Назначение короткозамыкателя
Назначение короткозамыкателя
Октябрь 21st, 2012
Рубрика: Высоковольтное электрооборудование, Электрооборудование
Здравствуйте, уважаемые посетители сайта «Заметки электрика».
Еще перед летним отпуском в этом году, мы выводили в ремонт силовой трансформатор 110/10 (кВ) мощностью 63 (МВА). Ремонтная бригада производила замену разрядников на стороне 110 (кВ) на ОПН. А мы в это время занимались полной проверкой релейной защиты и автоматики этого самого трансформатора.
Схема электроснабжения данной подстанции выстроена с высокой стороны на отделителях и короткозамыкателях. Вот я и решил написать об этом более подробно. Тема сегодняшней статьи будет называться короткозамыкатель. Я Вам расскажу про назначение и применение короткозамыкателя, а также про принцип его работы.
Назначение короткозамыкателя
Короткозамыкатель – это коммутационный аппарат, который необходим для создания искусственного короткого замыкания в электрической цепи.
Смысл его работы заключается в следующем. При внутреннем повреждении силового трансформатора включается короткозамыкатель и создает искусственное короткое замыкание. В это время на питающей подстанции релейная защита реагирует на ток искусственного короткого замыкания и отключает питающую линию, а соответственно, и силовой трансформатор от сети.
Короткозамыкатель может устанавливаться либо на одном полюсе, в электроустановках напряжением 110 (кВ) и выше, либо на двух полюсах, в электроустановках напряжением 35 (кВ).
В моем примере на одной подстанции короткозамыкатель установлен в ОРУ на стороне 110 (кВ) в фазе В, а на другой — в фазе С и А.
На фотографии выше видно, что короткозамыкатель КЗ-110 установлен в фазе В.
А на этой фотографии на одном вводе короткозамыкатель КЗ-110 установлен в помещении ЗРУ в крайней фазе С, а на другом вводе — в фазе А.
В общем это зависит в том числе и от конструктивных особенностей подстанции.
При установке короткозамыкателя высоковольтный выключатель на стороне 110 (кВ) не требуется, что значительно упрощает и удешевляет монтаж такого электрооборудования примерно на 40-50%, не теряя при этом надежность.
Хотя признаюсь Вам, что при написании своего дипломного проекта на тему: «Модернизация главной распределительной подстанции» я ушел от применения короткозамыкателей и отделителей, и установил на сторону 110 (кВ) вакуумные высоковольтные выключатели ВБЭ-110. На то это и дипломный проект, чтобы показать и доказать, что данная модернизация и расчеты имели право на жизнь.
На нашем предприятии имеются две главные распределительные подстанции (ГПП) напряжением 110/10 (кВ), где установлены короткозамыкатели. И у обеих подстанций схемы немного различаются. Давайте разберем работу короткозамыкателя на каждой из этих подстанций.
Работа короткозамыкателя без отделителя
Представляю Вашему вниманию электрическую принципиальную схему подстанции ГПП-1 110/10 (кВ) ввода № 1.
Питание силового трансформатора Т-1 осуществляется по воздушной линии 110 (кВ) через линейный разъединитель ЛР-110.
Вот этот самый силовой трансформатор Т-1 110/10 (кВ) мощностью 63 (МВА) .
На стороне 110 (кВ) в сторону линии установлен заземляющий нож ЗН для обеспечения электробезопасности при проведении ремонтных работ.
Как Вы видите, короткозамыкатель КЗ-110 установлен на стороне 110 (кВ) без отделителя.
В таком случае при внутреннем повреждении силового трансформатора Т-1 включается короткозамыкатель, который создает искусственное короткое замыкание на воздушной линии.
Под действием искусственного тока короткого замыкания релейная защита на питающей подстанции отключает с помощью выключателя эту линию. Линия остается без напряжения до выяснения конкретных причин повреждения силового трансформатора Т-1.
Работа короткозамыкателя с отделителем
А вот схема питания ГПП-2 110/10 (кВ) немного отличается от предыдущей схемы.
