УСТРОЙСТВО ОТСТРОЙКИ ОТ БРОСКОВ ТОКА НАМАГНИЧИВАНИЯ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ ПОД НАПРЯЖЕНИЕ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА
DEVICE FOR OFFSET FROM MAGNETISATION CURRENT RUSH DURING CONNECTION UNDER VOLTAGE FOR TRANSFORMER DIFFERENTIAL PROTECTION

Изобретение относится к области электротехники, а именно к дифференциальной защите, и может быть использовано для дифференциальной защиты трансформаторов.
Известно большое количество дифференциальных реле для защиты силовых трансформаторов, которые отстраиваются от токов намагничивания.
ном
Реле РНТ-565 состоит из трехстержневого с глубоким насыщением трансформатора (НТТ) и питающегося от него реле. Трансформатор имеет три первичные обмотки, одну вторичную и короткозамкнутую обмотку. НТТ не пропускает апериодического тока, составляющего значительную часть тока намагничивания (Чернобровов, Н.В. Семенов, В.А. Релейная защита энергетических систем. - М: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с). Данное реле не позволяет выполнить с помощью НТТ высокочувствительную дифференциальную защиту силовых трансформаторов. Практически принимается ток срабатывания для реле РНТ-565 1,3I.
Известно выбранное в качестве прототипа реле типа ДЗТ-21, которое выполняется трехфазным в четырехмодульной кассете: три фазных модуля и четвертый общий модуль питания и управления. ДЗТ-21 содержит два промежуточных автотрансформатора для выравнивания вторичных токов, два промежуточных трансформатора и два выпрямителя, через которые формируется тормозной ток плечей релейной защиты (РЗ), подаваемый к реагирующему органу (РО), стабилитрона, включенный последовательно в тормозную цепь и обеспечивающий при небольших токах работу РЗ без торможения, трансреактор, к вторичным обмоткам которого подключено через выпрямитель реле дифференциальной отсечки и цепь торможения от тока второй гармоники, фильтр тока второй гармоники и выпрямитель, через которые подается к РО тормозной ток второй гармоники, устройство формирования, подготавливающее токи смещения, подаваемые в РО, пропорциональные тормозным токам. В реле ДЗТ-21 для отстройки от бросков намагничивающего тока силовых трансформаторов и переходных токов небаланса используется времяимпульсный принцип блокирования РЗ в сочетании с торможением от составляющих второй гармоники (Чернобровов, Н.В. Семенов, В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с). При применении время-импульсного принципа в сочетании с торможением от второй гармонической составляющей дифференциального тока также не удается полностью избежать замедления в переходном режиме КЗ в защищаемой зоне. Существенное замедление имеет место лишь при условии одновременного появления большого числа влияющих факторов: максимальной апериодической слагающей в первичном токе, максимально допустимой нагрузки ТТ, питания места КЗ только с одной стороны (Методические указания по наладке и проверке дифференциальной защиты ДЗТ-21, ДЗТ-23. М.: Союзтехэнерго, 1981).
Известен однофазный трансформатор с вращающимся магнитным полем (патент №2333562), содержащий четыре первичные обмотки, расположенные на тороидальном сердечнике, балластные резистор и индуктивность, многофазные вторичные обмотки.
Этот трансформатор близок к предлагаемому устройству по своим конструктивным особенностям, но сильно отличается по своему назначению.
Известен фильтр тока нулевой последовательности на основе однофазного трансформатора с вращающимся магнитным полем (полезная модель №106753), который взят за основу конструктивного выполнения устройства отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора, содержит три тороидальных сердечника, на которых для каждой из трех фаз расположены четыре первичные обмотки, балластные резистор и индуктивность, причем начало первой обмотки соединено с концом второй обмотки, образуя при этом первый вход устройства, конец первой обмотки с концом третьей обмотки, начало второй обмотки с началом четвертой обмотки, начало третьей обмотки - с балластной индуктивностью, а конец четвертой обмотки - с балластным резистором, другие концы которых образуют при соединении второй вход устройства, а для получения вращающегося магнитного поля в каждой фазе первая, вторая, третья и четвертая первичные обмотки расположены относительно друг друга на тороидальном магнитном сердечнике со сдвигом на 90°, при этом количество витков первой и четвертой обмоток больше в два раза, чем второй и третьей, многофазные вторичные обмотки для каждой из трех фаз выполнены из двух систем обмоток, каждая из которых содержит по три обмотки, расположенные относительно друг друга под углом 120°, а между собой эти системы обмоток геометрически сдвинуты на угол 30° относительно друг друга, причем вторичные обмотки каждой фазы последовательно соединены между собой в «звезду», а ее концы подключены к входу многофазного выпрямителя, на выходе которого получен выпрямленный сигнал, пропорциональный току нулевой последовательности.
Данный фильтр близок к заявленному устройству отстройки от бросков тока намагничивания по наибольшему количеству конструктивных признаков, но не может быть использован в качестве устройства отстройки от бросков.
