СПОСОБ ОТСТРОЙКИ ОТ БРОСКОВ ТОКА НАМАГНИЧИВАНИЯ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИ ПОД НАПРЯЖЕНИЕ ДЛЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА
METHOD FOR OFFSET OF 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.
Короткие замыкания (КЗ) в защищаемом электрооборудовании сопровождаются переходными процессами. Переходный процесс протекает в трансформаторе и в аномальном режиме при броске тока намагничивания, возникающем при включении трансформатора на холостой ход, либо при восстановлении напряжения после отключения внешнего КЗ. В связи с этим необходимо принимать специальные меры для отстройки дифференциальных защит трансформаторов от броска тока намагничивания.
Известно несколько способов отстройки от бросков токов намагничивания.
ном
Первый из них заключается в применении быстронасыщающихся промежуточных трансформаторов тока (НТТ), через которые включаются дифференциальные реле тока. НТТ не пропускает апериодического тока, составляющего значительную часть тока намагничивания (Чернобровое, Н.В. Семенов, В.А. Релейная защита энергетических систем - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с.). Данный способ не позволяет выполнить с помощью НТТ высокочувствительную дифференциальную защиту силовых трансформаторов. Практически принимается ток срабатывания для реле РНТ 1,3I.
нам
Второй способ, примененный в реле типа ДЗТ-21, основан на использовании различия времени Δt бестоковых пауз в дифференциальном реле при броске тока I трансформатора и при токе короткого замыкания (КЗ) для блокирования действия реле (Чернобровов, Н.В. Семенов, В.А. Релейная защита энергетических систем - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с.). Но при больших кратностях тока короткого замыкания в режиме глубокого насыщения трансформаторов тока во вторичном токе могут появиться и паузы (Александров, A.M. Дифференциальная защита трансформаторов - СПб.: ПЭИПК, 2011. - 223 с.).
нам
Третий способ состоит в отстройке тока срабатывания реле от бросков тока намагничивания по величине. Такой способ используется в дифференциальной отсечке, но он может применяться при токе КЗ, превышающем бросок I (Чернобровов, Н.В. Семенов, В.А. Релейная защита энергетических систем - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с.).
Известен выбранный в качестве прототипа способ отстройки от бросков тока намагничивания по содержанию второй гармоники в дифференциальном токе. Этот способ использует тот факт, что в броске тока намагничивания содержится большая доля второй гармоники (Александров, A.M. Методика расчета уставок дифференциальной защиты трансформаторов (Sepam Т87) - Сп/б.: Техническая коллекция «Schneider Electric», 2007. - 16 с.). Но при насыщении трансформаторов тока апериодической составляющей первичного тока КЗ во вторичном токе появляется существенная доля второй гармоники. Это приводит к замедлению действия защиты.
Задачей предлагаемого способа является повышение чувствительности и быстродействия разграничения броска тока намагничивания и внутреннего трехфазного, двухфазного и однофазного КЗ в дифференциальном токе, без использования сложных технических устройств.
Техническим эффектом предлагаемого способа является отстройка от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформаторов, которая в переходном процессе не вызывает замедления действия при насыщении трансформаторов тока в приделах до пятидесяти процентов токовой погрешности ТТ, а также значительное повышение чувствительности дифференциальной защиты силового трансформатора.
Указанный технический результат достигается тем, что способ отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора заключается в анализе токов со стороны питания, отличающийся тем, что фильтрами формируют напряжения прямой, обратной и нулевой последовательностей, соответствующие симметричным составляющим токам фаз, проходящих со стороны питания энергосистемы, сравнивают значение нулевой последовательности с первым заданным значением, сравнивают отношение напряжения нулевой последовательности к напряжению обратной последовательности со вторым заданным значением, сравнивают отношение суммы напряжений обратной и нулевой последовательности к прямой последовательности с третьем заданным значением, если одновременно значение нулевой последовательности меньше первого заданного значения и при превышении двух ранее упомянутых отношений соответствующих второму и третьему заданным значениям формируется сигнал блокировки дифференциальной защиты.
В предлагаемом способе в качестве фильтров могут использоваться любые аналоговые или цифровые фильтры, формирующие три симметричные составляющие - прямую, обратную и нулевую, которые поступают на делители симметричных составляющих, а с них сигналы поступают на компараторы, которые сравнивают содержание нулевой последовательности относительно обратной последовательности, а также содержание обратной и нулевой последовательности относительно прямой последовательности, компаратор нулевой последовательности сравнивает содержание этой последовательности с заданным значением, все три компаратора выдают сигнал на логический оператор И, который определяет переходный процесс в трансформаторе: бросок тока намагничивания или КЗ.
Структурная схема на фигуре, иллюстрирующая работу дифференциальной защиты трансформатора по предлагаемому способу, содержит следующие устройства:
ТА1, ТА2, ТА3 - вторичные обмотки трансформаторов тока;
A
B
C
I, I, I - первичные токи соответствующих фаз, приходящие со стороны питания энергосистемы;
a
b
c
_
I, I, I вторичные токи соответствующих фаз трансформаторов тока;
вып.1
вып.2
вып.0
1, 2, 3 - фильтр прямой, обратной и нулевой последовательности соответственно, формирующие сигналы U, U, U;
вып.2
вып.0
Σ
4 - сумматор обратной U и нулевой U последовательности, формирующий сигнал U;
вып.0
вып.2
D1
5 - делитель нулевой последовательности U на обратную последовательность U, формирующий сигнал U;
вып.2
вып.0
вып.1
D2
6 - делитель суммы обратной U и нулевой U последовательностей на прямую последовательность U, формирующий сигнал U;
вып.0
уст.1
7 - компаратор, сравнивающий значения нулевой последовательности U с уставкой по этому критерию U;
вып.0
вып.2
ycт.2
8 - компаратор, сравнивающий значения содержания нулевой последовательности U относительно обратной последовательности U с уставкой по этому критерию U;
вып.2
вып.0
вып.1
уст.3
9 - компаратор, сравнивающий значения содержания суммы обратной U и нулевой U последовательностей относительно прямой последовательности U с уставкой по этому критерию U;
10 - логический оператор И, формирующий сигнал о блокировании дифференциальной защиты силового трансформатора.
a
b
c
вып.1
вып.2
вып.0
вып.2
вып.0
вып.0
вып.2
Σ
вып.1
вып.0
уст.1
вып.0
вып.2
уст.2
Σ
вып.1
уст.3
вып.0
уст.1
D1
уст.2
D2
ycт.3
Работает заявленный способ отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора следующим образом: вторичные токи I, I, I трансформаторов тока ТА1, ТА2, ТА3 соответствующих фаз поступают на входы фильтров токов симметричных составляющих: прямой последовательности (1), обратной последовательности (2) и нулевой последовательности (3), которые позволяют получить на выходе соответствующих фильтров сигналы U, U и U, пропорциональные амплитудам симметричным составляющим токов соответствующих последовательностям: прямой, обратной и нулевой. Далее напряжения обратной последовательности U и нулевой последовательности U суммируются в сумматоре 4. В делителе 5 происходит деление напряжений нулевой последовательности U на обратную последовательность U, а в делителе 6 происходит деление суммарного напряжения обратной и нулевой последовательности U на напряжение прямой последовательности U. В компараторе 7 сравнивается значение нулевой последовательности U с уставкой U содержания нулевой последовательности. В компараторе 8 сравниваются отношение нулевой последовательности U к обратной последовательности U, полученное от делителя 5, с уставкой U содержания нулевой последовательности относительно обратной последовательности. В компараторе 9 сравниваются отношение суммарного напряжения обратной и нулевой последовательностей U к прямой последовательности U, полученное от делителя 6, с уставкой U содержания суммы обратной и нулевой последовательностей относительно прямой последовательности. Если одновременно U<U, U>U и U>U, то на логическом операторе И (10) формируется сигнал о блокировании дифференциальной защиты.
вып.0
уст.1
вып.0
уст.1
вып.0
уст.1
Из опытных данных, проведенных авторами данного способа для силовых двухобмоточных трансформаторов при любом броске тока намагничивания, в зависимости от остаточного магнитного потока и момента включения под напряжение установлено максимальное значение нулевой последовательности U, которое не превышает величину U. В свою очередь для однофазного короткого замыкания это значение на порядок больше. Таким образом, если значение нулевой последовательности U≥U то это означает, что переходный процесс - это однофазное короткое замыкание. Если же U<U, то это первое обязательное условие наличия броска тока намагничивания.
вып.0
вып.2
уст.2
вып.0
вып.2
уcт.2
Из опытных данных, проведенных авторами данного способа для силовых двухобмоточных трансформаторов при любом броске тока намагничивания, в зависимости от остаточного магнитного потока и момента включения под напряжение установлено минимальное значение отношения нулевой последовательности U к обратной U, которое представляет собой величину U. В свою очередь для двухфазного короткого замыкания это отношение близко к нулю в режимах, когда измерительные трансформаторы тока не насыщены, то есть в синусоидальном режиме. Таким образом, если отношение U/U≥U то это означает, что переходный процесс - это второе из обязательных условий наличия броска тока намагничивания.
уст.3
Σ
вып.1
уст.3
Σ
вып.1
уст.3
Из опытных данных, проведенных авторами данного способа 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 обратной и нулевой последовательности к прямой, которое представляет собой величину U. В свою очередь для трехфазного короткого замыкания это отношение близко к нулю в режимах, когда измерительные трансформаторы тока не насыщены, то есть в синусоидальном режиме. 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 обратной и нулевой последовательности U к прямой U при максимальной погрешности трансформатора тока до 50 процентов меньше U. Таким образом, если отношение U/U≤U то это означает, что переходный процесс - это трехфазное короткое замыкание. Если же это отношение больше данной уставки, то это третье обязательное условие наличия броска тока намагничивания.
При выполнении одновременно трех обязательных условий наличия броска тока намагничивания логический оператор И (10) формирует сигнал на блокировку дифференциальной защиты силового трансформатора.
При погрешностях трансформаторов тока более 50 процентов в переходных процессах будут происходит лишь замедления действия защиты в режимах коротких замыканиях. Длительность замедления будет зависеть от степени насыщения сердечников измерительных трансформаторов тока.
Таким образом, заявляемый способ отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора позволяет разграничить токи короткого замыкания и бросок тока намагничивания без замедления ее действий. Это позволяет повысить быстродействие дифференциальной защиты силового трансформатора, а также значительно увеличить ее чувствительность.