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

Подождите немного. Документ загружается.

включается по дифференциальной схеме (на разность токов),

вторая - питает токовое реле КА (типа РТ-40). Уравнительные

обмотки и>

включаются в плечи РЗ и служат для уравнивания

вторичных токов. В РЗ двухобмоточных трансформаторов ис-

пользуется одна обмотка.

Число витков уравнительной обмотки регулируется с по-

мощью отпаек и подбирается так, чтобы при внешнем КЗ ток

в реле, а следовательно, и в обмотке и>

отсутствовал, т. е.

= 1

= 0. Для обеспечения этого условия магнитодвижущие

силы уравнительной и рабочей обмоток должны уравновеши-

ваться согласно выражению (16.30).

Ток срабатывания РЗ регулируется изменением числа вит-

ков обмотки

и»

На магнитопроводе реле РНТ имеется коротко-

замкнутая обмотка м>

. Она повышает отстройку реле от токов

небаланса и бросков намагничивающих токов силового транс-

форматора, особенно когда эти токи не полностью сдвинуты

относительно нулевой линии.

Ток /

, поступающий в первичную обмотку РНТ и>

(рис.

16.33,

б), создает магнитодвижущую силу Р

= /

м;

, кото-

рая образует в среднем стержне магнитный поток Ф , замыкаю-

щийся по крайним стержням 2 к 3 магнитопровода. В общем

случае ток 1

состоит из переменной I

и апериодической

составляющих: 1

= 1

рп

. Соответственно этому образу-

ются две составляющие МДС Р

рп

и Р и два магнитных по-

тока

р.п

и ф

р.а-

Переменный поток Ф

, замыкаясь по стержню 2, наводит

в обмотке и>

, питающей реле КА, ЭДС Е

. Апериодический

поток Ф

р-а

, медленно изменяющийся во времени, не создает

ЭДС в»

и полностью затрачивается на намагничивание маг-

нитопровода. При наличии короткозамкнутой обмотки

(рис.

16.33,

в) переменная составляющая потока Ф наводит

в витках и>

ЭДС Е

и ток /

. Последний создает МДС .Р

= /

м>

и Р^

К-

Магнитодвижущая сила Е

действует навстречу Р

р-П

и почти

полностью компенсирует ее. Результирующая МДС Р

= ^

р-п

,Г

создает остаточный поток Ф

< Ф

рп

(где Ф

р-П

- магнитный

поток при отсутствии короткозамкнутой обмотки). Магнитодви-

жущая сила Р'

образует поток Ф'

, замыкающийся вместе с

составляющей потока Ф

по стержню 2.

Параметры короткозамкнутой обмотки подбирают так,

чтобы суммарный магнитный поток в стержне 2 Ф

= Ф

П2

591

+ Фк

был меньше потока Ф

П2

. Здесь Ф

П2

Ф'

и Ф

П2

состав-

ляющие магнитных потоков Ф

, Ф

, замыкающиеся по

стержню 2.

Короткозамкнутая обмотка уменьшает трансформацию

периодической составляющей тока в реле и не влияет на зна-

чение и действие апериодической составляющей. Влияние

обмотки и>

равноценно уменьшению периодического тока в

обмотке м>

с /

р-п

до некоторого значения /

р п

при сохранении

неизменной 1

р-&

. Изменением сопротивления #

регулируется

отстройка реле РНТ от несимметричных токов переходных

процессов. Наибольший эффект имеет место при #

= 0.

Выбор параметров защиты: коэффициентов трансформа-

ции ТТ, тока срабатывания РЗ и витков рабочей и уравнитель-

ных обмоток (рис.

16.33,

а).

Определяют коэффициенты трансформации ТТ

первой и второй групп ТА1 и

ТА11

из условия, что ТТ должны

длительно допускать протекание номинальных токов защищае-

мого трансформатора или АТ и обеспечивать равенство токов

в плечах РЗ согласно (16.25) и (16.26).

