Глава 3. Реле фильтровый защит от токов обратной последовательности РТ2 и РТФ1

 

Реле РТ2 и РТФ1 предназначены дли зашиты трансформа­торов, блоков генератор - трансформатор и других установок пе­ременного тока от токов обратной последовательности. Фильтровые защиты от токов обратной последовательности не реагируют на симметричные повреждения и симметричные перегрузки. Это позволяет выполнять защиту от несимметричный коротких замыканий весьма чувствительной, с уставками не требующими согла­сования с токами нагрузки.

 

3.1.    Принцип действия и описание реле РТТ2 и РТФ1

 

Реле типа РТ2 состоит из фильтра тока обратной последовательности, выполненного с компенсацией токов нулевой последовательности, и двух реле тока PI и P2 типа ЭТ 520, из который P1, более грубое, служит для отключения токов при несимметрич­ных коротких замыканиях, а Р2, более чувствительное, служит для сигнализации появления опасной для генератора величины токов обратной последовательности. Схема реле представлена на рис. 38. Фильтр тока обратной последовательности (ФТОП) (рис. 39) состоит из трансформатора с воздушным зазором ТФ, имеющёго две первичные и одну вторичную обмотки, регулируемого сопротивления R и трансформатора компенсации ТК. Сопротивление R  намотано не­изолированной константановой проволокой на фарфоровую трубку. Сердечник ТФ снабжен магнитным шунтом, позволяющим производить подстройку фильтра при неизменном воэдушном зазоре, уста­навливаемом при заводской калибровке фильтра.

Фильтр выполнен проходным, что позволяет включать реле типа РТ2 на общие трансформаторы тока с другими за­щитами. При этом следует учитывать неодинаковое потребление фаз фильтра и со­ответственно распределять на­грузку на трансформаторы то­ка. Реле Р1 выполнено с пере­ключением обмоток с последовательного на параллельное со­единение, благодаря чему шкала уставок имеет четырехкрат­ный диапазон; обмотка репе Р2 переключений не имеет. Накладка 13-15 (ей. рис. 38) даёт возможность измерить ток не­баланса, а также отделить реле Р1 и Р2 от фильтра для раз­дельной проверки  каждого из элементов.

Трансформатор компенса­ции ТК имеет коэффициент трансформаций 1:3; его вто­ричная обмотки включена на все сопротивление R. Наклад­ка 9-11 позволяет отключать трансформатор ТК в тех, случаях, когда и токах, на ко­торые включено реле, нулевая составляющая отсутствует.

Все элементы реле размеще­ны в общем кожухе размерами 385 X 218 х 200 мм. Устрой­ство позволяет осуществлять как переднее, так и заднее при­соединение проводов.

 

Принцип действия фильтра трансформаторного типа, применен­ного в реле типа РТ2, основан на сравнении падения напряжения U_r на активном сопротивлении R с электродвижущей силой Е_тф на за­жимах вторичной обмотки трансформатора ТФ.

Напряжение на выходе фильтра токов обратной последователь­ности Е_ф (см. рис. 39) пропорционально разности между током в фазе С и геометрической разностью токов в фазах А и В. Сопро­тивление резистора R в /3 раз больше сопротивления взаимоин­дукции Х_м между обмотками трансформатора ТФ. При этом для токов прямой последовательности напряжение на выходе фильтра равно нулю. При наличии токов обратной последовательности это напряжение пропорционально их величине. Токи нулевой после­довательности на выходе фильтра компенсируются трансформато­ром ТК.

Векторные диаграммы (рис. 40) поясняют принцип действия фильтра.

Таким образом, при правильной настройке фильтра токи прямой и нулевой последовательности не должны создавать ЭДС на выходе фильтра. Однако практически всегда есть незначительная рас­стройка фильтра, вызываемая неточной подгонкой индуктивности трансформатора ТФ, нагревом сопротивления R от тока, наличи­ем высших гармоник в токе нагрузки. Расстройка фильтра, как и асимметрия токов, приводит к появлению тока небаланса в обмот­ках реле Р1 и Р2. Задачей настройки фильтра является сведение величины тока небаланса к возможному минимуму с тем, чтобы при максимально возможной кратности тока симметричного корот­кого замыкания ток небаланса в реле был заведомо ниже его тока срабатывания.

