Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия


RET521 — терминал защиты трансформатора

Другой разновидностью цифровых многофункциональных защит трансформаторов, выпускаемых фирмой «АВВ», является терминал защиты трансформатора RET 521 (версия 2.3). Этот терминал входит в серию многофункциональных защит, таких как защиты линий REL5…, шин REB5…

RET 521 имеет еще большие возможности по сравнению с RET 316. Структура терминала может свободно конфигурироваться с помощью компьютера по специальной программе CAP 540, диапазон рабочих частот расширен и составляет 33 — 61 Гц при номинальной частоте 50 Гц.

Введена программируемая пользователем логика: 40 элементов «И», 40 элементов «ИЛИ», 20 инверторов, 10 таймеров, 10 импульсных элементов. Терминал оснащен жидкокристаллическим дисплеем с четырьмя текстовыми строками по 16 символов в каждой, шестью мембранными кнопками навигации, гнездо оптического интерфейса для подключения ПК.

Для передачи информации на верхний уровень в состав терминала включены два порта дистанционной связи SPA и LON, введены плата мА аналоговых входов с 6 каналами 0-20 мА (4-20 мА).

Емкость буфера регистратора событий до 150 событий / отчетов об аварийных режимах. Регистратор анормальных режимов (осциллограф) записывает до 48 дискретных сигналов и до 10 аналоговых с частотой выборки 1 кГц (для 50 Гц) и 1,2 кГц (для 60 Гц), предельное время записи — 4 с, число зарегистрированных аварийных режимов — до 10.
Расширено и число защитных функций, которые могут быть использованы в терминале. Помимо продольной дифференциальной защиты, которая более подробно будет описана далее, в состав RET 521 входят следующие защитные функции:

  1. три модуля двухступенчатой трехфазной максимальной токовой защиты. Первая ступень с независимой выдержкой времени, а вторая ступень может быть выбрана с независимой или инверсной характеристикой выдержек времени (нормальной, сильной, чрезвычайной или длительной инверсной). Три независимых модуля могут быть привязаны к любой стороне силового трансформатора. Выполнение максимальной токовой защиты в виде двухступенчатой защиты позволяет не только осуществлять функцию дальнего резервирования отключения повреждения в сети, но и использовать, например, первую ступень с малой выдержкой времени в качестве защиты шин низшего напряжения.

    Для этого первая ступень должна блокироваться пусковыми органами максимальных токовых защит, отходящих от шин фидеров, используя блокирующий вход первой ступени защиты (блокирующие входы для первой и второй ступени — независимы).

    По отдельному заказу любая ступень максимальной защиты может быть выполнена направленной. Элемент направления мощности очень чувствительный, работает при снижении напряжения до 1% от номинального значения. Направленная максимальная токовая защита использует 90-градусную схему подключения органа направления;

