2.2. Защита от многофазных, однофазных замыканий на землю и витковых замыканий в обмотках трансформатора

Типы защит:

а) продольная дифференциальная токовая защита, действующая без выдержки времени на отключение всех выключателей трансформатора, включение короткозамыкателя или передачу отключающего импульса на головной выключатель, установленный на питающей подстанции;

б) токовая отсечка без выдержки времени, устанавливаемая со стороны питания и действующая, как защита пункта «а». Токовая отсечка, должна предусматриваться во всех случаях, когда не устанавливается дифференциальная защита.

Продольная дифференциальная защита выполняется, как правило, на трансформаторах мощностью 6,3 МВ·А и более. Допускается предусматривать дифференциальную защиту на трансформаторах меньшей мощности (4 МВ·А) при параллельной работе их с целью селективного отключения повреждённого трансформатора, а также на трансформаторах 1,0 МВ·А и более, если токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности, а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 с и отсутствует газовая защита. Окончательный выбор типа защиты производиться в соответствии с рекомендациями ПУЭ и Руководящих указаний по релейной защите трансформаторов [5].

Трансформаторы тока для продольной дифференциальной защиты, как правило, должны устанавливаться со всех сторон защищаемого трансформатора. Продольная дифференциальная защита выполняется с двумя или тремя реле тока в дифференциальной цепи.

Исполнение защиты с реле РНТ-565 или ДЗТ–11 принимается на основании расчётов, позволяющих определить минимальное значение коэффициента чувствительности при КЗ на выводах защищаемого трансформатора.

Если реле РНТ-565 не обеспечивает необходимой чувствительности при выборе тока срабатывания защиты по условиям отстройки от максимального тока небаланса в режимах внешних КЗ, следует применять реле типа ДЗТ-11.

Если же защита с реле РНТ-565 не обеспечивает необходимой чувствительности по условию отстройки от броска тока намагничивания при включении ненагруженного трансформатора под напряжение, то применение реле ДЗТ-11 ухудшает чувствительность, поскольку коэффициент отстройки от броска тока намагничивания у реле ДЗТ-11 хуже, чем у реле РНТ-656 (для реле РНТ-565 К_ОТС.БР = 1,3; для реле ДЗТ-11 К_ОТС.БР = 1,5). Поэтому в данном случае следует применять более чувствительную защиту типа ДЗТ-20, защиту на базе реле ДЗТ-11 с двумя комплектами: чувствительным, действующим с выдержкой времени t_С.З ≈ 0,5 1,0 с., имеющим коэффициент К_ОТС.БР = 0,75 1,0, и грубым, без выдержки времени. [2,4,5] или «Сириус-Т» [12].

Исходные данные и выбор трансформаторов тока (ТТ) для расчёта дифференциальной защиты трансформатора

Первичные номинальные токи обмоток:

Соединение вторичных обмоток трансформатора тока на первичной стороне (стороне ВН) - ; на вторичной стороне (сторона НН) – Y.

Расчётный коэффициент трансформации трансформаторов тока, соединенных в ∆ и Y: на стороне ВН на стороне НН

По справочнику выбираем ТТ для стороны ВН и НН с большим коэффициентом трансформации.

Для выбранных по справочнику значениях коэффициента трансформации трансформаторов тока K_I∆ и K_IY – токи в плечах защиты (т.е. вторичные токи ТТ подтекающие к дифференциальным реле) при номинальном первичном токе будут равны:

В дальнейшем при расчетах в первую очередь будут необходимы токи КЗ. Максимальное значение тока в обмотках трансформатора при внешнем трёхфазном КЗ (для определения небаланса при внешнем КЗ)

Минимальное значение тока в обмотках трансформатора при трёхфазном КЗ на выводах НН (для проверки чувствительности защиты при КЗ в зоне действия)

-на среднем ответвлении РПН ,

_{-на крайнем ответвлении РПН .}

Определение уставок и чувствительности продольной дифференциальной защиты с реле РНТ-565

1. Первичный ток небаланса, обусловленный погрешностью ТТ при внешнем КЗ, приведенный к основной стороне (с наибольшим током в плече защиты при номинальном первичном токе), А:

где, К_АП – коэффициент, учитывающий наличие апериодической

составляющей тока; для реле РНТ-565,

имеющего короткозамкнутую цепь, К_АП = 1;

К_ОДН – коэффициент однотипности трансформаторов тока;

при разнотипных ТТ К_ОДН берут равным 1 [2];

 = 0,1 – относительная полная погрешность ТТ.