Реле типа РТФ1, так же как и реле типа РТ2, состоит из фильтра токов обратной последовательности, на выходе которого включен реагирующий орган — реле РТ типа ЭТ520. Схема реле типа РТФ1 приведена на рис. 41.

В реле типа РТФ1 применен фильтр токов обратной последова­тельности, отличающийся от применявшихся ранее более простым способом компенсации токов нулевой последовательности и срав­нительно простой регулировкой. Отсутствие в первичных цепях фильтра активных сопротивлений позволяет повысить его термиче­скую стойкость по сравнению с другими типами ФТОП. Собствен­но фильтр состоит из трансформатора тока ТТ и трансформатора с воздушным зазором (трансреактора) ТР, нагруженных регулиру­емыми активными сопротивлениями Е,\ и ri-

Для компенсации токов нулевой последовательности первичные обмотки трансформаторов фильтра, разделены на две части и вклю­чены на разность фазных токов: в трансформаторе ТТ на разность токов фаз С и Л, в трансреакторе ТР на разность токов фаз В и С.

Завод выпускает реле типа РТФ1 в двух исполнениях: на номи­нальные токи 1 А и 5 А. Оба реле идентичны и отличаются только числом первичных витков ТТ и ТР.

Реле имеет 4-кратный диапазон регулирования уставок. Для удвоения пределов уставок реле по току обратной последовательно­сти (от 0,3-0,6 до 0,6-1,2 А для реле на Iном = 1 А и от 1,6-3 до 3-6 А для реле на I_ном = 5 А) предусмотрен переключатель шкалы реле PT.

Для проверки реле типа ЭТ520 отдельно от фильтра и измерения тока небаланса служит перемычка 11-12. Для удобства поузловой проверки ФТОП первичные обмотки ТТ и ТР, обтекаемые током фазы С, соединены между собой через болтовой вывод, располо­женный внутри корпуса. реле.

Реле типа РТФ1 размещено в корпусе размерами 195 х l75 х 210 мм.

Линейность характеристик трансформаторов фильтра сохраня­ется до 5-6-кратного номинального тока. На, работе реле практиче­ски не сказывается изменение частоты сети в пределах 45-56 Гц.

 Фильтр тока обратной последовательности в реле типа РТФ1 по­строен следующим образом. Трансформатор ТТ, трансреактор ТР и их нагрузочные сопротивления соответственно R₁ и R₂ выбрали так, что при протекании по первичным обмоткам трансформато­ров равных по величине токов напряжений на этих сопротивлениях равны.

В трансформаторе тока ТТ вторичный ток практически совпа­дает по фазе с первичным, поэтому напряжение на активном со­противлении R₁ совпадает по фазе с первичным током трансформатора TТ. Фаза вторичного тока в трансреакторе ТР зависит от его вторичной нагрузки. Величина сопротивления R₂ подобрана таким образом, что напряжение на нем опережает первичный ток трансреактора ТР на угол 60° (положительные направления токов и напряжений соответствуют полярности обмоток трансформаторов фильтра). В результате такого подбора элементной фильтра при протекании по первичным обмоткам токов прямой последовательности напряжения на сопротивлениях R₁ и R₂ равны по величине и противоположны по фазе, а напряжение на выходе фильтра, равное сумме этих напряжений, равно нулю.

При протекании по первичным обмоткам фильтра токов обрат­ной последовательности напряжения на сопротивлениях R₁ и R₂ равны по величине и сдвинуты на угол 60°. Напряжение на выходе фильтра при разомкнутой выходной цепи пропорционально величине тока обратной последовательности.

Работа ненагруженного фильтра иллюстрируется векторными диаграммами, приведенными на рис. 42.

Подключение на выход фильтра токового реле не меняет соотношения токов и напряжений в элементах фильтра при протекании в первичных обмотках токов прямой последовательности (в предположении идеальной настройки фильтра токи небаланса равны нулю).

