Что такое основная и резервная зона действия защиты

Резервирование защит

При выполнении релейной защиты в электроэнергетических сетях необходимо иметь в виду возможность отказа защиты или выключателя защищаемого присоединения. Поэтому, наряду с ростом технического совершенства и надежности защит и выключателей, предусматривается резервирование.

Возможны два основных, принципиально различных способа резервирования – ближнее и дальнее.

Ближнее резервирование– выполняется защитами установки, на которой произошел отказ.

При этом предусматривается обычно несколько защит.

Дальнее резервирование– выполняется защитами (с относительной селективностью) смежных элементов.

Поскольку такие защиты действуют и на своем и на смежных элементах, то полная зона действия защиты делится на зону основного действия и зону резервного действия (см. рис. 3 .32).

Рисунок 3.32 – Зоны основного и резервного действия защиты.

Устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ)предназначено для действия в случае отказа выключателя поврежденной электроустановки. УРОВ действует на отключение выключателей смежных элементов, через которые питается место повреждения.

УРОВ также является подвидом ближнего резервирования.

Все защиты можно разделить по выполняемым функциям по признаку резервирования:

Основная защита– защита, предназначенная для действия при всех или части видов повреждений в пределах всего элемента с временем, меньшим чем у других защит.

Резервная защита– защита, предназначенная для действия вместо основной в случаях, если она отказала или выведена из работы, а также вместо отказавших защит смежных элементов.

Вспомогательная защита– защита, выполняющая какие-либо дополнительные функции (защита мертвых зон), ускорение отключения на части элемента.

Дальнее резервирование

Производится защитами с относительной селективностью, обычно последними (третьими) и частично вторыми ступенями токовых, направленных и дистанционных защит.

Если основная защита по принципу действия не реагирует на повреждения вне защищаемого элемента (защита с абсолютной селективностью), то для резервирования предусматривается отдельная защита. При этом целесообразно выполнять ее так, чтобы она резервировала и основную защиту своего элемента.

Для лучшего резервирования основной защиты своего элемента стремятся сделать для резервной защиты независимые измерительные цепи (с отдельными измерительными трансформаторами тока или, чаще, отдельными вторичными обмотками одного измерительного трансформатора тока, трансформатор напряжения дублируется), отдельные цепи питания (источник питания оперативным током секционируется, для важных объектов устанавливаются две аккумуляторные батареи) и управления, не связанные с основной защитой.

Это также позволяет раздельно проводить проверку и ремонт защит на работающих элементах.

Кроме этого, желательно, чтобы основная и резервная защита имели разный принцип действия.

Достоинства дальнего резервирования: относительная простота и учет всех возможных нарушений в работе электроустановок, в том числе даже потеря оперативного тока.

Недостатки дальнего резервирования:

недостаточная чувствительность в ряде случаев (через защиту в общем случае проходит только часть тока поврежденной линии, используются менее благоприятные значения напряжений),

затруднительно или невозможно использовать преимущества секционированных и других схем соединения шин, потенциально позволяющих оставить часть присоединений в работе,

большое время отключения повреждения,

затруднительно или невозможно добиться селективности работы резервных ступеней защиты при внешнем коротком замыкании в сети сложной конфигурации,

отключение ответвлений неповрежденных линий, если их защиты выполняют функции дальнего резервирования.

Защита и электроавтоматика силовых трансформаторов и автотрансформаторов (ат)

Все защиты трансформатора можно разделить на две группы: основные и резервные защиты.

Основные защищают трансформатор от внутренних повреждений и ненормальных режимов в самом трансформаторе или на его ошиновках.

Резервные защищают обмотки трансформатора от сверхтоков внешних к.з. при повреждениях на присоединениях прилегающей сети, а также по возможности резервируют основные защиты трансформатора.

Основными защитами трансформатора и АТ являются: дифференциальная токовая защита трансформатора, газовая защита трансформатора, газовая защита РПН, токовая отсечка,устанавливаемая со стороны питания на трансформаторах малой мощности, дифференциальная токовая защита ошиновки низшего напряжения АТ, дифференциальная токовая защита ошиновки высшего и среднего напряжения АТ.

