Продольная дифференциальная защита тр-ра, особенности.

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 14Следующая ⇒

Область применения и принцип действия. Дифференциальная защита применяется в качестве основной быстродействующей защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Ввиду ее сравнительной сложности дифференциальная защита устанавливается в следующих случаях:

на одиночно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6300 кВА и выше;

на параллельно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 4000 кВА и выше;

на трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности при КЗ на выводах низшего напряжения ( k ч < 2), а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 1 с.

Рис. 4.1. Прохождение тока КЗ и действие максимальной токовой защиты при повреждении одного из параллельно работающих трансформаторов (автотрансформаторов).

При параллельной работе трансформаторов (автотрансформаторов) дифференциальная защита обеспечивает не только быстрое, но и селективное отключение поврежденного трансформатора (автотрансформатора), что поясняется на рис. 4.1. Если параллельно работающие трансформаторы Т1 и Т2 оснащены только максимальными токовыми защитами, то при повреждении на вводах низшего напряжения трансформатора, например в точке К, подействуют максимальные токовые защиты обоих трансформаторов, а так как их выдержки времени одинаковы, отключатся оба трансформатора. Дифференциальная защита, действующая без выдержки времени, обеспечивает в рассмотренном случае отключение только поврежденного трансформатора.

Для выполнения дифференциальной защиты трансформатора {автотрансформатора) устанавливаются ТТ со стороны всех его обмоток, как показано на рис. 4.2 для двухобмоточного трансформатора. Вторичные обмотки ТТ соединяются в дифференциальную схему и параллельно к ним подключается токовое реле. Аналогично выполняется дифференциальная защита автотрансформатора. При рассмотрении принципа действия дифференциальной защиты условно принимается, что защищаемый трансформатор имеет коэффициент трансформации, равный единице, одинаковое соединение обмоток и одинаковые ТТ с обеих сторон.

Согласно выражению (7.2) при прохождении через трансформатор сквозного тока нагрузки или КЗ ток в реле равен: I_Р= I₁- I₂.

Рис. 4.2. Принцип действия дифференциальной защиты трансформатора (автотрансформатора):
а — токораспрсделение при сквозном КЗ;
б — то же при КЗ в трансформаторе (в зоне действия дифференциальной защиты)

При принятых выше условиях и пренебрегая током намагничивания трансформатора, который в нормальном режиме имеет малое значение, можно считать, что первичные токи равны I i = I п и, следовательно, вторичные токи I ₁= I ₂. С учетом этого Iр= I₁- I₂= ().

Таким образом, если схема дифференциальной защиты выполнена правильно и ТТ имеют точно совпадающие характеристики, то при прохождении через трансформатор тока нагрузки или внешнего КЗ ток в реле отсутствует и дифференциальная защита на такие режимы не реагирует.

Практически вследствие несовпадения характеристик ТТ вторичные токи не равны I _1? I ₂и поэтому в реле проходит ток небаланса, т. е.

Iр= I₁- I₂= I_Р.НБ

Для того чтобы дифференциальная защита не подействовала от тока небаланса, ее ток срабатывания должен быть больше этого тока, т. е.

I с, з = k н I р, нб (8.1)

При КЗ в трансформаторе или любом другом месте между ТТ направление токов I _II и I ₂ изменится на противоположное, как показано на рис. 4.2, б. При этом ток в реле согласно (7.9) станет равным

I_Р = I_I + I₂

или:

Таким образом, при КЗ в зоне дифференциальной защиты в реле проходит полный ток КЗ, деленный на коэффициент трансформации трансформаторов тока. Под влиянием этого тока защита срабатывает и производит отключение поврежденного трансформатора.

Особенности, влияющие на выполнение дифференциальной защиты трансформаторов (автотрансформаторов). Наличие намагничивающего тока, проходящего только со стороны источника питания. Даже в том случае, когда трансформатор (автотрансформатор) имеет коэффициент трансформации, равный единице, и одинаковое соединение обмоток, ток со стороны источника питания больше тока со стороны нагрузки на значение намагничивающего тока.

