ИЭ / 9 сем (станции+реле) / Литература / Шнеерсон

Рис. 4.5. Несимметричный режим насыщенного 1Т при налнчии аnериодичеСl(ой составляющей i,. в первичном токе

лишь при смене знака тока i (момент t2), но в момент tt при

новом насыщении В = -В5 значение (2 снова становится равным нулю.

Насыщение ТГ и искажение формы вторичного тока может происходить и при первичных токах, значительно меньших то­ ков предельной кратности, в случае присутствия в первичном токе апериодических составляющих, возникающих в ЭС при КЗ и коммутациях. Эти составляющие являются реакцией ЭС, со­ держащей элементы с индуктивностью (трансформаторы, воз­

.цушные и кабельные линии), на скачкообразное возмущение (КЗ или коммутацию). В результате до затухания возникшего пере­ ходного процесса токи и напряжения на входе РЗ содержат в об­ щем случае совокупность апериодических и затухающих гармо­ нических составляющих, т.е. не являются синусоидальными. Ветвь намагничивания (()см. рис. 4.2) обладает сравнительно большой индуктивностью и имеет достаточно малое сопротив­ ление для медленно изменяющихся апериодических составля-

171

ющих. Это приводит к возрастанию тока намагничивания i , ин­

тr µ

дукции В и насыщению при относительно небольших значе­ ниях установившейся составляющей первичного тока i1. Про­ цесс насыщения тr в этом случае показан на рис. 4.5 [22].

Наличие апериодической составляющей приводит к насыще­ нию тr в момент t когда индукция сердечника достигает значе­

ния Bs . Далее в сравнительно небольшие промежутки времени, когда ток i принимает отрицательные значения, происходит сни­ жение индукции В и возрастание тока i2• лишь при затухании апериодической составляющей (t > t2) происходит снижение ин­ дукции до значения В < Bs и полноценная передача тока i2•

4.1.4. Емкостные трансформаторы напряжения

Для сетей высоких напряжений во многих случаях исполь­ зуются емкостные трансформаторы напряжения (ЕТН) на осно­ ве емкостных делителей напряжения (рис. 4.6,а).

Эти трансформаторы содержат емкостный делитель напряже­

ния С С дроссель D, компенсирующий емкостные сопротив­ ления делителя, понижающий трансформатор Т.

Упрощенная схема замещения ЕТН, где Ст - межвитковая ем­ кость трансформатора Т (рис. 4.6,б), соответствует инерционно­ му звену. При скачкообразных изменениях напряжения в ЭС, не только происходит изменение вторичного напряжения u2 ос­

новной частоты, но и возникают свободные составляющие пе­ реходного процесса, обусловленного накоплением энергии в

Рис. 4.6. Ем.костный трансформатор напряжения (а) и его схема замещения (б)

172

ui

,

/

/

/I/

I/

Рис. 4.7. Первичное u1 и вторичное u2 напряжения ЕТН при сбросе напряжения до нуля: 1, 2 - затухающие высокочастотная и низкочастотная сосrаВJ1ЯЮщие

собсrвенных колебаний в ЕТН

4.2.Максимальная токовая защита

4.2.1.Основные функции

I<И

aiк1max -

о

z)

Рис. 4.8. МаксимаJ1Ьная токовая защита:

а - установка в сети; - харахrеристики МТЗ с независимой выдерЖt<ой времени; в - зависимость тока 1<3 от удапеННОС'П{ повреждения; z - характеристики МТЗ с зависимой выдержкой времени

174

Третья ступень защиты SЗ с выдержкой tlп выбирается таким

175

образом, чтобы действовать селективно по отношению ко вто­ рым и третьим ступеням защит предыдущих участков ВС и CD

(рис. 4.8,б).

Последняя ступень защиты SЗ с учетом изложенного должна иметь максимальную выдержку времени, большую на ступень селективности Лt максимальной выдержки времени последниХ ступеней защит S2 и Sl предыдущих участков ВС и CD. Для обес­ печения максимально возможной чувствительности последней ступени МТЗ ее ток срабатывания I n выбирается не по услови­ ям КЗ, а по условиям отстройки от максимального рабочего то­ ка, протекающего через защиту в нормальном режиме.

При этом необходимо учитывать и возможные режимы быс­ трого включения линии после отключения КЗ (автоматическое повторное включение - АПВ), когда при повторном включении вследствие пусковых токов двигателей токи нагрузки могут в первые моменты времени быть больше, чем максимальный ус­ тановившийся ток нагрузки Iраб max· Один из возможных случа­ ев поясняет рис. 4.9.

