Расчет релейной защиты понижающих автотрансформаторов на базе микропроцессорных шкафов

Министерство образования и науки Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ





В.Е. ГЛАЗЫРИН, В.А. ДАВЫДОВ, А.И. ЩЕГЛОВ



РАСЧЕТ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ПОНИЖАЮЩИХ АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ НА БАЗЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ ШКАФОВ


Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия









НОВОСИБИРСК

2011

УДК 621.316.925.(075.8)
      Г 525






Рецензенты:
канд. техн. наук, доцент В. В. Медведков', канд. техн. наук, доцент М.А. Купарев






Работа подготовлена кафедрой электрических станций для студентов факультета энергетики специальностей 140203, 140204






     Глазырин В.Е.

Г 525 Расчет релейной защиты понижающих автотрансформаторов на базе микропроцессорных шкафов : учеб. пособие / В.Е. Глазырин, В.А. Давыдов, А.И. Щеглов. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2011.-91 с.

         ISBN 978-5-7782-1592-4


         Рассмотрены принципы построения и расчет защит понижающих автотрансформаторов на базе современных отечественных шкафов микропроцессорных защит.


УДК 621.316.925.(075.8)




ISBN 978-5-7782-1592-4

                    © Глазырин В.Е., Давыдов В.А., Щеглов А.И., 2011

                                             © Новосибирский государственный технический университет, 2011

        1.                 ВИДЫ ЗАЩИТ ПОНИЖАЮЩИХ АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ

   В соответствии с ПУЭ [1] и с рекомендациями руководящих указаний по РЗ [2] в схемах защит понижающих автотрансформаторов (АТ) 220 кВ предусматриваются следующие защиты:
   •    дифференциальные защиты АТ, цепей низшего напряжения и ошиновок сторон высшего и среднего напряжения (при наличии на сторонах высшего и среднего напряжений схем более чем с одним выключателем на присоединение);
   •    газовые защиты АТ и устройства РПН;
   •    токовая направленная или ненаправленная защита обратной последовательности от несимметричных КЗ и максимальная токовая защита с пуском напряжения от трехфазных КЗ;
   •    двухступенчатая дистанционная защита (ДЗ) от многофазных КЗ;
   •    максимальные токовые защиты с комбинированным пуском напряжения от междуфазных КЗ на стороне низшего напряжения;
   •    токовые направленные или ненаправленные защиты нулевой последовательности (ТЗНП) от КЗ на землю на сторонах высшего и среднего напряжений;
   •    защиты от неполнофазного режима;
   •    токовые защиты от перегрузки.
   Защита АТ, выполненная ООО НПП «ЭКРЛ» [4, 5] на базе современных микропроцессорных терминалов, сохранила традиционную отечественную идеологию построения и рекомендации по выбору уставок.
   Однако при этом значительно расширены функции дистанционных и токовых защит нулевой последовательности на сторонах высшего и среднего напряжений. Последнее позволило отказаться от токовых защит обратной последовательности, что значительно упрощает процесс согласования резервных защит АТ с защитами смежных элементов сети. Кроме того, значительно повысилась эффективность этих защит, как защит, обеспечивающих отключение КЗ в самом автотрансформаторе в случаях отказа его основных (дифференциальных) защит.

