43. Токи небаланса в дифференциальной защите трансформаторов (автотрансформаторов).

Составляющие тока небаланса. При внешних КЗ и нагрузке вследствие нарушения равенства вторичных токов в реле появляется ток небаланса который может вызвать неправильную работу дифференциальной защиты.

Iнб = IIв - IIIв (16.31)

Неравенство вторичных токов в плечах РЗ обусловливается: погрешностью ТТ. изменением коэффициента трансформации силового трансформатора при регулировании напряжения. неполной компенсацией неравенства вторичных токов в плечах РЗ. наличием намагничивающих токов силового трансформатора, вносящих искажение в его коэффициент трансформаиии. Каждая из этих причин порождает свою составляющую Iнб:

1) составляющую IнбTT, вызываемую наличием погрешностей (токов намагничивания) ТТ, питающих РЗ (см. рис. 16.18). С учетом токов намагничивания разность вторичных токов, проходящих через реле при внешнем КЗ:

Считая, что неравенство первичных токов по значению и фазе полностью скомпенсировано, получаем, что в (16.32) II / KII = III / КIII С учетом этого:

Iнб TT = III нам - II нам (16.33)

Выражение (16.33) показывает, что ток Iнб, обусловленный погрешностью ТТ, равен геометрической разности намагничивающих токов ТТ РЗ;

2) составляющую Iнб.peг которая появляется при изменении (регулировании) коэффициента трансформации Кт силового трансформатора или автотрансформатора.

Компенсация неравенства первичных токов, осуществляемая с помощью выравнивающего трансформатора или автотрансформатора, обеспечивается при определенном соотношении токов обмоток ВН и НН силового трансформатора, определяемом коэффициентом трансформации Кт. При изменении Kт компенсация и равенство вторичных токов нарушаются, и в дифференциальном реле появляется ток небаланса Iнб.peг Обычно параметры выравнивающих устройств подбираются для среднего рабочего значения Кт. При отклонении от него на ± AКт % появляется ток

(16.35)

- где Iскв max - сквозной ток, протекающий через трансформатор.

На повышающих силовых трансформаторах и автотрансформаторах предусматриваются ответвления, позволяющие изменять Кт в пределах ± 5% номинального (среднего) значения. Современные понижающие трансформаторы выпускаются с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) в определенном диапазоне. Например, у трансформаторов 110 кВ диапазон регулирования АКт = 16%. Регулирование осуществляется изменением числа витков на стороне высшего напряжения;

3) составляющую небаланса, возникающую при неточной компенсации неравенства токов плеч Iнб.комп, которая появляется, когда регулирующие возможности выравнивающих устройств не позволяют подобрать расчетные значения (wу или kа), необходимые для полной компенсации;

4) составляющую, обусловленную наличием тока намагничивания у силового трансформатора. Ток намагничивания нарушает расчетное соотношение между первичным и вторичным токами силового трансформатора, что вытекает из схемы на рис. 16.22, и вызывает ток Iнб.нам = Iнам

В нормальном режиме Iнам силового трансформатора не превышает 1-5% номинального тока; при КЗ ток намагничивания уменьшается; при неустановившемся режиме, связанном с внезапным увеличением напряжения на трансформаторе, ток намагничивания силового трансформатора резко возрастает. В режиме нагрузки и КЗ Iнб.нам обычно не учитывается.

В общем случае полный ток небаланса

Iнб = Iнб TT + Iнб.pег + Iнб.комп (16.36)

Для упрощения написания составляющих в дальнейшем будем обозначать: IнбТТ = I'нб, Iнб.pег = I''нб, Iнб.комп = I'''нб При таком обозначении получим:

Iнб = I'нб + I''нб + I'''нб (16.37)

Причины повышенного значения Iнб в дифференциальной РЗ трансформаторов и автотрансформаторов. Значение тока небаланса в дифференциальной РЗ трансформаторов оказывается обычно большей, чем в дифференциальных РЗ генераторов, что объясняется наличием дополнительных составляющих в токе небаланса (Iнб.рег и Iнб.комп) и большим абсолютным значением составляющей Iнб TT, обусловленной погрешностями ТТ. Последнее вызывается тремя особенностями, характерными для дифференциальных РЗ трансформаторов.

Первая из них состоит в конструктивной разнотипности ТТ, применяемых на разных сторонах силовых трансформаторов. Эти конструктивные различия порождают различие характеристик ТТ и их токов намагничивания, что приводит к увеличению разности III нам - II нам и Iнб TT

Особенно резко отличаются характеристики ТТ, встраиваемых во вводы масляных выключателей (напряжением 35 кВ и выше), от характеристик выносных ТТ, применяемых на напряжения 10 и 6 кВ.

Второй особенностью дифференциальной РЗ трансформаторов является большое сопротивление нагрузки, присоединенной ко вторичным обмоткам ТТ, и значительное различие сопротивлений плеч, обусловленное различием расстояний до места установки ТТ.

Кроме того, нужно учитывать, что сопротивление линейных проводов ложится утроенной нагрузкой на ТТ, соединенные в треугольник, благодаря чему даже при равенстве длин плеч ТТ, соединенные в треугольник, оказываются более загруженными, чем вторая группа ТТ, соединяемых в звезду.

Третья особенность имеет место у трехобмоточных трансформаторов, а также у двухобмоточных с двумя выключателями на стороне какой-либо обмотки. В этих случаях кратности токов при внешних КЗ для различных групп ТТ дифференциальной РЗ получаются неодинаковыми. Через одну группу (ТAIII) протекает суммарный ток КЗ, в то время как через две группы (ТАI и ТАII) - лишь часть этого тока (рис. 16.23).

В результате группа ТТ ТAIII намагничивается сильнее, что вызывает резкое увеличение их намагничивающих токов по сравнению с намагничивающими токами двух других групп.

Расчет I'нб (IнбTT) - Расчетным путем наибольший ток небаланса I'нб определяется как разность токов намагничивания ТТ дифференциальной РЗ по (10.4), а именно: I'нб = I'II нам - I'I нам Для нахождения I'нб max допускаем, что одна группа ТТ, например II, работает с предельно допустимой погрешностью eII = III нам = 10% (0,1), а вторая группа работает без погрешности:

II нам = 0. Очевидно, что в этом случае разность III нам - II нам будет иметь максимальное значение.

В соответствии с этим:

Iнб TT = ka kодн * 0,1 Iк max (16.37)

- где kодн = 0,5 -:- 1 учитывает различие в погрешности ТТ, образующих дифференциальную схему (при существенном различии условий работы и конструкций ТТ различие их погрешностей достигает максимального значения и принимается равным 1, при отсутствии различий принимается равным 0,5). ka - коэффициент, учитывающий увеличение погрешности е в переходном режиме КЗ, принимается равным 1-2.

Меры для предупреждения действия защиты от токов небаланса. Предотвращение работы РЗ от токов небаланса достигается выбором тока срабатывания РЗ Iср > Iнб, а также применением торможения.

Для обеспечения достаточной чувствительности РЗ принимаются меры к понижению значения Iнб. УменьшениеIнб ТТ обеспечивается подбором ТТ и их вторичной нагрузки по кривым предельной кратности или по характеристикам намагничивания ТТ так, чтобы погрешность ТТ не превышала 10%.

Для повышения чувствительности и отстройки от тока небаланса в схемах дифференциальной РЗ (см. § 16.9) применяются реле, включаемые через НТТ (см. § 16.8), или реле с торможением от сквозного тока КЗ, или реле, использующие оба принципа.