Название: Испытание токовой защиты нулевой последовательности в сети с малыми токами замыкания на землю

Жанр: Технические

Просмотров: 1018


Лабораторная работа № 1 испытание токовой защиты нулевой последовательности   от  замыканий на корпус в обмотке статора генератора

Особенности выполнения защиты

      Защита устанавливается на генераторах малой и средней мощности, работающих на сборные шины генераторного напряжения. Поскольку генераторы подключаются к сборным шинам с помощью шинного моста, для измерения токов нулевой последовательности не могут быть использованы ТНП кабельного типа. Используют специальные ТНП шинного типа с подмагничиванием, охватывающие своим сердечником все три фазы шинного моста. Модель такого ТНП используется в настоящей лабораторной работе. Чтобы не отстраивать ток срабатывания защиты от токов небаланса при внешнем КЗ, защита от ЗНЗ генератора блокируется при срабатывании пускового органа защиты генератора от сверхтоков (КА 2). Наконец, поскольку дифференциальная защита обмотки статора генераторов малой и средней мощности выполняется в двухфазном исполнении, она может не сработать при двойном КЗ – одно во внешней сети (в фазах А или С), а другое – в обмотке статора генератора (в фазе В). Для отключения таких КЗ используется специальная защита от двойных замыканий на землю, реагирующая на ток нулевой последовательности. Реле этой защиты КА 1 подключается к ТНП.

Рис. 13. Внешний вид стенда

      Принципиальная схема описанной защиты, выполненной на лабораторном стенде, приведена на рис. 14.

 

а – схема токовых цепей

 

б – схема оперативных цепей

Рис. 14. Схема защиты генератора:

КА 2, КТ 1, КН 2 – защита от сверхтоков,

КА 1, КН 1 – защита от двойных замыканий,

РТЗ 3, КТ 2, КН 3 – защита от замыканий на землю

      В качестве реле защиты генератора от замыканий на корпус в обмотке статора используется реле типа РТЗ-51, а для защиты от двойных замыканий – реле РТ-40/02. Токовые обмотки этих реле должны быть подключены ко вторичной обмотке трансформатора тока нулевой последовательности, через окно которого пропускаются токи фаз защищаемого генератора. Накладка SХ переводится в положение «Защита генератора». Остальная часть схемы защиты генератора смонтирована на обратной стороне стенда.

Задание на работу

      Целью работы являются расчет и испытание токовой защиты нулевой последовательности генератора от ЗНЗ в обмотке статора и защиты от двойных замыканий на землю.

Порядок выполнения работы

      1. Определение оптимального напряжения подмагничивания трансформатора тока нулевой последовательности.

      2. Измерение и распределение токов нулевой последовательности при замыканиях на землю.

      3. Расчет уставок и настройка реле защит генератора:

от ЗНЗ в обмотке статора;

от сверхтоков, вызванных внешними КЗ;

от двойных замыканий на землю.

      4. Испытание защиты.

Методические указания к выполнению работы

      К пункту 1

      Оптимальное напряжение подмагничивания соответствует такой индукции подмагничивания Вм сердечника ТНП, при которой он обладает максимальной магнитной проницаемостью. Поэтому задача сводится к отысканию максимума эффективной магнитной проницаемости. Для этого достаточно снять кривую намагничивания сердечника ТНП на переменном токе. Для снятия кривой намагничивания используют вспомогательную обмотку ТНП, содержащую Wвс = 8 витков, через которую пропускают ток намагничивания Iμ. Схема опыта показана на рис. 15.

 

 

Рис. 15. Схема снятия кривой намагничивания сердечника ТНП

 

      Обмотки подмагничивания в опыте не используются, и они должны быть разомкнуты. R – добавочное сопротивление. Опыт заключается в задании токов намагничивания Iμ с помощью ЛАТРа в диапазоне от 1 до 5 А и измерения соответствующих вторичных ЭДС Е2. Причем для определения максимального значения μэф = В/Н нет необходимости для каждого значения Iμ рассчитывать В и Н, так как последние пропорциональны соответственно Е2 и Iμ. Следовательно, достаточно подсчитать величину их отношения Е2/ Iμ. Это отношение будет иметь максимум при тех же значениях Iμ, что и максимум μ. Результаты опыта сводим в табл. 1.

Таблица 1

Iμ, А

 

Е2, В

 

Е2/ Iμ

 

 

      Отыскав область максимальных значений Е2/ Iμ , снимают новые точки в этой области с малым интервалом Iμ (5–6 точек через 0,2 А). Затем необходимо построить зависимость Е2 = f(Iμ), Е2/ Iμ = f(Iμ) и найти значения Е2, при котором отношение Е2/ Iμ максимально. Этот опыт и построение кривых следует делать тщательно, так как именно от этого зависит точность определения оптимального Uпм.

