Особенности выполнения дифференциальной защиты трансформаторов

Дифференциальная защита (ДЗ) силовых трансформаторов находится в наиболее неблагоприятных условиях с точки зренияпоявления дополнительных величин токов небалансаI_нб(неравенство токов I₂₁ и I₂₂ в плечах дифзащиты) по сравнению с дифференциальными защитами других элементов (генераторов, мощных двигателей). Эти токи небаланса связаны со спецификой работы трансформатора и от них нужно отстраивать защиту, что приводит к определенным трудностям в ее настройке и обеспечении необходимой чувствительности.

Причинами появления дополнительных токов небаланса в работе дифференциальной защиты трансформатора являются:

1. Бросок тока намагничивания (I_бр.нам) в обмотке со стороны питания трансформатора при его включении под напряжение на холостом ходу или после ликвидации внешних коротких замыканий. Этот ток может превосходить номинальным в 6-8 раз, протекает только в обмотке ВН (через одно плечо ДЗ) и его величина полностью является для защиты током небаланса – I_нб. Для отстройки от броска тока намагничивания принимают специальные меры:

– загрубляют защиту по току срабатывания, что не всегда эффективно (дифференциальная отсечка);

– применяют реле с быстронасыщающимися трансформаторами (БНТ), которые плохо трансформируют бросок тока намагничивания в рабочую обмотку реле;

– применяют полупроводниковые реле, например реле РСТ-15 на аналоговых микросхемах, которое «отличает» форму броска тока намагничивания трансформатора I_бр.намот формы тока короткого замыкания в зоне защиты;

– применяют цифровую дифференциальную защиту.

2. Неравенство расчетных коэффициентов трансформации трансформаторов тока для реальной сети с выбранными стандартными. В результате вторичные токи в плечах дифференциальной защитыI₂₁ и I₂₂ получаются неодинаковыми. Устраняют возникший ток небаланса за счет числа витков уравнительных обмоток W_ур1 и W_ур2 в специальных реле, обеспечив равенство .

3. Из-за группы соединения обмоток силового трансформатора. При схемеY/Δ-11 группа векторы первичных токов трансформатора на высокой и низкой стороне сдвинуты по фазе на 30 градусов, что обуславливает появление тока небаланса. Для его устранения вторичные обмотки трансформаторов тока в плечах ДЗ соединяются противоположно соединениям силовых обмоток трансформатора, т.е.Δ/Y.

4. Наличие РПН у трансформатора при автоматическом регулировании напряжения нарушает равенство вторичных токов в плечах ДЗ I₂₁ и I₂₂ и вызывает появление тока небаланса I"_нб пропорционального диапазону регулирования напряжения трансформатора ΔU_РПН. Величина тока небаланса учитывается при определении тока срабатывания защиты.

5. Трансформаторы тока, используемые в ДЗ, неидеальны и вносят погрешность по току. Ток небаланса от погрешности трансформаторов тока I'_нбучитывается при определении тока срабатывания защиты. Погрешность трансформаторов тока в этом случае принимают равной 10% от первичного максимального тока (ПУЭ).

В итоге, применяя специальные реле типа РНТ-560, ДЗТ-11 или РСТ-15в схеме ДЗ величина расчетного тока небаланса I_{нб.расч} будет состоять из двух составляющих

гдеI'_нб – ток небаланса, определяемый токовой погрешностью трансформаторов тока в плечах дифференциальной защиты и вычисляется по формуле

где k_а – коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей тока к.з. на переходный процесс, для реле с БНТ он принимается равным 1, без БНТ – равным 2;

k_одн – коэффициент однотипности, принимается равным 0,5 в тех случаях, когда ТТ однотипны, и равным 1 при разнотипных ТТ;

ε=0,1 – токовая погрешность ТТ, удовлетворяющих 10% кратности (ПУЭ);

I_к.з.max – наибольший сквозной ток при внешнемк.з. т. К₁ (рис 19)

I"_нб – ток небаланса, обусловленный изменением коэффициента трансформации защищаемого трансформатора при регулировании напряжения с РПН, вычисляется по формуле

где – диапазон регулирования напряжения; относительная величина .При настройке продольной дифференциальной защиты необходимо выполнить главное требование, чтобы

или

,

где К_н– коэффициент надежности, равный 1,3-1,5 (ПУЭ).

Примерный расчет дифференциальной защиты силового трансформатора

Принципиальная схема для расчета дифференциальной защиты представлена на Рис.19. Мощность рассматриваемого трансформатора 16МВА.

Рис. 19. Принципиальная схема для расчета ДЗ

3.1. Выбор трансформаторов тока и определение вторичных токов в плечах дифференциальной защит I₂₁ и I₂₂

Определяем первичные номинальные токи обмоток трансформатора

- высокого напряжения

- низкого напряжения

Находим расчетные коэффициенты трансформации трансформаторов тока со стороны

высокого напряжения

низкого напряжения

где k_сх – коэффициент схемы для высокой стороны, где трансформаторы тока соединены в треугольник , на низкой стороне трансформаторы тока соединены в неполную звезду и (Рис. 19).

Учитывая стандартную шкалу первичных токов трансформатора тока принимаем следующие значения коэффициентов трансформации трансформаторов тока (см. Приложение IV) со стороны

- высокого напряжения

- низкого напряжения

Реальные вторичные токи в плечах защиты со стандартными коэффициентами трансформаторов тока

Видим, что токи в плечах ДЗ не равны 5А и в результате, по этой причине будет появляться ток небаланса I_нб. Для его устранения в специальных реле для ДЗ имеются уравнительные обмотки W_ур1 и W_ур2. В этом случае выравниваются магнитодвижущие силы F_м.д.с. путем расчета числа витков уравнительных обмоток, чтобы I₂₁W_ур1= I₂₂W_ур2