 

3.2.    Схемы включения реле фильтровых защит

 

Схемы включения обоих типов реле фильтровых защит на трансформаторы тока приведены на рис. 43-45.

На генераторах, работающих с изолированной нейтралью, в слу­чае отсутствия трансформаторов тока и одной из фаз ФТОП включается на два трансформатора тока со схемой соединения обмоток по неполной звезде. Так же можно включить фильтр и в защите трансформаторов, установленной на стороне, не имеющей заземлен­ной нейтрали.

При выполнении защити генераторов, работающих с изолиро­ванной нейтралью, с помощью реле типа РТ2 по схеме неполной звезды трансформатор компенсации ТК следует отсоединять (сня­тием накладки 9-11).

 

3.3 Проверка и настройка реле фильтровых защит

 

Осмотр и проверка механической части реле

 

Проверка токового реле производится в соответствии с указаниями раздела 1 части 1 книги и инструкции по проверке и наладке реле [3], Особое внимание следует обратить на стяжку сердечников трансформаторов ТФ и ТР.

 

Проверки электрической части реле

 

Проверке реле в целом предшествуют проверка и настройка ис­полнительного органа — реле РТ в РТ2, Р1 и Р2 — в реле РТФ1.

Проверку и регулировку электрических характеристик следует производить в определенной последовательности, заводом-изгото­вителем при калибровке изделий производится необходимая провер­ка и регулировка всех: элементов схемы в отдельности и настройка реле в целом. Проверку реле типов РТ2 и РТФ1 при новом включе­нии следует начинать с проверки заводских уставок устройств и целом, не нарушая ни заводской регулировки, ни внутренних соединений схемы реле.

Признаками правильной заводской настройки реле являются: со­впадение токов срабатываний реле с уставками на крайних делениях шкалы при одном из трех сочетаний поврежденных фаз при имита­ции двухфазного короткого замыкания, симметричность фильтра при, имитации двухфазного короткого замыкания. Токи срабаты­вания и возврата реле Р1, Р2 в РТ2 и РТ в РТФ1, измеренные на. входе фильтра, должны совпадать с уставками на крайних точках шкалы и не различаться между собой более чем на 5 % во всех трех опытах (ток подводится поочередно к выводам 1-3, 3-5 и 5-1 про­веряемого устройства). В противной случае необходимо произвести настройку фильтра.

При новом .включений проверяется соответствие выходных па­раметров устройства заводской калибровке, а при плановых проверках — данным протокола предыдущей проверки.

Схема для проверки дана на рис. 46. Закорачивают выходные выводы 2, 4, 6 и 8 у реле типа РТ2 или 2, 4, 6 у реле типа РТФ1, накладку 18-19 в реле типа РТ2 (см. рис. 38) или переключатель шкалы в реле типа РТФ1 устанавливают в заданное положение.

На двух крайних (при новом включении) или на рабочих (при плановой проверке) уставках на шкале поочередно измеряется ток срабатываний обоих реле Р1 и Р2 и РТ2 и реле РТ в РТФ1 при сочетании замыкания фаз А-В (к источнику тока подключены вы­воды 1 и 3), В-С (к источнику тока подключены выводы 3 и 5) и С-А (к источнику тока подключены выводы 5 и 1). Показа­ния амперметра при этом должны быть в /3 раз больше значения тока уставки на шкале реле (реле градуируется по фазной составляющей тока обратной последовательности на входе фильтра, которая в /3 меньше полного тока двухфазного короткого замыкания).

При новом включении измеряется и заносится в протокол вели­чина напряжений на выходе нагружённого фильтра при токах сра­батывания реле на рабочей уставке при обтекании током фаз Л-В, В-С и С-А поочередно, а у реле типа РТФ1, кроме того, — вели­чина напряжений на сопротивлениях R₁ и R₂.

