Меню

Защита от бросков тока намагничивания

Принцип действия и устройство защиты типа ДЗТ-20

Отстройка защиты ДЗТ-20 от бросков тока намагничивания

Бросок тока намагничивания возникает в трансформаторе при включении его под напряжением или при восстановлении напряжения при отключении внешнего КЗ. В защите ДЗТ-20 принцип отстройки от броска тока намагничивания основан на одновременном использовании двух характерных свойств этого тока — наличия в нем в течение каждого периода значительных бестоковых пауз и второй гармонической слагающей. По наличию этих признаков и осуществляется блокирование защиты от броска тока намагничивания в защите ДЗТ-20.

На рисунке 1 показаны типичные осциллограммы изменения токов намагничивания iА, iВ, iС в трех фазах трансформатора при подключении его к источнику симметричного напряжения (для упрощения осциллограмма напряжения приведена только для одной фазы А).

Рисунок 1 — Осциллограммы фазных токов и напряжения фазы А при включении трехфазного трансформатора на холостой ход

Бросок тока намагничивания однофазного трансформатора представляет ряд однополярных (апериодических) импульсов, аналогичных кривым токов iВ и iС, приведенным на рисунке 1. Многочисленными опытами и теоретическими исследованиями установлено, что амплитуда апериодического броска тока намагничивания может достигать 6—8-кратных значений по отношению к номинальному току трансформатора. Исследования показали, что при однополярных бросках тока намагничивания длительность пауз между импульсами тока не может быть меньше 6,6 мс. Это свойство апериодического броска использовано в ДЗТ-20 для блокирования защиты при наличии в кривой тока пауз длительностью более 4,5—5 мс. Такая длительность принята в этих реле в качестве уставки времяимпульсного блокирования для отстройки от апериодического броска тока на намагничивание. Однако апериодический бросок характерен только для однофазного трансформатора.

Трехфазная группа однофазных трансформаторов имеет обмотки, соединенные в треугольник, и токи отдельных фаз такой трансформаторной группы оказывают взаимное влияние. В трехфазных трансформаторах дополнительно имеет место взаимное магнитное влияние фаз друг на друга. Поэтому бросок тока намагничивания в каждой фазе трехфазного трансформатора образуется под взаимным воздействием токов всех трех фаз и может отличаться от описанного выше броска намагничивания однофазного трансформатора.

В трехфазном трансформаторе и группе из трех однофазных трансформаторов возможны условия, когда апериодические составляющие токов каждой из двух фаз примерно равны (iВ, iС на рисунке 1) и бросок тока намагничивания третьей фазы (iА на рисунке 1) не содержит апериодической составляющей. Это так называемый периодический или разнополярный бросок тока намагничивания. Для образования разнополярного тока в реле дифференциальной защиты условия создаются также из-за соединения вторичных обмоток трансформаторов тока в треугольник, когда по обмотке реле протекает разность фазных токов.

Амплитуда импульсов тока при периодическом (разнополярном) броске хотя и меньше, чем при апериодическом, но может достигать двухкратных значений по отношению к номинальному току. Ширина пауз между импульсами при периодическом броске тока намагничивания меньше, чем при апериодическом броске, и может составить 4 мс, поэтому блокирование защиты при периодическом броске тока намагничивания не может быть осуществлено время импупьсным методом. Это обусловлено тем, что снижение уставки блокирования до требуемых 2,5—3 мс вызывает трудности по созданию элементов с более высокой стабильностью, и, что не менее важно, при таких уставках не удается избежать замедления защиты в переходном режиме КЗ в трансформаторе, в особенности при насыщении трансформаторов тока. Поэтому для блокирования зашиты при периодическом броске тока намагничивания использовано другое свойство защиты.

Анализ гармонического состава кривых бросков токов намагничивания показал, что в них кроме рассмотренных пауз содержится значительная доля второй гармоники. Исследования показали, что при периодическом броске тока намагничивания вторая гармоника составляет не менее 40% тока первой гармоники. Это свойство использовано в защите ДЗТ-20 для блокирования ее при периодическом броске тока намагничивания. В апериодическом броске тока намагничивания вторая гармоническая также есть, но ее относительное содержание значительно меньше, чем при периодическом, и может составлять примерно 15% первой гармоники. Использование этого относительно небольшого значения для блокирования защиты при апериодическом броске тока намагничивания возможно, но связано с трудностью создания фильтра с более высокой добротностью, а также приводит к замедлению защиты при отключении внутренних КЗ, особенно с большой кратностью тока, что является нежелательным. Поэтому в защите ДЗТ-20 применен комбинированный времяимпульсный метод блокирования защиты при появлении в кривой тока пауз заданной длительности в сочетании с торможением от второй гармоники дифференциального тока. Благодаря такому сочетанию обеспечиваются высокие чувствительность и быстродействие защиты.