3

        2.               ПОСТРОЕНИЕ СХЕМЫ
        ЗАЩИТЫ АВТОТРАНСФОРМАТОРА

   Схема микропроцессорной защиты АТ напряжением 220/110 кВ строится на базе нескольких шкафов серии ШЭ2607 [6]. Основные защиты АТ могут быть реализованы на базе шкафа ШЭ2607 042043 (при наличии цепей на стороне низшего напряжения). Резервные ДЗ и ТЗНП на сторонах среднего и высшего напряжения выполнены на базе шкафов ШЭ2607 071(072). Если на стороне высшего (среднего) напряжения схема соединения имеет более одного выключателя на цепь, отдельно выполняется защита ошиновки между автотрансформатором и распределительным устройством на базе шкафа ШЭ2607 051. При наличии одного выключателя на цепь функция автоматики управления выключателя (АУВ) возлагается на шкаф ШЭ2607 071, одновременно выполняющий и функции резервных защит. При наличии двух выключателей на цепь используется шкаф резервных защит ШЭ2607 072. При этом на каждый выключатель устанавливается шкаф ШЭ2607 019, выполняющий функции АУВ и УРОВ.
   На рис. 1 показана принципиальная схема подключения шкафов серии ШЭ2607 к трансформаторам тока и напряжения АТ напряжением 220/110 кВ при наличии на стороне высшего напряжения двух выключателей, а на стороне среднего напряжения - двойной системы сборных шин с обходной. На стороне низшего напряжения через сдвоенный реактор подключены две секции сборных шин 10(6) кВ.
   Шкаф типа ШЭ2607 042043 предназначен для защиты АТ с высшим напряжением 220 кВ. Шкаф состоит из трех комплектов.
   Первый комплект (А1), построенный на базе микропроцессорного терминала БЭ2704У042, реализует функции основных защит АТ:
   •   дифференциальную токовую защиту АТ от всех видов КЗ внутри бака;
   •   максимальную токовую защиту стороны низшего напряжения (НН) АТ с пуском по напряжению;
   •   защиту от перегрузки.
   Второй комплект (А2), построенный на базе терминала БЭ2704У043, реализует основные и резервные защиты стороны НН АТ:
   •   дифференциальную токовую защиту цепей НН АТ;
   •   максимальные токовые защиты с пуском по напряжению секций шин НН (Н1 и Н2).

4

К диффере/щиал/юй защите ошиновки ВН и реле тока УРОВ 220кВ (Шкаф Ш32607 050

напряжения, ТЗНП от замыка/шй //а землю /в стороне Вн, защите от перегрузки, реле тока устройства охлаждай/ (Шкаф Ш32607 072)

Защипа пинии 1, ШУВ

К шкафу управления выклюнателем О) (Шкаф UB26O7 019) К шкафу защиты лит /Шкаф UB2607 020
К шкафу дйфференциал/х
-фазной защиты зиши (Шкаф Ш32607 066) К измерителен
, приборам

220x8

К ДЗ. МТЗ с пуском напряжена, Т ЗИП от замыканий на зсмт ia стороне Вн, защите от

К дифференциал/ ей защите ошиновки ВН (Шкаф ШЭ2607 050

к трансформатору напряжения TV2

К дифференциальной защипе автотра/кфомалкра (Шкаф Ш32607 062)

К трансформатору i/апряже/ия TV)

К дифференциал/юй Защите ошиновки ВН и реле тока ЬРОв 220к8 (Шкаф UB2607 О$0

К Виффере//циалыюй хщипе автотрансформзтсра (Шкаф Ш32607 062)

устройства охлаждай/ (Шкаф ШЭ2607 072)

(Ш32607 06V

К измерительным гроверам

к шкафу уоравлемзя выключателем 02 (Шкаф ШЭ2607 019) К шкафу защиты лиши (Шкаф Ш32607 020 К шкафу            J
дифференциально -фазной защиты ллх 'Шкаф Ш32607 086) К измерител/ым

К дифференциалы юн те автолфа/кферттра (Шкаф ШЭ2607 062) и реле
     ВРОВ 1ЮкВ

К ДЗ. ТНЗГН. МГЗ. ТО. АРШ. АУВ 03 (Шкаф ШЭ2607 07)

К шкафу защиты сборных шин с торможением (Шкаф Ш32607 (М

t шкафу защ/s, ТрисОейлтя । Мтонатиаз

выключателем
(ШкафШЗ&О? 08)

К дифференциальная пкжобая защита цепей стороны НН АТ ап всех видов КЗ (Шкаф ШЭ2607 063)

