УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ В ОБМОТКАХ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА С ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ БЕЗ ВОЗБУЖДЕНИЯ
DEVICE FOR DETERMINING TURN-TO-TURN SHORT CIRCUITS IN POWER TRANSFORMER WINDINGS WITH SWITCHING WITHOUT EXCITATION

Настоящее техническое решение относится к области электротехники, а именно к устройствам защиты силовых трансформаторов, и может быть использовано для определения витковых замыканий в обмотках силовых трансформаторов напряжением 10/0,4 кВ и 6/0,4 кВ с переключением без возбуждения (ПБВ).
Областью применения является защита силовых трансформаторов напряжением 10/0,4 и 6/0,4 кВ, эксплуатируемых в электрических сетях.
В качестве аналога, с точки зрения конструктивного исполнения, рассматривается электромагнитное реле дифференциальной защиты РНТ-565 [Н.В. Чернобровов., В.А. Семенов. Релейная защита энергетических систем. – М.: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с.]. Реле дифференциальное без торможения, серии РНТ-565, состоящее из трехстержневого с глубоким насыщением трансформатора и исполнительного органа (реле типа РТ-40/0,2). Трансформатор имеет три первичные обмотки (рабочую и две уравнительные обмотки), одну вторичную и одну короткозамкнутую обмотку. Первичные обмотки включаются в токовые цепи релейной защиты, а вторичная обмотка питает исполнительный орган. Короткозамкнутая обмотка уменьшает трансформацию периодической составляющей тока в исполнительный орган. Ток срабатывания реле РНТ-565 регулируется изменением числа витков первичных обмоток. Токи, поступающие в первичные обмотки реле, трансформируются во вторичную обмотку, и при достижении уставки исполнительный орган срабатывает.
Основными недостатками аналога являются его узкое предназначение для дифференциальной защиты только одной фазы трансформатора; нечувствительность к межвитковым замыканиям в обмотках; при изменении коэффициента трансформации силового трансформатора (после переключения ступени ПБВ) отсутствие возможности осуществлять подстройку реле в процессе эксплуатации трансформатора.
Также из существующего уровня техники известно устройство - блок реле ДЗ-2, включающее в себя три реле сопротивления [А.П. Удрис. Панель релейной защиты ЭПЗ-1636 для ВЛ-110-220 кВ. - М.: НТФ «Энергопрогресс, 2000. - 100 с.]. Реле сопротивления, состоящее из исполнительного органа, тормозного и рабочего контуров, трансформатора напряжения, трансреактора тормозного и рабочего контуров, трансреактора подпитки и контура подпитки. Трансреактор тормозного и рабочего контура имеет две первичные и две вторичные обмотки. Первичные обмотки подключаются к вторичным цепям трансформаторов тока. Первичные обмотки имеют три отвода. Регулировка тока точной работы осуществляется ступенчато изменением числа витков первичных обмоток трансреактора тормозного и рабочего контура. Регулировка осуществляется путем соединения вторичной обмотки трансформаторов тока с одним из отводов с помощью металлической накладки.
Недостатком таких реле является их узкое предназначение для дистанционной защиты ВЛ-110-220 кВ и невозможность использования в схемах дифференциальных защит трансформаторов.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для дифференциального фильтра токов обратной последовательности трехфазной электрической установки (патент RU 2137277 МПК H02H 3/347, H02H 3/34). Дифференциальный фильтр токов обратной последовательности трехфазной электрической установки содержит включенные в рассечку фаз силовой цепи трехфазной сети, подключенной к электроустановке, трансформаторы тока, соединенные между собой по схеме треугольника по числу сторон электроустановки, образующие дифференциальную схему защиты, токовые цепи и дифференциальное реле с первой и второй уравнительными и дифференциальной обмотками, расположенными на одном стержне магнитопровода и соединенными между собой, при этом полярные выводы трансформаторов тока разных фаз и сторон электроустановки подключены к одному дифференциальному реле, причем дифференциальная токовая цепь первой фазы соединена с первым выводом первой уравнительной обмотки дифференциального реле, второй фазы - с третьим выводом второй уравнительной обмотки дифференциального реле, третьей фазы - с шестым выводом дифференциальной (рабочей) обмотки дифференциального реле.