Коррекция погрешностей трансформаторов тока

Принцип действия защиты ДЗТ-20 обеспечивает блокировку защиты, как описано выше, если трансформаторы тока точно воспроизводят первичный ток, в том числе и при броске тока намагничивания трансформатора. В действительности же при насыщении трансформаторов тока условия трансформации апериодической составляющей существенно ухудшаются. При этом во вторичном токе трансформаторов тока появляются отрицательные полуволны, а бестоковые паузы практически исчезают. Ориентировочная форма такого «трансформированного» апериодического тока показана на рисунке 2. Относительное содержание второй гармоники в «трансформированном» апериодическом токе больше, чем в первичном токе включения.

а — первичный ток трансформатора тока iп; б — вторичный ток трансформатора тока iв
Рисунок 2 — Трансформация броска тока намагничивания трансформатором тока

Рисунок 3 — Осциллограммы тока на входе рабочей цепи Iд (а) и на выходе корректирующего звена dIд/ dt (б) при периодическом разнополярном броске тока намагничивания

Для обеспечения правильной работы защиты необходима корректировка формы кривой вторичного тока трансформаторов тока в режиме их насыщения. Отстройка ДЗТ-20 от «трансформированных» токов включения достигается восстановлением бестоковых пауз с помощью корректирующего звена. Корректирующее звено выполнено по схеме, состоящей из трансреактора, вторичная обмотка которого нагружена на активное сопротивление. При этом обеспечивается правильная передача пауз в режиме как однополярного тока включения, так и разнополярного периодического.

Корректирующее звено повышает надежность работы защиты при КЗ с большими кратностями токов, особенно при наличии периодической составляющей, когда трансформаторы тока насыщаются и в их вторичном токе появляются паузы, длительность которых в течение некоторого времени может превышать 4,5—5 мс. В этом режиме корректирующее звено способствует уменьшению длительности пауз на своем выходе, благодаря чему обеспечивается правильная работа времяимпульсной схемы защиты при погрешности трансформаторов тока более 10%.

Ориентировочные кривые токов на входе рабочей цепи и на выходе корректирующего звена для периодического разнополярного, апериодического однополярного и апериодического «трансформированного» бросков тока намагничивания показаны на рисунках 3 и 9. На рисунке 9 апериодическому однополярному броску тока намагничивания соответствует первый период, а со второго периода апериодический бросок тока намагничивания «трансформированный», разнополярный.

Ориентировочные кривые токов на входе рабочей цепи и на выходе корректирующего звена при протекании тока КЗ с периодической составляющей при ненасыщенных и насыщенных трансформаторах тока даны на рисунках 4 и 10.

На рисунке 5 показаны кривые приведенных первичного и вторичного токов и индукции в трансформаторе тока в режиме глубокого насыщения при переходном процессе. Для качественной оценки принята прямоугольная характеристика намагничивания (ПХН) трансформатора тока. Из рисунка 5 видно, что вторичный ток iB будет отсутствовать (появятся паузы tп) при достижении индукцией В индукции насыщения. Паузы будут повторяться до тех пор, пока кривая iп не станет симметричной относительно оси времени.

Рисунок 4 — Осциллограммы тока на входе рабочей цепи Iд (а) и на выходе корректирующего звена dIд/dt (б) при апериодической составляющей Iап в токе КЗ и ненасыщенных трансформаторах тока

Рисунок 5 — Осциллограммы первичного iп и вторичного iв токов (а) в индукции В (б) в трансформаторе тока с ПХН в режиме глубокого насыщения

Для обеспечения достаточного быстродействия защиты в целом необходимо, чтобы в переходных режимах была обеспечена работа чувствительного измерительного органа при токах, меньших двухкратного тока срабатывания отсечки, при котором обеспечивается быстродействие последней. Для этого трансформаторы тока защиты целесообразно рассчитывать по кривым предельных кратностей для удвоенного тока срабатывания отсечки. Время срабатывания отсечки при двойной кратности тока на входе защиты находится в пределах 20-25 мс и с ростом кратности тока равномерно уменьшается. Поскольку время срабатывания время импульсной схемы больше периода промышленной частоты, введение дифференциальной отсечки уменьшает вероятность замедления защиты в целом, т. е. приводит к повышению ее быстродействия.

