УСТРОЙСТВО БЛОКИРОВКИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА ПРИ ВНЕШНИХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к дифференциальной защите электроустановок, и может быть использовано для дифференциальной защиты силовых трансформаторов и автотрансформаторов с односторонним питанием.
Известно большое количество дифференциальных защит с реле, имеющими торможение типа ДЗТ, которые имеют два элемента: рабочий и тормозной. Рабочий элемент включается по дифференциальной схеме, то есть на разность вторичных токов трансформаторов тока (ТТ). При внешнем коротком замыкании (КЗ) рабочий ток равен разности вторичных токов ТТ, а при КЗ в зоне - сумме вторичных токов ТТ. Тормозной элемент включается в рассечку соединительных проводов только на один вторичный ток ТТ. Ток, питающий тормозной элемент реле, препятствует срабатыванию реле и называется тормозным. При внешнем КЗ или качаниях тормозной ток равен внешнему току КЗ. Реле приходит в действие, если рабочий ток будет больше произведения тормозного тока на коэффициент торможения (Чернобровое, Н.В. Семенов, В.А. Релейная защита энергетических систем - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с).
Также известно реле тока дифференциальное серии РСТ23 предназначенное для использования в схемах релейной защиты в качестве чувствительного органа дифференциальных защит, реагирующих на ток повреждения в пределах зоны действия дифференциальной защиты. Реле РСТ23 содержит трансреактор, выпрямительный мост, полосовой фильтр, компаратор, элемент задержки на срабатывание, выходное реле, элементы питания схемы и цепь торможения, содержащую ТТ, выпрямительный мост и сглаживающее звено (Реле тока дифференциальные серии РСТ23. IRL: http://laborant.ru/eltech/07/3/0/02-97.htm дата обращения: 16.07.2014).
Описанные выше ДЗТ и РСТ23 близки по своей технической сущности, к предлагаемому устройству блокировки дифференциальной защиты трансформатора при внешних коротких замыканиях, а именно отстройкой от внешнего короткого замыкания, но сильно отличается по принципу реализации.
Недостатком тормозной характеристики, которая присутствует в описанных выше устройствах, а также во всех современных микропроцессорных терминалах, является то, что при тяжелых внешних повреждениях с большими токами КЗ происходит быстрое насыщение ТТ, вследствие чего появляются большие ложные дифференциальные токи, тем самым дифференциальная защита может срабатывать ложно (Техническое справочное руководство КЕТ 521∗2.3/ABB Automation Products AB - с. 125). Еще один недостаток тормозной характеристики проявляется в том, что при внутреннем КЗ тормозной ток увеличивает ток срабатывания защиты, тем самым уменьшается чувствительность и увеличивается время действия дифференциальной защиты.
Прототипом предлагаемой полезной модели служит реле статическое токовое дифференциальное РСТ15, которое не имеет торможения и предназначенное для использования в схемах релейной защиты в качестве чувствительного органа дифференциальных защит, реагирующих на ток повреждения в пределах зоны действия дифференциальной защиты. Реле РСТ15 содержит следующие основные узлы: трансреактор, выпрямительный мост, полосовой фильтр, компаратор, элемент задержки на срабатывание, выходное реле, элементы питания схемы (Реле тока дифференциальное РСТ15, РСТ16. URL: http://www.rza.org.ua/rele/Rele-toka-differencialnoe-RST15--RST16.html дата обращения: 16.07.2014).
Недостатком прототипа является отсутствие блокировки от внешних КЗ, вследствие чего происходит ложное срабатывание, а также недостаточная чувствительность при витковых замыканиях в самом силовом трансформаторе.
Задачей предлагаемой полезной модели является надежное, простое и быстрое выявление внешнего КЗ в дифференциальной защите, без использования сложных технических устройств и вычислений.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение чувствительности и селективности, а также увеличение быстродействия дифференциальной защиты.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство блокировки дифференциальной защиты трансформатора при внешних коротких замыканиях, содержащее трансреакторы, выпрямительные мосты, полосовые фильтры, компараторы с помощью которых производится сравнение пофазно дифференциальных токов трансформатора, полученных от трансформаторов тока, с уставкой срабатывания, при этом при одновременном поступлении сигнала пофазно от компараторов первичного, вторичного и дифференциального напряжения на устройство формирования сигналов, содержащее логические схемы «И» и логическую схему «ИЛИ» формирует сигнал о блокировании дифференциальной защиты.
