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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 16.24. Характер изменения намаг-

ничивающего тока во времени

нам*

ШШти

Уи

«т

'нам

ТГ

а)

тэо

Рис.

16.25. Условия,

при

которых появляется бросок намагничивающего тока

в трансформаторах

тора. Резкое возрастание тока намагничивания объясняется

насыщением магнитопровода трансформатора.

При

включении

трансформатора

под

напряжение

оно

появляется

на его об-

мотке внезапно. Аналогичная картина имеет место

на

транс-

форматоре после отключения

КЗ при

восстановлении напря-

жения (рис. 16.25).

Во время

КЗ

напряжение

на

трансформаторе понижается

пределе

до

нуля (точка

А на рис.

16.25, а). После отключения

КЗ (точка

В)

происходит скачкообразное восстановление

на-

пряжения

на

зажимах трансформатора.

обоих случаях маг-

нитный поток

сердечнике трансформатора установиться

сразу

не

может. Возникает переходный процесс, сопровождаю-

щийся появлением двух потоков: установившегося синусои-

дального потока

Ф и

свободного (апериодического), посте-

пенного затухающего

св

(рис.

16.26). Результирующий поток

= Ф + Ф

св

; в

начальный момент

(* = 0) Ф

то

= 0, и

поэтому

сво

= -

Ф .

Во

втором

полупериоде знаки обоих потоков совпа-

дают

результирующий поток

трансформатора достигает

мак-

симума

ттах

Рис.

16.26. Магнитные потоки в сердечнике

трансформатора при включении его под

напряжение

Установившийся поток Ф отстает от напряжения у

на 90

поэтому величина свободного потока Ф

сво

, а следовательно,

и Ф

т тах

зависят от фазы у

и достигают наибольшего значения

при включении трансформатора в момент прохождения [/

через нуль. В этом случае без учета затухания Ф

ттах

* 2Ф

Поток

ттах

может достигать и больших значений, если маг-

нитопровод трансформатора имеет остаточное намагничивание

и соответствующий ему поток Ф

ост

совпадает по знаку со сво-

бодным потоком Ф

св

. Тогда

ттах

= (2Ф

ост

)

> 2Ф

. При зна-

чениях потока, близких к 2Ф

, магнитопровод трансформатора

насыщается, что и обусловливает резкий рост (бросок) 1

нам

трансформатора. Изменение тока /

нам

по времени (рис. 16.24)

характеризуется следующими особенностями:

1) кривая тока носит асимметричный характер до тех

пор,

пока не достигнет установившегося значения, наступаю-

щего после затухания Ф

св

;

2) кривая может быть разложена на апериодическую

составляющую и синусоидальные токи различных (в ос-

новном четных) гармоник. Характерным свойством кривой

является большое значение апериодической составляющей и

наличие второй гармоники;

3) время затухания токов определяется постоянными вре-

мени трансформатора и сети и может достигать 2-3 с. Чем мощ-

нее трансформатор, тем дольше продолжается затухание;

4) первоначальный бросок тока может достигать 5-10-крат-

ного значения номинального тока трансформатора. Кратность

броска тока на мощных трансформаторах меньше, чем на мало-

мощных.

Ток намагничивания 7

нам

появляется только в одной обмот-

ке силового трансформатора, той, на которую подается напря-

жение при его включении. Как видно из рис. 16.25, б, этот ток

трансформируется через ТТ и поступает в реле, вызывая его ра-

582

боту, если /

нам

. Для предотвращения ложной работы диф-

ференциальной РЗ под действием 7

нам

принимаются специаль-

ные меры, рассмотренные ниже.

Способы предотвращения работы защиты от бросков то-

ка /нам- Используются три способа отстройки от токов намаг-

ничивания.