Питание силового трансформатора Т-1 осуществляется по воздушной линии 110 (кВ) через линейный разъединитель ЛР-110 и отделитель ОДЗ-110.
В данной схеме, в отличии от предыдущей, установлен отделитель ОДЗ-110. Устанавливается он на всех трех полюсах. Более подробно про отделитель я напишу в отдельной статье. Чтобы не пропустить, подпишитесь на получение извещения о выходе новых статей на сайте.
В нормальном режиме работы силового трансформатора Т-1 все три силовых контакта отделителя замкнуты.
А при возникновении внутреннего повреждения силового трансформатора Т-1 срабатывает короткозамыкатель, который создает искусственное короткое замыкание на воздушной линии.
Под действием искусственного тока короткого замыкания релейная защита на питающей подстанции отключает с помощью высоковольтного выключателя эту линию. И только после того, как линия отключится, в эту бестоковую паузу отключается отделитель, размыкая свои силовые контакты и тем самым отделяя поврежденный силовой трансформатор от сети.
Выглядит это следующим образом. Специально для Вас я снял видео работы короткозамыкателя в паре с отделителем.
Затем на этот высоковольтный выключатель на питающей подстанции действует АПВ (автоматическое повторное включение) и он включается. Линия снова становится под напряжение.
Эта схема немного сложна тем, что в ней необходима более точная и четкая слаженность работы релейной защиты на срабатывание короткозамыкателя и отделителя, а также высоковольтного выключателя на питающей подстанции. Этому способствуют различные виды блокировки устройств релейной защиты и автоматики, а также своевременное обслуживание приводов короткозамыкателя и отделителя.
Вот поэтому к релейной защите и предъявляются такие основные требования, как селективность (избирательность), быстродействие, чувствительность и надежность.
Но Вы только представьте себе, что произойдет, если релейная защита сработает не слаженно, и отделитель будет разрывать ток искусственного короткого замыкания. Это приведет к очень большим последствиям и аварии на подстанции.
Резервная токовая защиты
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.
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.
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.
Видео: Релейная защита. Вводная лекция
Что такое релейная защита, для чего она нужна. Основные характеристики, которыми должна обладать релейная защита.
Что входит в сервисный ремонт и ревизию ТП
Таким образом в состав обслуживающих мероприятий трансформаторной подстанции, которые выполняют наши специалисты, входит:
- Осмотр строительной части подстанции, что включает исправность дверей, ограждений, наличие замков и прочее.
- Проверка электрической части: освещения, наличие схем РП, ТП, и соответствие схемы натуре.
- силовых трансформаторов, от внешнего осмотра до высоковольтных испытаний повышенным напряжением промышленной частоты.
- Проверка работы вакуумных, масляных выключателей, контакторов.
- Проверка работы микропроцессорной защиты.
- Осмотр шинного моста.
- Проверка работы распределительных устройств 6 (10) кВ.
- Поверка измерительных трансформаторов тока и напряжения.
- Поверка и тепловизионное исследование на наличие нагрева контактных соединений токоведущих шин и кабелей.
- Проверка кабельных линий 10 кв.
- Проверка и испытания отходящих фидеров воздушных линий электропередач в комплексе: высоковольтный выключатель и отходящая ЛЭП 6 (10) кВ с проверкой линейных разъединителей, заземлений, провисов проводов.
- Опробование устройства АВР и АПВ
- Ремонтно-восстановительные работы (кабельные линии, коммутирующие устройства, релейные аппараты, средства автоматики, освещение).
Конструктивные особенности приборов
Чтобы правильно выбрать оборудование, нужно иметь четкое представление о том, как устроена трансформаторная подстанция и каковы ее функциональные возможности.
Стандартный перечь оборудования трансформаторной подстанции:
- РУ (распределительное устройство;
- силовые трансформаторы;
- автоматизированное управление и защита;
- дополнительная техника.
Изготавливается вся аппаратура на заводах и поставляется на место предполагаемого монтирования в блочном либо полностью собранном виде.
