УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ АВТОТРАНСФОРМАТОРА

Настоящая полезная модель относится к области релейной защиты элементов электрических систем и может быть использована в качестве резервной ступени дистанционной защиты автотрансформатора, предназначенной для действия при коротких замыканиях на стороне низшего напряжения автотрансформатора.
Известно устройство максимальной токовой защиты с комбинированным пуском напряжения [Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1998, стр. 560], устанавливаемой на стороне высшего напряжения автотрансформатора и реагирующей на токи в месте установки защиты и напряжение на стороне низшего напряжения автотрансформатора. Это устройство защиты включает реле тока, реле напряжения, реле времени и исполнительный орган.
Недостатком устройства токовой защиты является низкая чувствительность при коротких замыканиях на стороне низшего напряжения автотрансформатора из-за подпитки места короткого замыкания от системы стороны среднего напряжения автотрансформатора, а также необходимость отстройки от тока перетока мощности через автотрансформатор в режимах без короткого замыкания.
Известно и принято за прототип устройство более чувствительной дистанционной защиты автотрансформатора [Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13А. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ: Схемы. - М.: Энергоатомиздат, 1985, стр. 48], устанавливаемой на стороне высшего напряжения автотрансформатора и реагирующей на напряжение и ток, подводимые к защите. Это устройство защиты состоит из измерительного органа сопротивления, токовый вход и вход напряжения которого являются токовым входом и входом напряжения соответственно устройства в целом. Токовый вход устройства предназначен для подключения к трансформатору тока в месте установки защиты, а вход напряжения - для подключения к трансформатору напряжения системы шин в месте установки защиты. Выход измерительного органа сопротивления связан с входом органа выдержки времени, выход которого соединен с входом исполнительного органа. Выход исполнительного органа является выходом устройства в целом. При коротком замыкании в защищаемой зоне устройство с выдержкой времени действует на отключение автотрансформатора, обеспечивая резервирование действия основной защиты автотрансформатора.
Недостатком указанного устройства защиты является недостаточная в ряде случаев чувствительность к коротким замыканиям на стороне низшего напряжения автотрансформатора. Это определяется, прежде всего, тем, что на замер сопротивления при коротком замыкании на стороне низшего напряжения оказывают значительное влияние токи подпитки от системы противоположной стороны автотрансформатора. Кроме того, данное устройство должно отстраиваться от сопротивления, определяемого перетоком мощности через автотрансформатор в режимах без короткого замыкания.
Техническим результатом предполагаемой полезной модели является повышение чувствительности дистанционной защиты автотрансформатора к коротким замыканиям на стороне низшего напряжения и улучшение ее отстроенности от нагрузочных режимов.
Технический результат достигается тем, что в устройство дистанционной защиты автотрансформатора, содержащее измерительный орган сопротивления, выход которого подключен к входу органа выдержки времени, выход органа выдержки времени связан с входом исполнительного органа, а выход исполнительного органа является выходом устройства, дополнительно введены: масштабный преобразователь, два сумматора, причем второй вход второго сумматора является инвертирующим, и преобразователь тока в напряжение, при этом вход масштабного преобразователя является первым токовым входом устройства защиты, а выход масштабного преобразователя подключен ко второму входу первого сумматора, первый вход первого сумматора и вход преобразователя тока в напряжение объединены, и эта точка является вторым токовым входом устройства защиты, выход преобразователя тока в напряжение связан со вторым входом второго сумматора, первый вход которого является входом напряжения устройства зашиты, выход первого сумматора подключен к токовому входу измерительного органа сопротивления, а выход второго сумматора подключен к входу напряжения измерительного органа сопротивления, первый токовый вход устройства защиты предназначен для подключения к трансформатору тока, установленному на стороне среднего напряжения автотрансформатора, второй токовый вход устройства защиты предназначен для подключения к трансформатору тока, установленному на стороне высшего напряжения автотрансформатора, вход напряжения устройства защиты предназначен для подключения к трансформатору напряжения системы шин на стороне высшего напряжения автотрансформатора.