Намагничивающий ток в нормальном режиме составляет примерно 1—5 % номинального тока трансформатора (автотрансформатора) и поэтому вызывает лишь некоторое увеличение тока небаланса. Иные явления происходят при включении холостого трансформатора (автотрансформатора) под напряжение или при восстановлении напряжения после отключения КЗ. В этих случаях в обмотке трансформатора (автотрансформатора) со стороны источника питания возникает бросок намагничивающего тока, который в первый момент времени в 5—8 раз превышает номинальный ток трансформатора (автотрансформатора), но быстро, в течение 1 с, затухает до значения порядка 20 % номинального тока.

Рис. 4.3. Соотношение вторичных токов в схеме дифференциальной защиты трансформатора и схемы включения промежуточного автотрансформатора тока для выравнивания вторичных токов.

Для предотвращения ложного срабатывания дифференциальной защиты от броска намагничивающего тока ток срабатывания защиты должен быть больше максимального значения намагничивающего тока, т. е.

ток I нам.max зависит от конструкции трансформатора (автотрансформатора), момента его включения под напряжение и ряда других условий, чрудно поддающихся учету. Поэтому при расчетах дифференциальной защиты ток срабатывания определяется по формуле

где I ном —Для трансформаторов номинальный ток обмотки, имеющей наибольшую мощность; для автотрансформаторов — номинальный ток, определенный по его типовой мощности; k н—коэффициент надежности отстройки, принимаемый равным 1—4 в зависимости от типа реле, используемых в схеме дифференциальной защиты.

Автотрансформаторы характеризуются двумя значениями мощности: номинальной или проходной мощностью s_hom и типовой или расчетной мощностью S _ТИП. Номинальной мощностью автотрансформатора называется та предельная мощность, которая может быть передана через автотрансформатор на стороне высшего напряжения. Типовой мощностью автотрансформатора называется мощность, на которую рассчитаны его обмотки. Номинальная (проходная) и типовая (расчетная) мощности находятся между собой в следующем соотношении;

где

U_В — номинальное высшее напряжение; U c — номинальное среднее напряжение.

Неравенство вторичных токов и разнотипность трансформаторов тока. Поскольку у трансформаторов и автотрансформаторов токи со стороны обмоток высшего, среднего и низшего напряжений не равны, трансформаторы тока, выбираемые по номинальным токам обмоток, имеют разные коэффициенты трансформации и различное конструктивное выполнение. Вследствие этого они имеют различные характеристики и погрешности.

Номинальные токи обмоток трансформаторов (автотрансформаторов), как правило, не совпадают со шкалой номинальных токов ТТ. Поэтому при выборе ТТ принимается трансформатор тока, номинальный ток которого является ближайшим большим по отношению к номинальному току обмотки трансформатора (автотрансформатора).

Так, например, номинальные токи обмоток трансформатора мощностью 5600 кВА, напряжением 35 / 6, 6 кВ составляют;

со стороны обмотки 35 кВ

со стороны обмотки 6, 6 кВ

При определенных выше номинальных токах ТТ должны иметь коэффициенты трансформации: со стороны 35 кВ—100 / 5 и со стороны 6, 6 кВ — 600 / 5.

При этом вторичные токи ТТ составляют (рис. 4.3, а):

со стороны обмотки 35 кВ

со стороны обмотки 6, 6 кВ

Таким образом, вследствие неравенства вторичных токов в плечах дифференциальной защиты в дифференциальном реле при номинальной нагрузке трансформатора проходит ток небаланса, равный:

При сквозном КЗ этот ток возрастает пропорционально току КЗ, а также вследствие возрастания погрешностей ТТ, имеющих неодинаковые характеристики, что может вызвать ложное действие дифференциальной защиты.

Поэтому для снижения тока небаланса, вызванного неравенством вторичных токов ТТ дифференциальной защиты, производится выравнивание этих токов путем включения специальных промежуточных автотрансформаторов тока TL или путем использования выравнивающих или уравнительных обмоток дифференциальных реле (см. ниже).

Промежуточные автотрансформаторы тока, как показано на рис. 4.3, б и в, могут включаться со стороны обмотки как низшего, так и высшего напряжения. Рекомендуется включать их со стороны более мощных ТТ.

