Особенности выполнения диф. Защит трансформаторов

При выполнении диф.защит трансформаторов и автотрансформаторов необходимо учитывать следующее:

1. Первичные токи обмоток трансформатора не равны по величине.

Соотношение токов определяется коэффициентом трансформации силового трансформатора: , поэтому ток I_II на стороне НН трансформатора в режимах нагрузки и внешнего к.з. всегда больше тока I_I на стороне ВН: I_II>I_I.

2. В трансформаторах с соединением обмоток «звезда-треугольник» (/) и «треугольник-звезда» (/) первичные токи обмоток трансформатора различаются не только по величине, но и по фазе.

В трансформаторах с соединением обмоток «звезда-звезда» токи или совпадают по фазе, или сдвинуты на 180⁰.

Векторная диаграмма первичных и вторичных токов представлена на рис. 8-2.

Рис. 8-2. Векторная диаграмма первичных и вторичных токов

а) при соединении обмоток /

б) при соединении обмоток / 

При наиболее распространенной 11-ой группе соединения обмоток силового трансформатора линейный ток на стороне «треугольника» опережает линейный ток со стороны «звезды» на 30⁰.

Таким образом, чтобы поступающие в реле диф. защиты трансформатора токи были равны, необходимо применять специальные меры по выравниванию вторичных токов трансформаторов тока как по величине так и по фазе.

Выравнивание величин вторичных токов в плечах диф.защиты выполняется подбором соответствующих коэффициентов трансформаторов тока диф. защиты или применением специальных трансформаторов (автотрансформаторов) компенсирующих различие во вторичных токах трансформаторов тока (рис. 8-3). Уравнительные обмотки диф. реле.

Рис. 8-3. Выравнивание вторичных токов в схеме диф. защиты трансформатора

а) с помощью промежуточного автотрансформатора АТ

б) с помощью промежуточного трансформатора ТК

Для компенсации сдвига фаз токов силовых трансформаторов, соединенных по схеме / или /, необходимо трансформаторы тока на стороне «звезды» силового трансформатора соединять в «треугольник», а на стороне «треугольника» силового трансформатора – «в звезду» (рис. 8-4).

Рис. 8-4. Компенсация углового сдвига токов в схеме диф.защиты

трансформатора с соединением обмоток «звезда-треугольник»

(Как правило, вторичные обмотки со стороны «звезды» обмотки ВН силового трансформатора соединяются в такой же «треугольник» как и обмотка НН силового трансформатора, а вторичные обмотки ТТ со стороны «треугольника» обмотки НН силового трансформатора, соединяются в такую же «звезду», как и обмотка ВН силового трансформатора).

Токи небаланса в дифференциальных защитах трансформаторов

Таки небаланса в диф. защитах трансформаторов определяются большим числом факторов, чем в защитах генераторов и имеют повышенные значения.

Во-первых, трансформаторы тока диф. защиты трансформаторов устанавливаются на сторонах силового трансформатора, имеющих различные напряжения, поэтому они отличаются друг от друга по типам, нагрузкам и кратностям токов внешнего к.з. Всё это обуславливает наличие разных погрешностей у разных групп ТТ, что приводит к появлению повышенных токов небаланса в дифференциальной цепи защиты при внешних к.з.

Во-вторых, при регулировании коэффициента трансформации силового трансформатора соотношения между первичными, а следовательно, и между вторичными токами ТТ, установленных в разных плечах диф. защиты, изменяется, что также приводит к появлению тока небаланса в диф. защите .

Кроме того, диф. защиту трансформатора необходимо отстраивать от броска тока намагничивания который появляется при включении трансформатора под напряжение, а также при восстановлении напряжения на нём после отключения внешнего к.з.

В нормальном режиме (силовой трансформатор под напряжением) ток намагничивания имеет незначительную величину: I_нам=(0,020,03)I_т.ном.

В режимах включения силового трансформатора под напряжение и после отключения внешнего к.з. бросок тока намагничивания (значительно превышает номинальный ток трансформатора): I_бр.нам=(67)I_т.ном.