Читайте также:  Воздействие интерференционными токами аппараты

Торможение от второй гармоники, используемое в основном для отстройки от периодических бросков тока намагничивания, также создает возможность замедления срабатывания защиты в переходном режиме при насыщении трансформаторов тока.

По экспериментальным данным максимальное время срабатывания защиты при больших кратностях токов КЗ в защищаемой зоне составляет не более 66 мс (разность между временем срабатывания в данном режиме и минимальным временем срабатывания защиты равна 33 мс) при номинальной нагрузке трансформаторов тока. При снижении нагрузки трансформаторов тока время замедления защиты снижается. В реальных условиях нагрузка трансформаторов тока высокого напряжения, как правило, находится в пределах 0,3—0,7 номинальной.

В реальных условиях время срабатывания защиты зависит от вида КЗ. При всех многофазных КЗ возникновение условий, вызывающих одновременное замедление реле нескольких фаз защиты, практически невозможно, поэтому при этих видах КЗ защита срабатывает без замедления. Наиболее частым видом КЗ является однофазное короткое замыкание (90% общего числа повреждений). В этом случае замедление срабатывания маловероятно при питании места повреждения с нескольких сторон. При писании только с одной стороны возможно замедление срабатывания защиты, однако вероятность возникновения замедления согласно статистическим данным составляет менее 10%.

Отстройка от внешних коротких замыканий. Аналогично дифференциальным защитам с торможением на электромагнитных реле (например, типа ДЗТ-11) для отстройки от установившихся, а также переходных токов небаланса используют так называемое «процентное» торможение от токов плеч защиты.

Требование отстройки от небаланса переходного режима внешнего КЗ с помощью «процентного» торможения (в совокупности с другими факторами) является определяющим, поскольку форма тока небаланса переходного режима при определенных условиях может оказаться такой, что времяимпульсный принцип и торможение от второй гармоники будут недостаточными для обеспечения надежной отстройки защиты.

Рисунок 6 — Структурная схема защиты

Структурная схема защиты (рисунок 6) содержит: рабочую цепь РЦ; цепь торможения от второй гармоники ТЦ1; цепь процентного торможения ТЦ2, на вход которой подаются токи плеч защиты I1 и I2; времяимпульсный реагирующий орган РО; дифференциальную отсечку ДО, на вход которой с выхода РЦ подается выпрямленный ток; усилитель У, на входы которого подключаются выходы РО всех трех фаз; выходные реле ВР, на которые подается выход У и выходы ДО всех трех фаз; блок питания БП, служащий источником питания РО, У, ВР. На входы РЦ и ТЦ1 подается ток дифференциальной цепи защиты Iд. На вход РО с выхода рабочей цепи РЦ подается рабочий ток ip, выпрямленный по схеме двухполупериодного выпрямления без сглаживания, а с выходов тормозных цепей ТЦ1 и ТЦ2 — токи смещения iсм1 и iсм2, выпрямленные по схеме двухполупериодного выпрямления со сглаживанием и направленные встречно ip.

Элементы РЦ, ТЩ, ТЦ2, ДО и РО входят в модуль реле защиты дифференциальный МРЗД, отдельный для каждой фазы.

Элементы У, ВР и БП являются общими для всех трех фаз защиты и входят в модуль питания и управления МПУ.

Орган РО состоит из релейного формирователя прямоугольных импульсов РФ, элемента выдержки времени на возврат ВВ и элемента выдержки времени на срабатывание ВС.

В нормальном режиме и режиме внешнего КЗ рабочий ток на входе РО iр будет меньше суммы токов срабатывания РО (сумма тока ipо и тока смещения iсм = iсм1 + iсм2), поэтому сигнал на выходе РФ будет равен нулю.

