2.1.2. Дифференциальная защита трансформатора

Понижающий трансформатор имеет ряд специфических особенностей, влияющих на выполнение схемы и расчеты уставок продольной дифзащиты. К таким особенностям относятся [4,5]:

1) наличие броска тока намагничивания трансформатора при включении его под напряжение или при восстановлении напряжения после отключения близкого К.З.;

2) неравенство токов по вторичным обмоткам трансформаторов тока;

3) наличие углового сдвига вторичных токов Т.Т. при различных схемах соединения силовых обмоток трансформатора.

Для дифзащиты трансформаторов отечественной промышленностью выпускаются специальные реле типа РНТ и ДЗТ. Для защиты с регулированием напряжения под нагрузкой, которые устанавливаются на тяговых подстанциях переменного тока, применяются в основном реле типа ДЗТ с быстронасыщающимся трансформатором (БНТ) и магнитным торможением.

Задачей расчета дифзащиты трансформатора является определение числа витков различных обмоток дифференциальных реле защиты.

Расчет дифзащиты производится с учетом данных табл.1 настоящих указаний, руководствуясь следующей последовательностью:

1. Выполняются расчеты по определению максимальных и минимальныхтоков при трехфазных к.з. на стороне тяговой и районной обмоток. Эти значения токов к.з. необходимы для отстройки защиты от максимальных токов небалансапри внешних к.з. и определения коэффициента чувствительности защиты.

Для определения внешних токов к.з. необходимо составить схему замещения, включающую сопротивление системы Х_Sи обмоток понижающего трансформатора Х_Т.

Сопротивления обмоток трехобмоточного трансформатора определяются приближенно при известной номинальной мощности трансформатора по формуле:

, (2.1.1)

где U_H– номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора;

U_K % – напряжение к.з. (в%) отдельных обмоток трансформатора.

Определяется по соотношениям:

, (2.1.2)

где U_{KB – C,} U_{KB – H,}U_{KC – H,}- напряжения К.З. между обмотками, которые принимаются из [2;3].

Сопротивление системы определяется для двух режимов её работы – максимальном и минимальномпо формуле:

, (2.1.3)

где U_ср– среднее значение питающего напряжения системы. ПринимаетсяU_ср=115кВ;

- мощность К.З. на шинах 110 кВ тяговой подстанции в режимах максимума и минимума энергосистемы (табл. 1).

Токи К.З., приведенные к стороне ВН, протекающие через защищаемый трансформатор при К.З на стороне среднего и низкого напряжения, в максимальном и минимальном режимах работы системы определяются по выражению:

, (2.1.4)

где: U_H– номинальное напряжение первичной обмотки;

- результирующие сопротивление системы и обмоток трансформатора в соответственно максимальном и минимальном режимах работы системы.

Для дальнейших расчётов выбирается наибольшее из двух максимальных токов К.З. и наименьшее из двух минимальных токов К.З.

2. Определяются первичные токи для всех сторон защищаемого трансформатора, выбирают номинальные коэффициенты трансформации трансформаторов тока (Т.Т.), вычисляют токи в плечах защиты. Результаты расчета сводятся в табл. 2.1.

При этом, в целях повышения надежности дифзащиты и уменьшения полных погрешностей Т.Т., рекомендуется применять несколько завышенные против расчетных значения коэффициентов трансформации (К_Т). Для упрощения расчетов рекомендуется выбор Т.Т. таким образом, чтобы ток в плече высшего напряжения был наибольшим (основное плечо). Для компенсации углового сдвига токов Т.Т, со стороны звезды обмоток понижающего трансформатора Т.Т. соединяются в треугольник, а со стороны треугольника - в звезду.

Таблица 2.1. Расчет токов в плечах защиты

Наименование величины	Числовые значения для стороны
	ВН	СН	НН
Первичные номинальные токи трансформатора, А
Коэффициенты трансформации Т.Т. (КТ)
Схемы соединения Т.Т., (коэффициент схемы КСХ)
Вторичные номинальные токи в плечах защиты, А

3. Производится расчет для выбора типа реле дифзащиты. Сначала определяется возможность применения реле типа РНТ. Для этого выбирается первичный ток срабатывания защиты I_СЗ, приведенный к стороне высшего напряжения трансформатора.

Первым условием выбора I_СЗявляется отстройка от броска тока намагничивания:

I_СЗК_ОТС.* I_Н(ВН), (2.1.5)

где: I_Н(ВН)- номинальный ток со стороны ВН трансформатора;

К_ОТС- коэффициент отстройки защиты от бросков тока намагничивания. Для реле типа РНТК_ОТС= 1,3 (для реле типа ДЗТ -11К_ОТС= 1,5).

Вторым условием выбора I_СЗявляется отстройка от тока небалансаI_НБпри внешних К.З.:

I_СЗК_З*I_НБ , (2.1.6)

где: К_З- коэффициент запаса. Для реле типа РНТК_З=1,3 (для ДЗТ – 1,5);I_НБ- ток небаланса. Определяется по выражению:

, (2.1.7)

где: К_апер. - коэффициент, учитывающий переходный режим токов К.З.

Для реле с БНТ К_апер.= 1;

К_одн- коэффициент однотипности Т.Т. При одном выключателе на всех сторонах трансформатора К_одн=1;

- допускаемая относительная погрешность Т.Т.;

- относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения. Для трансформатора ТДН =0,16; - относительная погрешность от неточного выравнивания токов плеч защиты вследствие невозможности точной установки на реле расчетного числа витков. Так как число витков пока еще неизвестно, то принимается =0;

максимальное значение тока К.З. (на стороне ВН трансформатора) при К.З. на стороне СН или НН.

