Дифференциальная защита трансформатора: Методические указания к лабораторной работе № 23 по релейной защите

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №23

Дифференциальная защита трансформатора

1.  Цель работы

Изучение схем дифференциальной защиты понижающих трансформаторов и ознакомление с принципом действия дифференциальной защиты трансформатора, порядком расчета ее уставок.

2.  Краткие теоретические сведения

Несмотря на то, что трансформаторы и автотрансформаторы конструктивно надежны, в эксплуатации имеют место их повреждения и нарушения нормальных режимов работы, поэтому для обеспечения бесперебойности электроснабжения силовые трансформаторы должны иметь соответствующие защиты, обеспечивающие нормальный режим работы трансформаторов с высокой надежностью.

Основными видами защиты силовых трансформаторов является продольная дифференциальная и газовая защиты. Продольная дифференциальная защита действует при КЗ между фазами, при КЗ на землю и замыкании витков одной фазы.

В соответствии с ПУЭ для защиты от повреждений на выходах трансформаторов, а также от внутренних повреждений дифференциальная защита должна устанавливаться на трансформаторах мощностью 6300 кВА и выше. Допускается предусматривать продольную дифференциальную защиту на трансформаторах мощностью 4000 кВА, при параллельной работе трансформаторов, в целях селективного отключения поврежденного трансформатора, а также на трансформаторах собственных нужд и на трансформаторах мощностью 1000 кВА и более, если токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности или максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 с или отсутствует газовая защита.

Принцип действия продольной дифференциальной защиты основан на сравнении величины и фазы токов в начале и конце защищаемого объекта.

Для осуществления дифференциальной защиты трансформатора со стороны выводов обмоток устанавливаются трансформаторы тока, вторичные обмотки которых соединяются так, чтобы при нормальном режиме работы и повреждениях вне трансформатора (точка К1, рис.23.1,а) в реле протекала разность вторичных токов:

,                                               (23.1)

где I₁, I₂ –       вторичные токи трансформаторов тока, установленных на стороне высшего и низшего напряжения силового трансформатора.

Эта разность токов носит название тока небаланса (I_нб). Для того, чтобы защита ложно не срабатывала при замыкании вне трансформатора, ток срабатывания реле принимается больше тока небаланса, т.е. I_ср>I_нб.

б)

a)

При КЗ в зоне защиты (точка К2, рис.23.1,б) по обмотке реле протекает трансформируемый трансформаторами тока ток КЗ. При одностороннем питании:

Рис. 23.1. Принцип действия продольной дифференциальной защиты.

;      (23.2)

при двухстороннем питании:

; ,                               (23.3)

где I_K1 – ток КЗ со стороны подстанции А;

I_K2 – ток КЗ со стороны подстанции Б;

n_тт1 и n_тт2 – коэффициенты трансформации трансформаторов тока установленных соответственно на стороне ВН и НН силового трансформатора.

Если ток в реле становится больше тока срабатывания, то защита срабатывает и без выдержки времени отключает выключатели с обеих сторон трансформатора. Ток небаланса I_нб, протекающий через реле при нормальном режиме или внешнем КЗ в общем случае, равен:

,                    (23.4)

где I_1нб –         составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностями трансформаторов тока. Эта составляющая тока имеет наибольшую величину и является основной;

I_2нб –         составляющая тока небаланса, появляющаяся при изменении коэффициента трансформации силового трансформатора. Эта составляющая тока небаланса отсутствует в дифференциальных защитах трансформаторов без РПН (регулирования под нагрузкой);

I_3нб –         составляющая ток небаланса, возникающая при неточной компенсации неравенства токов в плечах защиты;

I_4нб – составляющая тока небаланса, обусловленная наличием тока намагничивания (тока холостого хода) трансформатора. Эта составляющая в нормальном установившемся режиме работы составляет 1…5% номинального тока. Поэтому в режиме нагрузки и внешнего КЗ данную составляющую не учитывают из-за малой ее величины. Но в режимах, связанных с внезапным повышением напряжения на трансформаторе (включение на холостой ход, восстановление напряжения после отключения внешнего КЗ), ток намагничивания резко возрастает и может вызвать ложное срабатывание защиты. Поэтому в данных режимах защита трансформатора должна быть отстроена от бросков намагничивающего тока. Одним из способов настройки является включение реле через быстронасыщающийся трансформатор, который не пропускает в реле большую часть апериодической составляющей тока, и при наличии в токе апериодической составляющей не трансформирует периодическую.