Данные измерения понадобится в дальнейшем для сопоставле­ния с_tнапряжениями небаланса, возникающими на обмотках реле из-за нарушения линейности фильтра при больших кратностях тока симметричного трехфазного короткого замыкания. Измерений напряжения необходимо производить между выводами 13-17 на ре­ле типа РТ2 и между выводом 12 и нижней ламелью переключате­ли уставок РТ на реле тина РТФ1 (см. рис. 38 и 39). Вольтметр для измерения напряжении должен обладать сопротивлением не менее 400 Ом/В. Для реле типа РТФ1 на номинальный ток 1 и 3 А и РТ2 на номинальный ток 5 А требуется вольтметр с пределами измерений 3-6 В, для РТ2 на 1 А — 15-30 В. Это относится ко всем последующим измерениям напряжения на выходе фильтров, а также на вторичной стороне трансформатора ТФ и трансреактора ТР.

При новом включений для оценки линейности фильтра следует определить возможную величину напряжения на, выходе фильтра при расчетной кратности тока трехфазного короткого замыкания. С этой целью необходимо измерить и сравнить напряжения на вы­ходе нагруженного фильтра при имитации двухфазного короткого замыкания. Для этого к выводам 1-3, 3-5 и 1-5 поочередно под­водится ток, равный расчетному току трехфазного короткого замы­кания. Если расчетное значение токи, трехфазного короткого замы­кания неизвестно, то измерения следует произвести при 10-кратном номинальном токе. Разность напряжений при любых двух измене­ниях из трех не должна превосходить напряжения на выходе филь­тра при срабатывании реле.

 

Проверку линейности фильтра целесообразно совместить с про­веркой реле типа Э521 на вибрацию контактов. Поэтому проверку следует производить после проверки и настройки исполнительного органа — или Р1 и Р2 (реле РТ2) или реле РТ (реле РТФ1).

 Настроила фильтра реле типа РТ2 производится при необ­ходимости.

Проверяется величина Е_тф трансформатора ТФ при снятой на­кладке 13-15 (см. рис. 38). Измерение производится между вы­водами 5 и 17 при подаче номинального тока и последовательно соединенные первичные обмотки ТФ (ток подается на выводы 1-3 при замкнутых перемычкой выводах 2-4). Величина ЭДС при но­минальном токе реле 5 А должна быть в пределах 3,48 ±0,15 В, при 1 A — 17 ,4 ±0,7 В.

Проверяется соблюдение основного соотношения фильтра R =3Х_м этой целью подается номинальный ток на выводы 1-5 при замкнутых между собой выводах 2-6 и снятой перемычке 13-15 и измеряетсяc ЭДC Е_тф (на выводах 5-17) и падение напряжения U_R на сопротивлении R при снятой накладке 9-11. Фильтр настроен правильно при соблюдении соотношения Е_тф = \/3± 5%.

Если же при выполнении измерений значение Е_тф соответствует заданным пределам, a U_R ¹  3Е_ТФ следует перемещением внутренних хомутов на трубке сопротивления R изменить его вели­чину до требуемого значения U_r.

Контрольная проверка настройки фильтра. После регулиров­ки фильтра проверяется его симметричность при подаче тока по­очередно в фазы А-В, В-С и С-А. Для этого при закороченных выводах 2-4-6-8  поочередно подается номинальный ток к выводам 1-3, 3-5 и 1-5 и измеряется при этом ЭДС ненагруженного филь­тра Е_ф (накладка 13-15 снята). Расхождения между измерениями во всех трех случаях не должны превышать 2%.

Настройка фильтре реле типа РТФ1. Настройка филь­тра заключается в подборе сопротивлений R₁ и R₂ таким образом, чтобы напряжения на этих сопротивлениях компенсировались при протекании токов прямой последовательности, т.е. были равны по величине и противоположны по фазе. Настройка фильтра может в принципе производиться на минимум напряжения небаланса при протекании по первичным обмоткам токов прямой последователь­ности. Однако подобная регулировка затруднительна, так как тре­бует источника трехфазного симметричного тока. В связи с этим настройку фильтра рекомендуется производить в однофазной схеме, когда токи в первичных обмотках ТТ и ТР направлены встречно (рис.47).

В этом случае напряжение на выходе фильтра при его правиль­ной настройке должно равняться по величине напряжениям на со­противлениях R₁ и R₂. Сказанное поясняется векторной диаграм­мой рис. 47.

