Тема 4.1: Проверка и настройка дифференциальных реле и реле направления мощности

Реле тока дифференциальные РНТ-565, РНТ-567, ДЗТ-11 состоят из насыщающего трансформатора тока и исполнительного органа - реле РТ-40.

Электромагнитные токовые реле с быстронасыщающимися трансформаторами тока (БНТ) предназначены для выполнения дифференциальной защиты генераторов, электродвигателей, трансформаторов и шин.

Быстронасыщающийся трансформатор работает как обычный трансформатор, если через его первичную обмотку проходит переменный ток нормальной частоты с симметричной формой кривой, т.е. ток, каждый период которого состоит из положительного и отрицательного полупериодов. В этом случае (рис. 5.30 а) магнитный поток и пропорциональная ему магнитная индукция в сердечнике БНТ изменяется от положительного (В'_макс) до отрицательного (В" _макс) максимального значения, создавая большую э.д.с. на вторичной обмотке и достаточный для работы реле ток.

Иначе работает БНТ, если через его первичную обмотку проходит ток с несимметричной формой кривой, т.е. ток, у которого каждый период состоит из одних положительных или одних отрицательных полупериодов, или же из положительных полупериодов с большой амплитудой и отрицательных полупериодов с малой амплитудой (или наоборот). В этом случае (рис. 4.30 б) магнитный поток и магнитная индукция в сердечнике БНТ будут изменяться только от положительного максимального значения В _макс до значения В_а

Поэтому на вторичной обмотке будет создаваться небольшая э.д.с, под влиянием которой в реле проходит ток, недостаточный для его работы. Это свойство БНТ используется для того, чтобы отличать токи к.з. от тока намагничивания силового трансформатора или тока небаланса.

Токи к.з. имеют несимметричную форму лишь в первый момент времени и по истечении нескольких периодов становятся симметричными, как показано на рис. 5.30 а. Поэтому они хорошо трансформируются через БНТ и приводят в действие реле.

Токи намагничивания силовых трансформаторов при их включении под напряжение имеют несимметричную форму кривой, как показано на рис.5.30 б, и поэтому плохо трансформируются через БНТ и не приводят в действие реле.

Токи небаланса достигают больших величин в первые периоды к.з., когда они имеют, как правило, несимметричную форму и поэтому трансформируются через БНТ также плохо, как и токи намагничивания.

Таким образом, из рассмотренного следует, что при включении токовых реле через БНТ они становятся нечувствительными к токам намагничивания силовых трансформаторов и токам небаланса, что дает возможность повысить чувствительность защиты. В то же время реле с БНТ надежно срабатывают при к. з. в зоне защиты.

При наладке дифференциальных реле серии РНТ необходимо помнить, что работа реле с разомкнутой короткозамкнутой обмоткой не рекомендуется, так как это приводит к изменению МДС срабатывания и ухудшению отстройки от бросков апериодических токов. Не рекомендуется также изменять ток срабатывания реле изменением положения указателя на шкале или изменять угол закручивания спиральной пружины. Если число витков рабочей обмотки меньше расчетного, то допускается последовательное соединение рабочей и уравнительной обмоток (для реле РНТ-565). Расчетное число витков определяется как сумма витков, включенных на обеих обмотках. Число витков дифференциальной обмотки при расчете округляют до ближайшего целого числа в меньшую сторону.

Значение сопротивления в цепи короткозамкнутой обмотки задается вместе с уставками. При его отсутствии можно пользоваться следующими ориентировочными данными:

- защита генераторов и электродвигателей - 10 Ом;

- защита шин - 10 Ом;

- защита мощных трансформаторов (автотрансформаторов) - 3-4 Ом;

- защита трансформаторов собственных нужд электростанции - 1,5-3 Ом.

Все проверки реле производятся непосредственно на па нели защиты с тех зажимов панели, к которым подводятся жилы кабелей от соответствующих трансформаторов тока.

Проверка исполнительного органа. Проверка калибровки исполнительного реле производится подачей в его обмотку синусоидального тока по схеме рис. 5.31.

Реле должно срабатывать при токе 0,16-0,17 А и напряжении 3,5-3,6 В. При отличии параметров срабатывания от указанных величин исполнительный орган необходимо откалибровать. Для этого указатель реле отводится вправо до отказа и при токе 0,16-0,17 А фиксируется взаимное положение якоря и магнитопровода, при котором напряжение на обмотках реле станет 3,5-3,6 В.

Регулировка осуществляется перемещением сердечника магнитопровода, коррекция в небольших пределах - левым упорным винтом. Установив указатель в рабочее положение (против риски) и изменяя натяжение пружины, добиваются тока срабатывания реле 0,16-0,17 А. Производится повторное измерение напряжения срабатывания, которое не должно выходить за пределы 3,5-3,6 В. При регулировке тока срабатывания следят за тем, чтобы при возможном ослаблении пружины якорь касался левого упора. Проверяется коэффициент возврата, который не должен быть ниже 0,8. Регулировка коэффициента возврата производится конечным положением якоря под полюсами (правый упорный винт) и изменением нажатия контактных пружин.