Первый из них заключается в применении быстранасыщаю-

щихся промежуточных ТТ (НТТ), через которые включаются

дифференциальные реле тока. НТТ не пропускает апериоди-

ческого тока, составляющего значительную часть тока намаг-

ничивания, и позволяет, таким образом, надежно отстроить

дифференциальные реле от периодической составляющей на-

магничивающих токов (см. § 16.8).

Второй способ, примененный в реле типа

ДЗТ-21,

основан

на использовании различия времени Д* бестоковых пауз в

дифференциальном реле при броске тока 7

нам

трансформатора

и при токе КЗ (см. рис. 16.24 и 16.39) для блокирования дейст-

вия реле в сочетании с торможением второй гармонической

составляющей тока намагничивания (отсутствующей в кри-

вой тока КЗ).

Третий способ состоит в отстройке тока срабатывания реле

от тока намагничивания по величине. Такой способ исполь-

зуется в дифференциальной отсечке, но он может применять-

ся при токе КЗ, превышающем бросок /

нам

16.8.

ПРИМЕНЕНИЕ НАСЫЩАЮЩЕГОСЯ ТРАНСФОРМАТОРА

ДЛЯ ОТСТРОЙКИ ОТ ТОКА НЕБАЛАНСА

Если представить, что в первичной обмотке НТТ проходит

апериодический ток /

= /((), то на зажимах вторичной обмот-

ки НТТ будет наводиться ЭДС Е

= -йФ/<П (рис. 16.27, а, б).

За некоторый промежуток времени Д^ изменению тока /

со-

ответствует ничтожное изменение потока Ф; поэтому ДФ

= йФ/61 ** 0. В результате значение индуцируемой ЭДС Е

будет ничтожным. Следовательно, ток 1

трансформируется

на вторичную сторону НТТ значительно лучше. За то же время

А Г (рис. 16.27, 6") поток в магнитопроводе изменится на ДФ

Это означает, что скорость изменения магнитного потока

йФ/дХ,

определяющая Е

, при питании НТТ синусоидальным

током будет значительно больше, чем при питании его аперио-

дическим током.

583

1и1-'(1)

Рис.

16.27.

Характеристики быстронасыщающегося трансформатора (БИТ)

Можно считать, что апериодическая составляющая тока

небаланса практически не трансформируется во вторичную

обмотку НТТ и полностью расходуется на подмагничивание

его сердечника. Это приводит к насыщению НТТ и ухудшению

трансформации также и периодической составляющей

тока

небаланса (см. § 10.3). Таким образом, в реле попадает только

периодическая составляющая /

нб

, уменьшенная за счет насы-

щения, обусловленного подмагничиванием сердечника апе-

риодическим током.

В установившемся режиме, когда апериодическая состав-

ляющая в токе намагничивания или небаланса затухает, по-

следний трансформируется в реле без существенных искаже-

ний по величине и форме кривой.

Параметры НТТ выбираются с таким расчетом, чтобы он

насыщался при относительно небольших значениях апериоди-

ческого тока. Подбором стали магнитопровода НТТ с широкой

петлей гистерезиса и значения индукции срабатывания В

ср

близкой к

нас

можно добиться таких условий, при которых на-

чальный ток небаланса, смещенный асимметрично относи-

тельно оси времени (рис. 16.27, в), не будет трансформировать-

ся через НТТ за счет наличия в нем большой апериодической

составляющей. Чтобы обеспечить надежность действия реле

584

Рис.

16.28. Зависимость вторичного тока 1?нпЛо

БНТ от первичного тока

1гнп *

срг

с НТТ при КЗ в зоне, вторичный ток НТТ должен быть на 20-

30%

больше тока срабатывания реле. За минимальное значе-

ние тока КЗ, при котором должна обеспечиваться надежная

работа реле, принимается /

кт1П

Сф1

Характеристика НТТ

нтт

/(^1НТт)> удовлетворяющая этому условию, показана на

рис.