  2. три модуля двухступенчатой защиты от замыканий на землю. Каждый модуль может быть  применен для любой стороны. Защита реагирует на ток нулевой последовательности, которой может быть получен от трансформатора, установленного в  нейтрали силового трансформатора, как сумма фазных токов трансформаторов тока, либо рассчитывается в самом RET 521 из суммы фазных токов. В расчет принимается только основная частота, другие гармоники нулевой последовательности эффективно подавляются. Предусмотрена возможность отстройки от броска тока намагничивания с помощью торможения по второй гармонике. Первая ступень имеет независимую от тока выдержку времени, а вторая ступень может иметь независимую от тока выдержку времени, либо любую из пяти инверсных характеристик (нормальную, очень инверсную, чрезвычайно инверсную, длительную, логарифмическую). По заказу защита может выполняться направленной, обе ступени могут иметь разное направление. Напряжение нулевой последовательности либо получается непосредственно от трансформатора напряжения нулевой последовательности, либо рассчитывается в RET 521 из суммы фазных напряжений;
  3. шесть модулей одно-трехфазной защиты максимального напряжения. Трехфазное исполнение может быть использовано в виде отдельных напряжений «фаза-земля», либо напряжения нулевой последовательности, которое вычисляется внутри RET 521 из трех напряжений «фаза-земля». Однофазное исполнение защиты подключается либо на напряжение «фаза-фаза», «фаза-земля», либо на напряжение нулевой последовательности. Защита реагирует на напряжение основной частоты и выполнена двухступенчатой с независимыми установками по напряжению и времени. Вторая ступень может быть выполнена с независимой или очень инверсной характеристикой, первая ступень — с независимой выдержкой времени. Коэффициент возврата защиты — 0,99;
  4. модуль одно-трехфазной защиты минимального напряжения. Защита может быть применена для любой стороны трансформатора. Защита выполнена двухступенчатой с независимыми выдержками времени. Коэффициент возврата защиты — 1,01;
  5. защита от тепловой перегрузки. Защита может быть подключена к любой выбранной стороне трансформатора. Учитывая обмотки трансформатора пропорциональна квадрату тока в ней, защита выбирает максимальный ток из трех фаз токов и вводит его в тепловую модель трансформатора. На основе принятой модели делается вывод о необходимости подачи сигнала о перегрузке и отключении через требуемое время. Защита может быть использована на трансформаторах с принудительным охлаждением обмоток, для этого в терминале предусмотрен дискретный вход COOLING. В зависимости от состояния этого входа могут быть установлены разные значения параметров срабатывания: базовый ток и постоянная времени нагрева. Защита обеспечивает две независимые ступени: для сигнализации и для отключения. После действия защиты указывается время, необходимое для охлаждения трансформатора до номинальных параметров;
  6. защита от перевозбуждения. Может подключаться к любой стороне на одно линейное напряжение и два тока, либо на три фазных напряжения и три тока. Принцип действия защиты основан на расчете отношения напряжения к частоте. Имеется сигнальный элемент с независимой выдержкой времени и отключающий — с возможностью выполнения  выдержки времени обратно пропорционально квадрату насыщения с ограничением по максимальному и минимальному значению насыщения и по закону, задаваемому отрезками (пять равных интервалов с шестью выдержками времени);
  7. функция регулирования напряжения под нагрузкой для одного трансформатора. Функция используется для поддержания постоянного напряжения на стороне потребления и достигается путем подачи команд на изменение положения РПН, предусмотрена функция токовой компенсации. Подача команд может выполняться с независимой и инверсной выдержкой времени, имеется блокировка по максимальному току и минимальному напряжению, конечному положению РПН, количество операций РПН фиксируется. Предусмотрена возможность местного и дистанционного управления. Положение отпаек РПН может отображаться с использованием мА сигнала или с использованием дискретных  входов. Положение РПН может быть использовано в дифференциальной защите трансформатора;
  8. функция регулирования напряжения под нагрузкой для нескольких (до четырех) трансформаторов, работающих параллельно. Функция используется для поддержания постоянного напряжения на стороне потребления с учетом минимизации циркулирующего тока между параллельно работающими трансформаторами. Для получения информации о  токах, напряжениях и уставках смежных трансформаторов используются связи по LON. Трансформатор, находящийся в резерве, может автоматически регулировать свое напряжение и быть готов к включению на параллельную работу.

Дифференциальная защита в терминале RET 521

Дифференциальная защита трансформатора выполнена в виде чувствительной ступени с тормозной характеристикой, блокировкой от броска тока намагничивания, от тока небаланса из-за перевозбуждения или из-за насыщения трансформаторов тока при больших токах внешнего повреждения и грубой ступени (дифференциальной отсечки), которая не имеет блокировок и тормозной характеристики, а отстроена от токов небаланса  и броска тока намагничивания большой величины тока срабатывания (несколько крат от номинального тока).

Для возможности использования дифференциальной защиты на трехобмоточных трансформаторах с несколькими группами трансформаторов тока на одной из сторон трансформатора, так называемые Т-схемы, (полуторные схемы, схемы с двумя выключателями на одной стороне и т.п.) на терминале RET 521 могут быть использованы два аналоговых модуля на 10 входов, три из которых в каждом модуле могут быть подключены к цепям напряжения. Таким образом, к дифференциальной защите могут быть подключены до шести трехфазных групп трансформаторов тока с двумя входами переменного напряжения. Алгоритм дифференциальной защиты организован таким образом, что все трансформаторы тока необходимо соединять по схеме «звезда» на всех сторонах силового трансформатора.

Полярность трансформаторов тока выбирается произвольно. Алгоритм защиты выполняет расчеты в первичных величинах, уставки задаются в относительных единицах.

За базисный ток принимается номинальный ток  обмотки наибольшей мощности. Корректировка по величинам и фазам тока осуществляется автоматически (программно) после задания групп соединения обмоток, номинальных напряжений, номинальных мощностей силового трансформатора и коэффициентов трансформации трансформаторов тока на всех сторонах силового трансформатора. Компенсация угловых сдвигов первичных токов силового трансформатора выполняется в RET 521 путем задания соответствующих групп соединений.

Предусматривается 24 векторные группы соединений для двухобмоточных трансформаторов и 288 векторных групп соединений трехобмоточных трансформаторов.

Для примера можно привести уравнения, которые вычисляются для дифференциальных токов двухобмоточного трансформатора с группой соединения обмоток Y/A-11 с учетом информации о положении ответвления РПН.

Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия(10 – 1)

где IYА, В, С — первичные токи фаз А, В, С на стороне «звезды» силового трансформатора;
IΔ А, В, С — то же на стороне «треугольника» силового трансформатора;
Ккор — корректирующий коэффициент, учитывающий разные величины номинальных вторичных токов на сторонах «звезды» и «треугольника» и приводящий их к номинальному току устройства;
КРПН — коэффициент, учитывающий коэффициент трансформации силового трансформатора, соответствующий данному положению отпайки РПН.
Если на одной из сторон силового трансформатора установлены две группы трансформаторов тока (Т-схема), то каждая группа подключается отдельно к соответствующим аналоговым входам RET 521, а суммирование токов этих групп  осуществляется непосредственно в терминале при помощи функционального блока СЗСх. Исключение токов нулевой последовательности выполняется программно. Имеется возможность задания на исключение и сохранение токов нулевой последовательности на любой стороне силового трансформатора.

Для отстройки от броска тока намагничивания используются два способа:

  1. Первый способ, который функционирует постоянно, — это обнаружение броска тока намагничивания путем анализа формы кривой мгновенных (неотфильтрованных) дифференциальных токов. Как известно, в броске тока намагничивания существуют интервалы, где дифференциальный ток близок к нулю (паузы тока). Однако после насыщения трансформаторов тока длительность пауз уменьшается за счет так называемого «трансформированного» однополярного броска тока намагничивания.

    Поэтому в RET521 вместо поиска пауз в дифференциальном токе используется способ обнаружения интервалов с низкой скоростью изменения мгновенного дифференциального тока.

    При выборке мгновенных дифференциальных токов с частотой дискретизации 1000 Гц низкая скорость изменения должна прослеживаться четыре раза подряд (соответственно 4 мс), в этом случае действие дифференциальной защиты на отключение блокируется.

  2. Второй способ — обнаружение броска тока намагничивания по наличию в мгновенном дифференциальном токе второй гармоники. Но при повреждении в зоне действия защиты с большими величинами токов короткого замыкания трансформаторы тока могут насыщаться, и во вторичном токе появится вторая гармоника, что приведет к замедлению срабатывания защиты.

    В терминале RET521 предусмотрена возможность, избежать замедления защиты в режиме внешнего повреждения.

    Вторая гармоника может использоваться в двух вариантах. В первом — режим «Always» — вторая гармоника введена постоянно. Во втором варианте — режим «Conditionaly» (условно) — блокировка по второй гармонике вводится только при подаче напряжения на трансформатор.

Если на трансформаторе ток был меньше 2% номинального и инициирован сигнал пуска дифференциальной защиты, то вводится блокировка второй гармоники и в случае, если отношение второй гармоники к первой превышает уставку, блокировка выводит действие дифференциальной защиты на отключение.

Блокировка выводится спустя 60 с после включения трансформатора. В режиме «Conditionaly» вторая гармоника используется и для отстройки от больших токов небаланса при внешнем повреждении. Когда алгоритм обнаружения внешнего повреждения срабатывает, то он вводит на 6 с критерий по второй гармонике и в случае необходимости она блокирует излишнее срабатывание дифференциальной защиты.

Алгоритм обнаружения внешнего повреждения основан на том, что трансформаторы тока не насыщаются быстрее чем за 4-6 мс. Это значит, что в течение этого времени дифференциальный ток будет небольшим, а ток торможения будет высоким. При коротком замыкании в зоне действия тормозной и дифференциальные токи появляются одновременно. Таким образом, алгоритм обнаружения внешнего короткого замыкания вводится в работу при токе торможения выше 125% номинального тока и если тормозной ток появляется раньше дифференциального тока.

Перевозбуждение вследствие высокого напряжения, возможного в сочетании с пониженной частотой, вызывает относительно большие токи намагничивания, которые воспринимаются как дифференциальные токи.

Для предотвращения ложной работы дифференциальной защиты в режиме перевозбуждения используется то обстоятельство, что при перевозбуждении в дифференциальном токе появляются третья, пятая, седьмая гармоники. Так как токи третьей гармоники не могут выходить за пределы обмотки, соединенной в «треугольник», то пятая гармоника является наименьшей по номеру и может служить в качестве обнаружения перевозбуждения. Критерий по пятой гармонике как и по второй, выводит действие дифференциальной защиты на отключение.

Алгоритм определения броска тока намагничивания и режима перевозбуждения по критерию увеличения отношения второй/ пятой гармоники относительно первой не запускается до тех пор, пока хотя бы один сигнал пуска не будет инициирован (выход START в функциональном блоке DIFP установлен в положение «1»).

Тормозная характеристика дифференциальной защиты состоит из трех прямолинейных участков: горизонтального до тормозного тока, равного 1,25 номинального, первого наклонного до значения дифференциального тока — 1,0 номинального, второго наклонного до максимально возможного значения тормозного тока. Дифференциальные и тормозные токи формируются на базе первых гармоник тока, полученных с помощью адаптивного дискретного фильтра Фурье.