Напряжение на обмотке реле измеряется вольтметром с R_BH не менее 2000 Ом, тока - амперметром типа Э513/4 или Э525.

Проверка МДС и первичного тока срабатывания. Магнитодвижущая сила срабатывания проверяется для каждого плеча защиты при максимальных витках на всех используемых обмотках. На короткозамкнутой обмотке выставляется заданное значение сопротивления Rk. Проверка производится по схеме рис. 5.31 б или от установки типа У5052. Во избежание искажения формы кривой тока питание для реостатной схемы берется от линейного напряжения, а на нагрузочном блоке К514 установки У5052 устанавливается предвключенное сопротивление на наибольшую возможную по допустимому току величину (200, 70 или 20 Ом). Магнитодвижущая сила срабатывания, равная произведению тока в плече защиты на суммарные выставленные витки в этом плече, должна быть 100 ± 5 А. Подрегулировка осуществляется изменением величины Rш. Регулировка МДС срабатывания изменением калибровки исполнительного органа недопустима.

После того как выставлены расчетные витки, проверяется ток срабатывания и возврата для каждого плеча защиты. Коэффициент возврата реле по первичному току может отличаться от коэффициента возврата исполнительного органа в ту или иную сторону, так как он зависит от соотношения между шунтирующим сопротивлением R_Ш и полным сопротивлением Z исполнительного органа.

Работа контактов реле проверяется при питании одной из рабочих обмоток током от 1,05I_СР до максимально возможного тока КЗ.

Проверка правильности выполнения короткозамкнутых обмоток. Измеряется ток срабатывания в одном из плеч защиты при разомкнутой обмотке. Ток срабатывания должен уменьшиться на 20-30%. В случае сомнения в правильности выполнения обмоток производится измерение тока в цепи амперметром, включенным в разрыв вывода 9 реле (обозначения выводов реле указаны в соответствии с заводской документацией). При первичном токе, соответствующем F_cр = 100 А, отсутствие тока в обмотках укажет на их неправильное включение.

Проверка коэффициента надежности. Коэффициент надежности определяется по току в исполнительном органе без нарушения его уставки. Для этого вместо перемычки 11-12 в цепи реле включается амперметр типа Э525 на пределе измерения 0,5 А. Якорь реле заклинивается в отпавшем положении. В первичную обмотку подается ток, соответствующий первичным МДС, равным F_cр, 2F_cp и 5F_cр. Отношение токов исполнительного реле при 2F_cр и 5F_cр к току при F_cр и будет коэффициентом надежности при данной кратности:

Отклонения коэффициента надежности в сторону его снижения могут быть объяснены несоответствием параметров магнитопровода техническим условиям. У этих реле допускается снизить ток срабатывания реле РТ-40 до 0,16 А, оставив при этом МДС срабатывания, равной 100 А. Если в этом случае коэффициент надежности будет ниже нормы, то реле бракуется.

В отличие от РНТ, реле серии ДЗТ не имеют коротко-замкнутой обмотки, что несколько ухудшает отстройку от токов небаланса при наличии апериодической составляющей. Проверка исполнительного органа производится аналогично реле серии РНТ.

Проверку отсутствия взаимной индукции между тормозной и вторичными обмотками промежуточных трансформаторов реле ДЗТ-11 выполняют при подаче в тормозную обмотку м.д.с. торможения, которая будет иметь место при рабочей уставке и максимальном токе к.з. вне зоны дифференциальной защиты соответствующей стороны защищаемого трансформатора. Измеряют напряжение на разомкнутой вторичной обмотке реле ДЗТ. При м.д.с. тормозной обмотки, равной 150 А, напряжение на вторичной обмотке не должно быть более 0,1 В.

Проверку контрольных точек тормозных характеристик реле ДЗТ-11 производят при подаче синусоидального тока от источника с регулировочным реостатом в рабочую обмотку и тока от другого аналогичного источника в тормозную обмотку. Для изменения разности фаз тормозную обмотку питают через фазорегулятор или подключают обмотки поочередно к различным линейным и фазным напряжениям трехфазной сети переменного тока (рис. 5.32).

При указанных в табл. 5.2. значениях рабочих и тормозных м. д. с. реле срабатывает (контрольная точка «срабатывание») или не срабатывает (контрольная точка «торможение») при любой разности фаз (от 0 до 360°) между рабочим и тормозным токами.

Если м.д.с. срабатывания отличается от значений, приведенных в табл. 7.5., больше чем на ± 10%, снимают тормозную характеристику реле до м.д.с. торможения 800- 1000 А.

Проверяют надежность работы контактов реле при изменении тока от 1,05I_ср до5 I_ср.

