Область применения
Дифференциальная защита устанавливается в качестве основной для защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Одним из недостатков такой защиты является сложность её исполнения: в частности, требуется наличие надёжной, помехозащищённой линии связи между двумя участками, на которых установлены трансформаторы тока. В связи с этим, дифференциальную защиту применяют для защиты одиночно работающих трансформаторов и автотрансформаторов мощностью 6300 кВА и выше, параллельно работающих трансформаторов и автотрансформаторов мощностью 4000 кВА и выше и на трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не позволяет добиться необходимой чувствительности при коротком замыкании на выводах высокого напряжения, а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более, чем 0,5 с.
Поперечная дифференциальная защита
Принцип действия
Принцип действия поперечной дифференциальной защиты так же заключается в сравнении значений токов, но в отличие от продольной, трансформаторы тока устанавливаются не на разных концах защищаемого участка, а на разных линиях, отходящих от одного источника (например, на параллельных кабелях, отходящих от одного выключателя). Если произошло внешнее короткое замыкание, то данная защита его не почувствует, так как разность значений силы тока, измеряемых на этих линиях, будет практически равна нулю. В случае же короткого замыкания непосредственно на одном из защищаемых кабелей разница токов не будет равняться нулю, что даст основание для срабатывания защиты.
Область применения
Данная защита устанавливается на ВЛ. Защита выбирает и отключает только одну поврежденную линию.
Защита состоит из пускового органа (токовое реле), которое включается также, как и в продольной дифференциальной защите с участка направления мощности, включенного на разность токов защищаемых линий и на напряжение шин подстанции.
Оперативный ток подается на реле защиты через последовательное соединение вспомогательных контактов защищаемых линий для того, чтобы защита автоматически выводилась из действия при отключении одной из линий, во избежание ее не селективного действия при внешнем КЗ.
Значение и знак вращающего момента у реле направления мощности зависит от значения тока, напряжения и угла между ними.
При КЗ на линии 1 ток в линии 1 будет больше тока в линии 2, поэтому их разность, т.е. ток в реле, будет иметь такое же направление, как и ток в линии 1. Реле направления мощности замкнет контакт KW1 и защита отключит поврежденную линию 1.
При повреждении на линии 2 ток в ней будет больше тока в линии 1, и ток в реле изменит направление на противоположное. Замкнется контакт KW2 и защита отключит поврежденную линию 2.
40. Расчет тока небаланса в дифференциальной защите.
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:
Токи небаланса в дифференциальной защите трансформаторов.
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
Токи небаланса в дифференциальной защите трансформаторов.
- 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 (16.35)
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 (16.36)
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
Токи небаланса в дифференциальной защите трансформаторов.
Рис. 16.23. Условия работы дифференциальной защиты трехобмоточного трансформатора при внешнем КЗ.
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.
41. Дифференциальное реле с торможением. Принцип действия. Устройство дифференциального реле с торможением на принципе сравнения абсолютных значений двух электрических вели-чин.