      Затем следует определить оптимальную индукцию подмагничивания

                                     (8)

 

где ω2 – число витков вторичной обмотки; ω2 = 50 витков; сечение магнитопровода Q = 30 см2.

      По полученному значению Впм находим Uпм из условия, что активное сопротивление катушек подмагничивания весьма мало. Тогда ЭДС обмоток подмагничивания 2Е должны полностью уравновешивать приложенное к катушкам напряжение.

                  (9)

где ωпм = 100 витков – число витков обмотки подмагничивания.

      К пункту 2

      Для выполнения этой части работы целесообразно полностью собрать схему, показанную на рис. 13.

      Для проведения данного опыта следует снять напряжение со схемы подмагничивания и не включать автомат постоянного тока. Перед началом опыта необходимо проследить наличие перемычек во всех разрывах схемы (емкостных фаз и линейных цепей присоединений). Целью опыта является исследование емкостных токов фаз генератора и отходящих линий в нормальном режиме и в режиме замыкания одной из фаз на землю, а также построение схемы распределения этих токов по сети по примеру схемы на рис. 5. В этой части работы должен быть определен ток, протекающий через окно ТНП в цепи генератора. Все токи в схеме должны быть обозначены в амперах.

      Измерение токов производится путем поочередного включения в цепь амперметра через измерительный трансформатор тока.

      Предупреждение. Включение и отключение прибора производится только при отключенном автомате стенда. При этом следует помнить, что в емкостях при пересборке схемы может сохраняться заряд.

      К пункту 3

      По условиям обеспечения селективности определяется первичный ток срабатывания защиты от ЗНЗ генератора, учитывая наличие выдержки времени t = 1,5 с.

                             (10)

где 3I0Сг – утроенный ток нулевой последовательности генератора, Kотс = 2 – коэффициент отстройки, Iнб = 0,3 А – ток небаланса фильтра НП, K|отс = 1,3 – коэффициент отстройки, Kв = 0,93 – коэффициент возврата реле РТЗ-51.

      Определяется вторичный ток срабатывания защиты

                                      (11)

где Zр = ZКA 2 + ZКA 3 = 21 Ом – сопротивление вторичной цепи ТНП, состоящее из сопротивлений реле КА 2 и КА 3; Zэμ – эквивалентное сопротивление ветви намагничивания ТНП, определяемое на основании схемы замещения ТНП.

                                            (12)

где  Величины Е2 и Iμ берутся из опыта снятия кривой намагничивания для сердечника ТНП, соответствующие оптимальному подмагничиванию.

      Уставка реле КА 2 рассчитывается по выражению (11), принимая первичный ток срабатывания защиты от двойных замыканий Iсз2 = 10 А. Уставка реле защиты от сверхтоков КА 1 принимается Iсз1 = = 1,4 · Iном г = 9,8 А, принимая Iном г = 7 А.

      К пункту 4

      Установив расчетные уставки, убедиться в правильности действия защиты. Для этого замыкают цепь подмагничивания и устанавливают по вольтметру оптимальное напряжение подмагничивания и включают автомат питания стенда постоянным током.

      Чтобы убедиться, что защита от ЗНЗ генератора не сработает при внешнем замыкании, необходимо сделать замыкание фазы на землю в точке К2 и включать последовательно Q1, Q2 и Q3.

      Производится внутреннее замыкание в точке К1 при отключенных всех выключателях. Включают выключатель Q1, затем Q2 с минимальной емкостью присоединения. Добавляя емкость линии Л1 с помощью тумблеров Т1 – Т4, находят минимальную величину тока 3I0СЛ1, при которой защита от ЗНЗ генератора срабатывает. Сравнить ток с выбранным током срабатывания защиты генератора. Чтобы установить степень повышения чувствительности защиты за счет подмагничивания ТНП, отключить цепь подмагничивания. Затем, увеличивая емкость внешней сети, определить, при каком емкостном токе нулевой последовательности внешней сети защита сработает при замыкании в токе К1.

      Найти отношение

 

Iсз без подмагн / Iсз с подмагн.

 

      Для проверки защиты генератора от двойных замыканий на землю необходимо при отключенных выключателях устроить замыкания на землю в точках К1 и К4. Затем последовательно включить выключатели Q1 и Q3. Результаты эксперимента объяснить.

Лабораторная работа № 2

 

Испытание токовых защит нулевой

последовательности от замыканий

на землю высоковольтных линий

      Цель работы – ознакомиться с токовыми защитами нулевой последовательности (ТЗНП), подключенными к трансформаторам тока нулевой последовательности кабельного типа (ТЗЛН).