К измерительным фавором

К ДЗО НН. МТЗНЦ лзш 1с.ш„ ЗМН Теш. ЗДЗ 2см (Шкаф ШЭ2607 063)

КДЗО7Н, НТЗЮ/2.ДЗШ 2см. ЗМН 2см, ЗДЗ 2сш (Шкаф ШЭ2607 063)

к трансформатору напряжения TV5

Рис. 1. Принципиальная схема подключения шкафов серии ШЭ2607 (вариант 1)

5

К ДЗ. МТЗ с пуском напряжения, ТЗНП от хмыканий на земле на стороне ВН, защите ап перегрузки, реле тока устройства охлаждения (Шкаф ШЭ2607 072)

Защипа

ШЧВ

    К шкафу управления выключателем 01 (Шкаф Ш32607 OS) К шкафу хщиты ллии (Шкаф UG2607 02D
К шкафу дифференциалы?
    -Фазной хщиты пмх (Шкаф Ш32607 084) К измерителпям
_ приборам

К дифференциальной защыпе автотракфоматора (Шкаф U026O7 042)

220кВ

В

TV1

с

К трансформатору напряжения TV2

К дифференциалной защите ошиновки ВН {Шкаф Ш32607 051)

К дифференциальной хи те автотрансформатора (Шкаф ШЭ260? 042) и реле тока УРОВ 110кВ

К дифференциальной защите ошиновки ВН и реле тока 5Р0В 220кВ (Шкаф Ш32607 05V

К дифференциальной защите ошиновки ВН и реле тока ИРОВ 220кв (Шкаф ШЭ2607 05D

К трансформатору напряжения TV5

К измерительным приварен

К максимальной токовой хщипе с пуском напряжения cmcpati НН и защиты от перегрузки

выключателем (Шкаф ШЭ2607 081

К дифференциальной защипе автотра/кформалюра (Шкаф Ш32607 042)

К ДЗ. МТЗ с пуском напряжена, ТЗНП ап хмыканий на земли на стороне 8Н, защите ап перегрузки, реле тока устройства охлаждения (Шкаф Ш32607 072).

    К шкафу управляй! выключателем 02 (Шкаф ШЭ2607 OS) К шкафу хщиты лыши (Шкаф Ш32607 02D
    К шкафу дифференциально -фазной хщиты льни (Шкаф Ш32607 0&4) К измврителк1бп



К ДЗ, ТНЗПН, МТЗ, ТО, АРЛТ, АУв 03 {Шкаф 11132607 071)









К шкафу защиты сварим шин с торможением {Шкаф Ш32607 061)

(Ш3260? 06V

К шкафу хшшп присоединения и

Рис. 2. Принципиальная схема подключения шкафов серии ШЭ2607 (вариант 2)

6

   Третий комплект (АЗ) обеспечивает прием сигналов от отключающих ступеней газовых защит и действует на отключение АТ.
   На рис. 2 показана схема подключения шкафов защит АТ при отсутствии на стороне низшего напряжения сдвоенного реактора, питающего распределительное устройство (РУ) НН. В этом случае использован шкаф защит АТ ШЭ2607 042, содержащий два комплекта: первый содержит основные и резервные защиты АТ, второй обеспечивает прием сигналов от отключающих ступеней газовых защит.
   Резервные защиты АТ на сторонах высшего и среднего напряжения реализуются на базе шкафов ШЭ2607 071 и ШЭ2607 072. Каждый из указанных шкафов содержит:
   • четырехступенчатую ДЗ;
   •    пятиступенчатую токовую направленную защиту нулевой последовательности (ТНЗНП);
   • максимальную токовую защиту (МТЗ);
   • токовую отсечку (ТО);
   • автоматику разгрузки по току (АРПТ);
   • УРОВ.
   Шкаф ШЭ2607 071 дополнительно реализует функцию АУВ. Это позволяет успешно его использовать в схеме с одним выключателем на присоединение (двойная система сборных шин). При наличии двух выключателей на присоединение (многоугольники, полуторная схема и др.) используется шкаф ШЭ2607 072. При этом для АУВ на каждый выключатель дополнительно устанавливается шкаф ШЭ2607 019. Кроме того, при наличии двух выключателей на присоединение зона действия дифференциальной защиты АТ ограничена встроенными в него ТТ, а ошиновка от АТ до выключателей защищается специальной дифференциальной защитой ошиновки (ДЗО). Для этой цели используется шкаф ШЭ2607 051.