Задачей предлагаемого устройства является повышение быстродействия разграничения броска тока намагничивания и внутреннего трехфазного и двухфазного КЗ в дифференциальном токе, без использования сложных технических устройств за счет вторичных маломощных шестифазных обмоток преобразователей с вращающимся магнитным полем (ПВМП).
ном.
Техническим эффектом предлагаемого устройства является отстройка от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформаторов, которая не вызывает замедления действия при насыщении трансформаторов тока в приделах до пятидесяти процентов токовой погрешности ТТ. Повышение чувствительности дифференциальной защиты по току срабатывания ниже 0,3I силового трансформатора.
Указанный технический результат Достигается тем, что устройство отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора формирует выпрямленные сигналы, пропорциональные токам прямой, обратной и нулевой последовательностей, при помощи трех вторичных шестифазных обмоток преобразователей с вращающимся магнитным полем, которые присоединяются своими первичными обмотками к датчикам тока в каждой фазе, затем выпрямленный сигнал обратной последовательности делится на выпрямленный сигнал прямой последовательности и сравнивается с уставкой содержания обратной последовательности относительно прямой последовательности, образуя при этом первый вход на схему «ИЛИ», сумма выпрямленных сигналов обратной и нулевой последовательностей делится на выпрямленный сигнал прямой последовательности и сравнивается с уставкой содержания суммы обратной и нулевой последовательностей относительно прямой последовательности, образуя при этом второй вход на схему «ИЛИ», которая выдает сигнал на отключение выключателя при превышении соответствующих уставок или выдает сигнал на блокирование срабатывания дифференциальной защиты.
В предлагаемом устройстве в качестве преобразователей тока используются трансформаторы с вращающимся магнитным полем, формирующие три симметричные составляющие - прямую, обратную и нулевую, которые поступают на делители симметричных составляющих, а с них сигналы поступают на компараторы, которые сравнивают содержание обратной и нулевой последовательностей относительно прямой последовательности и выдают сигнал на логическую схему «ИЛИ», которая определяет переходный процесс в трансформаторе: бросок тока намагничивания или короткое замыкание (КЗ).
На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора. На каждом тороидальном сердечнике 1, 2, 3 расположены первичные обмотки фильтров прямой 38, обратной 62 и нулевой 85 последовательностей. Зажимы 4 и 5 - входные зажимы устройства каждой из трех фаз. Фильтры прямой 38, обратной 62 и нулевой 85 последовательностей для каждой фазы содержат две группы первичных встречно включенных обмоток 5, 6 и 7, 8, имеющих пространственный сдвиг 90, а также балластный резистор 9 и дроссель 10. Вторичные обмотки 33-35 фильтра прямой последовательности 38, вторичные обмотки 57-59 фильтра обратной последовательности 62, вторичные обмотки 80-82 фильтра нулевой последовательности 85 для каждой из трех фаз выполнены в виде двух систем обмоток, каждая из которых содержит по три обмотки, расположенные друг относительно друга под углом 120°, а между собой эти системы обмоток геометрически сдвинуты на угол 30° относительно друг друга.
1
Причем для фильтра прямой последовательности 38 начало обмотки 15 соединено последовательно с концом обмотки 23, а начало последней соединено с концом обмотки 31. Аналогично соединены остальные обмотки, при этом каждая из двух систем обмоток объединена в «звезду», а ее концы подключены к входу многофазного выпрямителя 36, к выходу которого параллельно подключен сглаживающий конденсатор 37, выход которого образует выпрямленный сигнал U, пропорциональный току прямой последовательности.
2
Причем для фильтра обратной последовательности 62 начало обмотки 39 соединено последовательно с концом обмотки 49, а начало последней соединено с концом обмотки 53. Аналогично соединены остальные обмотки, при этом каждая из двух систем обмоток объединена в «звезду», а ее концы подключены к входу многофазного выпрямителя 60, к выходу которого параллельно подключен сглаживающий конденсатор 61, выход которого образует выпрямленный сигнал U, пропорциональный току обратной последовательности.
0
Причем для фильтра нулевой последовательности 85 начало обмотки 62 соединено последовательно с концом обмотки 68, а начало последней соединено с концом обмотки 74. Аналогично соединены остальные обмотки, при этом каждая из двух систем обмоток объединена в «звезду», а ее концы подключены к входу многофазного выпрямителя 83, к выходу которого параллельно подключен сглаживающий конденсатор 84, выход которого образует выпрямленный сигнал U, пропорциональный току обратной последовательности.
1
2
0
Логический орган, в который поступают сигналы U, U и U, состоит из:
85 - сумматор обратной и нулевой последовательности;
86 - делитель обратной последовательности на прямую последовательность;
87 - делитель суммы обратной и нулевой последовательностей на прямую последовательность;
уст.2
88 - операционный усилитель, у которого на И-вход поступает уставка U содержания обратной последовательности относительно прямой последовательности, на Н-вход подают нулевой сигнал, для чего его соединяют с нулевой шинкой;
уст.2+0
89 - операционный усилитель, у которого на И-вход поступает уставка U содержания суммы обратной и нулевой последовательностей относительно прямой последовательности, на Н-вход подают нулевой сигнал, для чего его соединяют с нулевой шинкой;
90 - компаратор, сравнивающий значения содержания обратной последовательности относительно прямой последовательности с уставкой по этому критерию;
91 - компаратор, сравнивающий значения содержания суммы обратной и нулевой последовательностей относительно прямой последовательности с уставкой по этому критерию;
92 - логическая схема «ИЛИ», формирующая сигнал о блокировании дифференциальной защиты.
