Уставка g-High (повышенная уставка g) может активизироваться внешним дискретным сигналом. Ее применение может оказаться необходимым лишь в случаях значительных кратковременных повышений напряжения на защищаемом трансформаторе (более 15% от номинального напряжения ответвления). В обычных условиях эксплуатации ее можно не использовать.

Уставка Inrush Time зависит от времени, в течение которого происходит затухание броска намагничивающего тока (БНТ) силового трансформатора. Если время протекания БНТ больше или равно уставке Inrush Time, то формируется сигнал на отключение трансформатора. Уставку Inrush Time можно принимать равной 5 с, если нет достаточно точных данных о времени затухания БНТ.

Параметры s₁, s₂, s₃ позволяют выравнивать модули и фазы токов плеч защиты с учетом группы соединения обмоток защищаемого трансформатора. Предполагается использование схемы соединения вторичных обмоток ТТ звезда с нулевым проводом со всех сторон защищаемого трансформатора. При этом со стороны звезды трансформатора с группой соединения обмоток токи плеч защиты в цифровой форме образуются как разности соответствующих вторичных токов промежуточных ТТ реле (например, фаз А и В для тока плеча фазы А). Это приводит к тому, что амплитуда тока плеча в трехфазном режиме возрастает в раз. При выборе соответствующей матрицы приведения, в данном случае матрицы С, полученный ток плеча умножается на коэффициент , что обеспечивает выравнивание модулей токов.

В тех случаях, когда при внешних КЗ или сквозных токах соблюдаются условия перехода тормозной характеристики на вертикальный участок, дифференциальный блок обеспечивает отстройку при весьма больших погрешностях трансформаторов тока защиты (и, соответственно, больших токах небаланса). Вместе с тем при выборе уставок и особо актуальным является учет режимов небольших сквозных токов. Указанное имеет место, например, при пуске мощного двигателя, получающего питание от трансформатора собственных нужд. В этом случае уставка может оказаться недостаточной для блокирования дифференциальной защиты.

В режиме БНТ силового трансформатора протекают токи только одного плеча дифференциальной защиты. В соответствии с выражением (2.3) тормозной ток в этом режиме равен нулю, и отстройка функционального блока дифференциальной защиты осуществляется за счет контроля отношения амплитуд второй и первой гармоник токов на входах терминала (параметр Inrush Ratio). Алгоритм блокировки терминала по второй гармонике выполнен следующим образом. Из всех токов на входах терминала находится ток, содержащий наибольшую амплитуду первой гармоники (по отношению к номинальному току промежуточного ТТ терминала). По этому току определяется сторона дифзащиты (группа из трех входных токов), для которой вычисляются значения амплитуд второй гармоники в каждой из фаз. Затем находится наибольшая из трех полученных амплитуд второй гармоники и делится на упомянутую выше наибольшую амплитуду первой гармоники. Уставка Inrush Ratio может задаваться в пределах 820% (в последних модификациях терминала RET 316 - в пределах 620%). При использовании трансформаторов российского производства параметр Inrush Ratio в режиме броска намагничивающего тока обычно не менее 17%. С учетом того, что на электрических станциях рабочее напряжение иногда превышает номинальное на 5% и с целью создания достаточного запаса по отстройке от режима включения расчетное значение уставки Inrush Ratio следует принимать равной 12%.

Как известно, в переходном режиме КЗ в защищаемой зоне во вторичных токах ТТ может появляться значительная вторая гармоника, что приведет к замедлению терминала RET 316. С учетом таких режимов принимать уставку Inrush Ratio менее 12% нецелесообразно. Относительное значение второй гармоники (по отношению к первой) при прочих равных условиях возрастает с ростом кратности тока КЗ [1]. Объясняется это особенностями насыщения трансформаторов тока (ТТ) в переходных режимах. Для исключения замедления терминала при относительно больших кратностях токов КЗ используется параметр I - Inst.

3. Функционирование трансформаторов тока в схемах дифференциальных защит с терминалом RET 316

Насыщение трансформаторов тока (ТТ) при внешних КЗ вызывает увеличение токов небаланса дифференциальной защиты. С учетом этого полная погрешность ТТ в установившемся режиме не должна превышать 10% при максимальном токе внешнего КЗ (при максимальном сквозном токе) [2]. В переходных режимах внешних КЗ токи небаланса дифференциальной защиты, как правило, возрастают. Причем в переходных режимах значительные токи небаланса могут возникать и при небольших кратностях токов (порядка 12 по отношению к номинальному току). Снижение переходных токов небаланса может быть достигнуто за счет снижения нагрузок на ТТ.

При анализе функционирования ТТ целесообразно использовать обобщенные параметры [1]. Основным таким параметром является предельная кратность - наибольшая кратность первичного тока, при которой полная погрешность в установившемся режиме при заданной вторичной нагрузке не превышает 10%.

