Некоторые схемы дифференциальной защиты

17.8. Дифференциальная отсечка. В схеме дифференциальной отсечки отсутствуют какие-либо специальные средства для отстройки от броска тока намагничивания и выравнивания вторичных токов (рис.17.5).

Ток срабатывания дифференциальной отсечки определяют условием отстройки от броска намагничивающего тока согласно формуле (17.3), принимая К_н= 3…4для электромеханических реле. Броски намагничивающего тока в первый момент включения трансформатора могут превышать ток срабатывания дифференциальной отсечки, выбранный с указанным коэффициентом надежности отстройки. Однако эти токи очень быстро затухают, что дает возможность отстроиться от них за счет собственного времени действия реле дифференциальной отсечки. Для этого в схеме дифференциальной отсечки применяют выходное промежуточное реле KL (рис. 17.5), которое имеет время срабатывания 0,1…0,2 с. Для измерения дифференциального тока используется токовое реле. При правильном подборе ТТ и такой уставке удается отстроиться и от тока небаланса без выравнивания токов плеч – второе условие выбора уставок, что и дает возможность использовать для дифференциальной отсечки токовое реле.

В сложных устройствах ДЗТ, например ДЗТ-21, R3IPT, MiCOM P630 и других микропроцессорных защитах, имеется дополнительный элемент, именуемый дифференциальной отсечкой. Этот элемент не имеет дополнительной задержки и специальных средств отстройки от броска тока намагничивания. Поэтому он должен отстраиваться от бросков тока намагничивания с большим коэффициентом равным (6…8) Iном. Зато такая дифференциальная отсечка, не имеющая никаких задержек, является более надежной защитой и обеспечивает быстрое отключение тока КЗ в обмотках ВН трансформатора

Рис. 17.4. Принципиальная схема дифференциальной отсечки двухобмоточного трансформатора: а – схема токовых цепей; б – схема цепей оперативного тока

17.9. Дифференциальная защита с быстронасыщающимися трансформаторами (БНТ)(реле РНТ-562, 565). Схема защиты показана на рис. 17.5.

Реле серии РНТ-565 предназначены для ДЗТ одной фазы силового трансформатора. Быстронасыщающийся трансформатор реле РНТ-565 является одновременно и промежуточным трансформатором для компенсации неравенства вторичных токов в плечах ДЗТ и имеет для этой цели рабочую и две уравнительные обмотки. Ток во вторичной обмотке БНТ, к которой подключено реле, определяется суммарным магнитным потоком в сердечнике, который создается как рабочей, так и уравнительными обмотками. Для того чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока нагрузки или КЗ ток во вторичной обмотке был равен нулю, необходимо правильно включить рабочую и уравнительные обмотки в дифференциальную схему и так подобрать числа витков обмоток, чтобы компенсировать неравенство вторичных токов ТТ и установить необходимый ток срабатывания. При броске тока намагничивания БНТ насыщается постоянной (апериодической) составляющей тока намагничивания и ухудшает трансформацию переменной составляющей в реле. За счет применения БНТ, можно выполнить уставку по условию отстройки от броска тока намагничивания, равной 1,3 номинального тока трансформатора. Ток срабатывания реле рассчитываются по числу витков, обтекаемых током, исходя из того, что МДС срабатывания реле равна 100 А•витков.

а) б)

Рис. 17.5. Схема защиты на реле РНТ- 565
а) для двухобмоточного трансформатора;	б) для трехобмоточного.

17.10. Дифференциальная защита с торможением. Условие отстройки от тока намагничивания не является определяющим условием выбора уставок ДЗТ. Обычно таким условием является отстройка от тока небаланса. Для трансформаторов с РПН и многообмоточных трансформаторов токи небаланса в установившемся режиме КЗ достигают значительных величин. Действительно, если предположить погрешность ТТ равной 10%, а диапазон регулирования напряжения - 17% и кратность тока КЗ за трансформатором равной 10Iном, то уставка защиты по условию отстройки от токов небаланса составит по формуле:

(17.12)

Учет токов небаланса является определяющим для выбора уставок ДЗТ. Защита трансформатора на реле с БНТ становится очень грубой и для многих режимов недостаточно чувствительной. Значительно улучшает чувствительность применение процентного торможения.

При применении такого торможения ток срабатывания ДЗТ увеличивается с ростом сквозного тока КЗ, что позволяет понизить уставку по току срабатывания при малых токах и защита во всех режимах остается чувствительной к КЗ. Уставка защиты для данного режима определяется по формуле:

(17.13)

где k _m – коэффициент торможения принимается равным:

(17.17)

где k_н – принимается равным 1,3.

I’ _{нб.расч}; I’_{1 нб.расч}; I’ _{2нб.расч}; I’_{3 нб.расч}– полный ток небаланса и его составляющие в относительных единицах.

Следует учитывать, что тормозная обмотка включается не на дифференциальный ток, а на ток сторон НН и СН. Если включить ее на сторону НН при питании со стороны ВН, то при КЗ в трансформаторе, тормозной ток в ДЗТ отсутствует и защита не загрубляется. При сквозном КЗ на стороне НН (СН), ДЗ автоматически загрубляется с ростом тормозного тока, и уставка остается отстроенной от небаланса при любом токе КЗ.

