Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем

Подождите немного. Документ загружается.

сумме:

-Ав + 1цв- (16-24)

Если /

> / то реле срабатывает и отключает трансфор-

матор.

Для того чтобы дифференциальная РЗ не работала при на-

грузке и внешних КЗ, необходимо уравновесить вторичные то-

ки в плечах РЗ

так,

чтобы

ток в реле, равный их разности, от-

сутствовал:

= Ьв -/ив = 0- (16.25)

Для этого необходимо, чтобы токи совпадали по модулю и

по фазе, т. е.

/1в = /и»- (16.26)

Особенности дифференциальной защиты трансформаторов

и АТ. В дифференциальной РЗ ЛЭП и генераторов первичные

токи в начале и конце защищаемого участка одинаковы, по-

этому для выполнения условия селективности (16.25) доста-

точно иметь равенство коэффициентов трансформации ТТ.

Иное положение имеет место в дифференциальной РЗ транс-

форматоров. Первичные токи обмоток трансформатора не

равны по значению и в общем случае не совпадают по фазе.

В режиме нагрузки и внешнего КЗ ток трансформатора на

стороне низшего напряжения

1ц

всегда больше тока на стороне

высшего напряжения /^ Их соотношение определяется коэф-

фициентом трансформации силового трансформатора соглас-

но (16.22).

трансформаторе

с соединением обмоток звезда-треуголь-

ник и треугольник-звезда токи 1\ и 1ц различаются не только

по значению, но и по фазе. Угол сдвига фаз зависит от группы

соединения обмоток трансформатора. При наиболее распро-

страненной, одиннадцатой группе линейный ток на стороне

треугольника опережает линейный ток со стороны звезды

на 30° (рис. 16.19, а). В трансформаторах с соединением обмоток

звезда-звезда токи /I и 1ц совпадают по фазе (рис. 16.19, б).

Таким образом, для выполнения условия селективнос-

ти (16.25) необходимы специальные меры по выравниванию

вторичных токов 1\

= 1\/Кц и /ц

= 1ц/Кт

по

значению, а при

571

М1

ШЛ

' 1

г*

к»

С*

III П

ТЛ1

,г

/ж*

Рис.

16.19.

Векторная диаграмма первичных и вторичных токов:

—

при соединении обмоток тМ; б —присоединении обмоток т/г

разных схемах соединения обмоток (У/Ь и

А) - и по фазе с

тем, чтобы поступающие в реле токи были равны.

Компенсация сдвига токов /1

и 1ц

по фазе

осуществляется соединением в треугольник вторичных обмо-

ток ТТ, установленных на стороне звезды силового трансфор-

матора (рис. 16.20). Соединение в треугольник обмоток ТТ

должно соответствовать соединению в треугольник обмотки

силового трансформатора. Трансформаторы тока, расположен-

ные на стороне треугольника силового трансформатора, соеди-

няются в звезду.

На рис. 16.20 изображены векторные диаграммы токов в

схеме РЗ при нагрузке и внешних трехфазных КЗ. Векторы

первичных и вторичных токов в ТТ и силовом трансформаторе

показаны на диаграмме совпадающими по фазе. Из диаграммы

следует, что токи 7дв

(2)

, /вс{2>> 1сА(г)

линейных проводах ТТ,

соединенных в треугольник, сдвигаются относительно соответ-

ствующих фазных токов во вторичной и первичной обмотках ТТ

на угол 30°. Токи в проводах второй группы ТТ

(2)

/ьс<2)

2са(2) совпадают по фазе со своими первичными токами и поэто-

му сдвинуты по отношению к первичному току звезды сило-

вого трансформатора, так же как и токи /дВ(2>» /вС(2>» /сА(2>>

на

угол 30°. В результате этого токи, поступающие в реле, совпа-

дают по фазе.

Соединение одной из групп ТТ в треугольник обеспечивает

компенсацию сдвига фаз между вторичными и первичными

572

тяг

«г)

4(2)

'с(г)

I -~*-

вс1г)

~±1л?(г)

|л/д-//

Х/-|у Г-17

/а

« А

(

ч!!а

"г

1аЬ

*ЪЦ)

Я.

са(г)

яр

^0°А\

120'

/Оч/

/дЛ

Г^

//>

1аЬ(г)

1ьс(г)

с а (г)

Рис.

16.20. Токораспределение и векторные диаграммы токов в схеме дифферен-

циальной защиты

токами силового трансформатора не только при симметричной

нагрузке и трехфазных КЗ, но и при любом несимметричном

повреждении или нагрузочном режиме.