Для рассмотренного выше трансформатора промежуточный автотрансформатор тока TL, установленный со стороны 6, 6 кВ (рис. 4.3, б), должен повышать ток с 4, 08 до 4, 62 А, т. е. должен включаться как повышающий и иметь коэффициент трансформации:

Рис 4.4. Прохождение токов в обмотках трансформатора с соединением обмоток по схеме звезда—треугольник и векторные диаграммы токов, поясняющие образование углового сдвига.

При установке промежуточного автотрансформатора тока со стороны 35 кВ (рис. 4.3, б) он должен понижать ток с 4, 62 до 4, 08 А, т. е. должен включаться как понижающий и иметь коэффициент трансформации

Неодинаковые схемы соединения обмоток трансформаторов. Рассмотренные выше соотношения токов в схеме дифференциальной защиты справедливы только для трансформаторов, имеющих одинаковые схемы соединения обмоток: звезда—звезда или треугольник—треугольник. При неодинаковых схемах соединения обмоток, например звезда—треугольник, эти соотношения несправедливы, так как токи со стороны обмотки, соединенной в звезду, и токи со стороны обмотки, соединенной в треугольник, оказываются сдвинутыми относительно друг друга на некоторый угол, который зависит от схемы соединения обмоток. Угловой сдвиг токов создает большие токи небаланса в реле дифференциальной защиты. Прохождение токов через трансформатор с соединением обмоток звезда— треугольник и векторные диаграммы, поясняющие образование углового сдвига, показаны на рис 4.4.

Как видно, токи в фазах обмотки, соединенной в звезду, I _АI, I _ВI I _CI и в фазах обмотки, соединенной в треугольник, I _A, I _B, I _C (рис. 4.4, б и в) не имеют углового сдвига. Однако в месте установки трансформаторов тока ТА2 со стороны обмотки, соединенной в треугольник, проходят токи, равные геометрической разности фазных токов (рис. 4.4, г); так, в фазе A II проходит ток I _AII, равный разности фазных токов I _A, и I _Bт.е. I _AII = I _A, - I _B, аналогично в фазе B II проходит ток I в_II= I в — I с и в фазе C II ток I с_II = I с — I b. Эти токи, как видно из векторной диаграммы на рис. 4.4, г и д, сдвинуты относительно токов I _АI, I _ВI I _CI на угол 330° по движению часовой стрелки (или на 30° против движения часовой стрелки). Соединение обмоток трансформатора по схеме звезда—треугольник, создающее такой угол между токами, называется 11-й группой.

Рис. 4 5. Прохождение токов и векторные диаграммы токов в схеме дифференциальной защиты трансформатора с соединением обмоток по схеме звезда—треугольник, поясняющие принцип компенсации углового сдвига.

Из рис. 4.4, д видно, что даже при равенстве первичных токов со стороны обмоток, соединенных в звезду и в треугольник, т. е. при i _ai = I _aii, I _bi = I _bii, I c_I= I c_II. их геометрическая разность из-за наличия углового сдвига не равна нулю, а равна вектору I р. Угловой сдвиг первичных токов трансформатора является источником значительных токов небаланса в реле дифференциальной защиты. Поэтому при выполнении дифференциальной защиты трансформаторов производится компенсация углового сдвига вторичных токов путем специального соединения вторичных обмоток ТТ.

Вторичные обмотки трансформаторов тока ТА1, установленных со стороны обмотки ВН трансформатора, соединенной в схему звезды, соединяются в такой же треугольник, как и обмотка НН трансформатора, а вторичные обмотки трансформаторов тока ТА2, установленных со стороны обмотки НН трансформатора, соединенной в схему треугольника, соединяются в такую же звезду, как и обмотка ВН трансформатора.

При таком соединении вторичных обмоток ТТ, как показано на рис. 4.5, в трансформаторах тока ТА1, вторичные обмотки которых соединены в треугольник, создается сдвиг токов на такой же угол, как и в соединенной в треугольник обмотке НН трансформатора, что и обеспечивает совпадение фаз вторичных токов в плечах дифференциальной защиты.

При определении коэффициента трансформации промежуточного автотрансформатора тока в случае соединения одной из групп ТТ в треугольник необходимо учитывать увеличение в 1, 73 раза (vЗ) тока, подходящего со стороны этих ТТ.