Функцию защиты ТП выполняют разрядники, они контролируют снижение нагрузки и отключение устройств.
Силовой трансформатор
Трансформатор – главное преобразующее электрическую энергию устройство, которое состоит из следующих модулей:
- шихтованный магнитопровод;
- обмотка вводов стороны НН (низкого напряжения);
- обмотка вводов стороны ВН (высокого напряжения);
- основа, имеющая форму герметичного бака, который наполнен маслом;
- реле настройки обмоток и отводов;
- масляная система;
- дополнительные устройства.
Автоматические выключатели
Во время работы КТП нужно выводить из строя или подключать под напряжение в целях профилактического обслуживания либо при аварийных ситуациях и поломках.
Для этого применяются коммутационные устройства, которые производят:
- коммутирование только рабочих нагрузок;
- отключение аварийных токов максимально возможных величин;
- обеспечение разрыва видимого участка электросхемы благодаря переключению только обесточенного оборудования.
Коммутационные приборы, также называемые автоматическими выключателями, работают в авторежиме и отключают аварийные ситуации. Они изготавливаются с разными уровнями коммутации напряжения в силу конструктивных особенностей.
По методу потребления накопленной электрической энергии, заложенного в работу приспособления, они делятся на пружинные, давления, грузовые и электромагнитные, по принципу гашения электродуги, которая возникает при выходе из строя, – электрогазовые, воздушные, вакуумные, автогазовые, масляные, автопневматические и электромагнитные.
Выключатели нагрузки
Для контроля исключительно рабочих порядков, имеющих только номинальные характеристики сети, создаются выключатели нагрузки. Их системная мощность и скорость дают возможность успешно переключаться в обычном положении схемы. Но на них нельзя рассчитывать для устранения коротких замыканий.
Если электрическая цепь разрывается, под нагрузкой образовывается электрическая дуга, которая истребляется механизмом выключателя. В схеме, отключенной от напряжения, для того чтобы обесточить необходимые участки, применяют более простые приспособления: отделители – за счет создания бестоковой паузы автоматически разделяют напряжение с защищаемого участка удаленным выключателем, и разъединители – ими оперируют вручную при обесточенной системе.
На КТП 330 и выше кВ регулирование разъединителями производится электрическими двигателями, что обусловлено механическими усилиями и большими размерами, которые трудно преодолеть вручную.
Преимущества
Список преимуществ элегазовых подстанций огромен. Это объясняет популярность представленных трансформаторных устройств. К преимуществам относится следующее:
- Техническое обслуживание в процессе эксплуатации установки практически не требуется. Это преимущество техники объясняется заполнением корпуса элегазом.
- Высокая пожаро- и взрывобезопасность обеспечиваются применением при создании изоляционной среды, хладагента гексафторида серы. На предприятии не требуется устанавливать оборудование для тушения пожара, дополнительную масляную емкость.
- Технические особенности позволяют эксплуатировать установку не менее 35 лет.
- Внутреннее давление относительно невелико. Принцип заполнения короба дополнительно обеспечивает взрывобезопасность систем.
- Для различных областей эксплуатации применяется оборудование от 35 до 2000 А.
- Уделять большое внимание обслуживанию трансформатора не потребуется. Это сокращает расходы предприятия.
- Технический контроль качества производится производителем на всех этапах производства.
- Трансформаторные устройства представленной категории характеризуются компактными габаритами.
- В ходе технического оснащения подстанции возможно коммутировать подобные установки с оборудованием других разновидностей. Это позволит рационально использовать свободное пространство помещения.
- Работа установки характеризуется низким уровнем шума.
- Не требуется расширительный бак. Это позволяет уменьшить высоту конструкции. Появляется больше возможностей для установки агрегата в различных помещениях.
При нынешнем техническом развитии энергетической отрасли ведутся новые разработки, позволяющие усовершенствовать конструкцию элегазового оборудования. Специалисты утверждают, что подобная аппаратура со временем вытеснит масляные разновидности силовых трансформаторов.