Способ отстройки дифференциально-фазной защиты трансформатора от броска тока намагничивания

Опубликовано: 12 Сентябрь 2010

В силовом трансформаторе в обмотке со стороны источника питания проходит ток намагничивания, отсутствующий в других обмотках, и поэтому попадает в дифференциальное реле как ток небаланса.
В нормальном режиме значение тока намагничивания не превышает нескольких процентов номинального тока. Например, для трансформаторов 110 кВ ток намагничивания от 0,55 до 1,5% номинального тока [6]. Но при включении трансформатора под напряжение или при восстановлении напряжения после отключения близкого к.з., бросок тока намагничивания может в 5-8 раз превысить номинальный ток трансформатора [3, 5].
В работах [3, 4] отмечалось, что бросок тока намагничивания в двух фазах имеет однополярный характер, в третьей – может быть периодическим.
Описанный выше алгоритм для определения факта внутреннего к.з. предусматривает определение наличия тока по положительным и отрицательным полуволнам токов. Поэтому однополярный бросок тока намагничивания не определяется как внутреннее к.з. Однако, такой алгоритм будет определять периодический бросок тока намагничивания в одной фазе как внутреннее к.з. Для отстройки от периодического броска тока намагничивания в одной фазе дифференциально-фазной защиты в ее алгоритм можно ввести дополнительное условие, а именно наличие события внутреннего к.з. в любых двух фазах (А и С, В и С, С и А).
Логическая функция z определения внутреннего к.з. в силовом трансформаторе имеет вид
Z – ZAZR + ZNZC + ZCZA,
(1)
где ZA, ZB, Zq – логические функции, определяющие внутреннее к.з. в силовом трансформаторе соответственно в фазах.

Наибольший интерес для отстройки дифференциально-фазной защиты от броска тока намагничивания представляет выявление режима включения силового трансформатора, описанный в работе [1], так как при этом отстройка не влияет на чувствительность защиты.
Этот способ предполагает определение знака разности длительностей переднего и заднего фронтов четной полуволны тока. Отрицательный ток разности свидетельствует о протекании в первичной обмотке трансформатора тока однополярного броска тока намагничивания.

Длительность переднего фронта определяется от начала полуволны до максимума тока, а заднего фронта – от максимума тока до начала нечетной полуволны.
Анализ трансформаторного однополярного броска тока намагничивания при насыщении трансформатора тока, приведенный в работе [7], показал, что максимальная длительность переднего фронта отрицательной полуволны (рис. 2, б) может быть и минимальная длительность заднего фронта той же полуволны (рис. 2, б) – 120°. Это подтверждает логичность способа, описанного в работе [1].
Что же касается периодического броска тока намагничивания, то он существует при наличии хотя бы в одной из фаз однополярного броска [3]. Поэтому, при существовании пауз в однополярном броске тока намагничивания длительностью 120 ° и больше в периодическом броске тока намагничивания имеют место такие же паузы. И разность длительностей переднего и заднего фронтов четной полуволны тока при периодическом броске тока намагничивания будет также отрицательной.
Знак четной полуволны, определенной при близком внешнем к.з. распространяется и на бросок тока намагничивания, возникающий при отключении к.з. Однако этот знак может не соответствовать знаку четной полуволны броска тока намагничивания.
Поэтому предлагается на каждом периоде тока определять знак его апериодической составляющей. И в полуволне, имеющей знак, противоположный знаку апериодической составляющей, измерять длительность переднего и заднего фронтов тока или длительность заднего фронта, и если эта разность отрицательная или длительность   заднего   фронта больше или равна 120°, то это свидетельствует о протекании броска тока намагничивания. Во всех остальных случаях длительность заднего фронта полуволны тока, имеющей знак, противоположный знаку апериодической составляющей, будет меньше 90°, или разность длительностей переднего и заднего фронтов тока будет неотрицательной.
Из рис. 2 видно, что длительности заднего фронта полуволны тока, имеющей противоположный знак апериодической составляющей, значительно отличаются при токе к.з. (см. рис. 2, а) и при броске тока намагничивания (рис. 2, б).
Таким образом, для отстройки от броска тока намагничивания дифференциально-фазной защиты трансформатора можно применить способы определения режима броска тока намагничивания. Способ определения режима броска тока намагничивания, при его реализации, не влияет на чувствительность защиты, так как он не имеет никакой связи с уставкой.

Диаграмма токов при внешнем к.з.
Рис. 1. Диаграмма токов при внешнем к.з.

Диаграммы вторичных токов

Рис. 2. Диаграммы вторичных токов: а – при к.з.; б – при трансформации однополярного БТН

Способ определения режима броска тока намагничивания по однополярности тока в двух фазах. Логическая функция, реализующая этот способ, приведена в работе [2]. Этот способ наиболее простой, но его можно применять, если однополярный ток не приводит к насыщению трансформаторов тока или его нагрузка имеет индуктивный характер. В противоположном случае в трансформированном однополярном броске тока намагничивания имеются и положительные, и отрицательные полуволны.
Способ определения режима броска тока намагничивания по отрицательной разности длительностей переднего и заднего фронтов полуволны тока, имеющей знак, противоположный знаку его апериодической составляющей. Этот способ более сложный, но его реализация не зависит от режима работы измерительных трансформаторов тока.
Способ определения режима броска тока намагничивания по определению длительности заднего фронта полуволны тока, имеющей противоположный знак его апериодической составляющей, и сравнение с заданной (120°). Такой способ более простой по сравнению с предыдущим. Однако в отдельных случаях при реализации может оказаться, что способ определения отрицательной разности переднего и заднего фронтов полуволны тока противоположного знака его апериодической составляющей будет проще по сравнению со способом определения длительности заднего фронта и сравнения с заданной. Поэтому, будем рассматривать эти два способа как два равнозначных.
Применение для защиты трансформатора трансформаторов тока с немагнитным зазором упростит отстройку защиты от режима броска тока намагничивания. Поскольку затухание апериодической составляющей трансформированных тока к.з. и броска тока намагничивания происходит за первый же период с начала их возникновения [2], то нет необходимости определять полярность апериодической составляющей. Способы определения режима броска тока намагничивания сводятся к определению отрицательной разности длительностей переднего и заднего фронтов тока на обеих полуволнах и к определению длительности заднего фронта и сравнению с заданной (120°), каждой полуволны. При этом первый способ определения режима броска тока намагничивания нельзя применять, так как трансформированный однополярный ток будет двухполярным, за исключением случая индуктивной нагрузки на трансформаторах тока. Если сигнал режима броска тока намагничивания, определенный двумя последними способами, обозначить Y, то логическая функция определения внутреннего к.з. в трансформаторе будет иметь вид
Z = ZJA+ZBTB+ZX  . (3)
В выражении (3) индексы А, В, С относятся к функциям Z и Y в фазах А, В , С.

ВЫВОДЫ

1. Способ отстройки от броска тока намагничивания по однополярности тока в двух фазах отмечается простотой, но он применим при условии, что трансформаторы тока со сплошным сердечником не насыщаются.
2. Способы определения режима броска тока намагничивания по отрицательной разности переднего и заднего фронтов и по сравнению длительности заднего фронта с заданной, полуволны тока противоположного знака его апериодической составляющей, с точки зрения устойчивости функционирования равнозначны. Но способ сравнения длительности заднего фронта с заданной отличается большей простотой.
3. Описанный способ сравнения длительности заднего фронта с заданной длительностью, может применяться в современных микропроцессорных дифференциальных защитах силовых трансформаторов.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.С. 675520 СССР, МКИН02 Н 7/04. Устройство для дифференциальной защиты трансформатора / Г.В. Бердов, М.М. Середин, А.В. Лебедев / СССР. – №2478736, заявлено 25.04.77. Опубл. 25.07.79.
2. Гармаш В.А. Каскадный трансформатор тока с немагнитным зазором в сердечнике верхнего каскада // Изв. вузов СССР. Электромеханика. – 1972. – № 5. – С. 931-934.
3. Дроздов АД., Засыпкин А.С, Кужеков СВ., Платонов В.В. Электрические цепи с ферромагнитными элементами в релейной защите. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 240 с.
4. Касьянов ГЛ., Тимченко В.И. Анализ фазовых соотношений токов при броске тока намагничивания в силовых трансформаторах // Техническая электродинамика. – 1982. – № 3. – С. 79-85.
5. Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем. – Москва: Энергия, 1976. – 560 с.
6. Шабад М.А. Защита трансформаторов распределительных сетей. – Л.: Энергоиздат, 1981. – 136 с.
7. Тимченко В.И. Высокочувствительная дифференциально-фазная защита силового трансформатора. Дис. канд. тех. наук. – Киев, 1991. – 185 с.
8. Тимченко В.И., Касьянов Т.П., Тимченко А.В. Электротехнические сети и системы. – 2007. – №2. – С. 65 – 68.

Ещё по теме:

написано в рубрике: Статьи
Метки: ,

Оставить отзыв