Схемы дифференциальных защит трансформатора

На практике применяют схемы диф. защиты различной сложности и с использованием разных способов отстройки от внешних к.з. и от бросков намагничивающих токов.

В простейшем случае в защите используют обычные реле тока (типа РТ-40) без замедления. Такую защиту называют дифференциальной отсечкой. Принципиальная схема диф. отсечки 2-х обмоточного трансформатора приведена на рис. 8-6.

Рис. 8-6. Принципиальная схема дифференциальной отсечки 2-х обмоточного трансформатора.

Ток срабатывания диф. отсечки отстраивается от броска намагничивающего тока:

I_с.з.=К_нI_ном.Т

где:
Iном.Т	-	номинальный ток трансформатора
Кн=35		-	коэффициент надёжности.

Для облегчения отстройки I_с.з. от броска намагничивающего тока, который быстро затухает, в схеме диф. отсечки устанавливают промежуточное реле с временем действия 0,040,06с.

При условии выбора ТТ диф. отсечки по кривым предельной кратности (полная погрешность ТТ не должна превышать 10%), отстройка тока срабатывания от броска тока намагничивания обеспечивает отстройку защиты и от токов небаланса при внешних к.з.

Основным достоинством диф. отсечки является простота схемы и быстродействие. Недостатком является большой ток срабатывания, вследствие чего защита оказывается, в ряде случаев нечувствительна (например, к витковым замыканиям).

При использовании диф. отсечки в качестве основной защиты от внутренних повреждений в трансформаторе, коэффициент чувствительности должен быть: К_ч2.

Упрощённая схема диф. отсечки (рис. 8-6) выполняется в 2-х фазном исполнении (на стороне треугольника силового трансформатора устанавливаются ТТ в 2-х фазах «А» и «С» и на двух реле тока). Упрощённая схема не действует при двойных замыканиях на землю на стороне НН силового трансформатора в тех случаях, когда земля в трансформаторе возникает на фазе, не имеющей ТТ (на фазе «В»). Это повреждение должно отключаться другими защитами трансформатора (например, МТЗ).

Диф. отсечка из-за недостаточной её чувствительности применяется на трансформаторах малой мощности (до 25 МВА).

На трансформаторах средней и большой мощности (25 МВА и более) применяют трехфазные схемы продольных дифференциальных защит с использованием диф. реле типа РНТ и реле с торможением типа ДЗТ.

Принципиальная схема диф. защиты двухобмоточного трансформатора с использованием БНТ приведена на рис. 8-7.

Наличие быстронасыщающихся трансформаторов (TLA на рис. 8‑7) позволяет эффективно отстраиваться от бросков намагничивающего тока и токов небаланса при внешних к.з. (БНТ практически запирает защиту при наличии аредиодической составляющей в токе дифференциальной цепи – в реле КА-1КА3. Поэтому отстройка диф. защиты может осуществляться от установившегося значения периодической составляющей тока небаланса, что значительно повышает чувствительность защиты.

При существенной разнице между токами в плечах диф. защиты используются выравнивающие (уравнительные) обмотки TLA.

Рис. 8-7. Схема диф. защиты двухобмоточного трансформатора с БНТ.

а) принципиальная

б) развернутая

Практически ток срабатывания диф. защиты трансформаторов без РПН выбирают равным:

I_с.з.=(12)I_ном.Т.

Ток к.з., как и ток намагничивания, содержит апериодическую составляющую, которая затухает значительно быстрее, чем периодическая составляющая. Наличие БНТ замеляет работу диф. защиты при к.з. в трансформаторе на время 0,010,03с, что является допустимым.

На трансформаторах с РПН ток срабатывания диф. защиты с БНТ получается равным:

I_с.з.=(3-4)I_Т.ном.

Достаточно высокая чувствительность диф. защиты сохраняется при использовании реле типа ДЗТ с магнитным торможением, однолинейная схема включения которого приведена на рис. 8-8. Применение реле ДЗТ целесообразно в случаях необходимости отстройки диф. защиты от токов небаланса, вызванных внешними к.з.

При внешних к.з токи тормозных обмоток создают магнитный поток насыщающий крайние стержни магнитопровода, и ток срабатывания возрастает пропорционально току в тормозных обмотках. При к.з. в зоне диф. защиты ток в рабочей обмотке I_{р (вт.к)} имеет большую величину и защита, несмотря на подмагничивание тормозным током, срабатывает .

Рис. 8-8. Реле с магнитным торможением (ДЗТ)

а) схема включения реле

б) сравнительная характеристика реле.

Реле ДЗТ с несколькими тормозными обмотками используется в диф. защитах многообмоточных трансформаторов.

Диф. защита действует и при витковых замыканиях в трансформаторе, однако её чувствительность зависит от доли замкнувшихся витков.

В настоящее время промышленностью выпускается полупроводниковая дифференциальная защита для использования на мощных трансформаторах типа ДЗТ-21, ток срабатывания которой равен (0,2-0,3) U_ном.Т.

Выводы:

1. Продольная дифференциальная защита является основной быстродействующей защитой трансформаторов и автотрансформаторов от повреждений как внутри баков, так и вне их, в зоне, ограниченной трансформаторами тока схемы защиты.

2. Принцип действия продольной диф. защиты трансформаторов (автотрансформаторов), так же как и диф. защит ВЛ и генераторов, основан на сравнении величины и фазы токов по концам защищаемого элемента.

3. Недостатком диф. защиты является недостаточная её чувствительность при к.з. внутри обмоток (в том числе при витковых замыканиях) при применении достаточно грубых защит с током срабатывания больше номинального тока трансформатора (I_с.з.>I_ном.Т).

4. Ток срабатывания диф. защиты трансформатора необходимо отстраивать от токов небаланса при сквозных (внешних) к.з., а также от бросков тока намагничивания силового трансформатора при включении и отключении его от сети.

5. Для повышения чувствительности диф. защиты трансформатора применяют специальные диф. реле с быстронасыщающимися трансформаторами (БНТ) типа РНТ и реле с магнитным торможением типа ДЗТ.

6. Дифференциальную защиту рекомендуется применять на трансформаторах мощностью 6,3 МВА и выше, а также на трансформаторах собственных нужд электростанций мощностью 4 МВА и выше.

7. На трансформаторах малой мощности (до 25 МВА) применяются дифференциальные отсечки (без БНТ).

8. На трансформаторах средней и большой мощности применяются дифференциальные защиты с БНТ с использованием реле РНТ, а на трансформаторах с регулировкой напряжения под нагрузкой и на многообмоточных трансформаторах – дифференциальные защиты с использованием реле ДЗТ.

9. На мощных трансформаторах в настоящее время широко используется высокочувствительная полупроводниковая диф. защита типа ДЗТ‑21, ток срабатывания которой не более 0,3I_ном.Т.