В схемах Р3,в которых обе группы ТТ (первая и вторая)

соединены в звезду и имеют номинальные вторичные токи,

равные 5 А, коэффициенты трансформации Кц и Кщ определя-

ют по выражениям:

п = -^ном//

и К

1П

кои

ц/5,

(16.38)

где /

ном

и /

ном

л - номинальные токи силового трансформато-

ра, отнесенные к напряжению той стороны, где установлены

рассматриваемые ТТ.

Номинальные токи силовых трансформаторов находят по

их номинальной мощности

Н0М

а АТ - по проходной мощно-

сти 5

прох-

По расчетным значениям К

и К

1и

выбирают стандартные ТТ

с тем же или ближайшим большим коэффициентом трансфор-

мации. В дифференциальных РЗ, у которых одна группа ТТ

соединена в треугольник, а вторая - в звезду, коэффициент

трансформации второй группы выбирают по (16.38). Для обес-

печения равенства токов в плечах РЗ по условию (16.26)

расчетный коэффициент К

г 1

принимается в ^Т раз большим по

выражению:

= ^„ом!

(

592

В соответствии с этим выбирают стандартный ТТ с К

* К

Определяют токи в плечах РЗ (/

1в

и /

Цв

) при про-

хождении по трансформатору сквозного номинального тока.

Ток в плече ТТ, соединенных в звезду: /

Цв

= ^

Н0М

ц/^Л1>

в пл

ече

^ном I

/->

треугольника: 1\

— А при этом /

НО

м1 ^номц/Ят-

Плечо с большим током называется основным, в дальней-

шем будем считать, что основным является плечо /

(рис.

16.33,

а). Если токи

и /цв различаются больше чем на 5%,

то предусматривается компенсация их различия с помощью

уравнительных обмоток РНТ.

Выбирают ток срабатывания РЗ. Он должен быть

отстроен от броска /

нам

защищаемого трансформатора или АТ

и от максимального /

б при внешнем КЗ.

По первому условию

*с.з

^отс-'ном.т

1>3/ном.т- (16.40)

Для РЗ АТ /

ном

определяют по типовой мощности, т. е.

••с.з

*отс Квыг-'ном АТ-

По второму условию

•*с.з

лотс-'нб

тох-

(16.41)

Расчетное значение /

бтах оценивается по (16.35) в предпо-

ложении, что составляющая /

б.комп =

О-

Ток срабатывания при-

нимается равным большему из двух значений (16.40) и (16.41).

По выбранному первичному току срабатывания РЗ находят

вторичный ток срабатывания реле:

1с.

=1с.

ксх/К

, (16.42)

где К/ - коэффициент трансформации ТТ на той стороне защи-

щаемого трансформатора, для которой подсчитан /

; /с

сх

коэффициент, учитывающий схему соединения ТТ, при соеди-

нении в звезду к

сх

= 1, при схеме треугольника к

сх

= уЗ.

Определяют число витков рабочих обмоток

РНТ:

а) сначала определяют витки уравнительной обмотки реле

(рис.

16.34, в), по которым протекает ток 1\

основного плеча РЗ

(*осн).

Число витков основной обмотки и>осн находят из уравнения,

«04

«п

9 *Р

НЕ

"у/

"^/Ц «т»

КЕ

«V/

«I

пч 0^ ^Т

!2ц

^г

г;

Рис.

16.34. Варианты схем включения обмоток реле РНТ-565. На рис.