Предельную кратность можно рассчитывать по приближенному выражению [3]

, (3.1)

где B_пр - максимальное значение индукции в магнитопроводе ТТ при предельной кратности K₁₀;

f - частота напряжения сети;

w₂ - число витков вторичной обмотки;

S_М - площадь поперечного сечения магнитопровода, м²;

I_2ном - вторичный номинальный ток ТТ;

- модуль полного сопротивления ветви вторичного тока ТТ.

B_пр=1,8 Тл для магнитопроводов кольцевой формы, изготовленных из холоднокатаной стали марок 3411-3413.

При использовании терминала RET 316 можно полагать, что практически определяется активным сопротивлением соединительных проводов между ТТ и терминалом защиты. Более точно значения можно найти по кривым предельной кратности, приведенным в [2] или других материалах.

При отсутствии кривых предельной кратности и конструктивных параметров ТТ (w₂ и S_М) выражение (3.1) можно использовать для расчета предельной кратности на основе номинального значения предельной кратности и номинального сопротивления нагрузки Z_нг.ном. Номинальное сопротивление нагрузки имеет . Исходя из этого и используя выражение (3.1), получаем

, (3.2)

где ;

S_нг.ном - номинальная мощность нагрузки ТТ.

Достаточно точный расчет реактивного сопротивления рассеяния вторичной обмотки ТТ представляет значительные трудности. Вместе с тем анализ, проведенный в [3], показывает, что практически для всех современных конструкций ТТ, применяемых в схемах дифференциальных защит трансформаторов, соблюдается условие: .

Исходя из этого, в практических расчетах целесообразно поступать следующим образом: полагать в формуле (3.2) , а значения , рассчитанные при этом условии, принимать с запасом 10%. При из выражения (3) имеем

. (3.3)

Переходные токи небаланса дифференциальных защит определяются как обобщенным параметром , так и кратностью тока КЗ по отношению к номинальному току защищаемого трансформатора I_ном.Т. С учетом этого, наиболее общим параметром, от которого зависят токи небаланса, является приведенная предельная кратность , которая вычисляется по формуле

, (3.4)

где - первичный номинальный ток ТТ;

В случае выполнения дифференциальной защиты трансформатора с расщепленной обмоткой низшего напряжения или автотрансформатора для обмоток низшего напряжения следует находить по формуле

, (3.5)

где - номинальная мощность трансформатора (автотрансформатора);

m - отношение мощности обмотки НН к номинальной мощности .

Следует отметить, что при внешнем КЗ на стороне НН трансформатора с расщепленной обмоткой НН или автотрансформатора даже при одинаковых со всех сторон могут появляться значительные токи небаланса. Это объясняется тем, что реальная кратность тока КЗ со стороны ВН (или СН) получается значительно меньше, чем со стороны НН. С учетом этого, в дальнейшем требования к граничному значению параметра задаются отдельно для каждой из сторон защищаемого трансформатора (автотрансформатора).

Схема функционирования терминала RET316 предполагает использование групп ТТ звезда с нулевым проводом со всех сторон защищаемого трансформатора. Применение группы ТТ звезда с нулевым проводом приводит к снижению расчетной нагрузки ТТ и, соответственно, к возрастанию (при прочих равных условиях).

4. Методика выбора уставок, определяющих тормозную характеристику терминала

терминал трансформатор защита дифференциальный

В принятой схеме функционирования терминала RET 316 используются коэффициенты выравнивания амплитуд (значений) токов плеч дифференциальной защиты Коэффициенты определяются как отношение первичного номинального тока защитного ТТ к опорному току

. (4.1)

Опорный ток в общем виде целесообразно выбирать с учетом того, чтобы он был равен номинальному току трансформатора (автотрансформатора) на стороне наиболее мощной обмотки. Тогда получаем

. (4.2)

Примечание. Под понимается номинальное напряжение ответвления обмотки трансформатора (автотрансформатора) при нулевом положении РПН. Например, для трехобмоточного трансформатора ТДТН - 25000/220 по данным [4] следует принимать:

При использовании выражения (4.1) предполагается, что на каждой стороне защищаемого трансформатора вторичный номинальный ток защитного ТТ и первичный номинальный ток промежуточного ТТ терминала RET 316 совпадают.

Структура функционирования терминала RET 316 позволяет выполнять также двухступенчатую систему выравнивания токов функционального блока дифференциальной защиты. В первой ступени осуществляется приведение вторичных токов защиты к номинальным токам функции дифференциальной защиты с помощью опорных коэффициентов

.

Коэффициенты К_ОП могут задаваться в пределах 0,52,0. Затем вычисляются коэффициенты а₁, а₂ и а₃ (для выравнивания токов только дифференциальной защиты) по выражению:

.

В этой системе выравнивания коэффициент а₁ (со стороны наиболее мощной обмотки защищаемого трансформатора) всегда получается равным единице.

Если на какой-либо стороне защищаемого трансформатора отношение получается меньше 0,5, то следует принять К_ОП = 0,5. Для этой стороны коэффициент а можно находить из выражения

.