Недостатком данного технического решения является отсутствие возможности выполнения оперативной подстройки реле при изменении коэффициента трансформации силового трансформатора (после переключения ступени ПБВ). Также недостатком является отсутствие отстройки устройства от тока небаланса, вызванного наличием высших гармоник тока, приводящих к ложному срабатыванию реле.
Задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, являются:
1. Повышение чувствительности устройства к межвитковым замыканиям в силовых трансформаторах путем оперативной подстройки устройства после переключения ступени ПБВ и определение межвитковых замыканий в обмотках силового трансформатора на ранней стадии возникновения дефекта.
2. Исключение влияния высших гармоник на работу устройства при определении межвитковых замыканий.
Данная задача решается за счет того, что в заявляемом техническом решении, содержащем включенные в рассечку фаз силовой цепи трехфазной сети, подключенной к электроустановке, трансформаторы тока, соединенные между собой по схеме треугольника по числу сторон электроустановки, образующие дифференциальную схему защиты, токовые цепи и дифференциальное реле с первой и второй уравнительными и дифференциальной обмотками, расположенными на одном стержне магнитопровода и соединенными между собой, причем полярные выводы трансформаторов тока разных фаз и сторон электроустановки подключены к одному дифференциальному реле, в отличие от прототипа для определения межвиткового замыкания в обмотках силового трансформатора на автотрансформаторе предусмотрены выводы обмотки, имеющие соответствующую цифровую маркировку по числу ступеней ПБВ и позволяющие увеличивать или уменьшать коэффициент трансформации автотрансформатора в зависимости от ступени переключателя без возбуждения силового трансформатора, на которых по числу фаз трансформатора установлены накладки переключения витков регулируемой обмотки, каждая из которых представляет собой металлическую пластину сечением не менее 2,5 мм, прикрепленную одним концом к клемме диэлектрической пластины, а другим концом подключенную к одному из выводов регулируемой обмотки автотрансформатора, расположенного на той же диэлектрической пластине. Фиксация накладки осуществляется на выводах автотрансформатора винтовым соединением. Для исключения возникновения токов небаланса, обусловленного воздействием высших гармоник, в цепи исполнительного органа может быть использован фильтр высших гармоник. Подключение фильтра высших гармоник выполняется параллельно исполнительному органу.
Новая совокупность признаков, с наличием накладок, на выводах обмоток автотрансформаторов, позволяющих осуществлять оперативную подстройку устройства после переключения ступени ПБВ, обеспечивает достижение нового технического результата - повышение чувствительности устройства к межвитковым замыканиям в обмотках трансформатора с ПБВ по току обратной последовательности и обнаружение их на ранних стадиях возникновения. Наличие фильтра высших гармоник позволяет также повысить чувствительность работы устройства за счет исключения ложного срабатывания устройства при появлении высших гармонических составляющих тока.
Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой изображено устройство определения витковых замыканий в обмотках силового трансформатора с ПБВ.
Устройство (фигура) содержит: фильтр высших гармоник 1, установленный параллельно в цепи исполнительного органа 3; магнитопровод 2, на котором расположен исполнительный орган 3, передающий сигнал через контакт 12 о возникновении виткового замыкания; трансформаторы тока 4 на стороне высшего напряжения (ВН) трансформатора, соединенные с накладками 6 переключения витков регулируемых обмоток автотрансформаторов 7, имеющих соответствующую цифровую маркировку по числу ступеней переключателя и позволяющих увеличивать или уменьшать коэффициент трансформации автотрансформатора в зависимости от ступени переключателя без возбуждения силового трансформатора; трансформаторы тока 5 на стороне низшего напряжения (НН) трансформатора, соединенные с автотрансформаторами 8; первая уравнительная обмотка 9, вторая уравнительная обмотка 10 и дифференциальная обмотка 11, соединенные с автотрансформаторами 7 и 8. Каждая из накладок 6, установленных по числу фаз трансформатора (фазы А, В, С), на выводах обмоток автотрансформатора, представляет собой металлическую пластину сечением 2,5 мм, прикрепленную одним концом к клемме диэлектрической пластины, другим концом подключенную к одному из выводов регулируемой обмотки автотрансформатора, расположенного на той же диэлектрической пластине. Фиксация накладки на выводах автотрансформатора осуществляется винтовым соединением.
