для отделения поврежденного элемента от остальной части системы. Дополнительным назначением релейной защиты является выявление не­ нормальных режимов работы, не требующих немедлен­ ного отключения, но требующих принятия мер для их ликвидации (перегрузка, однофазное замыкание в сетях с малым током замыкания на землю и др.). В этом слу­ чае защита действует на сигнал.

Помимо общих требований надежности и постоян­ ной готовности к действию к релейной защите предъяв­ ляются следующие специфические требования.

к месту повреждения выключателем (или при действии на сигнал указывает поврежденный участок).

Б ы с т р о д е й с т в и е з а щ и т ы снижает разрушаю­ щее действие тока короткого замыкания, сокращает длительность аварийного режима и способствует сохра­ нению устойчивой параллельной работы источников пи­

ее способность реагировать на повреждение или откло­ нения от нормального режима. Чувствительность защит принято оценивать коэффициентом чувствительности k4, который для максимальных защит равен отношению расчетного (минимального) значения параметра, на ко­ торый защита должна реагировать, к его значению, вы­ зывающему срабатывание защиты. Для минимальных защит k4 представляет собой отношение параметра сра­ батывания к его расчетному (максимальному) значению при повреждении. Во всех случаях k4 должен быть больше единицы: чем больше k4, тем чувствительнее защита; ПУЭ установлены минимальные допустимые значения k4 для разных видов защит.

9-2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЗАЩИТ

Нарушения нормального режима работы электрической установки приводят к изменению электрических пара­ метров: тока и напряжения, фазы тока, направления мощности и т. д.

Измерительным (чувствительным) элементом релей­ ной защиты является реле-датчик, реагирующий на от­ клонение соответствующего контрольного параметра. Датчик передает импульс вспомогательным реле, кото­ рые преобразуют его в отключающий импульс, передаю­ щийся на приводной механизм выключателя, или в сиг­ нальный импульс, приводящий в действие сигнали­ зацию. При к. з. наиболее резко проявляется изменение тока в сторону его увеличения. Поэтому наиболее распро­ страненными являются защиты, у которых в качестве датчика используются реле, реагирующие на увеличение тока, — реле максимального тока. Такими защитами являются: максимальная токовая защита, токовая отсеч­ ка, дифференциальная токовая защита. При этом реле тока могут включаться по разным схемам и реагировать на ток фазы, на сумму или разность токов, на ток об­ ратной или нулевой последовательности и др.

Напряжение прямой последовательности при к. з. снижается. При несимметричных к. з. появляются на­ пряжения обратной и нулевой последовательностей. При сбросе нагрузки может увеличиться частота вращения генератора и повыситься напряжение. Датчиками изме­ нения напряжения являются реле напряжения. Реле, реагирующие на снижение напряжения, получили назва­ ние реле минимального напряжения. Реле, реагирующие на повышение напряжения, — реле максимального на­ пряжения. Аналогичные названия получили защиты, ис­ пользующие указанные реле. Датчики напряжения часто используют как дополнительные к датчикам тока. При этом получается комбинированная защита, действующая при (одновременном) изменении двух параметров: тока и напряжения, например максимальная токовая защита

спуском минимального напряжения.

Вкачестве вспомогательных реле в защитах исполь­ зуют: реле времени, искусственно создающие выдержки времени действия защит для обеспечения их селективно­ сти действия; промежуточные реле, размножающие кон­ такты реле-датчика и заменяющие их маломощные кон­

такты; указательные реле, имеющие механический ука-

212

затель срабатывания, фиксирующий действие защиты. Принципом действия защиты принято называть спо­ соб, обеспечивающий ее селективность. Существуют за­ щиты с относительной селективностью, в которых селек­ тивность обеспечивается выдержкой времени. Такие защиты являются, как правило, медленно действующи­ ми, достоинством их является возможность использова­ ния в качестве резервных при отказе защиты или вы­ ключателя смежного элемента. Примером такой защиты является максимальная токовая. В защитах с абсолют­ ной селективностью последняя обеспечивается ее схемой включения: защита реагирует только на повреждения в защищаемом элементе и действует без выдержки вре­ мени. К защитам с абсолютной селективностью относят­ ся дифференциальные защиты. Их дополняют защитами

ввертикальное положение, и момента сопротивления Мс, создаваемого пружиной 5, стремящегося удержать якорь

висходном положении. В нор­

213

Ток срабатывания реле можно регулировать, закручи­ вая пружину на тот или другой угол поводком б, ука­ зывающим на шкале уставок 7 токи срабатывания. В схемах защиты реле подключаются ко вторичной об­ мотке трансформатора тока.

И н д у к ц и о н н ы е т о к о в ы е р е л е имеют в зазоре магнитопровода алюминиевый диск. С помощью корот­ козамкнутого витка, одетого на часть магнитопровода, магнитный поток, пронизывающий диск, разделяется на два потока, смещенных по фазе и в пространстве. Бла­ годаря этому создается вращающий момент, частота вращения диска, с которым связан подвижный контакт реле, зависит от величины момента и, следовательно, от величины тока. Этим создается возможность замыкать контакты с выдержкой времени, которая зависит от ве­ личины тока в обмотке реле. Отпадание (возврат) токо­ вых реле происходит при величине момента Мш, мень­ шем чем при срабатывании. В расчетах обычно исполь­ зуют величины соответствующих токов — тока срабаты­ вания и тока возврата. Отношение

называют коэффициентом возврата.