Так как напряжение на выходе фильтра U_ф является геометри­ческой суммой напряжений на сопротивлениях R₁ и R₂, то для пра­вильно настроенного фильтра равенство всех трех напряжении U_ф, U_R1 и U_R2 (см. векторную диаграмму рис. 47,6) соблюдается при опережении U_R2тока на 60°. Регулировка угла сдвига осуществля­ется изменением сопротивления R₂, подключенного ко вторичной обмотке трансреактора ТР.

Настройку фильтра следует начинать с измерения напряжений U_ri, U_R2 и U_ф при снятой накладке 11-12 (см. рис. 41).

Ток, равный 2I_ном, подводится к выводам 5-6 (обтекаются то­ком по одной из первичных обмоток ТТ и ТР). При изменении нагрузки реактора ТР регулировкой сопротивления R₂ изменяет­ся как величина, так и фаза напряжения U_R2 относительно то­ка в первичной обмотке ТР, Поэтому выравнивание напряжений производится в такой последовательности: изменяется положение движка на R₂ и измеряется напряжение на нем, затем движком ни. R₁ подгоняется величина напряжения U_R1, до нового значе­ния U_R2, после чего повторно измеряется напряжение на выходе фильтра U_ф. Если расхождение величин уменьшилось, продол­жается регулировка R₂ в том же направлении до полного вырав­нивания всех трех напряжений. Если же расхождение между Uф и U_R возросло, то следует движок на R₂ переместить в противо­положную сторону и затем повторить все операции в том же по­рядке.

Расхождение в измерениях не должно превышать 2 %. При нали­чии фазоизмерителя типа ВАФ-85 настройку фильтра удобно про­изводить по углу сдвига между напряжениями U_R1, и U_R2, либо меж­ду током в первичной обмотке трансреактора I_тр и напряжением на его вторичной обмотке U_R2, опережающим вызвавший его ток на 60°. Регулировка угла между U_R1, и U_R2 производится движком сопротивления R₂. Установив угол 120°, движком на R₁ уравнива­ются оба напряжения по величине.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

После настройки фильтра следует измерить и занести в прото­кол величину падения напряжения на сопротивлениях Ur₁ и U_R2 при номинальном токе и токе срабатывания на рабочей уставке. После настройки фильтра любым из указанных способов следует перенести питание с выводов 5-6 на выводы 1-4, поставить пере­мычку между выводами 2-3 и повторить замеры U_R1 и U_R2 при обтекании током двух других первичных обмоток трансформатора ТТ и трансреактора ТР. Расхождение в измерениях, выполненных одним и тем же вольтметром, при симметричной настройке фильтра не должно превышать 5%. Напряжение U_R1 связано с первичным током на входе фильтра через коэффициент трансформации трансформатора ТТ. Поэтому сохранение неизменной величины U_R1 при последующих плановых проверках свидетельствует об исправности и трансформатора ТТ, и сопротивления R₁. После произведённой регулировки фильтра вновь сравнивают токи срабатывания реле при имитации двухфазного короткого замыкания с различным со­четанием замкнутых фаз (А-В, В-C и С-А)

Поэлементная проверки фильтра реле типа РТФ1. Если ре­гулировка фильтра указанными способами не дает требуемых ре­зультатов, то следует произвести проверку отдельных элементов фильтра трансформатора ТТ, трансреактора ТР и регулируемых сопротивлений R₁ и R₂. Эти. проверка требует распайки соединений вторичных обмоток трансформаторов с сопротивлениями.

Проверка трансформатора и трансреактора производится в сле­дующем объеме. Проверяется целостность вторичных обмоток из­мерением их омических сопротивлений постоянному току. Ориен­тировочные значения сопротивлений составляют для ТТ — 1,8 Ом, для ТР — 2,4 Ом. В отсутствии короткозамкнутых витков в обмотках убеждаются снятием вольт-амперных характеристик I₂ = f(U₂) со вторичной стороны при разомкнутых первичных обмотках.

