Ток срабатывания принимают наибольшим из двух значений, полученных по условиям (13.3) и (13.10). Если определяющим оказывается условие (13.10), а коэффициент чувствительности получается недостаточным, то используют специальные реле с торможением, например типа ДЗТ. Наибольшие возможности для обеспечения требуемого коэффициента чувствительности имеет дифференциальная защита в комплекте ЯРЭ-2201. Согласно требованиям, коэффициент чувствительности, определяемый при двухфазном коротком замыкании на выводах низшего напряжения трансформатора, должен быть kч≥2,0. Допускается снижение коэффициента чувствительности до значения kч≥1,5.

§ 13.5. СХЕМЫ, ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ И ОБЛАСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Дифференциальные токовые защиты трансформаторов выполняются в виде: дифференциальной токовой отсечки; дифференциальной токовой защиты с промежуточными насыщающимися трансформаторами тока; дифференциальной токовой защиты с реле, имеющими торможение.

На рис. 13.8 показана полная трехфазная схема соединения трансформаторов тока, используемая при выполнении любой из указанных защит. Недостаток схемы состоит в ее сложности, поэтому на трансформаторах малой и средней мощностей достаточно широко применяется упрощенная схема (рис. 13.9, а) с меньшим количеством трансформаторов тока и реле. Эта схема, как и полная трехфазная, обеспечивает выравнивание вторичных токов в цепях циркуляции при нормальной работе и внешних коротких замыканиях за трансформатором с соединением обмоток Y/Δ. Ток срабатывания выбирается в соответствии с общими положениями, рассмотренными выше (см. § 13.4), однако упрощение защиты приводит к недостаткам, которые проявляются при некоторых повреждениях в защищаемой зоне [19].

Дифференциальная токовая отсечка. Отсечка является наиболее простой из дифференциальных защит трансформаторов. Она выполняется посредством максимальных реле тока КА1, КА2, например РТ-40 или РТМ, включаемых непосредственно в дифференциальную цепь схемы без каких-либо промежуточных устройств (рис. 13.9, а). При этом отстройка от бросков тока намагничивания достигается выбором тока срабатывания с учетом собственного времени действия реле РТМ, а в схемах с реле косвенного действия — времени срабатывания реле тока и выходного (промежуточного) реле (tc.p=0,04...0,06 с). За это время ток намагничивания успевает снизиться, в связи с чем появляется возможность выбирать ток срабатывания защиты не по максимальному значению броска тока, а с учетом его затухания по условию (13.3), принимая kотс=3,0…4,5. Если трансформаторы тока выбраны так, что их полная погрешность не превышает ε=10%, то отстройка от броса тока намагничивания обеспечивает также отстройку и от максимального тока небаланса при внешних коротких замыканиях при условии допустимого различия токов в цепях циркуляции.

Достоинством дифференциальной токовой отсечки являются быстродействие и простота, однако из-за большого тока срабатывания дифференциальная токовая отсечка иногда недостаточно чувствительна, поэтому она применяется на трансформато торах относительно небольшой мощности.

При этом отсечка должна обеспечивать необходимую чувствительность при коротких замыканиях на выводах трансформатора.

Рис. 13.9. Схема дифференциальной отсечки (а) и дифференциальной токовой защиты двухобмоточного трансформатора с промежуточными насыщающимися трансформаторами тока (б)

Дифференциальная токовая защита с промежуточными насыщающимися трансформаторами тока. Для выполнения защиты используются реле с НТТ типа РНТ-565 (см. § 2.3). Принципиальная схема защиты трансформатора с TLAT в однофазном изображении показана на рис. 13.9, б. Реле РНТ-565 применяются в том случае, если чувствительность токовой отсечки недостаточна или требуются дополнительные устройства для выравнивания токов в схеме с реле косвенного действия. При этом требуемую чувствительность защита имеет обычно на двухобмо-точных трансформаторах мощностью менее 25 MB-А. Расчет параметров защиты начинается с предварительного определения тока срабатывания:

по условию (13.3) отстройки от броска тока намагничивания

Iс. з≥1,3Iт. ном; (13.11)

по условию (13.10) отстройки от максимального первичного тока небаланса с учетом того, что для защиты с НТТ коэффициент kап=1,0, а составляющая тока небаланса Δƒвр в первом приближении не учитывается благодаря соответствующему выбору числа витков уравнительных обмоток НТТ,

