Релейная защита трансформатора

В соответствии с ПУЭ для силовых трансформаторов предусматривается защита от внутренних повреждений, защита от повреждений внутри бака трапе форматора или РПН, защита от внешних коротких замыканий, защита от однофазных коротких замыканий на сторонах трансформатора с глухозаземленной нейтралью, защита от перегрузки с действием на сигнал.

Дифференциальная защита

Для защиты трансформатора от замыканий между фазами, на землю, витковых замыканий используем дифференциальную защиту. Дифференциальная защита основана на принципе сравнения измеряемых величин, мгновенные значения токов всех сторон сравниваются друг с другом. Сравнение токов выполняется с учетом амплитуд и фаз изменяемых токов.

Дифференциальную защиту трансформатора выполняем на базе микропроцессорной техники с помощью терминала релейной защиты MICOM Р633.

На рис. показана расстановка терминалов защиты силового двухобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой. Эта система обладает следующими функциями, позволяющими осуществлять:

- продольную дифференциальную защиту трансформатора повышенной чувствительности;

- защиту от замыканий на землю на стороне высокого напряжения;

- максимальную токовую защиту на стороне низкого напряжения, как допол? нительную резервную защиту;

- защиту от перегрузки;

- математическую стабилизацию и согласование амплитуд и групп соединения обмоток трансформатора и вторичных обмоток трансформаторов тока;

Рисунок 1.23 – Расстановка терминалов защиты силового трансформатора

- трехступенчатую максимальную токовую защиту с независимой выдержкой времени и др.

Таким образом, с помощью одного реле Р633 могут быть обеспечены все требуемые защиты силового трансформатора.

Выполним защиту трансформатора типа ТРДН-25000/115/10,5 со схемой соединения обмоток Y0/?-11.

Исходные и расчетные данные приведены в таблице 1.41.

Таблица 1.41 – Исходные и расчетные значения для выбора параметров схемы

Наименование величины

Расчетные выражения

Числовые значения

110 кВ

10,5 кВ

Номинальный ток трансформатора

Схема соединения обмоток трансформатора

Y

?

Схема соединения обмоток ТТ

Y

Y

Коэффициент трансформации ТТ

КТ

400/5 = 80

2000/5 = 400

Установка компенсации фазового сдвига

Y0/ Y-0?

?/ Y-11-30?

Вторичные токи в плечах защит, соответствующие мощности трансформатора

Коэффициент коррекции по току

КАт

Отношение номинального тока СТ ко вторичной цепи

С помощью одного реле могут быть выполнены все защитные функции трансформатора.

Для выравнивания вторичных токов по величине используется амплитудное выравнивание согласование. Целью амплитудного согласования является абсолютное равенство соответствующих фазных токов сторон в условиях нормального режима и отсутствии каких-либо погрешностей. Фазные токи, которые были согласованы до равенства по абсолютной величине, считаются в дальнейшем амплитудно-согласованными токами. Согласование выполняется путем умножения на соответствующие амплитудные коэффициенты:

(1.129)

Где IН. ТТ – номинальный ток вторичной обмотки трансформатора тока;

IН. т – номинальный ток силового трансформатора в ветви трансформатора тока;

N.ТТ –коэффициент трансформации трансформатора тока

Таким образом, номинальные токи с обеих сторон приравниваются к номинальному току трансформатора и уставки реле дифзащиты и выполняются в долях номинального тока трансформатора. Устройство формирует две величины.

Дифференциальный ток

(1.130)

Где IВН и IНН – соответственно токи, трансформатора со стороны высокого и низкого напряжения соответственно.

В идеальных условиях при нормальной работе трансформаторов дифференциальный ток равен нулю. Однако на практике, дифференциальный ток присутствует даже при отсутствии замыкания, Факторы, в наибольшей степени, влияющие на величину дифференциального тока в нормальном режиме:

- ток намагничивания трансформатора, который протекает только со сторо? ны с которой подается питание на трансформатор и, следовательно, воспри? нимается как дифференциальный ток;

- зависящая от тока погрешность трансформаторов тока включенных в диф? ференциальную схему.

Тормозной ток:

(1.131)

Коэффициент в формуле расчета тормозного тока означает, что диф? ференциальный ток ID будет в два раза больше тормозного тока IТ, что гарантирует надежное отключение при подпитке замыкания с несколь? ких сторон.

Выбор уставок сводится к построению характеристики срабатывания защиты. Она состоит из трех участков:

Участок 1 — начальный ток срабатывания, на нем отсутствует торможение.

Участок 2 — участок с меньшим коэффициентом торможения m1. Начало его определяется точкой пересечения характеристики «рабочий — дифферен-циальный ток. Этот участок малых токов КЗ, где погрешность трансформаторов тока минимальна.