По средством компаратов в первичной, дифференциальной, вторичной цепях и логической схеме «И» фиксируется внешнее КЗ в каждой фазе, в свою очередь фазные цепи собираются в логическую схему «ИЛИ» для выработки сигнала на отключение выключателя при внешнем КЗ в любой фазе. Это позволяет предлагаемой защите не срабатывать ложно при внешних КЗ, повышается быстродействие и чувствительность при внутренних повреждениях, вследствие отсутствия загрубления тока срабатываний, то есть отсутствует тормозная характеристика.
На фиг. 1 представлено устройство блокировки дифференциальной защиты трансформатора при внешних КЗ, которое включает формирующие части 1, 2, 3, каждая из которых состоит из последовательно соединенных трансреактора и выпрямительного моста, входы каждых формирующих частей 1, 2, 3 соединены с вторичными обмотками ТТ ТА1, установленного на первичной стороне защищаемого силового трансформатора Т; формирующие части 4, 5, 6, каждая из которых состоит из последовательно соединенных трансреактора, выпрямительного моста и полосового фильтра, входы каждой формирующих частей 4, 5, 6 соединены по дифференциальной схеме, на разность вторичных обмоток ТТ ТА2 и ТАЗ соответствующих фаз; формирующие части 7, 8, 9, каждая из которых состоит из последовательно соединенных трансреактора и выпрямительного моста, входы каждых формирующих частей 7, 8, 9 соединены с вторичными обмотками ТТ ТА4, установленного на вторичной стороне защищаемого силового трансформатора Т; компараторов 10, 11, 12, у которых И-входы соединены с выходами формирующих частей 1, 2, 3 соответственно, а на Н-вход подают выходное напряжение с операционного усилителя 19, у которого на И-вход поступает уставка фазного напряжения, а на Н-вход подают нулевой сигнал, для чего его соединяют с нулевой шинкой; компараторов 13, 14, 15, у которых И-входы соединены с выходами формирующих частей 4, 5, 6 соответственно, а на Н-вход подают выходное напряжение с операционного усилителя 20, у которого на И-вход поступает уставка дифференциального напряжения, на Н-вход подают нулевой сигнал, для чего его соединяют с нулевой шинкой; компараторов 16, 17, 18, у которых И-входы соединены с выходами формирующих частей 7, 8, 9 соответственно, а на Н-вход подают выходное напряжение с операционного усилителя 19; пофазные логические схемы «И» 21, 22, 23, выходы компараторов 12, 13, 18 соединены с входами логической схемы «И» 21, выходы компараторов 11, 14, 17 соединены с входами логической схемы «И» 22, выходы компараторов 10, 15, 16 соединены с входами логической схемы «И» 23; логической схемы «ИЛИ» 24, выходы логических схем «И» 21, 22, 23 соединены с входами логической схемы «ИЛИ» 24.
Формирующие части 1, 2, 3 преобразуют вторичные токи от ТТ, установленных на первичной стороне силового трансформатора в выпрямленные фазные напряжения соответствующих фаз.
Формирующие части 4, 5, 6 преобразуют вторичный дифференциальный ток от ТТ, соединенных по дифференциальной схеме на разность вторичных токов, в выпрямленные дифференциальные напряжения соответствующих фаз.
Формирующие части 7, 8, 9 преобразуют вторичные токи от ТТ, установленных на вторичной стороне силового трансформатора в выпрямленные фазные напряжения соответствующих фаз.
Компараторы 10, 11, 12, 16, 17, 18 сравнивают значения выпрямленных фазных напряжений с уставкой для фазных напряжений.
Компараторы 13, 14, 15 сравнивают значения выпрямленных дифференциальных напряжений с уставкой для дифференциальных напряжений.
