Дифференциальная защита трансформаторов

Дифференциальная защита применяется в качестве основной защиты трансформаторов при повреждениях их обмоток, на вводах и ошиновке. Ввиду ее сравнительной сложности дифференциальная защита устанавливается лишь на одиночно работающих трансформаторах 6300 кВА и выше, на параллельно работающих трансформаторах мощностью 4000 кВА и выше и на трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает защитное действие, а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 1 с.

Дифференциальная защита основана на принципе сравнения величин токов в начале и в конце защищаемого участка, например и начале и конце обмоток силового трансформатора, генератора и т. п. В частности, участок между трансформаторами тока, установленными на высшей и низшей сторонах силового трансформатора, считается защищаемой зоной.

Действие дифференциальной защиты поясняется рис.1. С обеих сторон трансформатора устанавливаются трансформаторы тока TT1 и ТТ2, вторичные обмотки которых включены последовательно. Параллельно им подключается токовое реле Т. Если характеристики трансформаторов тока будут одинаковы, то в нормальном режиме, а также при внешнем коротком замыкании токи во вторичных обмотках трансформаторов тока будут равны, разность их будет равна нулю, ток через обмотку токового реле Т протекать не будет, следовательно, защита действовать не будет.

При коротком замыкании в трансформаторе и в любой точке защищаемой зоны, например в обмотке трансформатора, по обмотке реле Т будет протекать ток, и если его величина будет равна току срабатывания реле или больше его, то реле сработает и через соответствующие вспомогательные приборы произведет двустороннее отключение поврежденного участка. Эта система будет действовать при междуфазных и межвитковых замыканиях.

Рис. 1. Дифференциальная защита трансформатора: а — токораспределение при нормальном режиме, б — то же при коротком замыкании в трансформаторе

Дифференциальная защита обладает высокой чувствительностью и является быстродействующей, так как для нее не требуется выдержки времени, она может выполняться с мгновенным действием, что и является ее главным положительным свойством. Однако она не обеспечивает защиты при внешних коротких замыканиях и может вызывать ложные отключения при обрыве в соединительных проводах вторичной цепи.

Рис. 2. Дифференциальная защита двух параллельно работающих трансформаторов

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

3.3. Пример расчета дифференциальной токовой защиты трехобмоточного трансформатора

3.3.1. В настоящем примере дан расчет дифференциальной токовой защиты понижающего трехобмоточного трансформатора 115/38,5/11 кВ мощностью 40 MB-А Трансформатор имеет встроенное регулирование напряжения под нагрузкой (РПН) в нейтрали высшего напряжения в пределах +16% номинального и переключения (ПБВ) ответвлений обмотки среднего напряженно трансформатора в пределах +(2×2,5%) номинального напряжения.

Трансформатор установлен на двухтрансформаторной подстанции; предусматривается питание трансформаторов со стороны ВН и параллельная работа транс­форматоров на стороне ПО и 35 кВ. Исходная схема для примера расчета, а также схема замещения прямой (обратной) последовательности приведены на рис. 3.4

Пример рассчитан в именованных единицах. Сопро­тивления, приведенные к стороне высшего напряжения, на рис. 3.4,6 указаны в Омах.

Сопротивления защищаемого трансформатора рас­считаны при двух крайних реально возможных положе­ниях регулятора.

3.3.2. Расчет защиты, выполненной с реле типа ДЗТ-11, производится в следующем порядке.

3.3.2.1. Определяются первичные токи для всех сто­рон защищаемого трансформатора, соответствующие его номинальной мощности. По этим токам определяются соответствующие вторичные токи в плечах защиты_; исходя из коэффициентов трансформации трансформа-

торов тока Ki и коэффициентов схемы k_tx (см. табл. 2.1).

Расчеты выполнены в соответствии с п. 3.2.1 и све­дены в табл. 3.1,

3.3.2.2. Выбирается сторона, к трансформаторам то­ка которой целесообразно присоединить тормозную обмотку реле.

В соответствии с рекомендациями п. 3.1.5 тормоз­ную обмотку целесообразно включить на сумму токов трансформаторов тока, установленных на сторона» среднего и низшего напряжений, так как при подключе­нии тормозной обмотки только к трансформаторам то­ка, установленным на одной из сторон (среднего или низшего напряжения) защищаемого трансформатора, определяющим условием для выбора тока срабатывания защиты остается отстройка от внешнего КЗ.