16.28 (при первичном токе НТТ 2/

с Р1

ток в реле составля-

..ъ

ЧЭАЗ выпускает реле серии РНТ-560 (рис. 16.29 и 16.30). Для

дифференциальной РЗ генераторов и трансформаторов ис-

" 1,3/ )

Рис.

16.29. Реле РНТ-565:

—

расположение обмоток на магнитопрово-

де;

—

схема внутренних соединений

а)

г::::

*=*_]

гз* з( Ьос??

РТ

О 1

*И

Ф V

у у

2 1 '

УмниТТТТТ ТПТТТТ \\[[

Х№1-

585

чггтгп гттттг

\ I

-1

Т1ГУТТТТГТУГ

г/ г/

гео

гн л$

>з*

к л>

птттт

ГГТТТ^* •

ТТГТГГУТ1ТГГ

о ч I /г 16

го гч

/л

юя

в/ ;з г! I

8 и '

ТТТТГУТ

ГТТТТУ*

0 113456

г г г г

. к •

-т

* с л йо /у к. э *

Д7 ^ /5 /^ ^

Рис.

16.30.

Реле РНТ-566:

—

расположение обмоток на магнитопроводе; б

—

схема внутренних соеди-

нений

пользуются реле РНТ-565 и РНТ-566, различающиеся выполне-

нием первичных обмоток.

Реле РНТ-565 состоит из трехстержневого с глубоким насы-

щением трансформатора (НТТ) и питающегося от него реле.

Трансформатор имеет три первичные обмотки: и>

(1), и>

у1

(4^,

у2

), одну вторичную ы

(2) и короткозамкнутую обмот-

ку м>

(3). Обмотки реле РНТ-565 и>

, м>

у1

, и>

у2

(рис. 16.29,6")

включаются в токовые цепи РЗ, обмотка и>

питает реле типа

РТ-40/0,2. Ток срабатывания реле регулируется изменением

числа витков и>

, и> , и>

у2

Вспомогательные обмотки и> и и> , называемые урав-

нительными, предназначены для компенсации неравен-

ства вторичных токов 1

и /

в плечах дифференциальных РЗ

трансформаторов.

Короткозамкнутая обмотка

\*>

(3), состоящая из двух секций,

предназначена для регулирования степени трансформации во

вторичную обмотку периодической составляющей тока.

586

При прохождении по рабочей обмотке БНТ несимметрично-

го тока его трансформация во вторичную обмотку как непо-

средственная, так и особенно двойная существенно ослабля-

ются, благодаря чему ток во вторичной обмотке не достигает

значения, равного току срабатывания реле.

В схеме реле типа РНТ-566 (рис. 16.30) имеется три рабочих

обмотки 1

, 1

и 1

, каждая из которых подключается к ТТ од-

ной из сторон защищаемого трехобмоточного трансформатора.

16.9.

СХЕМЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАШИТ

Варианты схем токовых цепей защиты

Схемы токовых цепей РЗ на трансформаторах с соединени-

ем обмоток т/д обычно выполняются с двумя ТТ, установлен-

ными на стороне треугольника силового трансформатора

(рис.

16.31), и с двумя реле. В этой схеме вместо провода от-

сутствующей фазы В используется нулевой (обратный) про-

О)

Рис.

16.31.

Упрощенная схема дифференциальной защиты:

—

схема;

—

векторная диаграмма

587

вод, в котором, как это следует из токораспределения на

рис.

16.31,

а, проходит геометрическая сумма противоположно

направленных токов фаз А и С, т. е. ток, совпадающий по зна-

чению и направлению с током отсутствующей фазы В.

Недостатком схемы, приведенной на рис.