Наибольшее из двух значений I_СЗ,найденных по выражениям (2.1.5) и (2.1.6), принимается за ток срабатывания.

По выбранному току срабатывания определяется коэффициент чувствительности дифзащиты с реле типа РНТ:

(2.1.8)

где: - значение минимального тока двухфазного К.З., приведенного к стороне ВН трансформатора. Определяется по выражению:

(2.1.9)

где: - наименьшее значение минимального тока К.З., найденного по выражению (2.1.4).

При К_ч<2 дифзащиту с реле типа РНТ, т.е. без торможения, выполнить нельзя. В этом случае следует применить реле типа ДЗТ, например, ДЗТ-11 с одной тормозной обмоткой.

4. Производится выбор уставок реле типа ДЗТ (уставки реле типа РНТ выбираются аналогично, только без расчета тормозной обмотки).

В трехобмоточных трансформаторах лучшим вариантом является включение тормозной обмотки на сумму токов плеч защиты питаемых сторон (рис.2.1). При таком включении тормозной обмотки ток срабатывания защиты минимальный и выбирается только по условию (2.1.5) при К_отс=1,5. Кроме того, в этой схеме исключается влияние тормозной обмотки реле при К.З, в зоне действия защиты.

По найденному I_сзнаходится вторичный ток срабатывания релеI_ср:

. (2.1.10)

Определяется число витков обмоток реле ДЗТ –I I:

а) число витков дифференциальной (рабочей) обмотки определяется по выражению:

, (2.1.11)

где: F_ср- магнитодвижущая (намагничивающая) сила, необходимая для срабатывания реле. Для ДЗТ-11F_ср=100 А*вит. Исходя из расчетного значенияW_ур, принимается ближайшее целое число витков дифференциальной обмотки (рис.2.2). б) расчетное число витков уравнительных обмотокW_ур1. определяется из условия равновешивания намагничивающих сил в реле, создаваемых номинальными токами в дифференциальной и уравнительных обмотках:

I_2(вн)*W_д =I_2(сн) * W_ур1 = I_2(нн)*W_ур2 , (2.1.12)

где: I_2(вн),I_2(сн),I_2(нн)-вторичные токи в плечах защиты.

Из выражения (2.1.12) сначала находится число витков W_ур2. Для установки на реле принимается ближайшее большее целое число витков первой уравнительной обмотки - (рис. 2.2), затем аналогично определяется число витков на второй уравнительной обмотке;

в) число витков тормозной обмотки W_твыбирается с учетом схемы ее включения, исходя, из условия надежного несрабатывания защиты при внешних К.З. на стороне СН или НН трансформатора, по формуле:

, (2.1.13)

где: К_з- коэффициент запаса, К_з=1,5;

W_д- расчетное число дифференциальной обмотки;

- максимальный ток небаланса при трехфазном К.З. на одной из сторон (СН или НН) трансформатора. Определяется из выражения (2.1.7) с учетом.Погрешность. определяется для сторон СН и НН трансформатора по выражению:

, (2.1.14)

где: – расчетное и принятое к установке на реле число витков уравнительных обмоток.

Рис. 2 – схема включения тормозной обмотки

на сумму токов плеч СН и НН трансформатора

В формулу (2.1.13) подставляется наибольшее из двух полученных значений .

- максимальное значение внешнего тока К.З. на одной из сторон СН или НН трансформатора. В формулу (2.1.13) подставляется значение, соответствующее К.З. на той стороне трансформатора, для которой берется .

- для реле ДЗТ-11 (соответствует минимальному торможению по заводской характеристике).

5. Определяется коэффициент чувствительности защиты при К.З. за трансформатором в зоне действия защиты:

(2.1.15)

где - значение минимального тока двухфазного К.З.

Найдено в выражении (2.1.9);

- коэффициенты трансформации и схемы соединения Т.Т. со стороны ВН трансформатора;

- принятое к установке на реле число витков дифференциальной обмотки;

- магнитодвижущая сила для реле ДЗТ-11.

Значение К_ч должно быть больше или равно 2.

2.1.3. Максимальные токовые защиты трансформатора от внешних коротких замыканий

Ток срабатывания МТЗ в общем случае определяется по выражению:

, (2.1.16)

где - коэффициент запаса, =1,1…1,2

- коэффициент, учитывающий режим самозапуска двигателей. Принимается:

=1- для МТЗ со стороны ВН и тяговой обмотки трансформатора;

=1,6- для МТЗ со стороны районной обмотки трансформатора;

- коэффициент возврата реле. Для реле типа РТ-40 Кв=0,85; -максимальный ток нагрузки. Принимается с учетом допустимой перегрузки соответствующей обмотки трансформатора:

- для стороны ВН трансформатора;

- для стороны тяговой и районной обмотки трансформатора. Выдержка времени МТЗ вводов тяговой и районной обмоток трансформатора выбирается из условия селективности по отношению к защитам фидеров, питающихся от соответствующих шин. Выдержка времени защит фидеров соответствующих потребителей, а так же ступень селейтйвности берется из табл. 1,

Выдержка времени МТЗ со стороны ВН трансформатора должна удовлетворять условиям:

(2.1.17)

где - выдержка времени МТ3 вводов среднего и низкого напряжения, вычисленные ранее, - ступень выдержки времени. Из двух найденных значений принимается наибольшее.

2.1.4. Максимальная токовая направленная защита

Первичный ток срабатывания пусковых реле выбирается по выражению:

(2.1.18)

где I_H(BH) – номинальный ток трансформатора на стороне ВН.