Iс.з≥1,3 I(3) к вн max (13.12)

Принимается большее из двух полученных значений тока срабатывания и производится предварительная проверка чувствительности в соответствии с (5.1) (см. § 5.2):

kч=(k(m)схI(m)k min)/(k(3)сх Iс.з)≥1,5 (13.13)

Расчетным по чувствительности является двухфазное к. з. на стороне низшего напряжения в минимальном режиме работы питающей системы и при максимальном сопротивлении защищаемого трансформатора. Для дифференциальной защиты трансформатора с соединением обмоток Y/Δ-11 при указанном виде повреждения k(m)сх= k(2)сх=. Если условие (13.13) обеспечивается, то расчет параметров защиты продолжают. Он сводится к выбору схем соединения трансформаторов тока и их коэффициентов трансформации, определению числа витков дифференциальной ωдиф(ωраб) и уравнительных ωypI и ωурII обмоток исходя из принятого значения тока срабатывания, магнитодвижущей силы срабатывания Fc.p и условия полного выравнивания, которое обеспечивается при

I2I(ωypI+ ωдиф)=I2II(ωypII+ ωдиф). (13.14)

Худшим случаем относительно чувствительности является одностороннее питание при к. з. в зоне (I2II=0). При этом для срабатывания реле (I2I=Ic. P) необходимо

Ic. P(ωypI+ ωдиф)=Fс. р

отсюда

ωypI+ ωдиф= Fс. р/Ic. P (3.15)

где Iс. р— ток, А, срабатывания реле, определяемый по Iс. з с учетом коэффициента схемы kСХ(3) и относящийся к стоpонe с током I2I.

Из выражения (13.14) находим

(ωypII+ ωдиф)=(ωypI+ωдиф)I2I/ I2II. (3.16)

С помощью ответвлений от обмоток НТТ подбираются витки дифференциальной и уравнительных обмоток так, чтобы обеспечивались условия (13.15) и (13.16). Эти условия обеспечиваются и без использования дифференциальной обмотки (ωдиф=0). В общем случае установить расчетное число витков затруднительно. Поэтому появляется дополнительная составляющая тока небаланса Iнб вр. Ее необходимо учесть в окончательном определении тока срабатывания защиты. При этом значения коэффициента отстройки и коэффициента чувствительности должны соответствовать требованиям ПУЭ [3]. При определении Iс. р и числа витков НТТ предварительно выбирают основную сторону защищаемого трансформатора. С учетом этого условия (13.15) и (13.16) можно записать как ωосн рсч=Fс. р/Iс. р. осн и ωнеосн. рсч=ωосн. рсчI2осн/I2неосн.

Изложенный порядок расчета после предварительного выбора тока срабатывания защиты и проверки чувствительности обычно оформляется в виде табл. 13.1.

Действительный коэффициент отстройки должен быть не менее 1,3. Если kотс<1,3, то следует принять для основной стороны новое число витков ωосн меньше по отношению к принимавшемуся ранее (см. п 9). Затем повторить расчет по п. 10—16. Расчет повторяется до тех пор, пока действительный коэффициент отстройки не окажется примерно равным или большим 1,3. Для окончательно выбранного тока срабатывания защиты определяется значение коэффициента чувствительности. Он должен удовлетворять условию (13.13).

В ряде случаев, особенно при наличии встроенного регулирования напряжения под нагрузкой и на трансформаторах с числом групп трансформаторов тока более двух, имеющих источники питания с нескольких сторон, определяющим при выборе тока срабатывания является отстройка от максимального тока небаланса при внешних коротких замыканиях. При этом чувствительность защиты с реле РНТ может оказаться недостаточной. В таких случаях дифференциальная защита выполняется посредством реле с торможением.