Для реле максимального тока (напряжения) £в< 1. Коэффициент возврата влияет на чувствительность мак­ симальных токовых защит, поэтому желательно, чтобы его величина была как можно ближе к единице.

Р ис. 9-2. П р и н ц и п и а л ь н а я схем а э л е к т р о м а гн и т н о го реле врем ени.

il. При этом втягивается сердечник 10, освобождается! палец 4 зубчатого сектора 23, находящегося в зацепле­ нии с шестерней 22, и под действием пружины 18 начи­ нает работать часовой механизм. Частота вращения подвижных контактов 21 поддерживается заданной ча­ стотой вращения часового механизма, включающего в се­ бя анкерное устройство 1, 2, 14,

с поворотным якорем (рис. 9-3) срабатывает мгновенно, оно может иметь разное число замыкающих и размы­ кающих контактов. Реле времени и промежуточные реле выпускают для работы на переменном и постоянном оперативном токе. На ТЭС для питания оперативных цепей защиты используют постоянный оперативный ток.

9-4. СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЙ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

ИРЕЛЕ

Врелейной защите используют различные схемы соеди­ нений. По числу используемых в схемах трансформато­ ров тока различают схемы двухфазные и трехфазные по

215

Числу реле — однорелейные, двухрелейные, трехрелей­ ные. Каждая схема соединений характеризуется коэф­

Рис. 9-4. Схемы соединений трансформаторов тока и реле.

216

на ток фазы В с обратным знаком. В обоих случаях

£сх= 1.

Схема включения одного реле на разность токов двух фаз (рис. 9-4,г) приводит к тому, что коэффициент

схемы в симметричном режиме равен У 3. Ток в обмот­ ке равен разности вторичных токов трансформаторов тока ip = ia—г'с. Построенная на рис. 9-4,<3 векторная ди­ аграмма этой разности токов показывает равенство тока реле по величине вторичному току фазы, умноженному

на V 3.

На рис. 9-4,е показана схема включения одного токо­ вого реле Т на сумму токов трех трансформаторов тока ТТа , ТТв, ТТс. Параллельное соединение вторичных об­ моток трансформаторов тока образует фильтр тока ну­ левой последовательности. При идеальных трансформа­ торах тока через обмотку токового реле в этом случае проходит только сумма токов нулевой последовательно­ сти всех трех фаз. Симметричные токи прямой и обрат­ ной последовательностей в любой момент времени дают сумму, равную нулю. Для обнаружения токов нулевой последовательности может быть использовано включение токового реле в цепь нулевого провода, как это показа­ но включением обмотки Гн на схеме рис. 9-4,а.

Схему полной звезды, в которой реле реагируют на все виды повреждений (междуфазные и однофазные к. з.), а также схему фильтра токов нулевой последо­ вательности, реагирующую на несимметричные к. з. на землю, применяют в сетях с глухим заземлением нейтра­ ли. В сетях с изолированной нейтралью применяют схе­ мы с двумя трансформаторами тока и двумя или одним реле. Трехрелейные схемы применяют здесь в особых случаях, когда первые две схемы не обеспечивают не­ обходимую чувствительность защиты.

Первичные токи, при которых срабатывает и возвра­ щается реле, называются токами срабатывания и воз­

где kT— коэффициент трансформации трансформатора. Величины /с .з и / в.з определяются условиями защиты электрооборудования, а по соотношениям (9-2) находят уставки реле. Далее в основном используются /с .з и / в.з-

217

9-5. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЭС

Защита элементов ТЭС рассматривается в последова­ тельности: от непосредственных потребителей электро­ энергии (двигателей и других электроприемников с. н.) к источнику электроэнергии — генератору. При этом рас­ сматриваются три ветви (рис. 9-5): 1) двигатели с. и.

6(10)кв - 35f 110)кВ

Рис. 9-5. Схема первичных цепей основных элементов ТЭЦ.

0,4 кВ, трансформаторы с. н. второй ступени, реактнрованные линии питания с. н. или трансформаторы с. н. первой ступени, генераторы; 2) двигатели с. н. 6 (3) кВ, реактированная линия питания с. н. или трансформатор с. н. первой ступени, генераторы; 3) повышающие транс­ форматоры, генераторы.

Защита линий повышенных напряжений не рассма­ тривается. Такая последовательность позволяет познако­ миться вначале с относительно простыми защитами, а затем перейти к более сложным.

9-6. ЗАЩИТА АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

На рис. 9-6,а показана защита асинхронного двигателя напряжением 0,4 кВ, которая включает в себя защиту от к. з. в цепи статора и защиту от перегрузок. Защитой от к. з. являются плавкие предохранители. В качестве защиты от перегрузки в двух фазах установлены тепло­ вые реле РТ1 и РТ% размыкающие контакты которых находятся в цепи катушки магнитного пускателя МП. При длительной перегрузке происходит нагревание би­ металлической пластины реле, последняя изгибается и вызывает размыкание контактов. Катушка МП обесточи­ вается, и магнитный пускатель отключается. Защита

2I8