На фиг. 1 представлена схема электрической сети и структурная схема предлагаемого устройства.
На фиг. 1 показаны следующие элементы электрической сети: 1 - автотрансформатор; 2 - энергосистема, примыкающая к автотрансформатору на стороне высшего напряжения; 3 - энергосистема, примыкающая к автотрансформатору на стороне среднего напряжения; 4 - выключатель на стороне высшего напряжения автотрансформатора; 5 - выключатель на стороне среднего напряжения автотрансформатора; 6 - трансформатор тока, установленный на стороне высшего напряжения автотрансформатора; 7 - трансформатор тока, установленный на стороне среднего напряжения автотрансформатора; 8 - трансформатор напряжения системы шин на стороне высшего напряжения автотрансформатора.
Устройство защиты 9 содержит масштабный преобразователь 10, первый сумматор 11, второй сумматор 12, причем второй вход второго сумматора 12 является инвертирующим, преобразователь тока в напряжение 13, измерительный орган сопротивления 14, орган выдержки времени 15 и исполнительный орган 16.
Первый токовый вход устройства защиты 9 предназначен для подключения к трансформатору тока 7, установленному на стороне среднего напряжения автотрансформатора, и связан с входом масштабного преобразователя 10, выход масштабного преобразователя 10 подключен ко второму входу первого сумматора 11. Второй токовый вход устройства предназначен для подключения к трансформатору тока 6, установленному на стороне высшего напряжения автотрансформатора. Со вторым токовым входом устройства связаны первый вход первого сумматора 11 и вход преобразователя тока в напряжение 13. Выход преобразователя тока в напряжение 13 подключен ко второму входу второго сумматора 12, первый вход которого связан с входом напряжения устройства в целом. Вход напряжения устройства подключен к трансформатору напряжения 8 системы шин на стороне высшего напряжения автотрансформатора. Выход первого сумматора 11 подключен к токовому входу измерительного органа сопротивления 14, а выход второго сумматора 12 подключен к входу напряжения измерительного органа сопротивления 14. Выход измерительного органа сопротивления 14 подключен к входу органа выдержки времени 15. Выход органа выдержки времени 15 подключен к входу исполнительного органа 16, выход которого является выходом устройства в целом.
Устройство защиты 9 работает следующим образом.
На первый вход первого сумматора И подается ток от трансформатора тока 6, установленного на стороне высшего напряжения автотрансформатора. На второй вход первого сумматора 11 через масштабный преобразователь 10 подается ток от трансформатора тока 7, установленного на стороне среднего напряжения автотрансформатора.
n
Коэффициент передачи K масштабного преобразователя 10 равен отношению номинальных напряжений сторон среднего и высшего напряжений
;
где , - номинальное напряжение сторон высшего и среднего напряжения автотрансформатора.
Поэтому на токовый вход измерительного органа сопротивления 14 с выхода первого сумматора 11 подается ток, равный сумме тока на стороне высшего напряжения автотрансформатора 1 и тока на стороне среднего напряжения автотрансформатора 1, приведенного к стороне высшего напряжения:
,
где  - ток на токовом входе измерительного органа сопротивления 14;
- ток от трансформатора тока 6, установленного на стороне высшего напряжения автотрансформатора;
- ток от трансформатора тока 7, установленного на стороне среднего напряжения автотрансформатора;
n
K - коэффициент передачи масштабного преобразователя 10. На вход преобразователя тока в напряжение 13 подается ток от трансформатора тока 6, установленного на стороне высшего напряжения автотрансформатора. Коэффициент передачи преобразователя тока в напряжение 13 принимается равным сопротивлению обмотки высшего напряжения автотрансформатора 1. Поэтому напряжение на выходе преобразователя 13 будет равно падению напряжения от тока на стороне высшего напряжения автотрансформатора на сопротивлении обмотки высшего напряжения автотрансформатора 1. Это напряжение подается на второй вход второго сумматора 12, а на его первый вход подводится напряжение от трансформатора напряжения 8 системы шин на стороне высшего напряжения автотрансформатора. Поэтому к входу напряжения измерительного органа сопротивления 14 подводится напряжение, равное:
где  - напряжение на входе напряжения измерительного органа сопротивления 14;
- напряжение на стороне высшего напряжения автотрансформатора 1;
- ток от трансформатора тока 6, установленного на стороне высшего напряжения автотрансформатора;
Z
ВН
- сопротивление обмотки высшего напряжения автотрансформатора 1.
