CC BY
11Ф
И
З
И
К
О
-МА ТЕМА ТИЧЕСКИЕ НАУКИ
С.Ю. Ях
ВЫЯВЛЕНИЕ ВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ МЕТОДОМ АНАЛИЗА ТОКА НЕБАЛАНСА В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЕ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
В статье рассматриваются вопросы своевременного выявления витковых замыканий в обмотках силовых трансформаторов. Предложено использование метода анализа тока небаланса в дифференциальной защите силовых трансформаторов при применении специализированных микропроцессорных терминалов релейной защиты.
Ключевые слова: Витковое замыкание, анализ, ток, небаланс, силовой трансформатор, выявление, релейная защита.
В настоящее время вопросы раннего выявления витковых замыканий (ВЗ) в обмотках силовых трансформаторов являются одними из наиболее актуальных [2]. Это обусловлено следующими характерными особенностями ВЗ как вида нарушения режима работы трансформатора:
1) Для предотвращения аварийной ситуации требуется как можно более раннее выявление ВЗ. Плановая диагностика, как правило, не позволяет вовремя выявить ВЗ и предотвратить аварию;
2) Для силовых трансформаторов высоких классов напряжений ВЗ (без своевременного отключения питания обмоток) чреваты полным разрушением трансформатора со всеми вытекающими негативными последствиями;
3) ВЗ относятся к трудновыявляемым видам повреждений элементов трансформатора. Часто ВЗ могут быть определены при обследовании работающего трансформатора с помощью тепловизора, однако данный метод не гарантирует надежное выявление ВЗ и недостаточно оперативен.
Наиболее современным и эффективным способом выявления ВЗ на ранней стадии возникновения и развития является метод анализа тока небаланса в дифференциальной защите силовых трансформаторов [2]. Данный метод может быть реализован применением специализированных микропроцессорных терминалов релейной защиты (РЗ), поддерживающих указанный вид диагностики. На ранней стадии выявляются ВЗ и предотвращается развитие аварийных ситуаций.
Векторная диаграмма ЭДС со стороны обмотки ВН силового трансформатора при ВЗ в фазе А (активная составляющая полного сопротивления обозначена как R, реактивная составляющая как Х и полное сопротивление как 2, ток небаланса обозначен как 1опвз) показана на рисунке 1.
© С.Ю. Ях, 2022.
Научный руководитель: Хизбулин Радик Накипович - кандидат физико-математических наук, доцент, Казанский государственный энергетический университет, Россия.
Рис. 1. Векторная диаграмма ЭДС со стороны обмотки ВН силового трансформатора
при витковом замыкании в фазе А
Некоторые модели микропроцессорных терминалов РЗ производят непрерывный анализ тока небаланса в дифференциальной защите силовых трансформаторов. Наиболее чувствительным параметром срабатывания дифференциального устройства, согласно современным исследованиям, является анализ тока небаланса обратной последовательности [2]. Это также подтверждается производителями в инструкциях к терминалам РЗ. Ток небаланса обратной последовательности определяется как:
1нб.22 1нб.е2 ^ 1нб.рег2 ^ 1нб.выр ^ 1 нб.нам2' где I нб е2 - небаланс ввиду погрешности трансформаторов тока, А;
(1)
нб. рег 2
нб .вир
нб.нам 2
- небаланс, вызываемый регулированием напряжения (РПН), А;
- небаланс, вызываемый неточностью выравнивания токов плеч, А; - небаланс ввиду тока намагничивания трансформатора, А.
При ВЗ в обмотках, статистически определено среднее отношение составляющих тока небаланса обратной последовательности к номинальному току трансформатора, которое показано это на рисунке 2.
Рис. 2. Отношение составляющих тока небаланса обратной последовательности к номинальному току трансформатора
Проанализировав рисунок 2, можно сделать вывод о том, что наибольшее значение имеют токи I нб е2, I нб.рег.2,1 нбвыр 2 Зависимость токов небаланса от загрузки трансформатора показана на рисунке 3.
1нб./1нагр, %
А
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
пр. поел, обр. поел.
Ч-h
ч—ь
Ч-1-
ч—ь
-ч-1->
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 к.
Рис. 3. Зависимость токов небаланса от загрузки трансформатора
Проанализировав рисунок 3, можно сделать вывод о том, что ток обратной последовательности значительно меньше, особенно при минимальной загрузке и холостом ходе. При ВЗ пропорционально увеличиваются токи и прямой и обратной последовательностей. Следовательно, наибольшую чувствительность при определении ВЗ, будет обеспечивать именно ток обратной последовательности.
Отстройка уставки тока срабатывания микропроцессорных дифференциальных устройств по току обратной последовательности производится по формуле:
L, = К.п ■ I
н нб .2
(2)
где К.. - коэффициент надежности.
Одним из наиболее современных терминалов РЗ, обеспечивающих анализ тока небаланса в дифференциальной защите силовых трансформаторов является терминал SEL-487E. SEL-487E является современным микропроцессорным устройством РЗ, включающем в себя встроенный блок анализа тока небаланса в дифференциальной защите [3]. Это зачастую является определяющим фактором при выборе устройства релейной защиты трансформаторов. В настоящее время данное устройство является одним из наиболее часто используемых именно для защиты от ВЗ. Кроме того, обеспечиваемый автоматический контроль режима работы трансформатора является наиболее современным и эффективным способов предупреждения аварийных ситуаций [1].
Таким образом, очевидно, что выявление витковых замыканий в обмотках силовых трансформаторов может быть эффективно обеспечено методом анализа тока небаланса в дифференциальной защите при применении специализированных микропроцессорных терминалов релейной защиты.
Библиографический список:
1. Ленский Д.Е., Мясоедов Ю.В. Современные методы диагностики оборудования трансформаторных подстанций класса напряжения 3-1150 кВ: техническая диагностика // Вестник АмГУ. - 2016. - Выпуск 75.
2. Михеев, Г.М. Цифровая диагностика высоковольтного электрооборудования / Г.М. Михеев. - М.: ДМК Пресс, 2015. - 298 c
3. SEL. Официальный сайт производителя. [Электронный ресурс]. - https://selinc.com/ru/products/487E/ (дата обращения: 08.02.2022).
ЯХ СЕРГЕЙ ЮРЬЕВИЧ - магистрант, Казанский государственный энергетический университет, Россия.