Справедливость этого положения наиболее просто доказы-

вается с помощью метода симметричных составляющих. Токи

прямой и обратной последовательностей симметричны, и по-

этому токораспределение их в схеме РЗ полностью соответству-

ет токораспределению при трехфазном КЗ. Следовательно,

соединение одной из групп ТТ в треугольник, а другой - в звез-

ду обеспечивает компенсацию сдвига фаз первичных токов

прямой и обратной последовательностей.

Токи НП появляются при КЗ на землю и могут замыкаться

только через обмотку трансформатора, соединенную в звезду,

при условии, что ее нулевая точка заземлена. Проходя по

этой обмотке, токи НП трансформируются в фазы обмотки,

соединенные в треугольник (рис. 16.21). В контуре треуголь-

573

1о\

{ЩЩ

да

1^_.

ад]

_РЩ

ПА

Рис.

16.21.

Прохождение токов нуле-

вой последовательности в схеме

дифференциальной защиты

ника токи /

каждой фазы циркулируют, не выходя за его пре-

делы. Это означает, что в дифференциальной РЗ трансформа-

торов с соединением обмоток звезда-треугольник токи НП про-

текают только по ТТ, установленным со стороны звезды сило-

вого трансформатора, что может вызвать неправильную рабо-

ту РЗ. Эта опасность устраняется тем, что на стороне звезды

силового трансформатора ТТ соединяется в треугольник

(рис.

16.21). Тогда при внешнем однофазном КЗ токи /

, транс-

формируясь на вторичную сторону ТТ, замыкаются в контуре

треугольника, не попадая в реле.

Для компенсации сдвига фаз токов силовых

трансформато-

ров, соединенных по схеме чг/д или ДА, необходимо ТТ на

сто-

роне звезды соединить в треугольник, а на стороне треуголь-

ника -в звезду.

Выравнивание величин вторичных токов в

плечах дифференциальной РЗ достигается подбором

коэффициентов трансформации К

и К

П1

ТТ дифференциаль-

ной РЗ и параметров специально для этой цели установлен-

ных уравнительных промежуточных автотрансформаторов

(рис.

16.22, а) или промежуточных трансформаторов

(рис.

16.22,6).

Коэффициенты трансформации ТТ К

и Кщ выбираются так,

чтобы вторичные токи в плечах РЗ были равны согласно (16.26)

при нагрузке и внешних КЗ. При соединении обмоток силового

трансформатора по схеме звезда-звезда условие (16.26) имеет

вид: 1\/Кц

1ц/К

Отсюда находим, что коэффициенты транс-

формации ТТ должны удовлетворять условию

/к

п\

Ы^\

= к

(16.27)

574

Рис.

16.22. Выравнивание вторичных токов в схеме дифференциальной защиты:

—

с помощью промежуточного автотрансформатора АIX; б

—

с помощью

промежуточного трансформатора IX

где К

- коэффициент трансформации силового трансформа-

тора.

При соединении обмоток силового трансформатора по схе-

ме звезда-треугольник ток в плече, питающемся от ТТ, вклю-

ченных в треугольник, равен (^/Кд)^, а в плече, питающемся

от ТТ, соединенных в звезду: 1ц/Кщ. С учетом этого уравнение

(16.26) имеет вид

*л

У?=

'II

[\/з

/Ст.

(16.28)

Задаваясь одним из коэффициентов трансформации ТТ,

например Кщ, можно найти, пользуясь выражениями (16.27)

или (16.28), расчетное значение второго Кц, обеспечивающее

равенство вторичных токов в плечах РЗ. Найденный таким

образом коэффициент Кц, как правило, получается нестан-

дартным. Поэтому используются стандартные ТТ с ближайшим

к расчетному значению коэффициентом трансформации, а

компенсация оставшегося неравенства осуществляется с по-

мощью выравнивающих автотрансформаторов АТЬ или транс-

форматоров ТЬ. В первом случае (рис. 16.22, о) в одном из плеч

РЗ устанавливается АТЬ. Для выравнивания токов в плечах

РЗ коэффициент трансформации автотрансформатора Х

под-

бирается так, чтобы его вторичный ток /ц

был равен току

в противоположном плече РЗ:

%а = *Пв/Яа

575

Отсюда

= /ив^Иа = 41в"1в. (16.29)

Во втором случае (рис. 16.22, б) применяется выравнивающий

трансформатор ТЬ, который состоит из трех первичных обмо-

ток. Обмотки и>

У1

и и>

У2

(уравнительные) включаются в пле-

чи РЗ, а обмотка и>

(рабочая, называемая также дифферен-

циальной) - по дифференциальной схеме на разность токов

- /ц

. Вторичная обмотка и>

питает дифференциальное ре-

ле КА. Число витков уравнительных обмоток подбирается

так, чтобы геометрическая сумма магнитодвижущих сил всех

трех обмоток в условиях сквозного тока была равна нулю:

/1в^у1-/Ив^у2 + (/1в-А1в)*>д = 0. (16.30)

При выполнении этого условия результирующая МДС и

магнитный поток Ф

рез

в магнитопроводе ТЬ отсутствуют, по-

этому ток в дифференциальном реле /

= 0. В рассмотренной

схеме неравенство токов плеч компенсируется магнитным

способом. Этот способ компенсации удобно сочетается с диф-

ференциальным реле, включаемым через быстронасыщаю-

щийся трансформатор (БИТ).