В качестве тормозного тока принимается наибольший ток из приведенных токов всех фаз и со всех сторон силового трансформатора.

Этот ток используется в качестве тормозного для всех тормозных характеристик фаз А, В и С. Приведение дифференциальных и тормозного тока осуществляется к одной и той же стороне защищаемого трансформатора. В случае использования двух групп трансформаторов тока на одной и той же стороне силового трансформатора (Т-схема) наибольший ток в качестве тормозного тока выбирается из каждой группы трансформаторов тока.

Ток срабатывания горизонтального участка тормозной характеристики (ID mm) может быть  установлен 10, 20,30,40 и 50% номинального тока. Наклон первого наклонного участка имеет пять значений: 10, 20, 30, 40 и 49%, и им присвоен соответствующий номер: 1 номер  — 15%, 2 — 20%, 3 — 30% и т.д.

Наклон второго наклонного участка имеет одно значение, равное 50%. Величина наклона определяется как отношение изменения дифференциального тока к изменению тормозного тока на соответствующем участке тормозной характеристики.

Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия
Рис. 10.1. Тормозная характеристика дифференциальной защиты терминала защиты трансформатора RET 521

Для повышения надежности работы защиты при внешнем повреждении предусмотрено увеличение минимального тока срабатывания дифференциальной защиты до 0,7 номинального тока при условии срабатывания алгоритма обнаружения внешнего повреждения. Загрубление защиты происходит в течение 6 с.

Таким образом, алгоритм обнаружения внешнего повреждения в течение 6 секунд вводит блокировку по 2 гармонике (если она не введена постоянно) и снижает чувствительность защиты до минимального тока срабатывания равного 0,7 номинального.

На рис.10. 1 представлена область возможных тормозных характеристик дифференциальной защиты: характеристика 5 и 1 представляют граничные характеристики (минимальная чувствительность и наклон первого наклонного участка выбраны наибольшими — Id = 0,5, наклон 49% и максимальная чувствительность и наклон первого наклонного участка выбраны наименьшими — Id  = 0,1, наклон 15%), характеристики 2,3,4 — произвольно взятые промежуточные тормозные характеристики. На рис. 10-2 представлена область возможных тормозных характеристик в режиме внешнего короткого замыкания в случае срабатывания алгоритма обнаружения внешнего повреждения (номер характеристик аналогичных рис. 10.1).

Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия
Рис. 10.2. Тормозные характеристика дифференциальной защиты терминала защиты трансформатора RET 521 в режиме внешнего повреждения

В дифференциальной защите терминала RET 521 предусмотрена возможность ввода так называемой «поперечной блокировки». В соответствии с данным принципом дифференциальная защита действует на отключение только в том случае, если все фазы, подавшие сигнал пуска (выход START), не имеют никаких сигналов блокировки (от критерия по второй, пятой гармоникам и по форме кривой дифференциального тока).

При внутреннем повреждении с большими величинами токов, когда чувствительность ступени может быть заблокирована, предусматривается действие второй, грубой, ступени дифференциальной защиты. Уставка дифференциальной отсечки может задаваться в диапазоне от 500 до 2500% номинального тока трансформатора.
Кроме продольной дифференциальной защиты, в терминале предусматривается возможность применения трех модулей дифференциальных защит нулевой последовательности (ограниченная защита от замыкания на землю, REF). 

Каждый из модулей предназначен для защиты одной обмотки силового трансформатора. В отличие от ранее рассмотренных защит ограниченная защита от замыканий на землю в терминале RET 521 выполнена на низкоимпендансном принципе.

Защита подключается на трансформатор тока, установленный в нейтрали силового трансформатора, и на фазные трансформаторы тока, установленные на выводах силового трансформатора. Суммирование фазных токов для получения тока нулевой последовательности выполняется программно внутри RET 521. Со стороны фазных выводов силового трансформатора могут быть подключены до двух групп трансформаторов тока. Токовые цепи проходят глубокую фильтрацию для выделения только токов промышленной частоты. REF не чувствительна к броскам тока намагничивания, перевозбуждениям и переключению РПН, поэтому в ней отсутствует критерий блокировки защиты по второй, пятой гармоникам и по форме кривой дифференциального тока.

Для отстройки от возможных токов небаланса при внешних однофазных коротких замыканиях и от небаланса за счет насыщения трансформаторов тока при внешних междуфазовых повреждений дифференциальная защита нулевой последовательности выполнена в виде защиты с торможением.