Окончательно проверяют затяжку винтовых соединений. Устанавливают витки обмоток в соответствии с уставками. Реле закрывают крышкой. Измеряют токи срабатывания реле на рабочих уставках со стороны каждого «плеча» защиты. Рабочие, уравнительные и тормозные обмотки реле при этом включают по той схеме, по которой они будут включены в цепях трансформаторов тока.

Для реле ДЗТ измеряют токи срабатывания без торможения и с включенным торможением (последнее, если по тормозной характеристике возможно срабатывание реле при заданных уставках торможения).

Проверка тормозных характеристик. Максимальный эффект торможения имеет место при угле сдвига фаз между токами в тормозной и рабочей обмотках, равном нулю или 180°. Полученная тормозная характеристика должна располагаться ниже верхней граничной характеристики, гарантируемой заводом (рис. 5.33).

Индукционное реле мощности реагирует на значение и направление мощности и имеет замкнутую магнитную систему, две обмотки, одна из которых подключена к трансформатору тока, а другая к трансформатору напряжения. Реле направления мощности применяют в схемах релейной защиты для выявления линии, на которой произошло короткое замыкание.

Схемы магнитной системы и внутренних соединений реле направления мощности серии РБМ показаны на рис. 5.17 и рис. 5.18.

Каждая обмотка создает магнитный поток, один из которых пропорционален току цепи, а другой - напряжению цепи, тогда вращающий момент, действующий на подвижный алюминиевый цилиндрический ротор, в котором индуцируются вихревые токи, будет пропорциональным мощности на зажимах реле, а его направление вращения зависит от направления этой мощности. Изменение направления тока в токовой обмотке реле направления мощности при изменении направления первичного тока показано на рис. 5.19.

Реле направления мощности типа РБМ-170, как показано на рис. 5.17, состоит из замкнутого стального магнитопровода 1, с четырьмя выступающими внутрь полюсами, на которых расположены обмотки реле. Токовая обмотка 2 расположена на двух противоположных полюсах 8 и 4 и создает проходящий через них магнитный поток Ф_T.

Обмотка напряжения 5 расположена на ярме и состоит из четырех секций, которые соединены между собой так, чтобы создаваемый ими магнитный поток Ф_Н проходил через полюсы 6 и 7. Таким образом, магнитные потоки Ф_Т и Ф_Н сдвинуты в пространстве относительно друг друга на угол 90°.

Между полюсами расположен внутренний стальной сердечник 8 и алюминиевый ротор 9, имеющий форму стакана, укрепленный на оси 10. Полированные концы оси 11 вращаются в верхнем подпятнике 12 и нижнем подпятнике 13. На оси 10, на изоляционной колодке укреплен подвижной контактный мостик 14, который при срабатывании реле замыкает неподвижные контакты 15 и 16.

Возврат реле в исходное положение происходит под воздействием спиральной противодействующей пружины 17.

Взаимодействие магнитных потоков Ф_Т и Ф_Н с индуктированными ими токами в стенках ротора создает на роторе вращающий момент.

Номинальное напряжение реле 100 В. Коэффициент возврата не менее 0,6. Потребляемая мощность цепи тока при номинальном токе не превышает 10 ВА. Проверка потребляемой мощности цепью тока производится измерением падения напряжения на обмотке тока при прохождении номинального тока 5 или 1 А. Проверка потребляемой мощности цепью напряжения производится измерением тока в цепи обмотки напряжения при подаче на нее номинального напряжения 100 В. Мощность срабатывания реле (чувствительность) при номинальном токе и потребляемая мощность цепей напряжения при номинальном напряжении и частоте 50 Гц должны соответствовать данным табл. 5.1.

Время срабатывания реле при 3-кратной мощности срабатывания, при угле максимальной чувствительности (определение см. ниже) и одновременном включении тока и напряжения не более 0,04 с для реле РБМ-171, РБМ-271, РБМ-177 и РБМ-277 и не более 0,05 с для реле РБМ-178 и РБМ-278. Время размыкания контактов при сбросе до нуля тока, равного I_Н - 30I_Н, и номинальном напряжении или одновременном отключении тока и напряжения, а также при перемене направления мощности не превышает 0,05 с.

При снятии обратной мощности продолжительность замкнутого состояния контактов реле одностороннего действия вследствие отброса подвижной системы не более 0,04 с.

Цепи тока реле длительно выдерживают ток до 1,1I_Н, а в течение 1с - 30I_Н.

Реле РБМ-178 и РБМ-278 допускают включение па напряжение, равное номинальному, на время 60 с, реле РБМ-177, РБМ-277, РБМ-171 и РБМ-271 длительно выдерживают напряжение 1,1U_H.

Изменение направления токов в обмотках реле направления мощности при одном и том же направлении первичного тока может быть получено при изменении схемы подключения их к трансформатору тока (рис. 5.20 а) или к трансформатору напряжения (рис. 5.20 б).