При ip ≥ ipo + iсм1 + iсм2 на входе РО и на выходе РФ появляется единичный сигнал, поступающий на вход ВВ, а это в свою очередь приводит к появлению единичного сигнала на выходе ВВ. При исчезновении единичного сигнала на входе ВВ сигнал на выходе ВВ становится равным нулю только по истечении выдержки времени элемента ВВ на возврат (tв = 4,5 — 5 мс), принятой для исполнения защиты на 50 Гц. Выходной сигнал ВВ является входным для элемента ВС. Единичный сигнал на выходе ВС появляется при наличии единичного сигнала на входе ВС в течение времени, превышающего уставку элемента ВС на tС)Р, равную 21—23,5 мс. Этот сигнал усиливается усилителем У, и защита срабатывает через выходные реле ВР.

Источник

Влияние гармоник и бросков тока намагничивания на ДЗТ трансформаторов

коротких замыканий дифференциальной защиты 5Отстройка дифференциальной защиты силового трансформатора от бросков тока намагничивания (БТН) — это одна из сложнейших проблем при разработке алгоритма ее функционирования. Эта проблема заключается в том, что ток намагничивания потребляется внутри зоны защиты, вследствие чего режим БТН имеет много общего с режимом внутреннего короткого замыкания (КЗ). Искажения вторичных токов вследствие насыщения трансформаторов тока (ТТ) во время переходных процессов существенно усугубляют проблему. Поэтому алгоритмы функционирования дифзащит трансформаторов должны предусматривать специальные средства, выявляющие в дифференциальном токе отличительные признаки качественного характера. Считается, что в дифференциальном токе в режиме БТН высшие гармонические составляющие содержатся в большей степени, чем при внутренних КЗ.

Поэтому нашло широкое распространение торможение гармоническими составляющими дифференциального тока (преимущественно второй гармоникой) в качестве средства отстройки дифзащит трансформаторов от БТН.

Пригодность такого средства отстройки обосновывается результатами гармонического анализа дифференциального тока в режиме БТН с учетом искажений, о которых имеются публикации.

коротких замыканий дифференциальной защиты 1

Однако публикации о гармоническом анализе дифференциальных токов при внутренних КЗ, причем именно искаженных токов вследствие насыщения ТТ, практически отсутствуют. Поэтому целью настоящей работы является исследование гармонических слагающих дифференциального тока и, как следствие, оценка эффективности самых распространенных способов отстройки от БТН.

Принципы торможения высшими гармониками можно разделить на две группы: торможение величиной (амплитудой) высшей гармонической составляющей и торможение коэффициентом гармоники (относительной гармоникой). Под коэффициентом гармоники понимается отношение амплитуды высшей гармоники к амплитуде первой гармоники; это отношение обычно выражается в процентах. Основным недостатком торможения величинами высших гармоник является то, что при изменении величины токового сигнала при одном и том же режиме изменяются и величины гармонических слагающих. При искажении дифференциального тока вследствие насыщения ТТ резко изменяется его форма, а значит, и его спектр. В этом отношении коэффициент гармоник имеет преимущество перед их амплитудами, заключающееся в следующем. С изменением токового сигнала по величине, а может даже и по форме, в каком-либо одном режиме величины гармонических слагающих изменяются в какой-то мере пропорционально друг другу. Значит, коэффициенты гармоник в этом режиме претерпят значительно меньшие изменения, чем просто величины гармонических слагающих.

Во многих современных цифровых защитах силовых трансформаторов отстройка от БТН основывается именно на использовании коэффициентов гармоник, а не просто их величин. В литературе и технических описаниях дифференциальных защит трансформаторов, как правило, не приводится точного описания способов отстройки реле от БТН с помощью торможения высшими гармониками. Максимум, что в редких случаях указывается, это величины коэффициентов гармоник, по которым следует отличать внутреннее КЗ от БТН. Например, в защите, описанной в, в качестве такой уставки принято значение коэффициента второй гармоники 17,7 %, в защитах RET316 и RET521 — 12 %, в цифровой защите ШЭ1111 фирмы ЭКРА — 10 %. Но кроме самих коэффициентов гармоник очень важным фактором в эффективности отстройки дифзащиты оказывается способ выделения гармонических слагающих.

В работе проведено сопоставление многих применяемых способов, и в ней указывается, что дискретное преобразование Фурье является самым точным и самым эффективным для отстройки дифзащиты трансформатора от БТН.

Приведенные значения коэффициентов высших гармоник, выявленных методом преобразования Фурье, для различных искаженных кривых дифференциального тока в режиме БТН.

Значения коэффициентов гармоник для приведенных случаев БТН лежат в очень широких пределах: постоянная слагающая — от 4 до 73 %; вторая гармоника — от 17 до 102 %; третья гармоника — от 1 до 39 %.