В качестве тормозного тока используется наибольший ток из всех входных токов. Защита имеет только одну характеристику торможения с горизонтальным участком до тормозного тока, равного 125% номинального с возможностью регулировки от 5 до 50% номинального тока, первого наклонного участка с наклоном в 70% до тока срабатывания, равного 100% номинального и второго наклонного участка с наклоном, равным 100% до максимального тока торможения.


Для повышения надежности защиты предусматривается блокировка от алгоритма обнаружения внешнего повреждения. Алгоритм базируется на том, что при внешнем повреждении сначала появляется большой ток в нейтрали, в то время как ток небаланса появляется только, если насыщается один или несколько трансформаторов тока. Если обнаружено внешнее повреждение, чувствительность защиты REF снижается.

В условиях внешнего замыкания на землю отключение не разрешается, если ток в нейтрали менее 50% номинального тока.

Для улучшения селективности защита может быть выполнена направленной, за опорный вектор принимается ток в нейтрали трансформатора. Ограниченная защита от замыканий на землю особенно эффективна на трансформаторах с заземлением через высокое сопротивление в нейтрали, которое ограничивает ток замыкания на землю. В этом случае продольная дифференциальная защита не чувствует замыкания на землю на участке обмотки длиной примерно 20 — 30% от нейтральной точки, а защита REF имеет высокую чувствительность в этой зоне. В случае эффективного заземления нейтрали силового трансформатора защита от замыканий на землю внутри трансформатора может выполняться продольной общей дифференциальной защитой, но даже в этом случае специальная дифференциальная защита нулевой последовательности (REF) имеет высокую чувствительность при замыкании даже в последнем витке обмотки.

Расчет уставок срабатывания дифференциальной защиты терминала REF 521

Уставки срабатывания защит в терминале REF 521 рассчитываются в первичных величинах, поэтому предварительно следует задать параметры силового трансформатора и трансформаторов тока, от которых питается терминал.

Обмотки силового трансформатора в заводской информации [38] называются первичными, вторичными и третичными.

Первичная обмотка — это обмотка высшего напряжения, вторичная обмотка это обмотка среднего напряжения, третичная обмотка — обмотка низшего напряжения (для двухобмоточного трансформатора: первичная — обмотка высшего напряжения, вторичная — низшего напряжения). Необходимые данные, их обозначения, значения или возможный диапазон установки для силового трансформатора приведен в табл. 10-1.

Таблица 10-1

Установочные данные силового трансформатора

ВеличинаПараметрЗначение или диапазон
Номинальная мощность двухобмоточного трансформатораSr0,1−9999,9
Номинальная мощность обмотки первичной трехобмоточного трансформатора, МВ⋅Аr10,1−9999,9
Номинальная мощность вторичной обмотки трехобмоточного трансформатора, МВ⋅АSr20,1−9999,9
Номинальная мощность третичной обмотки

трехобмоточного трансформатора, МВ⋅А

Sr30,1−9999,9
Номинальная ток первичной обмотки, АIr11−99999
Номинальная ток вторичной обмотки, АIr21−99999
Номинальная ток третичной обмотки, АIr31−99999
Номинальное напряжение первичной обмотки, ВUr11,0 −999,9
Номинальное напряжение вторичной обмотки, ВUr21,0 −999,9
Номинальное напряжение третичной обмотки, ВUr31,0 −999,9
Компенсация векторной группы (для различных групп двухобмоточного трансформатора)VectorGrp2WV1−24
Компенсация векторной группы (для различных групп треххобмоточного трансформатора)VectorGrp3WV1−288

Необходимые параметры трансформаторов тока и трансформаторов напряжения приведены в табл. 10-2. В таблице используемый для ТТ входной переключатель на плате А1М — входной малогабаритный трансформатор тока, установленный на аналоговой входной плате.

Т а б л и ц а 10-2

Установочные данные трансформатора тока и трансформаторов напряжения

ВеличинаПараметрЗначение или диапазон
Используемый для ТТ входной переключатель на плате АIМInput CT TapВход 1А / Вход 5 А
Номинальный первичный ток ТТ, АCT prim1-99999
Номинальный вторичный ток ТТ, АСТ sec1-5 (шаг1)
Заземление ТТ, по направлению к силовому трансформатору / по направлению к шинеCTstarpointК объекту, от объекта
Номинальное первичное напряжение ТН, кВVT prim0,1-999,9
Номинальное вторичное напряжение ТН, кВVT sec1 -999

Токовые уставки дифференциальной защиты задаются в относительных единицах.

За базисную величину принимается номинальный ток первичной стороны высшего напряжения для двухобмоточного трансформатора, для трехобмоточного трансформатора — номинальный ток стороны наибольшей мощности. Для гарантированного приведения измеренных терминалов токов к требуемой стороне трехобмоточного трансформатора с равными номинальными мощностями обмоток в [39] рекомендуется формально задать номинальную мощность одной обмотки больше номинальных мощностей остальных обмоток на минимальное значение (0,1 МВ-А).