2. Первичный ток небаланса при внешнем КЗ, обусловленный РПН, А:

где, ∆U – относительная погрешность, обусловленная РПН, прини-

мается равной половине суммарного диапазона регулиро-

вания напряжения.

3. Первичный расчётный ток небаланса при внешних КЗ, А:

4. Первичный ток срабатывания защиты из условия отстройки от расчётного тока небаланса при внешних КЗ, А:

5. Первичный ток срабатывания защиты из условия отстройки от броска тока намагничивания, А:

где, К_{ОТС. БР} – коэффициент отстройки от броска тока намагничива-

ния; для реле РНТ-565 К_ОТС.БР = 1,3.

6. Принятый расчётный ток срабатывания защиты (большее значение токов из п.4 и 5), А: I_{СЗ. РАСЧ.}

7. Расчётный ток срабатывания реле, отнесённый к основной стороне, А:

или

8. Расчётное число витков обмотки реле, включаемой в плечи защиты на основной стороне (ВН):

9. Принятое число витков обмотки реле, включаемой в плечи защиты на основной стороне:

10. Расчётное число витков обмотки реле, включаемой в плечо на неосновной стороне (НН):

11. Принятое число витков обмотки реле, включаемой в плечо защиты на неосновной стороне:

12. Первичный ток небаланса при внешнем КЗ, обусловленный округлением расчётного числа витков обмотки реле, включенной в плечо защиты на неосновной стороне, А:

13. Уточнённый первичный ток небаланса, А:

14. Первичный ток срабатывания защиты из условий отстройки от уточнённого тока небаланса, А:

15. Ток срабатывания реле из условия отстройки от уточнённого тока небаланса, отнесённый к основной стороне, А:

или (при соединении ТТ в звезду)

16. Число витков обмотки реле, включаемой в плечо защиты на основной стороне (рассчитывается для проверки надёжной отстройки от токов небаланса):

17. Проверка надёжной отстройки от токов небаланса:

Число витков на основной стороне ранее было определено на основании расчета тока срабатывания по двум составляющим тока небаланса при внешнем КЗ при предварительно взятом коэффициенте отстройки Расчетное число витков определяет коэффициент отстройки, равный 1,3 (он должен быть таким при использовании реле РНТ-565). Окончательное значение коэффициента отстройки равно Если значение будет меньше1,3, то необходимо уменьшить число витков основной обмотки и заново определить .

18. Минимальное значение тока в реле при двухфазном КЗ на выводах НН, основная сторона – сторона ВН: на среднем ответвлении РПН

на крайнем ответвлении РПН

Основная сторона – сторона НН:

на среднем ответвлении РПН

на крайнем ответвлении РПН

Минимальное значение коэффициентов чувствительности при двухфазном КЗ на выводах НН:

на среднем ответвлении РПН

или

на крайнем ответвлении РПН

или

где, w_I и w_II –число витков обмотки реле, включенной с основной стороны.

По результатам выполненных расчетов необходимо сделать выводы о возможности применения реле РНТ-565.

Определение уставок и чувствительности продольной дифференциальной защиты с реле ДЗТ-11

1. Первичный ток срабатывания защиты из условия отстройки от броска тока намагничивания, А:

; для реле ДЗТ-11- К_{ОТС. БР} = 1,5.

2. Ток срабатывания реле, приведенный к стороне ВН, А:

3. Расчётное число витков рабочей обмотки реле, включаемых в плечо защиты со стороны ВН:

, где F_C.P = 100 ампервитков.