16.34,

обмотка Мр размыкается и отсоединяется от схемы

характеризующего условия срабатывания реле:

•'с.р^осн

—

'с.р>

или

^осн

—

'с.р

•'с.р'

(16.43)

где Р - магнитодвижущая сила (МДС), необходимая для сра-

батывания реле, для РНТ-565 Р

= 100 А;

б) определяют расчетное число витков обмоток РНТ, по ко-

торым проходит ток неосновного плеча. Указанные витки на-

ходят из уравнения (16.30) баланса МДС при внешнем КЗ при

условии, что по обеим обмоткам защищаемого трансформа-

тора проходят равные номинальные мощности:

«Й

расч

~ АВ^ОСН^ИЕ

(16.44)

594

Зная из предыдущего расчета /

1в

, /

11в

и м>

осн

, определяют

^расч

^'Пуст' Равные ближайшему целому числу витков.

Расчет РЗ трехобмоточных трансформаторов

ведется аналогично, но в два приема. Сначала считают, что

отключена обмотка III (рис. 16.34, г), затем принимают, что

отключена обмотка II.

Определяют значение тока небаланса /

б.

омп>

обусловленное неточностью н^

уст

и и>ц

уст

•'нб.комп расч Щ уст)*к1 тах' ^расч

+ (^1расч ~ ^1устНк11тах

/м

'11расч> (16.45)

где щ

уст

и и>ц

уст

- принятые к установке числа витков обмоток

РНТ;

ктах

и 1ц

ктах

- токи, протекающие при внешнем КЗ по

той стороне силового трансформатора, куда включены обмот-

ки 1*>

1 И М>

ц.

Сопоставляют фактические значения 7

СЗ

и /

е (с учетом

нб

комп

Если 1

окажется недостаточно отстроенным от 1

ъ,

то необходимо загрубить РЗ и провести пересчет параметров.

Проверяют чувствительность РЗ при КЗ в ее

зоне.

В качестве расчетного случая выбирают режим, при котором

токи в плечах и результирующая МДС реле оказываются наи-

меньшими. При одностороннем питании точки КЗ к

может

оцениваться по токам:

кч=кттКх/1с.э, (16.46)

здесь к

сх

учитывает схему соединений ТТ на стороне, по кото-

рой протекает ток КЗ /

В соответствии с ПУЭ допускается к

> 2.

При недостаточной чувствительности из-за большого значе-

ния тока небаланса приходится применять более сложные

реле с торможением.

Дифференциальная защита с реле, имеющими торможение

В дифференциальных РЗ, установленных на трансформаторах

с регулированием напряжения под нагрузкой или многообмо-

точных трансформаторах с несколькими питающими обмотка-

ми,

токи небаланса в установившемся режиме имеют значи-

595

Рис.

16.35. Дифференциальная защита с торможением для трансформатора:

—

двухобмоточного; б

—

трехобмоточного

тельную величину. Чувствительность дифференциальной РЗ

в указанных случаях может быть повышена применением диф-

ференциальных реле с торможением. Принцип действия та-

ких реле был рассмотрен в гл. 12.

Схема и характеристики дифференциальной защиты с тор-

можением. Схема РЗ для двух- и трехобмоточного трансформа-

торов показана на рис. 16.35. Рабочая обмотка реле включается

дифференциально, т. е. на разность токов ТТ, а тормозные -

в плечи дифференциальной РЗ с таким расчетом, чтобы в любом

случае внешнего КЗ хотя бы одна тормозная обмотка реле об-

текалась током сквозного КЗ. При этих условиях ток срабаты-

вания РЗ (т. е. ток в рабочей обмотке, необходимый для дей-

ствия РЗ) под влиянием тока, протекающего в тормозной обмот-

ке реле, возрастает, что повышает надежность отстройки РЗ

от появляющихся в этом случае токов небаланса (рис. 16.36).

При КЗ в зоне ток повреждения /

, протекающий по

тормозным обмоткам, загрубляет реле (увеличивает его /

ср

)

так же, как и в условиях внешнего КЗ, но несмотря на это чув-

ствительность тормозного реле оказывается выше, чем у реле

с БНТ без торможения, что видно из диаграммы, приведенной

на рис. 16.36 (точки а и 6"). Чувствительность тормозного реле

при КЗ в зоне можно повысить, если тормозные обмотки вклю-

чать не во все плечи РЗ (как показано на рис. 16.35), а только

там, где это необходимо для торможения при внешних КЗ.