Расчет уставок срабатывания собственно дифференциальной защиты терминала RET 521 заключается в установке и расчете следующих параметров:

  • Operation — ввод/вывод дифференциальной защиты, 1-0 соответственно;
  • StabByOption — блокировка по второй гармонике, условно/всегда, 0-1;
  • I2/I1 ration — уставка блокировка по второй гармонике (отношение второй гармоники к первой), диапазон 10 — 25%;
  • I5/I1 ration — уставка блокировка по пятой гармонике (отношение пятой гармоники к первой), диапазон 10 — 50%;
  • ZSCSub — вычитание токов нулевой последовательности, вкл/выкл., 1-0 соответственно;
  • CrossBlock — поперечная блокировка, вкл/выкл., 1-0 соответственно;
  • Id min — минимальная уставка срабатывания дифференциальной защиты в % от номинального тока опорной стороны Ir (Iном), диапазон 10 — 50%;
  • CharactNo — номер тормозной характеристики, с 1 по 5;
  • Idunre — уставка дифференциальной отсечки в % от номинального тока опорной стороны IR (!ном), диапазон 500 — 2500%.

Если в дифференциальной защите с целью уменьшения тока небаланса, а следовательно, тока срабатывания защиты, учитывается положение РПН сильного трансформатора, то требуется задать дополнительно следующие параметры:

  • NoofTaps — количество отпаек РПН , диапазон 1 — 64;
  • Rated Tap — номинальная отпайка РПН, 1 — 64;
  • MinTapVoltage — напряжение минимальной отпайки (отв.1), диапазон 0,1-999,9 кВ;
  • MaxTapVoltage — напряжение максимальной отпайки, диапазон 0,1-999,9 кВ.

Для учета положения РПН это положение должно быть заведено в терминал с помощью двоичного сигнала (в модуль дискретных входов) или мА сигнала (в аналоговый мА модуль).

Для правильного функционирования дифференциальной защиты необходимо выдержать определенные требования к работе трансформаторов тока. Полная погрешность трансформаторов тока в установившемся режиме не должна превышать допустимой 10%-ной погрешности при максимальном токе внешнего (сквозного) короткого замыкания. В переходном режиме может происходить насыщение трансформаторов тока, которое приводит к увеличению погрешности и искажению формы кривой вторичного тока, поэтому требуется, чтобы приведенная предельная кратность [37] k’10 , была больше минимально допустимой величины. Приведенная предельная кратность определяется следующим выражением (см. раздел 9, формулу 9 — 6):

Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия(10 – 2)

Минимально допустимая величина приведенной предельной кратности, учет насыщения трансформаторов тока зависят от большого числа факторов (постоянной времени затухания апериодической составляющей, остаточной намагниченности магнопроводов трансформаторов тока, нагрузки и типа трансформатора тока и т.д.), поэтому эти величины не могут быть одинаковы для всех силовых трансформаторов. Область применения терминала для защит трансформаторов разбита на три группы [39], в каждой из которых принимается свое значение допустимой величины предельной кратности и коэффициенты, учитывающие насыщения трансформаторов тока:

  • трансформаторы собственных нужд электрических станций и понижающие трансформаторы подстанций, имеющие в составе нагрузки мощные двигатели напряжением 6 -10 кВ;
  • трансформаторы связи и блочные трансформаторы электрических станций;
  • трансформаторы и автотрансформаторы подстанций, не имеющие в составе нагрузки мощных двигателей и синхронных компенсаторов.

Отдельную группу составляют дифференциальные защиты на терминале RET 521 для шунтирующих реакторов.

Конкретные значения минимально допустимых величин приведенной предельной кратности и коэффициенты, учитывающие насыщение трансформаторов тока будут указаны при рассмотрении особенностей выбора параметров срабатывания дифференциальной защиты для каждой выделенной группы. Ниже приводятся рекомендации по выбору уставок, которые устанавливаются вне зависимости от принадлежности к определенной группе.

Параметр «Operation» устанавливается в положение «1» -дифференциальная защита введена в работу.