Устройство определения витковых замыканий в обмотках силового трансформатора переключением без возбуждения (фигура) работает следующим образом: токи, протекающие по вторичным обмоткам трансформаторов тока 5 стороны НН, соединенных в треугольник, поступают на автотрансформаторы 8. Токи, протекающие по вторичным обмоткам трансформаторов тока 4 стороны ВН, соединенных в треугольник, поступают на накладки 6. Положение накладок выбирается в зависимости от ступени ПБВ силового трансформатора (на фигуре представлено пять ступеней с соответствующей маркировкой -+5; +2,5; 0; -2,5; -5). Затем токи поступают на регулируемые обмотки автотрансформаторов 7, где происходит компенсация токов, вносимых изменением ступени ПБВ, и выравнивание со вторичными токами трансформаторов тока стороны НН. Вторичные токи на выходе с обмоток автотрансформаторов 7 и 8 равны между собой по амплитуде и направлены во встречном направлении. При этом токи основной частоты 50 Гц и часть высших гармоник тока, направленных встречно, подавляются, и результирующий ток небаланса каждой цепи поступает на уравнительные 9, 10 и дифференциальную 11 обмотки реле. Поскольку уравнительные 9, 10 и дифференциальная 11 обмотки расположены на одном среднем стержне магнитопровода 2 дифференциального реле, то суммарные токи в обмотках 9, 10, 11 и магнитные потоки от них в магнитопроводе реле при любых (симметричных и несимметричных) режимах равны нулю, при этом устройство не работает.
При возникновении межвиткового замыкания (замыкания двух и более витков) в одной из фаз обмоток ВН или НН силового трансформатора со стороны питаемой обмотки ВН возрастет ток обратной последовательности, в то время как на стороне НН ток останется без изменений. Появившийся ток обратной последовательности будет трансформироваться во вторичные цепи трансформаторов тока 4 стороны ВН, последовательно поступая на регулируемые обмотки автотрансформаторов 7, через накладки переключения витков 6. Поступив на уравнительные обмотки 9, 10 и дифференциальную обмотку 11, ток будет трансформироваться в цепи исполнительного органа 3. Появившийся в исполнительном органе 3 ток будет являться током небаланса и, достигнув порога уставки, приведет к срабатыванию контакта 12 исполнительного органа 3, который передает сигнал о возникновении виткового замыкания в обмотке силового трансформатора.
В процессе эксплуатации в цепи измерения могут появиться токи высших гармоник, обусловленные работой силового трансформатора в режиме насыщения или возникающие от воздействия нелинейной нагрузки потребителей, которые могут иметь в одноименных обмотках ВН и НН силового трансформатора различную амплитуду и разное направление, что обуславливает появление тока небаланса и ложное срабатывание устройства. Для подавления токов высших гармоник параллельно исполнительному органу установлен фильтр высших гармоник 1. При изменении коэффициента трансформации силового трансформатора персонал, производящий переключения, должен накладки 6 подключить на выводы автотрансформатора 7, соответствующие положению ступени ПБВ трансформатора.
Использование устройства позволяет повысить чувствительность и выявлять витковые замыкания на ранней стадии развития дефекта, что, в свою очередь, повышает надежность электроснабжения потребителей и существенно снижает трудозатраты и затраты на материал при ремонте поврежденных обмоток.