На рис. 48 приведены ори­ентировочные вольт-амперные характеристики для трансформатора  ТТ и трансреактора ТР фильтра реле типа РТФ1; проверяется коэффици­ент трансформации трансфор­матора ТТ (отношение первичного тока к току во вто­ричной обмотке, замкнутой на амперметр) при изменении  первичного тока от 0,5 до 5I_ном. Примерные значения коэффициента трансфор­маций k_T трансформатора ТТ при последовательном соединении первичных обмоток соста­вляют: 2 ± 5 % — для реле с номинальным током 1 А и 10 ± 5 % — для реле с номинальным током 5 А. У трансреактора ТР измеряет­ся сопротивление взаимоиндукции Х_м при обтекании током одной из его первичных обмоток. Для реле с номинальным тиком 1 А оно должно составлять 16-17 Ом, с током 5 А — 3,2-3,4 Ом.

 

Проверка реле фильтровых защит током нагрузки.   Реле подключают к токовым цепям трансформаторов тока. Проверяется чередование фаз токовых цепей и измеряется величина тока в фазах на входе фильтра и ток небаланса на выходе фильтра.

Производится контрольная проверка правильности чередования фаз токов, подведенных к выводам реле, для чего на испытательной крышке блока перекрещиваются (при закороченных токовых цепях) две любые фазы. При этом измеряется ток на выходе фильтра и наблюдается поведение реле Рl и Р2 в РТ2 или РТ в реле РТФ1. Реле срабатывает, если величина тока в фазах на входе фильтра превосходит уставку тока срабатывания реле. Восстанавливается нормальная схема токовых цепей и в обязательном порядке повторно измеряется ток небаланса на выходе фильтра.

При новом включений реле типа РТ2, если оно совпадает по времени с комплексными испытаниями генератора, имеется возможность проверить первичный ток срабатывания реле на рабочей уставке и измерить ток небаланса при максимальной величине сим­метричного тока искусственного короткого замыкания на выводах генератора .

Ток срабатывания измеряемся при перекрещенных двух фазax на входе фильтра, а ток небаланса — после восстановления нормальной схемы присоединения реле к токовым цепям.

 

Список литературы

 

1. Правили технического обслуживания устройств релейной защиты, электроавтоматики, дистанционного управления и сигнализации электростанций и подстанций 110-750 кВ. — М.: СПО Союзтехэнерго, 1989.

2. Правила технического обслуживания устройств релейной защиты и электроавтоматики электрических сетей 0_,4-35 кВ. — М.: СПО Союзтехэнерго, 1989.

3. Инструкция по проверке и наладке реле тока и напряжения серий ЭТ, РТ, ЭН, РН. — М.: СПО Союзтехэнерго, 1979.

4. Koкoвин В. Е. Реле направлений мощности обратной последовательности. — М.: Энергия, 1970.

5. Алексеев В.С., Варганов Г,П., Панфилов Б.И., Розенблюм Р.3. Реле защиты. — М : Энергия, 1976.

6. Кузнецов Ф.Д., Белотелов А. К. Техническое обслужива­ние релейной зашиты и автоматики электростанций и элек­трических сетей. Ч.1: Электромеханические реле. — М.: Из-дво НЦ ЭНАС, 1999.

 

 

Оглавление

Предисловие

Глава 1.   Реле дифференциальных защит серий РНТ и ДЗТ10

1.1. Принцип действия и краткое описание реле серий РНТ и ДЗT10

1.2.                Основное технические данные реле серий РНТ и ДЗТ10

1.3.   Техническое обслуживание дифференциальных защит с реле серий РНТ и ДЗТ10

Глава 2.   Реле направления мощности

2.1.   Общая характеристика

2.2.   Схемы включения реле направления мощности

2.3.   IIpовepкa реле направления мощности 

Глава 3.   Реле фильтровых защит от токов обратной последовательности РТ2 и РТФ1  

3.1.   Принцип действия и описание реле РТ2 и РТФ1

3.2.   Схемы включения реле фильтровых защит

3.3.   Проверка и застройка реле фильтровых защит

 

Список литературы