Рис. 3.4. Пример расчета дифференциальной токовой защиты трехобмоточного трансформатор а:

с — исходная схема; б — схема замещения прямой (обратной) последовательности; я —схемы замещения для определения та­нов в трансформаторе при внешних трехфазных КЗ в точка К1 и K2 в максимальном режиме работы системы при раздельно! в параллельной работе трансформаторов на подстанции: г — то же при трехфазных КЗ в защищаемой зоне. в минимальном режиме работы системы; д – схема включения реле типа ДЗТ-11 в дифференциальной токовой защите трехобмоточного трансформатора

Примечание. В схеме замещения на рис. 34.б напряжения питающей системы и сопротивления трансформатор» указаны для крайних, реально возможных отклонений регулятора в сторону уменьшения и увеличения (в скобках) напряже­ния регулируемое обмотки; сопротивления системы указаны для максимального и минимального (в скобках) режима работы

Минимальный ток срабатывания защиты определяет­ся по условию отстройки от бросок; намагничивающего тока при включении ненагруженного трансформатора под напряжение в соответствии с п. 3.2.3

3.3.2.3. Определяются числа витков рабочей обмот­ки НТТ реле для основной стороны 110 кВ (стороны с наибольший вторичным током в плече защиты) и для других сторон — 35 и 10 кВ, исходя из значения мини­мального тока срабатывания защиты (=301,5 А), полученного в п. 3.3.2.2.

Расчеты производятся в соответствии с п. 3.2.4 по (2.18). (2.20) и (2.21) и сведены в табл. 32.

Принимаются к использованию следующие числа витков: _УР=15 витков, что соответствует

минимальному току срабатывания защиты и _УР=19витков

3.3.2.4. Выбирается необходимое число витков тор­мозной обмотки НТТ реле в соответствии с п. 3.2.5. Для этого рассматриваются внешние КЗ между тремя фазами в максимальном режиме работы системы. При включения тормозной обмотки на сумму токов транс­форматоров тока, установленных на сторонах среднего н низшего напряжений, расчетным является КЗ на сто­роне НН при параллельной работе трансформаторов. Исходя из полученных значений токов (рис. 3.4 ,в), определяется первичный ток небаланса и необходимое число витков тормозной обмотки. Расчеты сведены в таблице 3.3

Источник

3. Пример расчета дифференциальной защиты трехобмоточного трансформатора, выполненной с реле типа рст-23

3.1. Исходные данные

В примере дан расчет дифференциальной токовой защиты понижающего трехобмоточного трансформатора 115/38,5/11 кВ мощностью 40 мВА.

Трансформатор имеет встроенное регулирование напряжения под нагрузкой (РПН) в нейтрали высшего напряжения в пределах ±16% номинального и переключения (ПБВ) ответвлений обмотки среднего напряжения трансформатора в пределах ±(2·2,5 %) номинального напряжения. Трансформатор установлен на двухтрансформаторной подстанции; предусматривается питание трансформаторов со стороны высшего напряжения и параллельная работа трансформаторов на стороне 110 и 35 кВ. К сборным шинам высшего напряжения трансформатор подключен через один выключатель (схема РУ – двойная система сборных шин с обходной). К сборным шинам среднего напряжения трансформатор также подключен через один выключатель (схема РУ – одна секционированная система сборных шин). Выключатели не имеют встроенных трансформаторов тока. Исходная схема для примера расчета, а также схема замещения прямой (обратной) последовательности приведены на рис.6 и 7. Пример рассчитан в именованных единицах. (Все исходные данные заимствованы из примера, приведенного в [4].) Сопротивления, приведенные к стороне высшего напряжения, на рис. 7 указаны в омах. Сопротивления защищаемого трансформатора рассчитаны при двух крайних реально возможных положениях регулятора в соответствии с рекомендациями [4, 6].

3.2. Расчет дифференциальной токовой защиты трансформатора

3.2.1. Выбор трансформаторов тока и схем их соединения

Рис. 6. Исходная схема примера расчета

Рассчитываем номинальные токи сторон защищаемого трансформатора в соответствии с выражением (2.5)

;

;

;

.