Дифференциальная токовая защита на основе реле с магнитным торможением. В нашей стране для дифференциальной защиты трансформаторов выпускаются реле с магнитным торможением типа ДЗТ (см. § 2.3). На рис. 13.10, а показана принципиальная схема защиты в однофазном исполнении с реле ДЗТ-11. Реле ДЗТ-11 имеет одну тормозную обмотку. При выполнении защиты важен выбор стороны, к трансформаторам тока которой

целесообразно присоединить тормозную обмотку, чтобы обеспечить минимальное торможение при к. з. в зоне защиты и максимальное торможение при внешних повреждениях. Рассматриваемый двухобмоточный трансформатор имеет одностороннее питание, поэтому тормозную обмотку целесообразно присоединить к трансформаторам тока питаемой стороны. Такое включение обеспечивает торможение только при внешних коротких замыканиях. При двустороннем питании иногда целесообразно тормозную обмотку разделить на две секции и включить каждую из них соответственно в первую и вторую цепи циркуляции защиты. Этим уменьшается тормозное действие при коротком замыкании в защищаемой зоне.

На двухобмоточных трансформаторах с расщепленной обмоткой тормозная обмотка включается на сумму токов трансформаторов тока, установленных в цепи каждой из расщепленных обмоток. Ток срабатывания защиты зависит от числа витков и значения тока тормозной обмотки. При отсутствии торможения (Iтрм=0) ток срабатывания принимает значение минимального тока срабатывания Iс. з min. Ему соответствует минимальная МДС срабатывания Fс.p min, равная 100 А (см. рис. 13.10, б и § 2.3, рис. 2.10, в). Таким образом, для отстройки защиты от бросков тока намагничивания и от максимальных значений установившегося первичного тока небаланса Iнб. рсч mах1 при внешних коротких замыканиях необходимо соответствующим образом выбрать минимальный ток срабатывания защиты Iс. з min и число витков тормозной обмотки ωтрм. Отстройка от бросков тока намагничивания, когда ток в тормозной обмотке отсутствует, достигается выбором тока Iс. з min по условию (13.3). При этом коэффициент отстройки kотс принимается равным 1,5, так как реле ДЗТ-11 имеет худшие, чем реле РНТ, параметры в отношении отстройки от неустановившихся токов из-за отсутствия в НТТ реле короткозамкнутой обмотки. Далее расчет витков НТТ реле ωocн и ωнeocn и максимального первичного тока небаланса Iнб. рсч mах1 выполняется, как и для реле РНТ, в соответствии с табл. 13.1. Дополнением к этому расчету является выбор числа витков тормозной обмотки ωтрм, обеспечивающих отстройку от Iнб. рсч mах1. Характеристики реле ДЗТ-11 представляют зависимость Fраб=ƒ(Fтрм), где Fраб=Iрабωраб, a Fтрм=Iтрмωтрм. Из рис. 13.10, б для условия срабатывания Fc.p/Fтрм=tga. При внешних коротких замыканиях несрабатывание защиты будет обеспечено, если удовлетворяется условие

tgа≥koтсFраб/Fтрм=koтс(Iраб/Iтрм)(ωраб/ωтрм). (13.17)

Отношение Iраб/Iтрм равно отношению соответствующих первичных токов Iраб/Iтрм.. При внешних коротких замыканиях Iраб1=Iнб. рсч mах 1, а первичный тормозной ток Iтрм1 равен результирующему току, проходящему по первичным обмоткам трансформаторов тока, к которым присоединена тормозная обмотка. Для двухобмоточного трансформатора Iтрм1=I(3)к. вн mах. Из (13.17) с учетом сказанного

ωтрм≥kотсIнб. рсч mах 1ωраб/(I(3)к. вн mахtga) (13.18)

где kотс=1,5; ωраб— число витков обмотки НТТ реле на стороне, к которой присоединена тормозная обмотка, при этом учитываются принятое число витков woc», если рассматриваемая сторона является основной, и принятое число витков Шнеосн., если рассматриваемая сторона является неосновной; tga—тангенс угла наклона к оси абсцисс касательной, проведенной из начала координат к характеристике срабатывания реле, соответствующей минимальному торможению (нижняя характеристика на рис. 13.10, б); для реле ДЗТ-11 tga=0,75.

На защищаемых трансформаторах с числом групп трансформаторов тока более двух, имеющих источники питания с нескольких сторон (рис. 13.10, в), токи небаланса имеют, как правило, большие значения, чем для двухобмоточных трансформаторов. Обычно токи Iнб. рсч при коротких замыканиях с разных сторон (точки K1, K2, К3) не одинаковы. Поэтому при использовании реле ДЗТ-11 его тормозная обмотка включается в ту цепь защиты, в которой при внешнем коротком замыкании проходит ток, обусловливающий наибольший ток небаланса. В некоторых случаях при недостаточной чувствительности возникает необходимость применять реле с несколькими тормозными обмотками, например ДЗТ-13,

При выборе тока срабатывания защиты определяющими являются те же условия, по которым определяется ток срабатывания защиты двухобмоточных трансформаторов. При этом для упрощения одна из обмоток защищаемого трансформатора, например на стороне III, предполагается отключенной и расчет производится, как для двухобмоточного трансформатора. Затем выполняется расчет, когда отключена обмотка на стороне II. При этом выбранные в предыдущем расчете параметры защиты, относящиеся к обмотке на стороне I, должны оставаться неизменными. Во всех случаях токи I1I, I1II, I1III определяются по соответствующим номинальным напряжениям и номинальной мощности трансформатора вне зависимости от мощностей отдельных его обмоток.

Дифференциальная токовая защита с торможением в комплекте устройства ЯРЭ-2201. В защите используется реле с торможением, выполненное на микроэлектронной элементной базе. Схема и принцип действия реле рассмотрены в § 3.5. Это реле обеспечивает более высокую чувствительность защиты, нежели реле ДЗТ. Отстройка защиты от бросков тока намагничивания осуществляется, как и у защиты с ДЗТ, выбором минимального тока срабатывания по условию (13.3) при коэффициенте отстройки koтс= 0,3...0,7. Отстройка от максимальных значений установившегося первичного тока небаланса Iн. б.рсч mах1 при внешних коротких замыканиях достигается выбором соответствующего коэффициента торможения kтрм. В этом случае ток срабатывания защиты благодаря торможению должен быть Iс. з=kотс Iн. б.рсч mах1. Значение коэффициента kотс принимается равным 1,2—1,3. Торможение создается тормозным током Iтрм, который при внешних коротких замыканиях равен I(3)к. вн mах/KI. Из защитной характеристики реле (см. § 3.5, рис. 3.38, в) коэффициент торможения

kтрм=(Ic.р-Iс. р min) /(Iтрм-0,8IТ-НОМ).

Пренебрегая наличием Iс. р min и 0,8IТ-НОМ, с некоторым запасом получим kтрм=Iс. р/Iтрм. Отношение токов в реле Iс. р/Iтрм равно отношению соответствующих первичных токов Iс. з/I(3)к. вн mах. Из (13.9) максимальный первичный ток небаланса

Iнб. рсч maх1=[(kанε+ΔUpег+Δƒвр)/100]I(3)к. вн mах.

Из сказанного следует

kтрм=kотс(kанε+ΔUpег+Δƒвр)/1

При kотс=1,3, kап=2, ε=10%, ΔUper=±16%, Δƒвр=5% коэффициент торможения kтpм=0,533.

Имеется возможность устанавливать на реле коэффициент торможения равным 0,3, 0,45, 0,6. Уставка минимального тока срабатывания реле изменяется дискретно и составляет 2, 2,5, 3,25, 4,5 и 6 А.

Общая оценка дифференциальных защит трансформаторов. Дифференциальные защиты обеспечивают быстрое и селективное отключение повреждений в зоне, охватываемой трансформаторами тока. Рекомендуется применять дифференциальную защиту на одиночно работающих трансформаторах мощностью Рт≥6,3 MB∙А и на трансформаторах мощностью Рт≥4 МВ∙А, работающих параллельно. Дифференциальная защита устанавливается также на трансформаторах мощностью Рт=1...4 МВ∙А в том случае, если: токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности, а максимальная токовая защита имеет выдержку времени tc.з>0,5 с; трансформатор установлен в районе, подверженном землетрясениям.

При выборе схемы дифференциальной защиты необходимо прежде всего рассмотреть'возможность применения наиболее простой из дифференциальных защит — дифференциальной токовой отсечки. Только в случае ее недостаточной чувствительности следует использовать реле РНТ. Защиты с реле, имеющими торможение, наиболее сложны, и их применение оправдано только невозможностью отстройки защиты без торможения от установившихся значений максимального тока небаланса при внешних коротких замыканиях.

Дифференциальная токовая защита имеет тот недостаток, что может отказать из-за недостаточной чувствительности при внутренних коротких замыканиях, например витковых. Это вызывает необходимость устанавливать наряду с дифференциальной и газовую защиту.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6