17.11. Дифференциальное реле с торможением типа ДЗТ-11.Реле типа ДЗТ-11 предназначены для ДЗТ одной фазы силовых трансформаторов и получили широкое распространение в сетях. На базе реле ДЗТ-11 выполнена ДЗТ большинства трансформаторов 110 кВ и выше. У реле типа ДЗТ-11 на БНТ кроме рабочей и двух уравнительных обмоток, аналогичных тем, что имеются у реле типа РНТ, выполнена одна дополнительная тормозная обмотка, обеспечивающая получение тормозных характеристик от одной группы ТТ. Тормозная обмотка обычно включается на ТТ стороны НН (или НН+СН). Расчетные уставки на реле выставляются выбором количества витков обмоток в каждом из плеч ДЗТ. Ток срабатывания для каждой обмотки реле рассчитывается по числу витков w обтекаемых током, исходя из того, что магнитодвижущая сила срабатывания реле, при исключении тормозной обмотки, составляет I_ср = F_ср=100 А ∙витков:

Пример схемы выполнения ДЗТ двухобмоточного трансформатора на реле типа ДЗТ-11 показан на рис. 17.6,а). По тормозной обмотке w_т,включенной в плечо стороны НН дифференциальной защиты, проходит ток сквозного КЗ и подмагничивает сердечник БНТ, что приводит к ухудшению трансформации, а значит к увеличению тока срабатывания реле. Зависимость магнитодвижущей силы (А) срабатывания реле ДЗТ-11 от м.д.с. тормозной обмотки, показана на рис. 17.6,б. Эта зависимость, называемая тормозной характеристикой, показывает, что при увеличении тока сквозного КЗ, ток срабатывания реле также возрастает, что обеспечивает отстройку от увеличивающегося тока небаланса.Кривая 1 соответствует максимальному торможению, а кривая 2 – минимальному. Наличие двух кривых объясняется влиянием угла сдвига между дифференциальным и тормозным токами. Область, расположенная ниже характеристики 2 является областью надежного несрабатывания, а область, расположенная выше характеристики 1 – областью надежного срабатывания.

Рис. 17.6. Принципиальная схема токовых цепей ДЗТ двухобмоточного трансформатора на реле ДЗТ-11: а) – схема включения реле; б) – тормозная характеристика (зависимость МДС срабатывания F_срот МДС тормозной обмотки F_то ).

На дифференциальных защитах с реле ДЗТ-21 и ДЗТ-23 может быть выполнена минимальная уставка по току срабатывания 0,3I_ном трансформатора. Для отстройки от бросков тока намагничивания и переходных токов небаланса используется время-импульсный принцип блокирования защиты в сочетании с торможением от составляющей второй гармоники тока, содержащейся, как показывает анализ, в токах намагничивания.

17.12. Дифференциальные защиты на цифровых реле с применением устройств R3IPT. Реле имеют тормозную характеристику пропорционального типа (процентное торможение) – ток срабатывания защиты увеличивается пропорционально увеличению тока внешнего КЗ. ДЗТ использует 3 или 2 комплекта ТТ, расположенных со всех сторон трансформатора. Выравнивание вторичных токов по величине и по фазе производится защитой автоматически расчетным путем, для чего при задании общих характеристик задаются параметры трансформатора и ТТ. При этом возникает возможность собрать ТТ со всех сторон в «звезду», что снижает нагрузку вторичных цепей и повышает чувствительность МТЗ. Ток нулевой последовательности при этом устраняется программно, что делает характеристики независимыми от режима нейтрали трансформатора.

Участок АВ – начальный, на этом участке ток срабатывания не зависит от торможения. В точке В характеристика начального участка пересекается с первой тормозной характеристикой. Она имеет наклон Р₁ и начинается от начала координат. Эта характеристика работает при малых токах КЗ, когда погрешность ТТ невелика. При токах, более 2,5I_ном.тр начинается вторая тормозная характеристика, которая пересекается с первой в точке С и имеет более крутой наклон – Р₂, учитывая большую погрешность ТТ при больших токах КЗ. И последний участок – DE, где ток срабатывания опять не зависит от тормозного тока (отсечка). Ломаная линия ABCDE представляет тормозную характеристику дифференциальной защиты.

Для обеспечения отстройки ДЗТ от броска тока намагничивания при подаче напряжения применяется блокировка второй гармоникой тока. Блокировка по току пятой гармоники, предназначена для предотвращения ложной работы ДЗТ от повышенного тока намагничивания при перевозбуждении (подачи напряжения на обмотку трансформатора значительно выше номинального). Она работает совместно с предыдущей. Нормально должны быть введены обе блокировки. Благодаря наличию блокировок, ток срабатывания ДЗТ может быть выполнен значительно меньше номинального тока трансформатора.

α2

α1

Рис.17.7. Характеристика дифференциальной защиты R3IPT. ID – дифференциальный ток; I_т– тормозной ток равен наибольшему из трех вторичных токов.