596

Рис.

16.36. Характеристики реле с

торможением и без торможения:

—

характеристика реле с тор-

можением; 2

—

характеристика ре-

ле с БНТ без торможения; 3

—

ток

небаланса; 4 - ток в реле при КЗ

в зоне

1уЧк

Для обеспечения достаточной надежности действия РЗ при

повреждениях в зоне и селективности при внешних КЗ коэф-

фициент торможения, характеризующий наклон характери-

стики реле (рис. 16.36), принимается равным 30-60%, а началь-

ный ток 7

Сф0

при

= 0 выбирается равным 1,5-2 А, т. е. 30-40%.

Новочеркасским государственным технологическим универ-

ситетом разработано реле с магнитным торможением

ДЗТ-11,

обеспечивающее отстройку как от бросков

ам>

так и

от токов небаланса. Реле (рис. 16.37, а) состоит из трехстержне-

вого насыщающегося трансформатора I, питающего обмотку

электромагнитного реле 2. Насыщающийся трансформатор

имеет, как и обычный НТТ, первичную рабочую обмотку и>

вторичную обмотку м>

, в цепь которой включено дифференци-

альное реле. Для осуществления торможения на магнитопро-

1200

1000

800

600

400

200

\д

.10

.„'

200 ЧОО 600 800

Ъ,Л

Рис.

16.37. Реле с магнитным торможением:

—

схема включения обмоток реле; б

—

тормозные характеристики реле

ДЗТ-11,

ДЗТ-11/2,

ДЗТ-11/3,

ДЗТ-11/4, ДЗТ-11/5

597

вод насыщающегося трансформатора насажена третья - тор-

мозная обмотка и>

. Рабочая обмотка включается дифферен-

циально, а тормозная - в рассечку плеча токовой цепи РЗ, т. е.

так же, как соответствующие обмотки обычного тормозного

реле.

Тормозная и вторичная обмотки реле состоят из двух

секций А и В, расположенных на крайних стержнях магнито-

провода. Рабочая обмотка помещена на среднем стержне.

Секции Щд И и>

в тормозной обмотки соединены так, что

создаваемый ими магнитный поток Ф

замыкается по крайним

стержням. Поток Ф

наводит в секциях и>

д и ы

в вторичной

обмотки ЭДС Е

А и Е

в, которые, однако, взаимно уничтожа-

ются, так как они равны по значению и взаимно противополож-

ны по направлению. В результате этого ток тормозной обмотки

не создает тока в реле и служит только для подмагничивания

крайних стержней магнитопровода, насыщая их и ухудшая

трансформацию тока из рабочей обмотки во вторичную.

Поток Ф

, создаваемый рабочей обмоткой, замыкается по

крайним стержням и наводит в секциях вторичной обмотки

согласно направленные ЭДС, обусловливающие ток в реле.

•Гр^р

Поток Ф

= — . Отсюда следует, что ток /

, необходимый

для создания потока Ф

, достаточного для действия реле 2,

зависит от магнитного сопротивления К

, которое увеличива-

ется с насыщением крайних стержней магнитопровода вслед-

ствие подмагничивания их током тормозной обмотки. Чем

больше ток 7

, тем больший ток /

требуется для действия реле

(рис.

16.37, 6").

При отсутствии тормозного тока реле работает как обычное

реле с БИТ, но без короткозамкнутых обмоток. Поэтому оно

хуже отстраивается от бросков /

нам

и апериодической состав-

ляющей /

б.

При внешнем КЗ ток, проходящий по тормозной обмотке,

насыщает крайние стержни магнитопровода, в результате чего

ток срабатывания реле возрастает, одновременно с этим ухуд-

шается трансформация тока небаланса, появляющегося в

рабочей обмотке трансформатора.