Газовая защита трансформатора содержит два элемента: сигнальный и отключающий.

Сигнальный действует на сигнал при слабом газообразовании и при понижении уровня масла.

Отключающий действует на отключение трансформатора со всех сторон с запретом АПВ трансформатора при интенсивном газообразовании и движении масла со скоростью 0,6-1,5 м/сек по маслопроводу между баком трансформатора и расширителем, а также при дальнейшем (после срабатывания сигнального элемента) понижении уровня масла.

Для защиты от повреждений контакторов РПН применяется газовая защита РПН.

Защита выполняется с помощью струйного реле, устанавливаемого между баком РПН и расширителем.

Газовая защита РПН действует на отключение трансформатора со всех сторон с запретом АПВ трансформатора.

Сигнальный элемент у струйных реле отсутствует.

Дифференциальная защита трансформатора реагирует на все виды к.з. (за исключением однофазных замыканий на землю в обмотке 6-10-35кВ) в зоне, ограниченной трансформаторами тока (ТТ).

При замене выключателя трансформатора обходным выключателем дифференциальная защита переключается с ТТ заменяемого выключателя на ТТ обходного выключателя.

Защита действует на отключение трансформатора со всех сторон с запретом АПВ.

Дифференциальная защита ошиновки высшего (среднего) напряжения АТ.

Защита охватывает зону между встроенными ТТ АТ и выносными ТТ выключателей, действует без выдержки времени на отключение АТ со всех сторон без запрета АПВ АТ.

Дифференциальная защита цепей низшего напряжения АТ.

В зону действия этой защиты входят линейный трансформатор, реактор и ошиновка цепей низшего напряжения от встроенных ТТ АТ до выносных ТТ в ячейке ввода низшего напряжения.Защита действует на отключение АТ со всех сторон с запретом АПВ.

В качестве резервной защиты трансформаторов тупиковых и отпаечных подстанций используется максимальная токовая защита (МТЗ) с пуском напряжения или без пуска напряжения.

МТЗ устанавливается на каждой стороне трансформатора. Со стороны питания (110кВ,220кВ) МТЗ, как правило, действует с двумя выдержками времени.

С меньшей выдержкой времени на отключение ввода 10кВ, а с большей – на отключение трансформатора со всех сторон.

твуют на включение короткозамыкателя, тем самым создавая искусственное однофазное короткое замыкание, отключаемое защитой питающих линий. В бестоковую паузу (при АПВ питающих линий) производится автоматическое отключение отделителя, после чего поврежденный трансформатор (автотрансформатор) оказывается полностью отключенным.

Передача команды – импульса на отключение выключателя с питающей стороны линии при повреждении в трансформаторе, не имеющем выключателя с высокой стороны, может выполняться и без включения короткозамыкателя (для создания искусственного короткого замыкания).Такая команда может подаваться с помощью телеотключения по высокочастотному каналу.

С целью ближнего резервирования защит трансформатора предусматривается резервная независимая МТЗ-110кВ.

Эта защита является полностью автономной как по цепям тока,оперативным цепям, так и по выходным цепям.

Резервная МТЗ-110 с выдержкой времени большей времени срабатывания основной МТЗ-110 действует на отдельную катушку включения короткозамыкателя или на отдельную катушку отключения выключателя на стороне 110кВ.

С выдержкой времени большей времени действия защит на включение короткозамыкателя УРОКЗ действует на отключение отделителя.

При этом допускается разрешение отделителя во имя спасения самого трансформатора.

На отпаечных трансформаторах и тупиковых подстанциях 110кВ могут применяться и одноступенчатые токовые защиты нулевой последовательности, действующие на отключение трансформатора.

На автотрансформаторах транзитных подстанций с высшим напряжением 220-750кВ в качестве резервных защит используются дистанционные защиты (ДЗ) и направленные токовые защиты нулевой последовательности (НТЗНП).

Дистанционные защиты предназначены для отключения междуфазных к.з., а НТЗНП – для отключения одно- и двухфазных к.з. на землю.

Как правило, на высшей и средней стороне АТ устанавливаются двухступенчатая ДЗ и 3-х ступенчатая НТЗНП.

