CC BY
83
The problems of reducing the harmful effects on the electric network of an industrial enterprise of voltage dips are considered. The analysis of methods and means that can be used to reduce voltage failures in the power supply network of an industrial enterprise is analyzed. The most promising technical solutions are proposed, which make it possible to improve the reliability of the power supply system of an industrial enterprise.
Key words: power supply, reliability, control, voltage dips.
Ershov Sergey Victorovich, candidate of technical science, docent, er-schov. serrg@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pigalov Maxim Sergeevich, magister, kafelene@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.316.06
АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ ОТ КОРОТКОГО
ЗАМЫКАНИЯ
В.М. Степанов, Н.А. Свистунов
Рассмотрены принципы работы дифференциальной защиты силовых трансформаторов, а такжеспособы исполнения дифференциальной токовой защиты.
Ключевые слова: дифференциальной релейная защита, силовой трансформатор,дифференциальная токовая отсечка, короткое замыкание.
Силовые трансформаторы являются одними из важнейших, а также дорогостоящих компонентов энергетической системы. Поэтому в соответствии с ПУЭ они обязаны иметь защиту от коротких замыканийиненор-мальных режимов.
Так как дифференциальная защита является защитой с абсолютной селективностью,то и реагирует она только на повреждения, возникающие в защищаемой зоне. Защищаемая зона определяется расположением измерительных трансформаторов тока. Благодаря этомуне требуетсяпроизводить её согласование с другими смежными защитами, что позволяет защите действовать без выдержки времени. Таким образом данная защита удобна для применения в качестве основной быстродействующей защиты для всех важных элементов системы.
В основе принципа работы дифференциальной защиты лежит сравнение токов. Для исключения излишние срабатывания защиты необходимо выполнить правильный выбор измерительных трансформаторов тока.
Дифференциальную защиту часто применяют для защиты силовых трансформаторов, поскольку высокая чувствительность и быстродействие данной защиты позволяют максимально минимизировать повреждения. С началом использования цифровых сетей обмена данными, стало возможным объединить в информационную сеть все ответственные подстанции. Указанное также может стать предпосылкой использования дифференциальной защиты. Такая защита, работающая с цифровой системой передачи данных, позволяет улучшить качество защиты, поскольку измерения выполняются для каждой из фаз, что позволяет осуществить селективное отключение с последующим автоматическим повторным включением.
Различают низкоомную и высокоомную дифференциальную релейную защиту. Первую также называют «стандартной» токовой дифференциальной защитой. Суть низкоомного принципа заключаетсяв том, что-дифференциальная цепь в цифровых устройствах защиты реализована на программном уровне и функционирует как низкоомные устройства.
В случае высокоомной защиты, в дифференциальную цепь последовательно включено сопротивление, значительно превышающее вторичное сопротивление насыщенного измерительного трансформатора тока. В таком случае, из-заустойчивости несрабатывания защиты при протекании сквозных токов короткого замыкания и в условиях насыщения трансформатора тока его ток не будет протекать через реле защиты.В данном случае токпотечёт через насыщенный трансформатор тока, представляющий собой низкоомный шунт.
Дифференциальная защита обеспечивает быстродействующую и селективную защиту от коротких замыканий или же в совокупности с газовой защитой. Она обычно применяется при реализации защиты трансформаторов мощностью до 1 МВА. На силовых трансформаторах мощностью около 5 МВА применяется всегда.
Благодаря тому, что основные принципы дифференциальной релейной защитыне зависят от элементной базы, на которой выполняются сами устройства защиты, её применение по-прежнему актуально.
В основе дифференциальной защитылежит сравнение измеряемых величин по амплитуде и по фазе. Оно возможно при непосредственном сравнении мгновенных величин и сравнении векторов. В обоих случаях, измерения осуществляютсяпо закону Кирхгоффа. Исходя из этого можно токи, втекающие в защищаемую зону можно считать положительными, а вытекающие из нее - отрицательными.
При расчете уставок и конфигурировании дифференциальной защи-тысилового трансформатора необходимо учитывать некоторые основные положения. Это обусловлено тем, что она имеет следующие дополнительные функции:функцию выравнивания коэффициентов трансформации, учета фазового сдвига группы соединения обмоток силового трансформатора, функцию торможения при бросках тока намагничивания и в случае перевозбуждения.
Наиболее простой и часто используемой реализацией дифференциального принципаявляетсядифференциальная токовая защита. Принцип измерения величин представлен на рис.1. Так как трансформаторы тока, установленные по концам защищаемой зоны, имеют последовательно соединенные вторичные цепи, то при внешнем коротком замыкании, ток циркулирует по образованной цепи (рис. 1, а) и, соответственно, через ту цепь, где установлено устройство защиты, ток не протекает. При внутренних повреждениях (рис. 1, б), токи повреждения втекают в защищаемую зону и, соответственно, вторичные токи складываются и их сумма протекает через цепь, в которой установлено устройство защиты. В следствии этого дифференциальная защитасрабатывает и формирует команду на отключение соответствующих выключателей.
а б
Рис. 1. Принцип измерения величин дифференциальной
токовой защиты
Данный простой принцип наиболее эффективен при реализации защиты сосредоточенных объектов, где трансформаторы тока установлены в непосредственной близости друг от друга.
Для защиты силовых трансформаторов, требуется использование согласующих трансформаторов тока для учета группы соединения обмоток силового трансформатора и выравнивания сравниваемых токов (рис.2).
Рис. 2. Дифференциальная токовая защита трансформатора
106
Описанную защиту, действующую на основе сравнения величин, можно также назвать «продольной дифференциальной защитой» Также существует поперечная дифференциальная защита, но в настоящее время данный тип защиты используется редко, поскольку для его использования необходимо обязательное наличие параллельных цепей, защита не может при этом использоваться, если в работе находится всего лишь одна цепь, поперечная дифференциальная защита основана на сравнении токов двух или большего числа параллельных цепей на каждом конце.
Дифференциальная токовая отсечка. Ток короткого замыкания, протекающий через трансформатор, ограничивается реактивным сопротивлением короткого замыкания. Таким образом, при внешних коротких замыканиях дифференциальный ток также не может превышать данное значение, даже в условиях глубокого несимметричного насыщения трансформатора тока.
Припревышениирабочими токами максимального тока, выполняется отключение без какой-либо выдержки времени и без оценки величины торможения.
В составе устройства дифференциальной защиты 7ИТ6 имеется соответствующая дифференциальная токовая отсечка. Она обеспечивает от-ключениетакже в тех случаях, когда при внутренних коротких замыканиях со значительной апериодической составляющей и при глубоком насыщении трансформаторов токавводиться временная блокировка действия защиты на отключение трансформатора. Поскольку глубокое насыщение трансформаторов токане ожидается при ограниченных значениях тока короткого замыкания, протекающих через силовой трансформатор, значение уставки дифференциальной токовой отсечки может быть выбрано меньше, чем значение тока, соответствующего реактивному сопротивлению короткого замыкания. Дифференциальная токовая отсечка реагирует на основную гармонику тока короткого замыкания, что означает, что апериодическая составляющая и гармоники высшего порядка исключаются.
В случае возникновения внутренних коротких замыканий близки к выводам трансформатора высокие токи короткого замыкания могут приводить к насыщению трансформатора тока. Указанное характерно для маломощных трансформаторов, подключенных к системе с большой мощностью короткого замыкания. Таким образом, добавлен быстродействующий орган со значительным значением уставки. Срабатывание данного органа происходит тогда, когда две выборки превышают удвоенное значение уставки. Указанное обеспечивает быстродействующее отключение до момента насыщения трансформатора тока.
В случае короткого замыкания на землю в заземленной обмотке трансформатора будет характерно протекание токов короткого замыкания, которые могут причинить серьезные повреждения трансформатору. Со стороны питания соответствующие токи могут быть относительно маленькими, если замкнутыми являются несколько витков вторичной обмотки.
107
При возникновении короткого замыкания в нескольких витках от нейтраливеличина тока на обмотках с глухозаземленнойнейтралью будет значительной. Таким образом, сопротивление обмоток носит ограничивающий характер вблизи нейтрали.
В случаевитковых коротких замыканий ток не возвращается через землю, но протекает по закоротке без соединения с землей. Необходимо отметить, что в этом случае ток повреждения ^не может быть обнаружен устройством, подключенным в цепь заземления нейтрали.
Рекомендуется выполнять подключение трансформатора тока с устройством токовой защиты нулевой последовательности в цепи заземления нейтрали (порог срабатывания 200 A) для увеличения области охвата до 90%. Однако данная защита должна иметь значительную выдержку времени, поскольку токовые защиты нулевой последовательности, установленные в сети, должны срабатывать быстрее для обеспечения селективности.
Защита осуществляет сравнение тока нейтрали!)* с суммой фазных токов присоединения 10** (рис. 3).
Для повышения чувствительности при обеспечении селективности действия при реализации защиты на традиционной элементной базе применялись, такназываемые, реле произведения. Данные реле поляризуют рабочий ток током нейтрали, так что защитадостигает своей наибольшей чувствительности, когда рабочий (дифференциальный) ток и ток в нейтра-литрансформатора токанаправлены в одну сторону (имеют одну и ту же полярность).Цифровое устройство защиты 7ИТ6 реализует данный принцип в цифровом виде.
Рис. 3. Дифференциальная защита трансформатора от короткого замыкания на землю
При внешних коротких замыканиях на землю токи 10* и 10** протекают в одном направлении (имеют различные знаки), поэтому характерно наличие только тока торможения и отсутствие дифференциального тока.
При внутренних коротких замыканиях токи 10* и 10** втекают в защищаемый объект и, тем самым, имеют один и тот же знак (противоположные направления).
Список литературы
1. Циглер Г. Цифровая дифференциальная защита. Принципы и область применения; перевод с английского / под ред. Дъякова А.Ф. М.: Знак. 2008. 216 с.
2. Засыпкин А.С. Релейная защита трансформаторов. М.: Энерго-атомиздат, 1989.
3. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М.: Изд-во МЭИ, 2005.
Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, ener-gy@tsu. tula. ru,Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Свистунов Николай Андреевич, асп., svistunoff.nick@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
AN ANALYSIS OF DESIGN SCHEMESOF DIFFERENTIAL PROTECTION OF POWER TRANSFORMERS FROM SHORT CIRCUIT
V.M. Stepanov, N.A. Svistunov
Theprinciples of operation of differential protection ofpower transformers and ways of execution of differential current protection are considered.
Key words: differential relay protection, power transformer, differential current cutoff, short circuit.
Stepanov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical sciences, professor, the head of department, energy@tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Svistunov Nickolay Andreevich, postgraduate, svistunoff.nick@yandex.ru, Russia, Tula, Tula state University