Пофазные логические схемы «И» 21, 22, 23 образуют сигналы блокировки по соответствующим фазам.
Логическая схема «ИЛИ» 24 формирует сигнал о блокировании дифференциальной защиты.
Устройство подключается к энергосистеме с односторонним питанием.
Элементы энергосистемы:
G - трехфазный генератор (источник питания);
ТА1-ТА4 - вторичные обмотки трансформаторов тока;
Т - силовой защищаемый трансформатор;
Н
Z - сопротивление нагрузки (потребитель);
A1
B1
C1
а1
b1
c1
I, I, I, I, I, I - первичные и вторичные токи защищаемого трансформатора фаз A, B, C соответственно;
A2
B2
C2
a2
b2
c2
I, I, I, I, I, I - вторичные токи ТТ в начале и в конце защищаемого трансформатора фаз A, B, C соответственно;
Д.А
Д.В
Д.С
I, I, I - дифференциальные вторичные токи трансформаторов тока;
уст.ф
U - постоянная величина, являющейся уставкой для фазных напряжений на высокой и низкой стороне защищаемого трансформатора;
уст
Д
U. - постоянная величина, являющейся уставкой для дифференциальных напряжений защищаемого трансформатора.
Предлагаемое устройство блокировки может быть реализовано в виде запрограммированного микропроцессорного терминала защиты.
Устройство блокировки дифференциальной защиты трансформатора при внешних КЗ работает следующим образом.
(2)
В режиме тяжелого внешнего двухфазного К3 фаз A и B (такой режим рассматривается как минимальный для понижающегося силового трансформатора со схемой соединения Y/Δ). В зависимости от момента возникновения КЗ, вследствие насыщения ТТ в фазе B на первичной стороне защищаемого силового трансформатора и насыщения ТТ в фазах A и B на вторичной стороне трансформатора в переходном режиме, причем каждый ТТ будет насыщаться по своей кривой намагничивания, возникает большой ложный дифференциальный ток в обоих фазах, вследствие этого выпрямленные дифференциальные напряжения превосходят уставку дифференциального напряжения в соответствующих фазах (компараторы: 13, 14). Вторичные токи ТТ в фазах A и B вначале и в конце защищаемого трансформатора также будут большими, то есть уставка фазного напряжения будет меньше появившихся больших выпрямленных фазных напряжений соответствующих фаз (компараторы: 11, 12, 17, 18). Таким образом, будут работать схемы 21 и 22 для фаз соответственно А и В, которые отправят сигнал в схему 24, то есть зафиксируют внешнее короткое замыкание и будет послан сигнал о блокировании дифференциальной защиты.
(3)
В режиме тяжелого внутреннего трехфазного К3 (максимальный режим) ТТ со стороны питания силового трансформатора во всех фазах будут насыщаться. Вторичные токи ТТ со стороны питания во всех фазах силового трансформатора будут очень большими, то есть во всех фазах будет большое значение дифференциального тока, вследствие этого выпрямленные дифференциальные напряжения превзойдут уставку по дифференциальному напряжению (компараторы: 13, 14, 15). Вторичный ток со стороны питания также будет больше, вследствие этого выпрямленные фазные напряжения будут превосходить уставку фазного напряжения (компараторы: 10. 11, 12). Но вторичный ток со стороны нагрузки, то есть на вторичной стороне силового трансформатора будет отсутствовать, вследствие этого выпрямленные фазные напряжения будут со стороны нагрузки будут равны нулю (компараторы: 16, 17, 18). Таким образом, в схемы. 21, 22, 23 будут отправлены сигналы: от дифференциального сравнения (компараторы: 13, 14, 15) и от сравнения вторичных токов со стороны питания (компараторы: 10, 11, 12). То есть схемы 21, 22, 23 не сработают, в данном случае, и блокировка дифференциальной защиты при внешних коротких замыкания не будет работать.
Таким образом, данное устройство блокировки работает только при внешних коротких замыканиях. Что позволяет в свою очередь выполнить дифференциальную защиту более чувствительной и селективной к внутренним повреждениям.