        3.    РАСЧЕТ ПРОДОЛЬНЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ АВТОТРАНСФОРМАТОРА

   В этом разделе даются рекомендации по расчету уставок и настройке шкафов серии ШЭ2607, выполненных на базе терминала БЭ2704, реализующих функции дифференциальной токовой защиты трансформатора (АТ) (ДТЗ Т(АТ)) и защиты ошиновки НН (ДЗО НН) [8].


7

   Прежде чем приступить к расчету уставок, необходимо обеспечить выравнивание сигналов, поступающих с разных сторон от ТТ, и, в случае необходимости - компенсацию фазового сдвига между токами разных плеч.


    3.1. ВЫРАВНИВАНИЕ ТОКОВ, ПОСТУПАЮЩИХ В ТЕРМИНАЛ ОТ РАЗЛИЧНЫХ ПЛЕЧ


   Эта операция проводится дважды:
   •     грубое выравнивание осуществляется выбором чисел витков первичных обмоток входных ТТ терминалов;
   •     точное выравнивание обеспечивается программно самим терминалом через введение в него базисных токов сторон.
   За базисный ток стороны в терминале E32704V042 принимается номинальный ток соответствующей стороны АТ, пересчитанный через коэффициент трансформации ТТ и коэффициент схемы:


НОМ.СЮР сх
                             -*б аз.стор
К1

(1)

   Схема подключения плеч к входным клеммам терминалов БЭ 2704V042(043) приведена в табл. 1. Клеммы подключения определяются тем, в какой диапазон попадает базисный ток плеча. Если базисный ток плеча не попал в диапазон токов 0,251.16 А, то дополнительно используются внешние выравнивающие AT (АТ31 или АТ32).


Таблица 1

Выбор витков входных ТТ терминала БЭ2704 для защиты Т(АТ)

Терминал БЭ2704                     Сторона                       
                      № 1         № 2   |   № 3           №4     
Базисный ток Фаза                Зажимы Х1, Х2                    
             А    Х2:5-Х2:1   Х2:10-Х2:6   Х1:5-Х1:1  Х1:10-Х1:6 
0,251.1,000  В    Х2:15-Х2:11 Х2:20-Х2:16 Х1:15-Х1:11 Х1:20-Х1:16
              С   Х2:25-Х2:21 Х2:30-Х2:26 Х1:25-Х1:21 Х1:30-Х1:26
              А   Х2:5-Х2:2   Х2:10-Х2:7  Х1:5-Х1:2   Х1:10-Х1:7 
1,001.4,000  В    Х2:15-Х2:12 Х2:20-Х2:17 Х1:15-Х1:12 Х1:20-Х1:17
             С    Х2:25-Х2:22 Х2:30-Х2:27 Х1:25-Х1:22 Х1:30-Х1:27
              А   Х2:5-Х2:4   Х2:10-Х2:9  Х1:5-Х1:4   Х1:10-Х1:9 
4,001.16,000 В    Х2:15-Х2:14 Х2:20-Х2:19 Х1:15-Х1:14 Х1:20-Х1:19
             С    Х2:25-Х2:24 Х2:30-Х2:29 Х1:25-Х1:24 Х1:30-Х1:29