      Предлагается произвести расчет и испытание двух типов защит нулевой последовательности ВЛ – ненаправленной и направленной.

Испытание ненаправленной ТЗНП

      Защита выполняется на базе реле типа РТЗ-51. В качестве объекта защиты используется Л1, в рассечку которой с помощью гибких проводников подключается ТТНП кабельного типа. К его вторичной обмотке подключается токовая обмотка реле РТЗ-51. Оперативные цепи защиты смонтированы на тыльной стороне стенда. Накладка SХ на лицевой стороне стенда должна быть переведена в положение «защита ВЛ».

      Для заданных преподавателем положений тумблеров Т1-Т4 измерить емкостный ток фазы защищаемой ВЛ, сети и генератора.

      Далее пользуясь выражением (2), находят первичный ток срабатывания защиты. По графику на рис. 6 находят вторичный ток срабатывания (ток срабатывания реле). С помощью штекерных переключателей на плате РТЗ-51 выставляют ближайшее большее к расчетному значение тока срабатывания реле. Вновь воспользовавшись графиком рис. 6, находят окончательное значение первичного тока срабатывания защиты.

      Используя измеренные ранее емкостные токи фаз всех присоединений, найти суммарный ток замыкания на землю Iз и ток 3I0защ, протекающий через окно ТЗНП при замыкании на землю на защищаемом присоединении.

      По выражениям (3) и (6) найти коэффициент чувствительности и коэффициент полноты замыкания, а по выражению (7) – предельное переходное сопротивление Rп, при замыкании через которое защита способна сработать.

      Проверить поведение защиты при замыкании на землю в прилегающей сети (точка К2) и при замыкании на землю на защищаемой ВЛ (точка К3).

Испытание направленной токовой защиты

нулевой последовательности

      В качестве защиты используется направленная токовая защита типа УЗЛ, разработанная в НГТУ. Ток срабатывания реле, выбранный из условия отстройки от тока небаланса, равен 20 ма, время срабатывания – 1,5 с. Пользуясь графиком рис. 6, определить первичный ток срабатывания защиты, а далее используя рассчитанные значения токов по (3) и (7), найти коэффициент чувствительности и предельное переходное сопротивление Rп.

      Подключить ко вторичной обмотке ТТНП токовую обмотку реле УЗЛ, а к разомкнутой обмотке трансформатора напряжения – общий блок защиты. Все остальные соединения выполнены внутри стенда.

      В соответствии с рекомендациями п. 5.2 провести тестовый контроль блока питания и реле УЗЛ.

      При замыкании на землю в точке К1 проверить поведение защиты. Поменять полярность токовой обмотки и вновь проверить поведение защиты. Оставить полярность обмотки, соответствующую срабатыванию реле (проведенное мероприятие называется фазированием защиты).

      Произвести замыкания в точке К2 при наибольшем значении емкости защищаемой ВЛ. Убедиться в селективности защиты.

      При замыкании на землю в точке К3 проверить поведение защиты при замыкании через переходное сопротивление. Для этого следует отключить тумблер Т5 и при включенных всех выключателях сети с помощью реостата уменьшать величину сопротивления до тех пор, пока не сработает защита. полученное опытным путем переходное сопротивление находится:

Rп опыт = 100 Ом + Rрезист ,

где Rрезист – величина, снятая со шкалы переменного резистора.

      Сравнить найденное опытным путем значение сопротивления с полученным расчетным путем. По графику рис. 8 проанализировать, как величина предельно-допустимого переходного сопротивления зависит от напряжения сети.

Контрольные вопросы

Чем обусловлен ток замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью? От чего зависит величина этого тока?

Что собой представляет трансформатор тока нулевой последовательности? Где он применяется?

Когда применяют трансформаторы тока нулевой последовательности с подмагничиванием?

Как, зная емкостные токи фаз всех присоединений 3I0сi найти:

а) ток замыкания в месте замыкания на землю;

б) ток нулевой последовательности, протекающий через трансформатор тока нулевой последовательности при замыкании на землю на защищаемом присоединении;

в) ток нулевой последовательности, протекающий через трансформатор тока нулевой последовательности при замыкании на землю на смежном присоединении?

Когда для защиты генератора применяют токовую защиту от двойных замыканий на землю? Как она выполняется?

Почему токовая защита нулевой последовательности генератора от замыканий на корпус в обмотке статора блокируется при сверхтоках? Как это блокирование осуществляется?

Что такое коэффициент полноты замыкания?

От каких факторов зависит величина наибольшего переходного сопротивления, при котором способна сработать токовая защита от замыканий на землю?

Назовите недостатки токовой защиты генератора от ЗНЗ в обмотке статора.