При повреждении в зоне РЗ ток в рабочей обмотке ра-

вен или больше тока 1

; в этих условиях, несмотря на подмаг-

ничивание магнитопровода, в реле появляется ток, достаточ-

ный для его действия.

598

Магнитная индукция при токе срабатывания реле дости-

гает значения, при котором начинается насыщение магнито-

провода (1,1-1,2 Тл), благодаря чему апериодический ток поч-

ти не трансформируется во вторичную обмотку, как и в обыч-

ном БНТ. Поэтому рассмотренное реле не реагирует на апе-

риодическую составляющую, содержащуюся в намагничиваю-

щем токе и токе небаланса при неустановившихся режимах.

Важнейшими преимуществами реле являются:

простота конструкции, наличие тормозной характеристики,

относительно небольшая зависимость /

ср

от фазы тормозных

токов, надежная отстройка от апериодической составляющей

токов намагничивания и возможность выполнения реле с тре-

мя и более тормозными обмотками. Последнее решает задачу

РЗ многообмоточных трансформаторов.

Тормозная характеристика каждого конкретного реле рас-

полагается между двумя кривыми, приведенными на

рис.

16.37, б, в зависимости от угла между тормозным и рабочим

токами, а также от схемы питания тормозной обмотки.

Дифференциальная РЗ с реле

ДЗТ-11,

имеющим промежу-

точный насыщающийся трансформатор и одну тормозную об-

мотку, устанавливается по действующим правилам [3] на по-

нижающих двухобмоточных трансформаторах 110-220 кВ, осна-

щенных устройством РПН. Защита выполняется в двухрелей-

ном исполнении и подключается к ТТ по схеме, приведенной

на рис.

16.31.

В зону действия дифференциальной РЗ, кроме вы-

водов НН трансформатора, попадают также подключенные к

ним реакторы 6-10 кВ. Ток срабатывания РЗ выполняется боль-

шим /

ном

. Коэффициент чувствительности РЗ при КЗ за реакто-

ром к

1,5, а на выводах НН к

> 1,5 для трансформаторов мощ-

ностью менее 80

МВ •

А и к

для трансформаторов мощностью

МВ •

А и более.

Если необходимый коэффициент чувствительности при КЗ

за реактором не обеспечивается, дифференциальная РЗ выпол-

няется в виде двух комплектов (с использованием реле типа

ДЗТ-11): грубого, действующего без выдержки времени с током

срабатывания РЗ 1

СЗ

> 1

нои

, и чувствительного с выдержкой

времени *

сз

= (0,5

-=-

с и 7

СЗ

= (0,75

•*

1)/

ом- При использовании

со стороны ВН ТТ с вторичным током

А РЗ должна выполнять-

ся с реле типа ДЗТ-11/3 [3].

Ниже дан пример расчета дифференциальной токовой

защиты двухобмоточного понижающего трансформатора мощ-

599

ностью 25 МВ • А с расщепленной обмоткой (рис. 16.38). Расчет

ведется в соответствии с § 16.9. Сопротивления защищаемого

трансформатора с устройством регулирования напряжения под

нагрузкой РПН рассчитаны при двух крайних реально возмож-

ных положениях регулятора. Сопротивления указаны в омах и

с тах

Ом

П0нВ\ К

С т

сп '

Он

ТЛГ

$ 300/5

ТРДН - 25000

115* /5^/0.5-/0,5к В

(-РР)°9,6*'/о

(*РО)

11,72'/.

ЮкВ

а)

8(1б)0м

780'А

\\73,5(НЙ,в)Ом

дзт-п

/} * 7 9 ч

гч

11 21 14

0113 4 5 6 У?УУУ/

0 12 1*5/ ААА«Д

*1УР

8 3

Рис. 16.38. К примеру расчета дифференциальной защиты трансформатора:

—

исходная схема; б

—

схема замещения; в

—

схема подключения обмоток

ДЗТ-11

600