При проведении гармонического анализа дифференциальных токов в переходных процессах внутренних КЗ применялась модель трехфазных групп ТТ «звезда» и «треугольник», созданная в пакете MatLab [4]. Кривая намагничивания магнитопроводов в этой модели задана в виде усредненной монотонно изменяющейся характеристики (без учета гистерезиса), что обеспечивается функциями ускоренной интерполяции пакета MatLab. Для определения величин гармонических слагающих используется функция «fft», реализующая алгоритм быстрого преобразования Фурье.

Читайте также:  Последовательное подключение в цепи постоянного тока

При исследованиях моделировались внутренние КЗ для защиты блочного двухобмоточного трансформатора ТД 80000/220/10. Проведенные исследования справедливы (применимы) для дифзащиты любого силового трансформатора, так как характер искажений токов в группах трансформаторах тока «звезда» и «треугольник» слабо зависит от их типа. На рис. 1 приведен пример внутреннего трехфазного КЗ с двухсторонним питанием.

Начальные условия для этого случая принимались следующими:

  • кратности тока КЗ с обеих сторон равны 4;
  • остаточные индукции для группы ТТ «звезда» 1,0, 0,2 и 0,8 Тл для фаз А, В и С соответственно,
  • для группы ТТ «треугольник» — 1,0, 1,0 и 1,2 Тл для фаз А, В и С соответственно.

Для каждой фазы в верхней части рисунка показаны первичные и вторичные токи для стороны низшего напряжения с группой ТТ «звезда», в средней части — для стороны высшего напряжения с группой ТТ «треугольник», в нижней части рисунка — дифференциальный ток.

На рис. 2 приведен пример внутреннего трехфазного КЗ, но с односторонним питанием со стороны низшего напряжения. Поэтому на рис. 2 приведены только первичные и вторичные токи плеча с группой ТТ «звезда»; в таком случае дифференциальный ток в каждой фазе равен вторичному току.

коротких замыканий дифференциальной защиты 2

Величины относительных гармонических слагающих в процентах указаны в табл. 1 и 2. Здесь продемонстрированы такие случаи внутренних КЗ, при которых коэффициенты второй гармоники оказываются наибольшими, хотя не максимально возможными.

Более высокие значения относительной второй гармоники могут наблюдаться при гораздо менее вероятных искажениях вторичных токов, а приведенные примеры искаженных токов являются наиболее характерными.

Следует отметить, что в обоих приведенных случаях в фазе В ток практически не искажается, кроме того, первичный ток не содержит апериодической слагающей, поэтому коэффициенты высших гармоник в ней составляют единицы процентов и приводить их точные значения не имеет смысла.

коротких замыканий дифференциальной защиты 4

На рис. 3 показан один из возможных режимов БТН при включении силового трансформатора на холостой ход со стороны обмотки НН, имеющей схему соединения «треугольник», а вторичные обмотки ТТ — схему «звезда». Коэффициенты гармонических слагающих для дифференциального тока в этом режиме приведены в табл. 3. При анализе результатов исследований видно, что диапазоны величин относительных гармонических слагающих, характерных внутренним КЗ и режиму БТН, очень сильно пересекаются. Величины коэффициента второй гармоники, появляющейся при внутренних КЗ, могут в несколько раз превышать принятые уставки в современных дифференциальных защитах, по которым они идентифицируют бросок тока намагничивания. Особое внимание следует уделить коэффициенту второй гармоники в первом периоде, так как именно с первого периода начинается выявление БТН, а в первом периоде ТТ еще не столь глубоко насыщены, как в последующих периодах.

При таких обстоятельствах в режиме БТН вторая гармоника может оказываться больше, чем при внутренних КЗ. Но из таблиц 1 и 2 видно, что при внутренних КЗ относительная вторая гармоника уже в первом периоде может существенно превышать принятые в защитах трансформаторов уставки.

В таких случаях внутренних КЗ возможны задержки в срабатывании защит, поскольку в самом начале переходного процесса возможно неверное распознавание режима работы защищаемого трансформатора. Во втором и последующих периодах насыщение ТТ усиливается, что влечет к увеличению высших гармонических слагающих, а вследствие этого задержка в срабатывании защиты будет продолжаться.