Оперативное ускорение (О/У) первых или вторых ступеней ДЗ и НТЗНП стороны высшего или среднего напряжения АТ ( время 0,3-0,6 сек) вводится оперативным персоналом в случае вывода из работы дифференциальной защиты трансформатора, дифзащиты ошиновки высшего напряжения АТ, дифзащиты шин среднего напряжения.

Цель О/У резервных защит АТ – ускорить действие резервных защит АТ при близких внешних к.з. или к.з. в самом АТ.

Следует отметить, что на время ввода О/У резервных защит, возможно их неселективное действие при к.з. в прилегающей сети.

Резервные защиты АТ стороны высшего напряжения действуют с первой (меньшей) выдержкой времени на отключение всех выключателей высшего напряжения, а со второй (большей) – на отключение АТ со всех сторон.

На ПС, имеющих на стороне 330кВ схему первичных соединений “полуторная”, резервные защиты стороны 330кВ АТ действуют с первой (меньшей) выдержкой времени на деление шин 330кВ (отключение всех выключателей В12), со второй – на отключение выключателей 330кВ своего АТ, и с третьей (наибольшей) – на отключение своего АТ со всех сторон.

Резервные защиты стороны среднего напряжения АТ при схеме первичных соединений этой стороны “секционированная С.Ш.” действуют с первой выдержкой времени на отключение ШСВ, со второй – на отключение своей стороны и с третьей – на отключение АТ со всех сторон.

Такое ступенчатое действие резервных защит позволяет сохранить в работе те АТ, которые отделяются от места к.з. после деления систем шин.

Автоматическое ускорение (А/У) резервных защит при включении выключателя стороны высшего напряжения (А/У – 750,

А/У-330) и при включении выключателей стороны среднего напряжения ( А/У-220, А/У-110) действует на отключение выключателя, включаемого на к.з. ключом управления или устройством ТАПВ.

При этом на каждой стороне АТ ускоряются до 0,4-0,5 сек I и II ступени ДЗ и II ненаправленная ТЗНП.

Индивидуальная защита от непереключения фаз выключателей стороны среднего и высшего напряжения АТ.

Защита выполняется только на выключателях с пофазным управлением.

Назначение защиты – ликвидация неполнофазного режима, возникающего при включении выключателя одной или двумя фазами.

Защита действует на отключение трех фаз включаемого выключателя.

Выдержка времени защиты (0,15 ¶ 0,25 сек) выбрана по условию отстройки от разновременности включения фаз выключателя.

Защита от неполнофазного режима на стороне 330 кВ (750) АТ (ЗНР-330).

Назначение защиты – ликвидация неполнофазного режима, возникающего при неполнофазном отключении одного выключателя 330 кВ АТ и трехфазном отключении второго выключателя 330 кВ АТ.

Защита, как правило, действует на отключение АТ со всех сторон.

Выдержка времени ЗНР-330 на 0,3 сек выше выдержки времени индивидуальной защиты от непереключения фаз выключателя.

На АТ-750кВ для контроля состояния изоляции вводов 750кВ АТ применяется устройство КИВ-750.

Принцип действия устройства – измерение геометрической суммы токов, протекающих под воздействием рабочего напряжения через изоляцию вводов 750 кВ трех фаз.

При исправной изоляции геометрическая сумма токов, входящих в реле типа КИВ, близка к нулю. В случае частичного повреждения изоляции ввода одной из фаз появляется ток небаланса, который фиксируется защитой.

Устройство типа КИВ имеет измерительный элемент для оперативного контроля и отключающий элемент.

Отключающий элемент действует на отключение АТ со всех сторон.

Защита от перегрузки.

В качестве такой защиты устанавливается токовая защита, действующая с выдержкой времени на сигнал в случае перегрузки по току любой обмотки трансформатора.

Основные защиты силового трансформатора

Реле-защиты

Трансформаторы и автотрансформаторы конструктивно весьма надежны благодаря отсутствию у них движущихся или вращающихся частей. Несмотря на это, в процессе эксплуатации возможны и практически имеют место их повреждения и нарушения нормальных режимов работы. Поэтому трансформаторы и автотрансформаторы должны оснащаться соответствующей релейной защитой.