Резкое возрастание тока намагничивание объясняется насыщением магнитопровода силового трансформатора. Характер изменения тока намагничивания во времени показан на рис. 8-5,а.

Рис. 8-5. Характер изменения намагничивающего тока (а) и магнитные потоки в сердечнике трансформатора при включении его под напряжение (б).

При включении силового трансформатора под напряжение возникает переходной процесс, сопровождающийся появлением двух магнитных потоков (рис. 8-5, б), установившегося Ф_У и свободного затухающего апериодического Ф_СВ. Результирующий магнитный поток Ф_Т=Ф_У+Ф_СВ в момент включения Ф_ТО=0 и поэтому Ф_СВО=-Ф_УО. Во втором полупериоде знаки обоих потоков совпадают и результирующий поток достигает максимальной величины Ф_Т.мак.

Наибольшее значение Ф_{Т макс} и следовательно I_бр.нам имеет место при включении трансформатора в момент когда мгновенное значение напряжения на трансформаторе равно нулю. В этом случае магнитный поток Ф_Т в сердечнике трансформатора в начальный момент содержит большую апериодическую составляющую Ф_СВО и превышает при переходном процессе установившееся значение Ф_УСТ в 2 раза. Зависимость Ф=f (I_нам) нелинейна и поэтому ток намагничивания увеличивается по отношению к установившемуся значению в сотни раз. Бросок тока намагничивания, как правило, имеет большую апериодическую слагающую и значительный процент высших гармоник. В результате кривая I_нам может оказаться смещённой в одну сторону от оси времени.

В общем случае суммарный расчётный ток небаланса имеет несколько слагающих:

I_нб=I_нбТТ+I_нб.рег.+I_нб.выр.+I_нб.нам.

Ток I_нб.ТТ определяется наличием неодинаковых токов намагничивания у ТТ (наличием погрешностей ТТ) и вычисляется по формуле:

_{Iнб.ТТ=КаКоднfI}к.макс.

где:
Ка	-	коэффициент апериодичности, для реле с БНТ принимаемый равным 1, а для реле тока РТ-40 – 0,5
Кодн	-	коэффициент однотипности ТТ равный 0,51. (При существенном различии погрешности ТТ Кодн достигает максимального значения Кодн=1)
f=0,1	-	погрешность ТТ, удовлетворяющая 10%-ной кратности
Iк.макс	-	наибольший ток сквозного к.з.

Ток I_нб.рег появляется при изменении (регулировании) коэффициента трансформации N силового трансформатора и вычисляется по формуле:

I_нб.рег=_U_регI_к.макс

На трансформаторах с регулированием напряжения под нагрузкой (с РПН) возможны _U_рег 0,150,2. При регулировании на отключённом трансформаторе _U_рег 0,05.

Ток I_нб.выр=_f_вырI_вн определяется неточностью выравнивания величины вторичных токов ТТ плеч защиты.

Ток I_нб.нам представляет собой ток намагничивания защищаемого силового трансформатора, который может достигать значений намного больших I_ном трансформатора в виде броска тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение.

Полный ток небаланса будет равен:

I_нб=(К_аК_однf+_U_рег+_f_выр)I_к.макс+I_нам

Для предотвращения работы диф. защиты от токов небаланса ток срабатывания защиты выбирают из условия:

I_с.з.>I_нб.

Очевидно, что для повышения чувствительности диф. защиты необходимо принимать меры по снижению величины тока небаланса.

Для уменьшения составляющей I_нб.ТТ тока небаланса коэффициенты трансформации ТТ подбирают так, чтобы обеспечивались равные токи в плечах диф. защиты.

Кроме того, ТТ выбирают по кривым предельной кратности так, чтобы их погрешность не превышала 10%.

Для отстройки диф. защиты от токов небаланса при внешних к.з. и от бросков тока намагничивания применяют специальные диф. реле с БНТ (реле типа РНТ) и диф. реле с торможением (реле типа ДЗТ).