Параметр ZSCSub — вычитание токов нулевой последовательности для силовых трансформаторов со стандартными для РФ группами соединений Y/d-11, Ydd-11-11, YYd-0-11 и т.п., выставляется в положение «0» (выключено), так как для компенсации углового сдвига первичных токов при соединении обмоток силового трансформатора Y/d в соответствии с (10 — 1) со стороны «звезды» при определении дифференциального тока вычисляется разность фазных токов и тем самым исключаются токи нулевой последовательности. При выполнении дифференциальной защиты мощных автотрансформаторов может оказаться целесообразным использовать со стороны обмотки низшего напряжения встроенные трансформаторы тока. В этом случае для дифференциальной защиты следует задавать векторную группу D/d00/d00.
Параметр Gross Block — поперечная блокировка, следует устанавливать в положение «0» — поперечная блокировка не используется.
Параметр I2/I1 ration — блокировка по второй гармонике, следует принимать равной 14%.
Параметр I5/I1 ration блокировка по пятой гармонике для трансформатора распределительных сетей, следует принимать равной 40%, а для трансформаторов электрических станций, которые могут работать при номинальном напряжении и значительным снижением частоты при выбеге генераторов, следует параметр I5/I1 ration принимать равным 25%.
Минимальный ток срабатывания Id min* и номер тормозной характеристики выбираются по условию отстройки от токов небаланса при внешнем (тормозном) токе Iторм* (Ibias*) c учетом принадлежности к соответствующей группе и с учетом индивидуальных параметров силового трансформатора по выражению:

Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия(10 – 3)

где котстр — коэффициент отстройки, котстр = 1,1
В связи с тем, что терминал RET 521 может использоваться для дифференциальной защиты трехобмоточного трансформатора, у которого регулирование осуществляется на стороне высшего напряжения под нагрузкой (РПН) и на стороне среднего напряжения без нагрузки (ПБВ) составляющая тока небаланса от регулирования может достигать 21% (16% + 5%). С учетом составляющей тока небаланса от погрешности трансформаторов тока в переходном режиме суммарный ток небаланса может приводить к значительному загрублению защиты, поэтому необходимо использовать уточненную формулу определения тока небаланса (вместо ранее принятого арифметического сложения составляющих небаланса, см. 6 — 4):

Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия(10 – 4)

где кпер — коэффициент, учитывающий увеличение погрешности трансформаторов тока в переходных режимах, значение коэффициента зависит от области применения и от величины тормозного тока, конкретные значения кпер будут указаны далее;
ε — полная погрешность трансформаторов тока в установившемся режиме, ε= 0,1;
ΔUрег∗ — относительная погрешность, вызванная регулированием напряжения силового трансформатора;
Δfвыр∗ — относительная погрешность выравнивания токов плеч, Δfвыр∗ можно принять Δfвыр∗ = 0,02.
Если в терминал вводится положение РПН и задано автоматическое изменение коэффициент выравнивания токов сторон в зависимости от положения РПН, то можно принимать ΔUрег∗ = 0,02 (для двухобмоточных и трехобмоточных трансформаторов), ΔUрег∗ = 0,03 (для блочных трансформаторов). Для автотрансформаторов ΔUрег∗ задается в зависимости от того, где производится регулирование: в нейтрали или на стороне среднего напряжения.

Минимальный ток срабатывания дифференциальной защиты выбирается по условию отстройки от тока небаланса при тормозном токе равном Iторм* = 1,25 (конец горизонтального участка тормозной характеристики с учетом (10-3) и (10-4)):

Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия(10 – 5)

где к’пер — коэффициент, учитывающий увеличение погрешности трансформаторов тока в переходном режиме при выборе минимального тока срабатывания, конкретные величины к’пер будут приведены при рассмотрении отдельных групп областей применения терминала.
В соответствии с [39] уставку Id min* не рекомендуется принимать меньше 20% номинального тока.
Выбор необходимой тормозной характеристики первого наклонного участка производится с учетом того, что при обнаружении внешнего повреждения минимальный ток срабатывания дифференциальной защиты увеличивается до Id min* = 0,7. Наклон тормозной характеристики должен обеспечивать, с одной стороны, отстройку от тока небаланса при внешнем коротком замыкании, с другой стороны, обеспечивать наименьшее загрубление защиты при повреждении трансформатора.

Так как наклон тормозной характеристики определяется как отношение изменения дифференциального тока к изменению тормозного тока, то необходимо найти две точки, которые заведомо лежат на первом наклонном участке, и определить разность дифференциального и тормозного токов между этими точками.

Значение дифференциального тока одной точки известно — 0,7 Iном, значение второй точки дифференциального тока определяется по условию отстройки от тока небаланса при максимальном значении тормозного тока, при котором эта точка не попадает на второй наклонный участок тормозной характеристики. За такую точку можно принять Iторм*= 3,0, так как при Iторм* ≤ 3,0 практически любой коэффициент торможения и любой минимальный ток срабатывания обеспечивает Id < 1,0 (за исключением Id min* = 0,5 и кторм = 0,4), т.е. не будет перехода на второй наклонный участок тормозной характеристики. Таким образом, дифференциальный ток второй точки определяется по формуле (10- 5), в которой вместо Iторм*= 1,25 необходимо поставит Iторм*= 3,0.
Следовательно, координаты второй точки тормозной характеристики будут определены как:

 Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия(10 – 6)

где к»пер — коэффициент, учитывающий увеличение погрешности трансформаторов тока в переходном режиме при выборе тока срабатывания защиты в режиме внешнего короткого замыкания при Iторм* = 3,0; будет определен при рассмотрении отдельных групп областей применения терминала.