Все основные виды защиты трансформатора можно разделить на две группы:

основные
резервные.

В соответствии с назначением для защиты трансформаторов (автотрансформаторов) при их повреждениях и сигнализации о нарушении нормальных режимов работы применяются следующие типы защит:

Токовая отсечка мгновенного действия для защиты трансфер мотора (автотрансформатора) при повреждениях его ошиновки, вводов и части обмотки со стороны источника питания для защиты при повреждениях внутри бака трансформатора (автотрансформатора), сопровождающихся выделением газа, а также при понижениях уровня масла.
Максимальная токовая или максимальная направленная защита или эти же защиты с пуском минимального напряжения для защиты от сверх токов, проходящих через трансформатор (автотрансформатор), при повреждении как самого трансформатора (автотрансформатора), так и других элементов, связанных с ним. Защиты от сверх токов действуют, как правило, с выдержкой времени.
Защита от замыканий на корпус
Защита от перегрузки, действующая на сигнал, для оповещения дежурного персонала или с действием на отключение на подстанциях без постоянного дежурного персонала.
Кроме того, в отдельных случаях на трансформаторах (автотрансформаторах) могут устанавливаться и другие виды защиты.

Релейная защита трансформатора – это система, состоящая из измерительных и коммутационных устройств, отключающая трансформатор при ненормальных режимах работы и в случае ситуаций приводящих к повреждению.

К ненормальным и опасным режимам работы силового трансформатора относятся:

перегрузка по одной или трем фазам, приводящим к повышению тока, проходящего через обмотки,
замыкание на землю или на нейтраль одного или всех выводов трансформатора с высокой или низкой стороны,
межфазные замыкания внутри обмоток и со стороны выводящих шин,
замыкания внутри обмоток трансформатора.

Во всех этих случаях сигналом возникновения опасной ситуации служат повышение проходящего через короткозамкнутый участок тока и понижение напряжения.

Релейная защита должна надежно зафиксировать отклонение тока или напряжения и отключить трансформатор или поврежденный участок.

Из изложенного следует, что защита трансформаторов и автотрансформаторов должна выполнять следующие функции:

отключать трансформатор (автотрансформатор) от всех источников питания при его повреждении;
отключать трансформатор (автотрансформатор) от поврежденной части установки при прохождении через него сверх тока в случаях повреждения шин или другого оборудования, связанного с трансформатором (автотрансформатором), а также при повреждениях смежного оборудования и отказах его защиты или выключателей;
подавать предупредительный сигнал дежурному персоналу подстанции (или электростанции) при перегрузке трансформатора (автотрансформатора), выделении газа из масла, понижении уровня масла, повышении его температуры.

Защита по максимальному току (МТЗ)

Рис.1 схема релейной защиты трансформатора по максимальному току

Защита по максимальному току трансформатора срабатывает при превышении тока, проходящего через трансформатор (Рис. 1). Реле автоматики А0 и А1 срабатывают при токе, превышающем ток короткого замыкания для данной обмотки. Измерение тока осуществляется через трансформатор тока, включенного на две шины А и С.

При наличии межфазного замыкания на шине В через другие шины все равно протекает большой ток. Одно или два реле автоматики запускают цепь запуска реле времени Т.

Задержка реле времени требуется для лучшей селективности защиты – чем ближе трансформатор по линии к источнику энергии, тем меньшее должно быть время срабатывания. Реле времени через определенный промежуток времени запускает промежуточное реле.

L, управляющей цепью реле отключения YAT. Реле отключения после срабатывания отключает входы и выходы трансформатора от источника и потребителя энергии и блокируется по цепям либо реле времени, либо промежуточного реле.

Силовые трансформаторы относительно малой мощности обычно защищают предохранителями со стороны высшего напряжения и предохранителями или автоматами со стороны отходящих линий низшего напряжения. Ток плавкой вставки высоковольтного предохранителя выбирается с учетом отстройки от бросков тока намагничивания при включении силового трансформатора под рабочее напряжение. С учетом этого номинальный ток предохранителя.