1
2
0
2
0
2
1
Σ
1
2
1
уст.2
Σ
1
уст.2+0
Работает заявленное устройство отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора следующим образом: через зажимы 4 и 5 каждой фазы протекают вторичные токи от трансформаторов тока (ТА1-ТА3) частотой 50 Гц и фазовым сдвигом 120° относительно друг друга. Первичные обмотки 5-8 каждой фазы посредством встречно включенных обмоток создает систему из двух перпендикулярных и равных по модулю магнитодвижущих сил в магнитных системах 1-3. Описанные магнитодвижущие силы каждой фазы в свою очередь создают вращающиеся магнитное поле, которое наводит во вторичных обмотках: 33-35 фильтра прямой последовательности 38, 57-59 фильтра обратной последовательности 62, 80-82 фильтра нулевой последовательности 85, образующих для каждой фазы и соответственно фильтра две трехфазные системы обмоток, сдвинутых пространственно друг относительно друга на угол 30°, электродвижущие силы, также имеют попарно фазовый сдвиг 30°, в итоге, получены системы напряжений с числом фаз, равным шести, которые в результате подключения к многофазным выпрямителям 36, 60, 83 с сглаживающими конденсаторами 37, 61, 84 позволяют получить на выходе соответствующих фильтров постоянные сигналы U, U и U, пропорциональные амплитудам токов соответствующих последовательностям: прямой, обратной и нулевой. Далее сигналы обратной последовательности U и нулевой последовательности U суммируются в сумматоре 85. В делителе 86 происходит деление сигналов обратной последовательности U на прямую последовательность U, а в делителе 87 происходит деление суммарного сигнала обратной и нулевой последовательности U на сигнал прямой последовательности U. В компараторе 90 сравниваются отношение сигналов обратной последовательности U к прямой последовательности U, полученное от делителя 86 с уставкой U содержания обратной последовательности относительно прямой последовательности. В компараторе 91 сравниваются отношение суммарного сигнала обратной и нулевой последовательностей U к прямой последовательности U, полученное от делителя 87 с уставкой U содержания суммы обратной и нулевой последовательностей относительно прямой последовательности. На логической схеме «ИЛИ» 92 формируется сигнал о блокировании дифференциальной защиты.
2
1
уст.2
2
1
Из опытных данных, проведенных авторами данного изобретения, для силовых двухобмоточных трансформаторов при любом броске тока намагничивания в зависимости от остаточного магнитного потока и момента включения под напряжение установлено максимальное значение отношения сигналов обратной последовательности U к прямой U, которое равно 0,65, то есть U=0,65. В свою очередь для двухфазного короткого замыкания это отношение всегда больше 0,85. Таким образом, если отношение сигналов U/U≥0,715 (значение 0,715 выбрано с учетом коэффициента чувствительности равного 1,1), то это означает, что переходный процесс - это двухфазное короткое замыкание. Логическая схема «ИЛИ» 92 формирует сигнал на отключение выключателя, защищающего силовой трансформатор.
уст.2+0
Σ
1
Из опытных данных, проведенных авторами данного изобретения, для силовых двухобмоточных трансформаторов при любом броске тока намагничивания в зависимости от остаточного магнитного потока и момента включения под напряжение установлено минимальное значение отношения суммы сигналов обратной и нулевой последовательностей к сигналу прямой последовательности, которое равно 0,45, то есть U=0,45. В свою очередь для трехфазного короткого замыкания это отношение близко к нулю в режимах, когда измерительные трансформаторы тока не насыщены. Но, как известно, трансформаторы тока в переходных режимах могут находиться в режиме насыщения. Так, в режиме коротких замыканий погрешность трансформаторов тока может достигать 50 и более процентов. Так, экспериментально установлено, что максимальное значение отношения суммы сигналов обратной и нулевой последовательностей к сигналу прямой последовательности при максимальной погрешности трансформатора тока до 50 процентов равно 0,4. Таким образом, если отношение сигналов U/U≤0,41 (значение 0,41 выбрано с учетом коэффициента отстройки равного 1,1), то это означает, что переходный процесс - это трехфазное короткое замыкание. Логическая схема «ИЛИ» 92 формирует сигнал на отключение выключателя, защищающего силовой трансформатор.
При погрешностях трансформаторов тока более 50 процентов будут происходить лишь замедления действия защиты только при трехфазных коротких замыканиях. Длительность замедления будет зависеть от степени погрешности измерительных трансформаторов.
Таким образом, заявляемое устройство отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора позволяет разграничить токи короткого замыкания и сам бросок тока намагничивания без замедления действий, то есть практически мгновенно. Это позволяет повысить быстродействие дифференциальной защиты трансформатора.