Измерительный орган сопротивления 14 предлагаемого устройства дистанционной защиты реагирует на величину сопротивления, равную:
,
Z
ЗАЩ
где  - замер сопротивления на зажимах защиты;
- напряжение на стороне высшего напряжения автотрансформатора 1;
- ток от трансформатора тока 6, установленного на стороне высшего напряжения автотрансформатора;
Z
ВН
- сопротивление обмотки высшего напряжения автотрансформатора 1;
- ток от трансформатора тока 7, установленного на стороне среднего напряжения автотрансформатора;
n
K - коэффициент передачи масштабного преобразователя 10.
Измерительный орган сопротивления 14 сравнивает замер сопротивления с характеристикой срабатывания и подает сигнал на вход органа выдержки времени 15, если замер сопротивления оказывается в области срабатывания защиты. Через время, равное времени срабатывания, орган выдержки времени 15 подает сигнал на вход исполнительного органа 16, выход которого является выходом устройства. С выхода исполнительного органа 16 передается сигнал о срабатывании защиты с действием на отключение автотрансформатора 1.
При коротком замыкании на стороне низшего напряжения автотрансформатора 1 замер предлагаемого устройства защиты равен сопротивлению обмотки низшего напряжения автотрансформатора 1, приведенному к стороне высшего напряжения.
В нагрузочном режиме сумма тока на стороне высшего напряжения автотрансформатора 1 и тока на стороне среднего напряжения, приведенного к стороне высшего напряжения, равна току нагрузки стороны низшего напряжения автотрансформатора, приведенному к стороне высшего напряжения. Поэтому замер сопротивления в нагрузочном режиме оказывается равным сопротивлению нагрузки стороны низшего напряжения автотрансформатора 1, приведенному к стороне высшего напряжения.
При внешних коротких замыканиях на сторонах высшего и среднего напряжения автотрансформатора 1 сумма токов сторон высшего и среднего напряжения, приведенная к стороне высшего напряжения, также оказывается равной току нагрузки стороны низшего напряжения, приведенному к стороне высшего напряжения. Поэтому замер сопротивления в этих режимах также равен сопротивлению нагрузки стороны низшего напряжения автотрансформатора 1, приведенному к стороне высшего напряжения.
Для обеспечения чувствительности защиты к повреждению на стороне низшего напряжения автотрансформатора 1 характеристика срабатывания защиты должна охватывать только сопротивление обмотки низшего напряжения автотрансформатора 1, приведенное к стороне высшего напряжения.
Для обеспечения несрабатывания в нагрузочном режиме и при внешних коротких замыканиях характеристика срабатывания защиты отстраивается только от сопротивления нагрузки стороны низшего напряжения автотрансформатора 1, приведенного к стороне высшего напряжения.
Для обеспечения селективности при повреждениях на стороне низшего напряжения автотрансформатора 1 время срабатывания органа выдержки времени 15 устройства защиты выбирается больше времени срабатывания резервных защит, установленных на стороне низшего напряжения автотрансформатора.
Техническим результатом применения предлагаемого устройства является обеспечение чувствительности защиты значительно выше существующей, т.к. при коротком замыкании на стороне низшего напряжения автотрансформатора 1 отсутствует загрубляющее защиту влияние подпитки от системы стороны среднего напряжения 3.
Кроме того, для обеспечения несрабатывания в нагрузочных режимах достаточно обеспечить отстройку от сопротивления нагрузки только стороны низшего напряжения автотрансформатора 1, а не от перетока мощности через защищаемый автотрансформатор 1, что значительно улучшает отстроенность от нагрузочных режимов.