Наоборот, в случае апериодического БТН, при отсутствии искажений в дифференциальном токе во время первого и второго периодов, относительная вторая гармоника может быть на уровне 14-15% (см. табл. 3, фаза А), что может оказаться только лишь на уровне или даже ниже уставки.

Относительные значения третьей и четвертой гармоник при БТН оказываются несколько большими, чем при внутренних КЗ, но провести четкую границу по их значениям между этими двумя режимами также очень сложно. Относительные значения пятой и шестой гармоник как при внутренних КЗ, так и при БТН составляют единицы процентов, поэтому они также не представляют никакой ценности для отстройки от БТН. В заключение можно констатировать низкую эффективность любых способов отстройки от БТН, которые используют высшие гармонические слагающие.

Низкая эффективность таких способов также указывается в работе.

Если гармонические слагающие выделяются из выпрямленного дифференциального тока или из его производной по времени, то такой подход вносит дополнительные сложности и дополнительно снижает устойчивость функционирования дифференциальной защиты трансформатора.

Источник:Журнал «ЭЛЕКТРО. Электротехника. Электроэнергетика. Электротехническая промышленность.» № 3 за 2007 год.

Автор: Купарев Михаил Анатольевич, к.т.н., доцент Новосибирского государственного технического университета.

Источник

Бросок тока намагничивания трансформатора

Бросок тока намагничивания трансформатора — это кратковременный ток намагничивания трансформатора, превышающий номинальный ток нагрузки, возникающий при включении трансформатора (автотрансформатора) под напряжение или при его восстановлении. При этом, бросок тока намагничивания раз от раза может отличаться на одном и том же трансформаторе, так как имеет значение вектор и величина напряжения, подаваемая на обмотку трансформатора при включении коммутационного аппарата.

  1. Причины возникновения броска тока намагничивания
  2. Описание процесса
  3. См. также
  4. Примечания

Причины возникновения броска тока намагничивания

Причиной возникновения БНТ в силовых трансформаторах является резкое изменение уровня напряжения намагничивания. Хотя обычно возникновение БНТ связывают с включением трансформатора под напряжение, он также может быть обусловлен:

  • Возникновением внешнего КЗ,
  • Восстановлением уровня напряжения после отключения внешнего КЗ,
  • Переходом КЗ из одного вида в другой (к примеру, переход однофазного КЗ в двухфазное КЗ на землю),
  • Несинхронным подключением генератора к системе.

Поскольку ветвь намагничивания схемы замещения трансформатора, может быть представлена как шунт при его насыщении, ток намагничивания нарушает баланс между токами на выводах трансформатора. Дифференциальная защита воспринимает ток БНТ как дифференциальный, однако должна устойчиво функционировать в таком случае. Отключение трансформатора при БНТ является нежелательным с точки зрения условий обеспечения длительного срока службы трансформатора (отключение тока индуктивного характера вызывает высокие перенапряжения, что может представлять угрозу для трансформатора и быть косвенной причиной возникновения внутреннего КЗ).

Описание процесса

Намагничивание трансформатора изза включения его под напряжение считается самым неблагоприятным случаем, вызывающим БНТ наибольшей амплитуды. Когда производится отключение трансформатора, напряжение намагничивания оказывается равным нулю, ток намагничивания снижается до нуля, в то время как магнитная индукция изменяется согласно характеристике намагничивания сердечника. Указанное обуславливает наличие остаточной индукции в сердечнике. Когда, по истечении некоторого времени, производится повторное включение трансформатора под напряжение, изменяющееся по синусоидальному закону, магнитная индукция начинает изменяться по тому же закону, однако со смещением на значение остаточной индукции. Остаточная индукция может составлять 80–90% номинальной индукции, и, таким образом, точка может переместиться за излом характеристики намагничивания, что, в свою очередь, обуславливает большую амплитуду и искажение формы кривой тока.

На рисунке представлена характерная форма БНТ. Данная осциллограмма отображает наличие длительно затухающей апериодической составляющей, может быть охарактеризована содержанием различных гармоник и большой амплитудой тока в начальный момент времени (до 30 раз превышающей значение номинального тока трансформатора). Кривая значительным образом затухает через десятые секунды, однако полное затухание характерно через несколько секунд. При определенных обстоятельствах БНТ затухает лишь спустя минуты после включения трансформатора под напряжение.