Резервная токовая защиты

В качестве резервной защиты трансформаторов тупиковых и отпаечных подстанций используется максимальная токовая защита (МТЗ) с пуском напряжения или без пуска напряжения.

В случае, когда с высокой стороны трансформатора установлены короткозамыкатель и отделитель, основные защиты без выдержки времени, а резервные защиты с наибольшей выдержкой времени действуют на включение короткозамыкателя, тем самым создавая искусственное однофазное короткое замыкание, отключаемое защитой питающих линий. В бестоковую паузу (при АПВ питающих линий) производится автоматическое отключение отделителя, после чего поврежденный трансформатор (автотрансформатор) оказывается полностью отключенным.

С целью ближнего резервирования защит трансформатора предусматривается резервная независимая МТЗ-110кВ.

Эта защита является полностью автономной как по цепям тока,оперативным цепям, так и по выходным цепям.

При этом допускается разрешение отделителя во имя спасения самого трансформатора.

На автотрансформаторах транзитных подстанций с высшим напряжением 220-750кВ в качестве резервных защит используются дистанционные защиты (ДЗ) и направленные токовые защиты нулевой последовательности (НТЗНП).

Как правило, на высшей и средней стороне АТ устанавливаются двухступенчатая ДЗ и 3-х ступенчатая НТЗНП.

Цель О/У резервных защит АТ – ускорить действие резервных защит АТ при близких внешних к.з. или к.з. в самом АТ.

Резервные защиты стороны среднего напряжения АТ при схеме первичных соединений этой стороны “секционированная С.Ш.” действуют с первой выдержкой времени на отключение ШСВ, со второй – на отключение своей стороны и с третьей – на отключение АТ со всех сторон.

При этом на каждой стороне АТ ускоряются до 0,4-0,5 сек I и II ступени ДЗ и II ненаправленная ТЗНП.

Индивидуальная защита от непереключения фаз выключателей стороны среднего и высшего напряжения АТ

Защита выполняется только на выключателях с пофазным управлением.

Защита действует на отключение трех фаз включаемого выключателя.

Защита от неполнофазного режима на стороне 330 кВ (750) АТ (ЗНР-330)

Защита, как правило, действует на отключение АТ со всех сторон.

На АТ-750кВ для контроля состояния изоляции вводов 750кВ АТ применяется устройство КИВ-750.

Устройство типа КИВ имеет измерительный элемент для оперативного контроля и отключающий элемент.

Отключающий элемент действует на отключение АТ со всех сторон.

Защита от перегрузки

Зоны и типы системы защиты

• Система электроснабжения разделена на несколько зон защиты. Каждая зона защиты содержит один или несколько компонентов энергосистемы в дополнение к двум автоматическим выключателям.

• При возникновении неисправности на границе конкретной зоны система защиты, отвечающая за защиту зоны, действует для изоляции (путем отключения выключателей) каждого оборудования в этой зоне от остальной части системы.

• Автоматические выключатели вставлены между компонентом зоны и остальной частью энергосистемы. Таким образом, расположение автоматического выключателя помогает определить границы зон защиты.

• Различные соседние зоны защиты сделаны для перекрытия друг друга, которые гарантируют, что никакая часть энергосистемы останется без защиты. Однако возникновение неисправности в области перекрытия инициирует последовательность отключения различных автоматических выключателей.

Типы защиты (первичная и резервная защита)

Первичная защита

Схема первичной защиты обеспечивает быструю и выборочную реакцию на любой тип неисправности в границах элемента схемы зоны защиты. Первичная защита, как правило, предусмотрена для каждого участка электрической установки.

Однако первичная защита может выйти из строя. Основная причина отказа системы первичной защиты приведена ниже.

1. Подача тока или напряжения на реле.

2. Подача напряжения отключения постоянного тока

3. Защитные реле

4. Цепь отключения

5. Автоматический выключатель

Резервная защита

Резервная защита — это имя, присвоенное защите, которая поддерживает основную защиту всякий раз, когда та не работает. Резервная защита по определению медленнее, чем основная система защиты. Конструкция резервной защиты должна согласовываться с конструкцией первичной защиты и, по сути, это вторая линия защиты после первичной защиты.