16.31,

а, является

то,

что она не действует при двойных замыканиях на землю

на стороне НН в тех случаях, когда земля в трансформаторе

возникает на фазе, не имеющей ТТ. Это повреждение будет

отключаться другими РЗ трансформатора - МТЗ или газовой,

или РЗ поврежденной ЛЭП. Этого недостатка лишена трех-

фазная схема (с тремя реле и тремя ТТ) на стороне треугольни-

ка силового трансформатора, которая и применяется на транс-

форматорах большой и средней мощности. Такая схема, при

которой в 2 раза повышается чувствительность РЗ к двухфаз-

ным КЗ на стороне звезды, применяется, в частности, на трех-

обмоточных трансформаторах и автотрансформаторах.

Дифференциальная токовая отсечка

Дифференциальная токовая отсечка выполняется с помощью

простых токовых реле, действующих на отключение без вы-

держки времени. Схема дифференциальной отсечки показана

на рис. 16.32. Для облегчения отстройки от мгновенного пика

бросков намагничивающих

токов на выходе отсечки сле-

дует устанавливать проме-

жуточное реле со временем

действия 0,04-0,06 с. Ток сра-

батывания для отстройки от

токов намагничивания при-

нимается в пределах /

с-3

— (Д ~ О) 1

Н0М-Т

Рис.

16.32. Дифференциальная отсеч-

ка в двухрелейном исполнении

588

Трансформаторы тока должны выбираться по кривым

предельной кратности так, чтобы их полная погрешность не

превышала 10%. При этих условиях отстройка от тока намагни-

чивания одновременно обеспечивает отстройку и от токов не-

баланса при внешних КЗ.

Из-за большого значения тока срабатывания отсечка недо-

статочно чувствительна к витковым замыканиям. Надежность

действия отсечки при повреждениях на выводах трансформа-

тора с приемной стороны необходимо проверять по току КЗ. Как

обычно, чувствительность оценивается коэффициентом! к

= 1

кт

^ 1,5. Расчет коэффициентов трансформации ТТ и

АТ производится по формулам, приведенным в § 16.5. Для вы-

равнивания токов используются автотрансформаторы АТ-27.

Достоинством отсечки являются простота и быстродействие.

Недостатком следует считать ограниченную чувствительность.

Дифференциальная отсечка обычно применяется на транс-

форматорах малой мощности.

Дифференциальная защита с токовыми реле,

включенными через НТТ

Схема и принцип действия. На рис. 16.33 представлена схема

дифференциальной РЗ с реле РНТ-565. Подмагничивающее дей-

ствие апериодического тока, появляющегося в первый момент

КЗ,

приводит к замедлению при повреждении в ее зоне. Про-

должительность такого замедления невелика и составляет

0,03-0,1 с. Замедление действия является недостатком схемы

с НТТ.

Ток срабатывания РЗ должен

отстраиваться

от переменной

составляющей переходных токов намагничивания и небаланса.

В результате этого чувствительность РЗ с насыщающимися

трансформаторами оказывается выше, чем токовой отсечки.

Опыт эксплуатации показывает, что ток срабатывания можно

выбирать в пределах (1 -

2)/

ном

. При этом предполагается, что

ТТ подобраны по кривым предельной кратности.

Выше отмечалось, что реле РНТ-565 совмещает в себе устрой-

ство для выравнивания вторичных токов РЗ и НТТ, питающий

реле.

Принцип действия этого реле описан в § 16.8. Схема, по-

ясняющая его включение, показана на рис.

16.33.

Обмотки

и>

и и>

образуют насыщающийся трансформатор; первая из них

589

/г)

-Ь4-

»у, иг

у1

иг

1»

а)

Ь)

Лр~

1рп*

ра.

Рис.

16.33.

Дифференциальная защита

реле типа РНТ-565:

—

схема защиты и реле РНТ; б

—

апериодические и периодические магнит-

ные потоки в магнитопроводе РНТ при отсутствии короткозамкнутой цепи;

—

то же при наличии короткозамкнутой цепи; г

—

токи 7

нам

и /

б с небольшой

асимметрией.

На рис.

16.33,

а показаны положительные направления потоков Ф

и Ф

у2