Участок 3 — участок с коэффициентом торможения m2. Начало его определяется уставкой и он действует до конца характеристики. Характерис? тика заканчивается при токе ID >>>> (ток срабатывания отсечки). При токе большем чем ID >>>> защита срабатывает без торможения.

Начальный ток срабатывания.

Минимальная уставка для первого участка, которая может быть выполнена на реле равна 0,15, тогда:

Принимаем, что ID > = 0,5.

Коэффициент торможения должен перекрыть составляющие погрешности, вызывающие появление тока небаланса в реле при внешних коротких замыканиях.

Небаланс ?1, учитывающий погрешность трансформатора тока для трансформаторов тока отечественного производства, например, 10Р состав? ляет 10%.

Небаланс ?2 учитывает диапазон регулирования трансформатора. Можно принять равным 16%.

Небаланс за счет погрешности выравнивания определяется дискретностью установки напряжения сторон, которая не превышает 100 В, принимаем ?3 = 1%.

Тогда коэффициент торможения для первого участка:

(1.132)

Где КОтс – коэффициент отстройки, КОтс = 1,5.

Коэффициент торможения для второго участка:

(1.133)

Где n – коэффициент, для трансформатора с расщепленной обмоткой равен 3.

Полученные коэффициенты не превышают значения, рекомендуемые производителем, следовательно, защита обеспечивает надежную защиту и селективность.

Последним участком характеристики является отсечка. Она принимается равной пятикратному току трансформатора:

(1.134)

По расчетным данным построим характеристику срабатывания защиты.

Рисунок 1.24 – Характеристика срабатывания защиты

Благодаря наличию блокировки по второй и пятой гармоникам, ток срабатывания защиты может быть выбран значительно меньшим номинального тока трансформатора. От бросков тока намагничивания при подаче напряжения применяется блокировка по второй гармонике. Уставку блокировки по второй гармонике принимаем равной 12%, что позволяет отстраиваться от броска тока.

Блокировка по пятой гармонике предназначена для предотвращения ложь ой работы дифференциальной защиты от повышенного тока намагничивания при подаче на трансформатор напряжения значительно выше номинального ( при перевозбуждении).

Так как на стороне 110 кВ нейтраль трансформатора заземлена, предусматриваем защиту от замыканий на землю. Принимаем для этой защиты ток срабатывания ID >>>> = 0,2, коэффициент торможения m1 – 1,005, отсечка ID >>> = 5.

Защита от перегрузки имеет токовые органы по двум сторонам. Устав? ки каждой стороны выбираются индивидуально, исходя из номинального тока нагрузки этой стороны. Защита имеет отдельные измерительные органы по каждой стороне. Ток срабатывания при системе охлаждения можно принять равным 1,2 номинального тока этой стороны трансформатора Защи? та выполняется с действием на сигнал

Газовая защита

Газовая защита (ГЗ) применяется от повреждений внутри кожуха транс? форматора, сопровождающихся выделением газов, и от понижения уровня масла. Применение газовой защиты является обязательным для трансформаторов мощностью 6300 кВ?А и более.

Принцип действия газовой защиты основан на том, что всякое повреждение внутри бака трансформатора сопровождается выделением газообразных продуктов разложения трансформаторного масла, которое легче масла и поднимается вверх в сторону расширителя. ГЗ выполняется таки м образом, чтобы при медленном газообразовании подавался сигнал, а при бурном, что имеет место при витковых замыканиях, происходило отключение поврежденного трансформатора.

ГЗ осуществляется с помощью специальных газовых реле. При незначительном снижении уровня масла реле срабатывает только на сигнал, при бурном газообразовании и снижении уровня масла реле срабатывает на отключение трансформатора.

Газовая защита является более чувствительной защитой трансформатора по сравнению с ДЗТ, так как она реагирует на замыкание небольшого количества витков обмоток трансформатора, от которого другие виды защиты из-за недостаточного повышения тока не срабатывают.

Максимальная токовая защита

Максимальная токовая защита (МТЗ) является резервной защитой трансформатора, которая служит для отключения трансформатора при его повреждении и отказе основных защит, а также при КЗ на сборных шинах или на отходящих присоединениях, если релейная защита или выключатели на этих элементах отказали в работе. По условиям селективности МТЗ должна иметь выдержку времени и, следовательно, не может быть быстродействующей. По этой причине в качестве основной РЗ от повреждений в трансформаторах она используется на маломощных трансформаторах.

МТЗ не должна срабатывать при послеаварийных перегрузках, поэтому она отстраивается от токов перегрузки. Уставки для терминала МІСОМ Р633 также рассчитываются относительно номинального тока и задаются в относительных единицах.

Ток срабатывания

(1.135)

Где КН – коэффициент надежности, КН = 1,3;

КВ – коэффициент возврата, КВ = 0,95

Уставка терминала МТЗ

Для более надежной отстройки принимаем IМТЗ = 0,45 А. Выдержку времени принимаем равной 3,5с.