На стороне 110 кВ используем выносные ТТ типа ТФЗМ 110 Б I с коэффициентом трансформации 400/5. Схема соединения вторичных обмоток – «треугольник».

.

На стороне 35 кВ используем выносные ТТ типа ТФЗМ 35 Б I с коэффициентом трансформации 1500/5. Схема соединения вторичных обмоток – «треугольник».

.

На стороне 11 кВ используем ТТ типа ТШЛ-10 с коэффициентом трансформации 3000/5. Схема соединения вторичных обмоток «звезда»

.

За основную сторону защищаемого трансформатора принимаем сторону 110 кВ.

Рис. 7. Схемы замещения и схема включения реле

На рис. 7: а – схема замещения прямой (обратной последовательности; б – схема замещения для определения тока при внешнем трехфазном КЗ в К1 в максимальном режиме работы системы при раздельной работе трансформаторов на стороне 35 кВ; в – схема замещения для определения тока при внешнем трехфазном КЗ в К1 в максимальном режиме системы при параллельной работе трансформаторов на стороне 35 кВ; г – схема замещения для определения тока при внешнем трехфазном КЗ в К2 в максимальном режиме системы при раздельной работе трансформаторов на стороне 35 кВ; д – схема замещения для определения тока при внутреннем трехфазном КЗ в минимальном режиме работы системы при раздельной работе трансформаторов на стороне 35 кВ; е – схема включения реле типа РСТ-23 в дифференциальной токовой защите трехобмоточного трансформатора.

Источник

3. Дифференциальная токовая защита трансформаторов и автотрансформаторов, выполненная с реле серии дзт-11

3.1. УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ

3.1.1. Ниже даны основные указания по расчету дифференциальной токовой защиты, выполненной с реле серии ДЗТ-11 (типов ДЗТ-11, ДЗТ-11/2, ДЗТ-11/3 и ДЗТ-11/4), применительно к двух- и трехобмоточным

трансформаторам, а также автотрансформаторам, находящимся в эксплуатации.

Реле серии ДЗТ-11 характеризуется наличием одной тормозной обмотки в НТТ реле, что дает возможное обеспечить торможение от тока в одном комплекте или от суммарного тока в одной группе комплектов) трансформаторов тока. Характеристика срабатывания ре. при наличии торможения Fраб=f(-Fторм) неоднозначна и зависит от угла между рабочим Iраб.р и Iторм.р (см. п. 3.1.6) токами в НТТ реле.

На рис. 3.1 приведены заводские характеристики реле для таких углов между рабочим и тормозным токами, при которых обеспечивается максимальное (кривая I) и минимальное (кривая //) торможение.

Использование тормозной обмотки дает возможность не отстраивать минимальный ток срабатывания защиты Ic.smin по (2.1) от токов небаланса при таи внешних повреждениях, когда имеется торможение, поскольку недействие защиты в этих случаях обеспечивается торможением. Указанное обусловливает большую чувствительность защиты.

^ Схема внутренних соединений реле и примеры принципиальных схем его включения в защитах двух-трехобмоточных трансформаторов (автотрансформаторов) показаны на рис. 3.2.

3.1.2. Недействие защиты при таких внешних К когда торможение отсутствует (по тормозной обмотке НТТ реле ток не проходит, например, при отключен! стороны, на которой она установлена), а также щ включении ненагруженного трансформатора (автотрансформатора) под напряжение, обеспечивается выборе минимального тока срабатывания защиты Ic.зmin i тем же условиям, что и тока срабатывания защиты /_с выполненной с реле серии РНТ-560 (см. п. 2.1.2):

отстройки от расчетного максимального первично] тока небаланса Iнб.расч при переходном режиме BHei. них КЗ, определяемого с учетом влияния НТТ реле т. е. по (2.1), в котором k_Отс принимается равным 1,5;

Реле ДЗТ-11 Реле ДЗТ-11

Рис. 3.2. Примеры принципиальных схем включения реле типа ДЗТ-11: а — в защите двухобыоточного трансформатора; б — то же трехобмоточного

отстройки от броска намагничивающего тока при включении ненагруженного трансформатора (автотранс­форматора) под напряжение, т. е. по (2.2), в котором коэффициент k в грубо ориентировочных расчетах при­нимается равным 1,2—1,5. и в случае необходимости может быть уточнен в сторону уменьшения (см. п. 3.1.3).