Если принять, что обмотки рассмотренного выше трансформатора соединены по схеме звезда—треугольник, то ТТ должны быть соединены по схеме рис. 4.5. При этом вторичный ток со стороны обмотки 35 кВ будет равен:

Соответственно разность вторичных токов при отсутствии промежуточного автотрансформатора тока возрастет до

Поэтому промежуточный автотрансформатор тока при установке его со стороны 6, 6 кВ должен иметь коэффициент трансформации

а при установке ео стороны 35 кВ

Для уменьшения коэффициента трансформации промежуточного автотрансформатора тока коэффициент трансформации ТТ, устанавливаемых со стороны обмотки трансформатора, соединенной в звезду, выбирается по номинальному току обмотки, увеличенному в 1, 73 раза.

Так, для рассмотренного выше трансформатора при номинальном токе обмотки 35 кВ, 92, 5 А коэффициент трансформации ТТ выбираетея по току 92, 5·1, 73 = 160 А и принимается равным 200 / 5. Тогда вторичный ток ТТ со стороны 35 кВ будет равен;

При этом коэффициент трансформации промежуточного автотрансформатора тока становится близким к единице и равным при уатановке его ео стороны 6, 6 кВ

а при установке ео стороны 35 кВ

При таких коэффициентах трансформации промежуточных автотрансформаторов тока их можно вообще не устанавливать.

Наличие токов небаланса в схеме дифференциальной защиты, Токи небаланса в схеме дифференциальной защиты трансформаторов и автотрансформаторов имеют место из-за погрешностей ТТ, из-за изменения коэффициента трансформации защищаемого трансформатора (автотрансформатора) при регулировании напряжения, из-за неточного выравнивания вторичных токов.

Для отстройки дифференциальной защиты от тока небаланса при сквозном КЗ ее ток срабатывания должен удовлетворять условию

где k н—коэффициент надежности отстройки, принимаемый равным 1, 3.

Расчетный ток небаланса, определяемый погрешностями ТТ, вычисляется по формуле

где k _А — коэффициент, учитывающий влияние на быстродействующие защиты переходных процессов при КЗ, которые сопровождаются прохождением апериодических составляющих в токе КЗ; принимается равным 1 для реле, имеющих БНТ с короткозамкнутыми обмотками, и равным 2 для реле без БНТ; k одн —коэффициент однотипности условий работы ТТ. принимаемый равным 0, 5 в тех случаях, когда ТТ обтекаются близкими по значению токами, и равным 1 в остальных случаях; f == 0, 1 —погрешность ТТ, удовлетворяющих 10 %-ной кратности; I к.мах —наибольший ток при сквозном КЗ.

Расчетный ток небаланса, определяемый изменением коэффициента трансформации защищаемого трансформатора при регулировании напряжения, вычисляется по формулам:

при регулировании в одной стороны трансформатора (автотрансформатора)

при регулировании о двух сторон трансформатора (автотрансформатора)

где D N — половина регулировочного диапазона, для которого производится выравнивание вторичных токов (например, при половине регулировочного диапазона N = ±10%, D N = 0, 1).

Расчетный ток небаланса, определяемый неточным выравниванием вторичных токов, вычисляется по формуле

где w I _РАСЧ, w I I _РАСЧ —расчетные числа витков обмоток БНТ реле РНТ для неосновных сторон (сторон с меньшим вторичным током); w I, w I I — принятые числа витков обмоток БНТ реле РНТ для неосновных сторон (ближайшие большие или меньшие целые числа витков); II _К.max и II I K . max —наибольшие значения токов КЗ при сквозном КЗ со стороны, где включены обмотки БНТ с витками w I, и w I I .

Таким образом, суммарный расчетный ток небаланса определяется как сумма трех составляющих, т. е.

Обычно при расчете дифференциальной защиты трансформаторов (автотрансформаторов) вначале определяется ток небаланса как сумма•

Затем после выбора тока срабатывания и определения расчетных чисел витков БНТ реле РНТ определяется дополнительно суммарный ток небаланса по формуле (8.10) и производится уточнение ранее выбранного тока срабатывания.

Коэффициент чувствительности должен быть не менее двух.

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