Значение тормозного тока первой точки Iдифф* = 0,7 не может быть определено однозначно, так как это значение является точкой пересечения тормозной характеристики с линией Iдифф* = 0,7 (см. рис. 10.2), которая в свою очередь зависит от выбранного наклона (номера) тормозной характеристики.

Вследствие этого, выбор наклона тормозной характеристики приходится выполнять методом последовательных приближений. Сначала для выбранного минимального тока срабатывания определяем точки пересечения всех тормозных характеристик с горизонтальным участком тормозной характеристики (Id = 0,7) по выражению:

Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия(10 – 7)

где кторм — коэффициент торможения, кторм = 0,15; 0,2; 0,3; 0,4; 0,49.
Выбираем те тормозные характеристики, для которых Iт расч* < 3,0 и, задавая наименьший коэффициент торможения из выбранных характеристик и соответствующим этой тормозной характеристике Iт расч* , определяем коэффициент торможения тормозной характеристики по выражению: кторм — 30 *> , (10 — 8 )

 Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия(10 – 8 )

где Id* — координата дифференциального тока второй точки, лежащей на тормозной характеристики и определяется по (10-6). Если полученное значение кторм меньше коэффициента торможения выбранной тормозной характеристики, то принимается для установки выбранная характеристика. В случае, если коэффициент торможения по (10-8 ) получился больше коэффициента торможения выбранной тормозной характеристики, то выбирается следующая большая по номеру характеристика и по (10-8 ) снова определяется кторм и сравнивается с коэффициентом торможения выбранной характеристикой и т.д. до тех пор, пока коэффициент торможения, определенный по (10-8 ) будет меньше коэффициента торможения выбранной характеристики.

Номер последней и принимается для установки в качестве уставки защиты.

Ниже приводятся параметры настройки и коэффициенты для выбора минимального тока срабатывания и номера тормозной характеристики для различных групп применения терминала RET 521:

  • дифференциальная защита ТСН электрических станций и других понижающих трансформаторов, имеющих в составе нагрузки мощные двигатели напряжением 6 и 10 кВ:
    Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия
    Stab Ву Option (блокировка по второй гармонике) принимается равным «1,0» (постоянно);
  • дифференциальная защита трансформаторов связи и блочных трансформаторов электрических станций:
    Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия
    Stably Ву Option принимается «1,0» (постоянно) для блочных трансфор-маторов и «0» (условно) для трансформаторов связи;
  • дифференциальная защита трансформаторов электрических сетей и автотрансформаторов, не имеющих в составе нагрузки со стороны низшего напряжения мощных двигателей или синхронных компенсаторов.

Силовые трансформаторы мощностью не более 40 МВ-А, не имеющие подключенных со стороны НН токоограничивающих реакторов:
Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия
Силовые трансформаторы мощностью не более 40 МВ-А, имеющие подключенные со стороны НН токоограничивающие реакторы:
Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия
Увеличение коэффициента, учитывающего переходный процесс, связано с возрастанием времени затухания апериодической составляющей токов короткого замыкания.
Силовые трансформаторы и автотрансформаторы мощностью 63 МВ-А и более:
Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия
Stab Ву Option принимается«1,0» (постоянно);
— дифференциальная защита шунтирующий реакторов:
Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия
Stab Ву Option принимается«1,0» (постоянно).
Ток срабатывания дифференциальной отсечки (Id unre*), выбирается наибольший из двух условий:
— отстройки от режима броска тока намагничивания;
— отстройки от тока небаланса в режиме максимального тока внешнего короткого замыкания.
По условию отстройки от броска тока намагничивания уставка дифференциальной отсечки должна приниматься не менее 6,0.
По условию отстройки от тока небаланса в режиме максимального тока внешнего короткого замыкания ток срабатывания дифференциальной отсечки выбирается по выражению:

 Терминал защиты трансформатора RET 521: расчет уставок, принцип действия(10 – 9)

где котстр — коэффициент отстройки принимается котстр = 1,1;
кнб(1) — отношение амплитуды первой гармоники тока небаланса к приведенной амплитуде периодической составляющей внешнего тока короткого замыкания.
При использовании со всех сторон защищаемого трансформатора трансформаторов тока со вторичным номинальным током 5 А следует принимать кнб(1) = 0,7.
При использовании хотя бы с одной стороны трансформатора тока на 1 А или использовании входного трансформатора терминала на номинальный ток 1 А следует принимать кнб(1) = 1,0.



Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: