Отношения токов фаз - основа для построения резервной защиты трансформатора Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Таким образом, поставленные в данной статье вопросы моделирования электромеханических процессов асинхронных маслонаполненных коротко-замкнутых погружных электродвигателей рассмотрены. Математическая модель взаимодействующих магнитной, электрической и механической подсистем разработана. Ее использование для анализа процессов энергопреобразования в условиях технологического разброса параметров двигателя удовлетворительны. Модель послужила основой создания программно-аппаратного комплекса, реализующего способ измерения момента двигателя в его рабочем состоянии [5].

Библиографический список

1. Ивановский В.Н. и др. Скважные насосные установки для добычи нефти: Учеб. пособие. В Н. Ивановский, A.A. Сабиров, B.C. Каштанов, С.С. Пекин. — М. ГУП, Изд-во «Нефть и газ» РГУ нефти и газа им. И М. Губкина, 2002. - 824 с.

2. Ковалев Ю.З. и др. Моделирование электротехнических комплексов и систем с позиций системного анализа: Препринт / Ю.З. Ковалев, А.Ю. Ковалев, Н.А. Ковалева, А,Г. Щербаков. - Омск: Издательство ОмГТУ, 2006. — 40 с.

3. Ковалев В.З. Энергетический подход к моделированию электротехнических комплексов и систем: Межвуз. темат. сб. науч. тр. Под ред. Ю.З. Ковалева. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2003, - С. 4-31.

4. Зарубин B.C. Математическое моделирование в технике: Учеб. для вузов. Под ред. B.C. Зарубина, А.П. Крещенко. - М. Изд-во МГТУ им, Н.Э. Баумана, 2003. - 496 с.

5. Ковалев Ю.З., Ковалев В.З., Кузнецов Е.М. Способ измерении момента электродвигателя; Решение от 18.01.2006 г. о выдаче патента Российской Федерации на изобретение по заявке № 2004130536/28

КОВАЛЕВ Юрий Захарович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой электрической техники ОмГТУ. заслуженный деятель науки и техники РФ.

КОВАЛЕВ Александр Юрьевич, НОУ ВПО «Академический институт прикладной энергетики».

Статья поступила в редакцию 01.12.06 г. © Ковалев Ю. 3., Ковалев А. Ю.

УДК 621.316 9 М. Я. КЛЕЦЕЛЬ

К. И.НИКИТИН А. С. СТИНСКИЙ

Павлодарский государственный университет

Омский государственный технический университет

ОТНОШЕНИЯ ТОКОВ ФАЗ -ОСНОВА ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ РЕЗЕРВНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА

Предлагается Принцип построения и структурная схема резервной защиты трансформатора к двухфазным КЗ на стороне низкого напряжения, использующий отношение фазных токов при указанном виде повреждения.

Чувствительность резервной токовой защиты понижающего трансформатора к несимметричным коротким замыканиям на низкой стороне во многих случаях бывает недостаточной, так как ток срабатывания необходимо отстраивать оттока самозапуска и учитывать увеличение нагрузки при действии автоматического включения резерва [ 1 ]. Чтобы не отстраиваться оттока самозапуска, используются реле минимального напряжения, что снижает надёжность защиты.

Существенно повысить чувствительность резервной токовой защиты трансформаторов со схемой соединения У/Д к двухфазным коротким замыканиям (КЗ) позволяет использование известного соотношения токов на стороне высокого напряжения при КЗ за трансформатором, когда (если не учитывать влияние нагрузки) ток в одной из фаз превышает по абсолютному значению токи в других фазах в два раза (1 ]. Условием срабатывания защиты будет |1млх|/ = 2, и устройство не надо отстраивать от тока нагрузки, поскольку в рабочих режимах фазные токи

равны между собой. Обычно в неповреждённой фазе с низкой стороны трансформатора есть ток, величина которого зависит от мощности и характера нагрузки, а в повреждённых фазах ток нагрузки накладывается на токи КЗ, увеличивая полный ток одной фазы и уменьшая другой. С учётом погрешности трансформаторов тока е,, измерительных органов защиты е2 и допустимой несимметрии фазных токов в рабочем режиме е3 условие срабатывания защиты можно записать следующим образом:

I1.».»! 1 + +£•-,) \}п\

где 1н — ток нагрузки в нормальном режиме, к^, — коэффициент запаса, учитывающий погрешности расчётов и возможность КЗ через переходное сопротивление.

Для токов на высокой стороне трансформатора с соединением обмоток У/Д при замыкании между фазами В и С имеем [2]:

~J

Zc+zT

2 л.

Л

Z,.+ZT

Zc=7

{Zc+ZT)-»v'

, = 73«;

где Zc — приведенное к стороне низкого напряжения сопротивление сети, Zt — приведённое сопротивление трансформатора; Zh — полное сопротивление нагрузки; 1ДЦП, у — полные токи в фазах А(В, С); ЕД(ЕВ, Eç) — ЭДС фаз А(В, С); п — коэффициент трансформации трансформатора при соединении обмоток Y/Y.

Условие срабатывания предлагаемой защиты — отношение абсолютных значений максимального из токов в фазах к минимальному при возникновении двухфазного КЗ получим при подстановке в ( 1 ) 1мдх = е, = 0,02-^0,05, е3 = 0,05-^0,075,

= 1с

'min -1)' е' ' '

, = 1,1, Zy = Zc +Zy\

¡и

|/.w,|

3 ZI

: г 1,5 + 1,8

(Z: + Z„)'

+ 1

(2)

Область срабатывания защиты при возникновении двухфазного КЗ (графическое решение неравенства (2)) ограничена кривыми на рис. 1. По кривым можно найти наименьшее сопротивление нагрузки, допустимое по условию срабатывания защиты для трансформаторов со схемой соединения обмоток У/А. Согласно расчётам, величина 2н, удовлетворяющая неравенству (2), для большинства трансформаторов из [3] не ограничена. В таблицу 1 сведе-

£а ' ÎL=IM

1кс J

1 Евс

1к— ~к!н L

ны данные трансформаторов, для которых минимально возможное сопротивление Zн определено неравенством (2) из условия |1млх|/|1м[[1,|> 1,8. На практике сопротивления нагрузки значительно превышают минимально допустимые по таблице 1, поэтому защиту без каких-либо ограничений можно устанавливать на всех трансформаторах.

При расчёте сопротивление Zт принималось максимальным (при крайнем верхнем положении РПН), а сопротивление сети Ъс — равным 0,1 Тт (практически оно всегда меньше). Сопротивление каждого трансформатора приведено к стороне низкого напряжения. В таблице 1 ивн — номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, инн — номинальное напряжение вторичной обмотки, 5тр — номинальная мощность трансформатора.

Векторная диаграмма токов 1дд, ¡д,,, 1дс на стороне низкого напряжения трансформатора при КЗ между фазами В и С с учётом нагрузки показана на рис.2, где и - токи двухфазного КЗ в фазах В и С, Ф — угол между током и напряжением фазы А при номинальной нагрузке, <рк — угол между током двухфазного КЗ и междуфазным напряжением Евс.

Таблица 1

Трансформатор STp. MBA Ubh. кВ Uhh. кВ Z, Ом Zh, Ом

ТМН-2500/110 2,5 110 6,6 2,31 > 1,20

ТМН-6300/110 6.3 115 6,6 0,92 >0.11

ТДН-25000/110 25 115 38,5 7,88 >4,20

ТДН-40000/110 40 115 38,5 4,92 >2.60

ТДН-63000/110 63 115 38,5 3,13 > 1,70

ТДН-80000/110 80 115 38,5 2,46 > 1,30

Г'

ОС

[ой1

р

10

11 Ь

г-М

От пугнобыж оргоиой резербнык защит присоединении

Рис. 3

Несмотря на то, что предлагаемая защита использует информацию о величине фазных токов, её чувствительность не может оцениваться коэффициентом чувствительности кч, как это принято в настоящее время, поскольку у неё нет тока срабатывания. Поэтому будем судить о чувствительности по минимальному току КЗ, на который способна реагировать защита. Это не противоречит определению чувствительности как способности защиты реагировать на ток повреждения в зоне её действия. Согласно расчётам, при минимальных значениях е2, еэ, в зависимости от разности углов ф и <рк, ток двухфазного КЗ, на который способна реагировать защита, может быть значительно меньшим тока 1Н.

Схема устройства, реализующего рассматриваемый принцип, изображена на рис. 3. Устройство содержит три преобразователя тока в напряжение для фаз А, В, С, выполненные в виде трансреакторов 1, 2, 3, три выпрямителя 4, 5, 6, макси-селектор 7, мини-селектор 8, формирователь опорной величины 9, блок 10 сравнения величин по абсолютному значению, элемент И 11 с прямым и инверсным входом, реле времени 12, исполнительный орган 13. В любом режиме в преобразователях 1, 2,3 производится преобразование тока в напряжение. Полученное напряжение, пропорциональное токам фаз А, В, С, выпрямляется выпрямителями 4, 5, 6 соответственно. Из сигналов, полученных с выходов выпрямителей 4, 5,6, при помощи максиселектора 7 и миниселекто-ра 8 выбираются максимальное и минимальное значения. Они пропорциональны токам фаз |1МДХ| и |1М|М|. Далее в формирователе 9 значение минимальной величины увеличивается в 1,8 раза. Блок сравнения 10 сравнивает |1МАХ| и 1,8|1М|М|. Если выполняется условие срабатывания |1МЛХ| Э: 1,8|1М1М|, что равносильно |1мдх|/|1мт|>1,8, то на прямой вход элемента И 11 подаётся сигнал. Пуск реле времени произойдет, если на инверсном входе элемента И 11 отсутствует сигнал от пусковых органов резервных токовых защит присоединений, подключенных к тем же шинам, что и защищаемый трансформатор.

В режиме симметричной нагрузки значения токов в фазах равны между собой, поэтому |1тх| = 1'м1.\1' условие |1МЛХ| £ 1,8|1М1!^| не выполняется, на выходе элемента 10 сигнал отсутствует, пуска реле времени не происходит.

В режиме двухфазного КЗ за трансформатором, если выполняется условие (2), значение максимального тока будет превышать значение минимального более чем в 1,8 раза, поэтому блок сравнения через элемент 11 запустит реле времени 12, которое, доработав, подаст сигнал на исполнительный орган 13.

В режиме несимметричной нагрузки разница между токами фаз может достигнуть 50% (при близ-

ком двухфазном КЗ на соседнем присоединении на стороне высокого напряжения). На выходах макси-селектора и мини-селектора появятся сигналы, соответствующие максимальному и минимальному токам в фазах. Например, если |1А| = |1Н|. |1П| = 0,5|1И|, |1С| = 0,5|1Н|, то |1МАХ| = |1,,|, |1м4=0,5|1н|. На выходе блока сравнения появится сигнал, так как |1МЛХ|/ |1М1М|>1,8; нона инверсном входе элемента И 11 появится сигнал от пускового органа резервной защиты присоединения, на котором произошло КЗ, поэтому реле времени не запустится.

В практике эксплуатации использование информации от пусковых органов резервных защит соседних присоединений является затруднительным, поэтому установка предлагаемой защиты наиболее целесообразна на одиночных трансформаторах, например в схемах электроснабжения с применением радиальных глубоких вводов 110-220 кВ [4].

Вывод

Предложенный принцип повышения чувствительности резервной защиты трансформатора к двухфазным КЗ позволяет не отстраиваться оттоков нагрузки и самозапуска.

Библиографический список

1. Федосеев А. М., Федосеев М. А. Релейная защита электроэнергетических систем: Учеб. для вузов. — 2 изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1992. — 528 е.: ил.

2. Гимоян Г. Г. Релейная защита горных электроустановок. Изд. 2, перераб. и доп. - М.: Недра, 1978. — 349 с.

3. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 е., ил.

4. Ермилов А. А. Основы электроснабжения промышленных предприятий. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат. 1983. — 208 е., ил.

КЛЕЦЕЛЬ Марк Яковлевич, доктор технических наук, профессор кафедры «Автоматизация и управление» Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова.

НИКИТИН Константин Иванович, кандидат технических наук, доцент Омского государственного технического университета.

СТИНСКИЙ Александр Сергеевич, аспирант, инженер (г. Павлодар).

Статья поступила в редакцию 10.11.06 г. © Клецель М. Я., Никитин К. И., Стинский А. С.