Увеличенные значения коэффициентов в (2.1) н (2.2) по сравнению с расчетом защиты, выполненной с реле серии РНТ-560, принимаются в связи с тем, что реле серии ДЗТ-11 имеет худшие параметры в отноше­нии отстройки от неустановившихся токов из-за отсут­ствия в НТТ реле короткозамкнутой обмотки.

Расчетный ток небаланса Iнб.расч для выбора тока срабатывания защиты Ic.зmin определяется по (2.3) — (2.6) либо при необходимости уточнения его значения в сторону уменьшения по методике, изложенной в п. 2Л .4.

3.1.3. Первичный минимальный ток срабатывания защиты по условию отстройки от броска намагничиваю­щего тока при включении ненагруженного трансформа­тора (автотрансформатора) под напряжение по (2.2) может быть снижен за счет уточнения значения коэф­фициента k в соответствии с конкретными условиями (см. приложение П1).

Уточненное значение коэффициента k определяется по одному из следующих выражений в зависимости от номинального вторичного тока трансформаторов тока, установленных на стороне включаемой обмотки транс­форматора (автотрансформатора):

при номинальном вторичном токе 5 А

3.1

при номинальном вторичном токе 1 А

3.2

где Х_к — относительное индуктивное сопротивление кон­тура включения трансформатора (автотрансформатора), определяемое по (2.16).

Значения величин, входящих в (2.16), определяются для включаемого трансформатора (автотрансформатора) в соответствии с рекомендациями п. 2.1.5. В частности, значения относительных индуктивных сопротивлений Х_в <1)включаемой обмотки трансформатора (автотрансформатора) при включении одной фазы и полном насыщении стержней и магнитопровода трансформатора-автотрансформатора) приведены в табл. П1.1 и П1.2, а также могут быть подсчитаны по упрощенным выражениям табл. П1.3.

Для автотрансформаторов с высшим напряжением 500 кВ, для которых отсутствуют значения Х_в (1) в табл. П1.1 и упрощенные расчетные выражения для определения Х_в (1) в табл.П1.З могут использоваться рекомендации, приведенные в приложения П1.

При расчете по (3.1) (номинальный вторичный ток 5 А) значения коэффициента k должны находиться в пределах l,5>k>l, а при расчете по (3.2) (номиналь­ный вторичный ток 1 А)—в пределах 1,5>k>0,8 (см. приложение П1).

3.1.4. Число витков рабочих обмоток НТТ реле (wi_Ур, w_I,yp и w_р), соответствующее минимальному то­ку срабатывания защиты Ic.з.min, определяется так же, как и в расчете защиты, выполненной с реле серии РНТ-560, т. е. по (2.18) для основной стороны и по (2.20) и (2.21)—для не основных сторон.

3.1.5. Выбор стороны, к трансформаторам тока ко­торой целесообразно присоединить тормозную обмотку НТТ, реле, должен производиться таким образом, чтобы обеспечить возможно большую чувствительность защиты. Для этого необходимо иметь: меньшее значение минимального тока срабатывания защиты Iс,з.min;

меньшее торможение при расчетном по чувствитель­ности металлическом КЗ в защищаемой зоне (если это не противоречит первому условию).

Для ряда случаев целесообразная схема присоеди­нения тормозной обмотки может быть выявлена на основании непосредственного рассмотрения схемы элек­трических соединений. Так, например, в следующих кон­кретных случаях тормозную обмотку, как правило, це­лесообразно присоединять: на двухобмоточных трансформаторах — к трансфор­маторам тока, установленным на стороне низшего на­пряжения, а на двухобмоточных трансформаторах с расщепленной обмоткой—на сумму токов трансфор­маторов тока, установленных в цепи каждой из расщеп­ленных обмоток. Целесообразность такого присоедине­ния тормозной обмотки объясняется тем, что при этом минимальный ток срабатывания защиты Iс.зmin опреде­ляется по (2.2), а при КЗ в защищаемой зоне торможе­ние от тока системы отсутствует;