16.6.

ТОКИ НЕБАЛАНСА В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЕ

ТРАНСФОРМАТОРОВ И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ

Составляющие тока небаланса. При внешних КЗ и нагрузке

вследствие нарушения равенства вторичных токов в реле по-

является ток небаланса

/нб = йв -/п», (16.31)

который может вызвать неправильную работу дифференциаль-

ной защиты.

Неравенство вторичных токов в плечах РЗ обусловливается:

погрешностью ТТ; изменением коэффициента трансформации

силового трансформатора при регулировании напряжения;

неполной компенсацией неравенства вторичных токов в пле-

чах РЗ; наличием намагничивающих токов силового транс-

форматора, вносящих искажение в его коэффициент трансфор-

576

мации. Каждая из этих причин порождает свою составляю-

щую 7

н6

1) составляющую /

бтт> вызываемую наличием погрешно-

стей (токов намагничивания) ТТ, питающих РЗ (см. рис. 16.18).

С учетом токов намагничивания разность вторичных токов,

проходящих через реле при внешнем КЗ:

/р = ^в "/Ив = I -^— - /I нам I - -^ - /цнам ] • (16.32)

Считая, что неравенство первичных токов по значению и

фазе полностью скомпенсировано, получаем, что в (16.32)

1\/Кц =1\\/Кщ. С учетом этого

'нбТТ

-/и нам ~/I нам- (16.33)

Выражение (16.33) показывает, что ток /

н6

, обусловленный

погрешностью ТТ, равен геометрической разности намагни-

чивающих токов ТТ РЗ;

2) составляющую /

б.рег> которая появляется при изменении

(регулировании) коэффициента трансформации К

силового

трансформатора или автотрансформатора.

Компенсация неравенства первичных токов, осуществляе-

мая с помощью выравнивающего трансформатора или авто-

трансформатора, обеспечивается при определенном соотноше-

нии токов обмоток ВН и НН силового трансформатора, опреде-

ляемом коэффициентом трансформации К^. При изменении

Кг компенсация и равенство вторичных токов нарушаются, и в

дифференциальном реле появляется ток небаланса Л

б.рег-

Обычно параметры выравнивающих устройств подбираются для

среднего рабочего значения К^. При отклонении от него на

± АК

% появляется ток

^нб.рег

,„„ •'скв шах

(10.О4)

где /

скв тах

- сквозной ток, протекающий через трансформатор.

На повышающих силовых трансформаторах и автотрансфор-

маторах предусматриваются ответвления, позволяющие из-

менять К, в пределах ± 5% номинального (среднего) значения.

Современные понижающие трансформаторы выпускаются с

регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) в определен-

577

ном диапазоне. Например, у трансформаторов ПОкВ диапазон

регулирования ДКр = 16%. Регулирование осуществляется из-

менением числа витков на стороне высшего напряжения;

3) составляющую небаланса, возникающую при неточной

компенсации неравенства токов плеч /

б.комп> которая появ-

ляется, когда регулирующие возможности выравнивающих

устройств не позволяют подобрать расчетные значения

(и>

или к

), необходимые для полной компенсации;

4) составляющую, обусловленную наличием тока намагничи-

вания у силового трансформатора. Ток намагничивания нару-

шает расчетное соотношение между первичным и вторичным

токами силового трансформатора, что вытекает из схемы на

рис.

16.22, и вызывает ток /

б.

на

м = *нам-

В нормальном режиме /

нам

силового трансформатора не пре-

вышает 1-5% номинального тока; при КЗ ток намагничивания

уменьшается; при неустановившемся режиме, связанном с

внезапным увеличением напряжения на трансформаторе,

ток намагничивания силового трансформатора резко возрас-

тает.

режиме нагрузки и КЗ /

б.

ам обычно не учитывается.

В общем случае полный ток небаланса

*нб

^нбТТ + ^нб.рег + ^нб.комп- (16.35)

Для упрощения написания составляющих /

нб

в дальнейшем

будем обозначать: /

н6ТТ

= 1^

, /

б.рег = 'нб. *нб.комп = *нб-

таком обозначении получим

*нб='нб+'нб+'нб- (1636)

Причины повышенного значения 1

нб

в дифференциальной

РЗ трансформаторов и автотрансформаторов. Значение тока не-

баланса в дифференциальной РЗ трансформаторов оказывает-

ся обычно большей, чем в дифференциальных РЗ генераторов,

что объясняется наличием дополнительных составляющих

в токе небаланса (/

б.рег

^нб.комп)

большим абсолютным

значением составляющей /

бтт> обусловленной погрешнос-

тями ТТ. Последнее вызывается тремя особенностями, харак-

терными для дифференциальных РЗ трансформаторов.

Первая из них состоит в конструктивной разнотипно-

сти ТТ, применяемых на разных сторонах силовых трансформа-

торов. Эти конструктивные различия порождают различие ха-

578

Рис.

16.23.

Условия работы дифференциальной

защиты трехобмоточного трансформатора при

внешнем КЗ

рактеристик ТТ и их токов намагничи-

вания, что приводит к увеличению

разНОСТИ /ц нам-^1 нам

'нбТТ •

Особенно резко отличаются характеристики ТТ, встраивае-

мых во вводы масляных выключателей (напряжением 35 кВ и

выше),

от характеристик выносных ТТ, применяемых на на-

пряжения 10 и 6 кВ.

Второй особенностью дифференциальной РЗ трансформа-

торов является большое сопротивление нагрузки, присоеди-

ненной ко вторичным обмоткам ТТ, и значительное различие

сопротивлений плеч, обусловленное различием расстояний до

места установки ТТ.

Кроме того, нужно учитывать, что сопротивление линейных

проводов ложится утроенной нагрузкой на ТТ, соединенные

в треугольник, благодаря чему даже при равенстве длин плеч

ТТ,

соединенные в треугольник, оказываются более загружен-

ными, чем вторая группа ТТ, соединяемых в звезду.

Третья особенность имеет место у трехобмоточных транс-

форматоров, а также у двухобмоточных с двумя выключателя-

ми на стороне какой-либо обмотки. В этих случаях кратности

токов при внешних КЗ для различных групп ТТ дифференци-

альной РЗ получаются неодинаковыми. Через одну группу

(ТАШ) протекает суммарный ток КЗ, в то время как через две

группы (ТА1 и ТАН) - лишь часть этого тока (рис. 16.23).

В результате группа ТТ ТАШ намагничивается сильнее,

что вызывает резкое увеличение их намагничивающих токов

по сравнению с намагничивающими токами двух других групп.

Расчет ^б^бтт)- Расчетным путем наибольший ток неба-

ланса /

нб

определяется как разность токов намагничивания ТТ

дифференциальной РЗ по (10.4), а именно: /

нб

= /)

нам

-/,

нам'

Для нахождения /'

допускаем, что одна группа ТТ, напри-

579

мер II, работает с предельно допустимой погрешностью ец =

/ц

нам

= 10% (0,1), а вторая группа работает без погрешности:

^1нам

0- Очевидно, что в этом случае разность /

Пнам

- ^

на

будет иметь максимальное значение.

В соответствии с этим

нб ТТ

^а ^одн

°>Цс

тах >

(16.37)

где

/с

одн

= 0,5-5-1 учитывает различие в погрешности ТТ, обра-

зующих дифференциальную схему (при существенном разли-

чии условий работы и конструкций ТТ различие их погрешно-

стей достигает максимального значения и принимается рав-

ным 1, при отсутствии различий принимается равным 0,5);

/с

- коэффициент, учитывающий увеличение погрешности е

в переходном режиме КЗ, принимается равным 1-2.

Меры для предупреждения действия защиты от токов не-

баланса. Предотвращение работы РЗ от токов небаланса дости-

гается выбором тока срабатывания РЗ /

с р

> /

нб

, а также приме-

нением торможения.

Для обеспечения достаточной чувствительности РЗ прини-

маются меры к понижению значения 1

нб

. Уменьшение /

етт

обеспечивается подбором ТТ и их вторичной нагрузки по кри-

вым предельной кратности или по характеристикам намагни-

чивания ТТ так, чтобы погрешность ТТ не превышала 10%.

Для повышения чувствительности и отстройки от тока не-

баланса в схемах дифференциальной РЗ (см. § 16.9) применяют-

ся реле, включаемые через НТТ (см. § 16.8), или реле с тормо-

жением от сквозного тока КЗ, или реле, использующие оба

принципа.

16.7.

ТОКИ НАМАГНИЧИВАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ

И АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ ИХ

ПОД НАПРЯЖЕНИЕ

Характер изменения токов намагничивания. При включении

силовых трансформаторов под напряжение или при восстанов-

лении на них напряжения после отключения внешнего КЗ в

обмотке, питающей трансформатор, возникает резкий бросок

тока намагничивания, имеющий затухающий характер

(рис.

16.24). Максимальное значение этого тока в несколько

раз превосходит значение номинального тока трансформа-

580