4. Принятое число витков рабочей обмотки реле, включаемых в плечо защиты со стороны ВН:

_{Принимается ближайшее целое меньшее число витков.}

5. Расчётное число витков рабочей обмотки реле, включаемых в плечо защиты со стороны НН:

где i_{Н ∆}, i_{H Y} – токи в плечах защиты при номинальном первичном

токе.

6. Принятое число витков рабочей обмотки реле, включаемых в плечо защиты со стороны НН:

- ближайшее целое число.

7. Расчётное число витков тормозной обмотки реле, включаемой в плечо защиты со стороны НН:

где,  = 0,1 – относительная полная погрешность ТТ;

∆U – относительная погрешность, обусловленная РПН,

принимается равной половине суммарного диапазона

регулирования напряжения, для реле ДЗТ-11 tg α=0,87.

8. Принятое число витков тормозной обмотки реле:

Выбирается из ряда числа витков: 1; 3; 5; 7; 9; 11; 13; 18; 24.

9. Максимальное значение тока в реле при двухфазном КЗ на выводах НН:

на среднем ответвлении РПН

на крайнем ответвлении РПН 10. Минимальное значение коэффициента чувствительности защиты при двухфазном КЗ на выводах НН:

на среднем ответвлении РПН

на крайнем ответвлении РПН

Определение уставок и чувствительности микропроцессорной продольной дифференциальной защиты «Сириус-Т»

В современных средствах РЗ качестве основной защиты рекомендуется установка микропроцессорного терминала «Сириус-Т» производства НПО «Радиус Автоматика» [13]. Он эффективно работает при повреждениях с большими значениями токов и при токах повреждения меньших номинального тока трансформатора, что имеет место при межвитковых замыканиях.

Комплектная защита «Сириус-Т» предназначена для использования в качестве основной для двухобмоточных трансформаторов. В нее входят:

• быстродействующая дифференциальная токовая отсечка по действующему и мгновенному значениям тока;

• дифференциальная токовая защита с уставкой (0,3 – 1,0) I_ном с блокировкой по второй гармонике от бросков тока намагничивания, торможением от полусуммы токов сторон;

• резервные максимальные токовые защиты высшей и низшей сторон трансформатора, с комбинированным пуском по напряжению и ускорением при включении выключателя стороны низкого напряжения;

• входы газовой защиты трансформатора и РПН;

• защита от перегрузки с действием на сигнал;

• управление обдувом по дискретным входам и по току;

• сигнализация появления тока небаланса в дифференциальной цепи;

• автоматическая компенсация погрешности тока небаланса от работы регулятора напряжения.

1.Электрическое соединение измерительных трансформаторов тока выполняется по схеме «звезда» как со стороны ВН, так и со стороны НН трансформатора.

2. Согласно [17] расчетный ток небаланса, порождаемый сквозным током, состоит из трех составляющих:

где:		-	коэффициент, учитывающий переходный режим = 2,0 (доля двигательной нагрузки < 50 %);
		-	коэффициент однотипности трансформаторов тока = 1,0;
	ε	-	относительное значение полной погрешности трансформаторов тока в установившемся режиме = 0,1.
		-	погрешность, обусловленная действием РПН = 13 %;
		-	погрешность округления номинальных вторичных токов ТТ сторон ВН и НН при задании (вводе) в защиту «Сириус-Т», а также метрологическая погрешность элементов устройства защиты;
		-	сквозной ток КЗ, протекающий по обмоткам защищаемого трансформатора.

Второе слагаемое обусловлено наличием РПН. За расчетный следует принять размах относительного оптимального ответвления.

Третье слагаемое обусловлено неточностью задания номинальных токов – округлением при установке и метрологическими погрешностями элементов. По данным завода-изготовителя расчетное значение следует принимать .

Коэффициент отстройки от тока небаланса следует принять .

Для трансформатора 16000 кВ·А принимаем:

.

Коэффициент снижения тормозного тока:

;

;

- (рекомендуется 1,5 – 2 по условию нагрузки. Принимаем 1,5, т.к. отсутствуют мощные двигатели в составе нагрузки).

- (уставка блокировки от второй гармоники. Рекомендуется изготовителем на уровне 12 – 15 % по опыту эксплуатации).