Рис. 3.3. Расчет защиты, выполненной с реле типа ДЗТ-П:

а — спрямление характеристики срабатывания реле, соответст­вующей минимальному торможению: б —определение рабочей МДС срабатывания реле F _{раб с} по характеристике, соответ­ствующей максимальному торможению

на трехобмоточных трансформаторах—к трансфор­маторам тока, ограничивающим защищаемую зону с той стороны, при внешнем КЗ на которой ток небаланса имеет большее значение, если при этом минимальный ток срабатывания защиты Ic.amin определяется по (2.2); в противном случае, т. е. если определяющим остается (2.1)—на сумму токов трансформаторов тока, установленных на сторонах среднего и низшего напря­жений, если при этом не следует считаться со случаем внешнего КЗ на стороне низшего напряжения в режиме отключенного выключателя на стороне высшего напря­жения или если отстройка от токов небаланса при ука­занном КЗ не является определяющей при рассматри­ваемом включении тормозной обмотки;

на автотрансформаторах — к трансформаторам то­ка, установленным на стороне среднего напряжения, где, как правило, предусмотрено регулирование напря­жения под нагрузкой.

В тех случаях, когда присоединение тормозной обмотки на сумму токов трансформаторов тока, уста­новленных на стороне среднего и низшего напряже­ний, приводит к большому загрублению, или невыпол­нимо из-за недостаточного числа витков тормозной об­мотки, целесообразно присоединять к трансформаторам тока, установленным на сторонах среднего и низшего напряжений, разное количество витков тормозной об­мотки. Необходимое при этом дополнительное присоеди­нение к расчетному витку тормозной обмотки реле от второго трансформатора тока . конструктивно может быть выполнено аналогично рассмотренному в п. 6 приложения ПЗ.

3.1.6. Не действие защиты при таких внешних КЗ, когда имеет место торможение (по тормозной обмотке НТТ реле проходит ток), обеспечивается с учетом ха­рактеристики срабатывания реле, соответствующей ми­нимальному торможению (кривая // на рис. 3.1).

Очевидно, что несрабатывание защиты будет обес­печено, если все точки, соответствующие возможным при внешних КЗ отношениям рабочей и тормозной МДС в плоскости Fраб, .Fторм, будут лежать -надежно ниже этой характеристики.

В случаях, когда максимальная рабочая МДС Л>абт_а*Э=£00 А, для упрощения расчета характеристи­ка, соответствующая минимальному торможению, заме­няется касательной к этой характеристике, проведенной из начала координат (рис. 3.3,а), а в расчет вводится тангенс угла а наклона касательной к оси абсцисс tg a.

При этом несрабатывание защиты (с запасом) б; обеспечено, если удовлетворяется неравенство

где Iраб.р и Iторм.р—рабочий и тормозной токи, г водимые к реле; Шторм — используемое число вит тормозной обмотки НТТ реле; —число вит рабочей обмотки НТТ реле на стороне, к которой г соединена тормозная обмотка; при этом учитывая принятое число витков, если рассматриваемая сторона является основной и расчетное число витков, если рассмариваемая сторона является не основной; kотс коэффициент отстройки, учитывающий ошибку реле необходимый запас; может быть принят равным 1,5.

Из (3.3), учитывая, что отношение токов в Iраб.р и Iторм.р равно отношению соответствующих и вичных токов Iраб.р и Iторм.р ,а также что при внешних КЗ рабочий ток Iраб равен току небаланса Iнб.расч. л определения необходимого числа витков тормозной обмотки получаем следующее выражение:

где Iнб.расч и Iторм — соответственно первичный т небаланса, определенный по (2.3), и первичный тормозной ток при КЗ, расчетном для выбора числа витков тормозной обмотки НТТ реле.

Остальные обозначения те же, что в (3.3).

Тангенс угла а наклона касательной к оси абсцисс при Fрабmax>200 А, исходя из заводской характеристики срабатывания, может приниматься равным примеры 0,75 (рис. З.З.а).

В случае, когда максимальная рабочая МДС Fрабmax 5 / 23 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 > Следующая > >>

Источник