До наступления КЗ через защиту SЗ (рис. 4.8,а) протекает ток

Iраб max. При КЗ на участке АВ (рис. 4.8,а) в момент t1 ток через защиту увеличивается до значения Iк и в момент t2 - падает до

нуля вследствие отключения защитой выключателя QЗ. Через промежуток времени ЛtАПВ выключатель QЗ снова включается

устройством АПВ, и, даже если повреждение устранено, ток че­

рез защиту SЗ может быть существенно больше рабочего тока max· Это происходит вследствие того, что электродвигатели

нагрузки, питаемые от шин подстанции существенно затормо-

l

Рис. 4.9. Изменение токов в режиме К3 с ПОС/lедующим АПВ

176

4.2.2. Построение ступени МТЗ .. независимой выдержкой времени

трдроем

Т АВ

tIАВ

I

Т

, 1-3)t 8, ,

I

IttАВ

lв

14

>Ускорение

Рис. 4.10. Упрощенная схема максимальной токовой защиты с независимой

(ЭJ1емент 5) или с зависимой (элемент 6) выдержкой времени

5.

14)

Т

4)

12)

178

4.2.З. Блокирование МТЗ при броске намагничивающего тока силового трансформатора

Силовые трансформаторы Т, используемые в ЭС, обладают большой индуктивностью L и сравнительно малым активным со­ противлением R, что определяет достаточно большую постоян­

ную времени затухания t = L/R собственных переходных про­ цессов в трансформаторе, достигающую десятков секунд. В про­ цессе эксплуатации могут возникать режимы, когда напряже­ ние на входе трансформатора скачкообразно изменяется от ну­ ля (или малых значений) до номинального. Эти состояния по­ ясняют рис. 4.11,а для случая включения трансформатора Т и рис. 4.11,б, когда при КЗ К на отходящем присоединении на­

пряжение падает, а потом при отключении выключателя Q2 сно­ ва восстанавливается до номинального.

Процесс включения трансформатора поясняет упрощенная схема замещения рис. 4.11,в.

При включении трансформатора под напряжение в каждой фазе возникает компенсирующая медленно затухающая апери­ одическая составляющая тока. В силу того, что характеристика намагничивания трансформатора нелинейна (см. рис. 4.3) про­ исходит его насыщение и искажение формы кривой тока (рис. 4.11,г). В форме кривой тока преобладают четные гармони­

ки, в основном вторая. Токи, протекающие в первые моменты по­ сле включения, ограничиваются в основном эквивалентным

N .1с Ql -i т

---к:н-с:1----<

Рис. 4.11. Насыщение силового трансформатора при коммутациях

179

сопротивлением системы Zc (рис. 4.11,в) и могут достигать мно­ гократных значений по отношению к номинальному току lно1« трансформатора (до 101ном). Подобная картина возникает и при отключении КЗ на отходящемприсоединении (рис. 4.11,б), при­ водящем к скачкообразному возрастанию напряжения на входе трансформатора.

Описанный эффект без принятия специальных мер может при­ в.одитък неправильному действию токовых защит при включе­ нии или коммутации элементов ЭС с трансформаторами в силу существенного возрастания тока. Избежать этого можно либо увеличением уставок токовых защит, что не всегда приемлемо по условию чувствительности к КЗ, либо принятием специаль­ ных мер для загрубления или блокирования защит при наличии броска намагничивающего тока.

Возможности использования загрубления и блокирования ос­ нованы на различии форм тока при КЗ и при броске тока на­ магничивания. В последнем случае наличие постоянной состав­ ляющей приводит, например, к увеличению длительности сиг­ налов какой-либо полярности (рис. 4.11,г). Однако данное ре­ шение имеет ряд ограничений по возможности применения, прежде всего по диапазону охватываемых токов КЗ.

Использование цифровой техники позволяет принципиально решить указанную проблему на основе гармонического анали­ за кривых токов отдельных фаз. Насыщение силового трансфор­ матора при включении характеризуется существенным возрас­ танием доли составляющих токов второй гармоники по отноше­ нию к составляющим основной частоты. Указанное позволяет решить задачу прямым способом, задавая границу распознава­ ния режима включения трансформатора путем контроля пара­

метра блокирования kбл = 12111, где 121 - амплитуда составляю­ щей тока второй гармоники; 1 - амплитуда составляющей то­

ка основной частоты. Данный принцип реализации пояснен на рис. 4.12 при контроле токов фазы (д)[9].

Блоки ()и ()обеспечивают измерение цифровыми методами, например с помощью алгоритма Фурье, амплитуд первой и вто­ рой гармонических составляющих в токе iл. Уставка по коэффи­ циенту блокирования k66 задается блоком З. Компаратор 4 обес­

печивает выявления режима включения трансформатора по ус­ ловию lщ/lл kбл. Для повышения надежности функционирова­ ния при токах lл, больших, чем максимально возможный бро-

180