Источник



Способы отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение

Особенности выполнения дифференциальной защиты трансформаторов

Силовой трансформатор, в отличие от линии, генератора, двигателя, имеет несколько характерных особенностей, влияющих на выполнение его продольной дифференциальной защиты.
В силовом трансформаторе в обмотке со стороны источника питания проходит ток намагничивания, отсутствующий в других обмотках и поэтому попадающий в реле ТД как ток небаланса.
В нормальном режиме значение тока намагничивания не превышает нескольких процентов номинального тока. Например, для трансформаторов 110 кВ (ГОСТ 12965—74) ток намагничивания от 1,5 до 0,55% номинального тока. Но при включении трансформатора под напряжение или при восстановлении напряжения после отключения близкого к. з. бросок тока намагничивания может в 5—8 раз превысить номинальный ток трансформатора. Поэтому отстройка дифференциальной защиты (обеспечение ее несрабатывания) от бросков тока намагничивания является самой сложной задачей, не решенной до конца и в настоящее время.
В силовом трансформаторе первичные токи обмоток ВН, СН и НН не равны между собой, а коэффициенты трансформации стандартных трансформаторов тока таковы, что практически невозможно с их помощью сделать равными между собой вторичные токи в плечах дифференциальной защиты (12-\ и /2-2 на рис. 6-1). Неравенство значений вторичных токов вызывает ток небаланса, как это видно из выражения (6-1а).
Неравенство значений вторичных токов и ток небаланса могут также возникнуть за счет:
различных погрешностей, с которыми работают разнотипные трансформаторы тока (ITT и 2ТТ на рис. 6-1);
регулирования напряжения на одной из сторон трансформатора, на которой и будут изменяться значения первичного и вторичных токов при неизменных значениях токов на других сторонах;
углового сдвига между первичными токами в фазных выводах трансформатора при стандартной группе соединения обмоток У/Д-11 (рис 1-3); если не принять специальных мер, этот же угловой сдвиг будет и между вторичными токами.
Перечисленные особенности силового трансформатора определяют и особенности его дифференциальной защиты, для выполнения которой должны быть решены две основные задачи: отстройка от бросков тока намагничивания, возникающих при включении трансформатора;
отстройка от токов небаланса при внешних к.з.

Читайте также:  Как найти глухариный ток в лесу

Способы отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение

Ток намагничивания при включении силового трансформатора под напряжение может достигать, как уже указывалось, 8-кратного значения номинального тока, но он быстро затухает и через 0,5—1 с становится уже намного меньше номинального. Эта особенность использовалась для выполнения грубых, но быстродействующих дифференциальных защит — так называемых дифференциальных отсечек. Ток срабатывания этой отсечки выбирается в 3—4 раза большим номинального тока трансформатора. Благодаря такой грубой настройке и с учетом некоторого замедления срабатывания (собственного времени выходного промежуточного реле) дифференциальная отсечка может быть отстроена от бросков тока намагничивания, но лишь за счет низкой ее чувствительности при к. з. в зоне действия. Именно из-за низкой чувствительности дифференциальная отсечка применяется крайне редко и не предусматривается в новых Правилах [1].
Для отстройки от броска тока намагничивания применялась и выдержка времени 0,5—1 с, однако с начала 1950-х годов в СССР такое выполнение дифференциальной защиты не допускается, независимо от типа и места включения защищаемого

Рис. 6-2. Характерная кривая броска тока намагничивания в одной из фаз при включении силового трансформатора под напряжение (а) и кривая тока к. з. (б)
трансформатора. Исключение составляют дифференциальные защиты, которые устанавливаются совместно с другими — быстродействующими дифференциальными защитами в роли вспомогательных, например, для защиты понижающего трансформатора от к.з. на стороне НН [5].
В настоящее время наиболее широко применяются дифференциальные защиты, в которых для отстройки от бросков тока намагничивания используются особенности несинусоидальной формы кривой тока в дифференциальной цепи при включении трансформатора под напряжение, а именно:

смещение кривой броска тока намагничивания в одну сторону от нулевой линии и отсутствие обратных полуволн (рис. 6-2,а);
наличие в броске тока намагничивания бестоковых пауз длительностью около 7—10 мс именно за счет отсутствия обратных полуволн в токах намагничивания (рис. 6-2,а);
большое содержание в броске тока намагничивания четных гармоник (главным образом второй).
Подавляющее большинство дифференциальных защит в СССР выполнено на отечественных реле серий РНТ и ДЗТ, в которых для отстройки от бросков тока намагничивания используется первая из перечисленных особенностей. В этих реле исполнительный орган (токовое реле) включен в дифференциальную цепь защиты через промежуточный трансформатор, работающий с повышенной индукцией в магнитопроводе. Когда в первичную обмотку такого трансформатора тока подается однополярный ток (рис. 6-2, а), апериодическая составляющая этого тока вызывает глубокое насыщение магнитопровода, весь первичный ток становится током намагничивания и, таким образом, в идеальном случае во вторичную обмотку не трансформируется. Следовательно, исполнительный орган, включенный на вторичную обмотку насыщенного трансформатора тока, не может сработать. Такой трансформатор тока называется быстронасыщающимся (БНТ) или насыщающимся (НТТ).
Если происходит к.з. в зоне действия защиты и через первичную обмотку НТТ проходит синусоидальный (двухполярный) ток к.з. (рис. 6-2,6), то НТТ трансформирует этот ток во вторичную обмотку и обеспечивает срабатывание исполнительного органа реле РНТ или ДЗТ. Надо отметить, что ток к. з. также может иметь апериодическую составляющую, которая насыщает НТТ и препятствует трансформации периодической составляющей. Но апериодическая составляющая тока к. з. быстро затухает, после чего реле срабатывает за счет периодической составляющей. Полное время срабатывания защиты с НТТ при самых неблагоприятных условиях не превышает 0,12 с [22].
В отличие от описанного идеального случая реальный НТТ трансформирует часть однополярного тока намагничивания. Кроме того, при включении трехфазного трансформатора под напряжение в одной из фаз может отсутствовать апериодическая составляющая броска тока намагничивания (так называемый периодический бросок тока намагничивания, который хорошо трансформируется НТТ). Такая форма кривой тока на входе НТТ может иметь место и в том случае, если основные трансформаторы тока дифференциальной защиты работают с большими погрешностями и трансформируют только периодическую составляющую броска тока намагничивания. Все эти возможные случаи не позволяют выполнить с помощью НТТ высокочувствительную дифференциальную защиту силовых трансформаторов. Практически принимается ток срабатывания для реле РНТ /с. з ^ 1,3/ном гр, а для ДЗТ /с. з ^ 1,5/ном гр, т. е. больше номинального тока защищаемого трансформатора.
Применяемый в основном в зарубежной практике способ отстройки от броска тока намагничивания с помощью второй гармоники позволяет выполнить дифференциальную защиту с током срабатывания, меньшим номинального тока трансформатора, но имеет известные недостатки: существенное замедление срабатывания при к. з. в зоне и даже возможность отказа при больших кратностях тока к. з., когда во вторичном токе глубоко насыщенных трансформаторов тока дифференциальной защиты появляются четные гармоники. Во избежание отказа отключения поврежденного трансформатора дополнительно устанавливается грубая дифференциальная отсечка.
С помощью полупроводниковых элементов появилась возможность использовать для отстройки от броска тока намагничивания и различие длительности бестоковых пауз в броске тока намагничивания и в токе к.з. при повреждении в трансформаторе (рис. 6-2,а и б). Исследования последних лет показали, что при всех основных вариантах формы кривой броска тока намагничивания имеется бестоковая пауза. Она фиксируется специальной схемой и сравнивается с заранее заданным значением паузы. Если зафиксированная пауза оказывается больше, чем заданное значение, действие защиты запрещается. Дифференциальное реле, использующее этот принцип, названо время-импульсным [2, 21], и на его основе создана дифференциальная защита типа ДЗТ-21. При к.з. в зоне действия защиты бестоковые паузы в токе к. з. могут иметь место лишь при больших кратностях тока, когда происходит глубокое насыщение основных трансформаторов тока дифференциальной защиты. Учитывая возможность бездействия время-импульсного реле, в защите на этот случай предусмотрена дополнительная дифференциальная токовая отсечка с большим током срабатывания.
Предлагаются и другие способы отстройки дифференциальных защит трансформаторов от броска намагничивающего тока, использующие описанные отличия формы кривой этого тока от синусоиды. Например, разработана полупроводниковая приставка к реле серий РНТ-560 и ДЗТ-10, которая загрубляет эти реле при появлении паузы в первой производной броска дифференциального тока. Такая приставка могла бы значительно повысить чувствительность существующих дифференциальных защит трансформаторов к токам к. з.

Источник