8

   Полученные значения базисных токов, найденные по (1), вводятся в терминал с помощью встроенной клавиатуры или от внешней ПЭВМ, подключенной к порту терминала.
   Для терминала БЭ2704У043 (ДЗО НН) за базисный ток принимается номинальный вторичный ток трансформатора тока плеча с наибольшим коэффициентом трансформации К/₁ (1 или 5 А). Тогда базисный ток стороны с меньшим коэффициентом трансформации (К/2) определяется:

Т о = А           ,К/¹
баз.стор2 -'баз.стор1    •
                                               К12


(2)


    3.2. КОМПЕНСАЦИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА ТОКОВ ПЛЕЧ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ

   Необходимость программной компенсации сдвига фаз между токами плеч защиты возникает в ДТЗ Т(АТ) и ДЗО НН в зависимости от схемы соединения обмоток самого трансформатора (АТ), схем соединения вторичных обмоток ТТ, места включения ТТ со стороны низшего напряжения АТ. Ввод программы компенсации задается «коэффициентом схемы соединения сторон Асх.стор.в(С)/нн». Последний может быть задан 1(Y¹Yили Д/Д) либо ~^= (Y'А).
   Для терминала ДТЗ Т(АТ) он определяется:

К , К ™ ₜ.,             _ лсх.обм.сторлсх.ТТстор
                  Ксх.стор.В(С)/НН - ~       -       Ксх.об м„Ксх.ТТ нКв кл.ТТн


(3)

где Асх.обм.стор - коэффициент, учитывающий схему соединения обмотки ВН или СН силового Т(АТ), принимается равным 1 при соединении в звезду и V3 - в треугольник;
     КСХобмн - коэффициент, учитывающий схему соединения обмотки НН Т(АТ), принимается равным 1 и >/3, как и предыдущий;
     Асхлтстор - коэффициент, учитывающий схему соединения вторичных обмоток главных ТТ соответствующей стороны (1 или (1илил/3);

9

Л'сх.ттп - коэффициент, учитывающий схему соединения вторичных обмоток главных ТТ на стороне НН (всегда Х^нн =1);
     Хвклттн - коэффициент, учитывающий место включения ТТ НН - на фазные или линейные токи. При включении на линейные токи Хвкнттн = 1. Но у однофазных АТ ТТ со стороны НН включаются на фазные токи (внутрь треугольника). Тогда


            ХВЮ₁.ттн принимается равным


л/з

   Для ДЗО НН Т(АТ) коэффициент схемы соединения сторон нахо
дится по выражению

^с х.стор.Н1(Н2)

^с х.ТТс тор^в кл.ТТн
&с х.ТТ Н1(Н2) ^в кл.ТТ Н1(Н2)

(4)

    Так как все группы ТТ в ДЗО соединяются по схеме звезда, а ТТ, питающие секции, всегда включаются на линейные токи, то Хсх.ттстор = = ХСХ.ТТН1(Н2) = ХВКЛТТН1(Н2) = 1    Следовательно, значение Xc^ctopukie) = 1 при включении ТТ на линейные токи и ХСХ.СТОР.НЦН2) = —= - При включении ТТ внутрь треугольника АТ.


    3.3. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ В ТЕРМИНАЛАХ БЭ2704


   Комплекты ДТЗ Т(АТ), ДЗО НН выполнены пофазными, двухканальными, содержат чувствительный орган с токозависимой характеристикой и дифференциальную отсечку. ДЗ срабатывает при всех видах КЗ в зоне действия защиты. Упрощенная функциональная схема ДЗ приведена на рис. 3.
   ФДТС выбирает из токов сторон, участвующих в формировании дифференциального и тормозного тока, наибольший и присваивает ему название Д. Из суммы оставшихся токов сторон получается ток

Д2 , т.е.

/-/   (;*        **
1д — max | Ду, 1, Ду, 2,

/*
or>3,

O’>4

i;

./     .*         .*         .*        .*         ./
Д2     — Д   V? 1 ⁺  ^.N‘»2 ⁺   ^.N‘»3 ⁺ »4       Д1     .

10