Расчет уставок производится в относительных единицах. За базу принимается действующее значение первой гармоники наибольшего тока плеча терминала после выравнивания. При этом имеется в виду, что все ТТ и ПТТ функционируют без погрешностей.

Расчетный ток небаланса находим следующим образом

, (4.3)

где K_пер - коэффициент, учитывающий переходный процесс;

е - относительная полная погрешность ТТ в установившемся режиме;

U_рег - диапазон регулирования (в одну сторону) напряжения трансформатора (в относительных единицах);

f_выр - относительная погрешность выравнивания токов плеч.

Все слагаемые в выражении (4.3) считаются положительными.

Наибольшие значения ток небаланса имеет в переходных режимах (K_пер>1). При этом в качестве базового значения целесообразно принимать =0,1 (даже в том случае, если в установившемся режиме <0,1). Это значительно упрощает методику расчета уставок.

Расчетное значение f_выр можно принимать равным 0,02.

При внешних КЗ дифференциальный ток срабатывания должен удовлетворять условию

I _ср К_отс I_{нб.расч}, (4.4)

где К_отс - коэффициент отстройки.

Согласно [5] для дифференциальных защит российского производства принимается К_отс=1,5. В настоящее время точность расчета токов небаланса может быть получена более высокая, уставки терминала RET 316 задаются довольно точно. Поэтому можно принимать К_отс=1,11,15.

Как указывалось выше, дополнительным фактором отстройки терминала RET 316 при внешних КЗ может явиться блокировка терминала в зависимости от отношения амплитуд второй и первой гармоник токов на входах терминала (уставка Inrush Ratio). Причем для блокировки выбирается та сторона, где больше отношение амплитуды первой гармоники тока на входе терминала к номинальному току ПТТ. Как показано в [1], при небольших кратностях переходных токов КЗ (сквозных токов) порядка 12 отношение амплитуд второй и первой гармоник в токе на входе терминала может составлять 810%, что недостаточно для надежной отстройки. С учетом этого, значения коэффициента K_пер при выборе уставок параметров и принимаются для таких режимов, когда блокировка по параметру Inrush Ratio не срабатывает. Используя выражения (4.3) и (4.4), получаем формулу для расчета коэффициента торможения

, (4.5)

где К_сн.т - коэффициент снижения тормозного тока в переходном режиме.

Анализ значений в соответствии с формулой (2.3) показывает, что в переходном режиме значения тормозного тока могут быть меньше, чем в установившемся.

Вследствие большого числа факторов, влияющих на вторичные токи переходного режима, (постоянная времени Т_а, остаточные индукции магнитопроводов ТТ, нагрузки ТТ, типы ТТ, особенности характеристики намагничивания ТТ и др.) дать общие рекомендации по выбору расчетных значений K_пер и К_сн.т затруднительно. С учетом этого целесообразно область применения терминала RET 316 разбить на 3 основные группы:

- трансформаторы собственных нужд электрических станций;

- трансформаторы связи и блочные трансформаторы электрических станций;

- трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы.

Ниже рассматриваются рекомендации для каждой из групп в отдельности.

Дифференциальная защита трансформаторов собственных нужд (ТСН) электрических станций

Основную нагрузку ТСН составляют электродвигатели, часть из которых имеет большую мощность (до 8000 кВт включительно). Расчетным режимом дифференциальной защиты ТСН, как правило, является режим пуска мощного электродвигателя. Объясняется это тем, что, во-первых, в режиме пуска отношение может быть меньше 1,25 и, во-вторых, при этом возникают относительно большие токи небаланса. Первый из указанных факторов определяет необходимость принятия минимальной уставки однако это может быть недостаточно для отстройки, если . Относительно большие токи небаланса возникают вследствие ряда факторов:

со стороны низшего напряжения отношение обычно значительно больше, чем со стороны высшего напряжения;

со стороны низшего напряжения часто используются маломощные ТТ (например, ТОЛ-10 и др.);

возможны значительные остаточные индукции магнитопроводов ТТ в режиме относительно частых пусков и другие факторы.

Значения переходных токов небаланса зависят от приведенной предельной кратности ТТ. Как показали результаты исследований, выбор приведенных предельных кратностей в соответствии с [2] может не обеспечить отстройку терминала RET 316 в режиме пуска мощного двигателя. С учетом этого следует выбирать ТТ не менее 16. При этом рекомендуется принимать следующие значения коэффициентов К_пер и К_сн.т:

К_пер=3,0; К_сн.т=0,9, если

К_пер=2,5; К_сн.т=1,0, если .

К_пер=2,0; К_сн.т=1,0, если .

При выборе в пределах 1620 может оказаться, что расчетное значение коэффициента торможения получится более 0,5. В этом случае следует принимать а отстройку обеспечивать за счет параметра который должен быть равным 0,5.

Если выполняется условие , то значение параметра следует принимать равным 0,3.

Дифференциальная защита трансформатора связи и блочных трансформаторов электрических станций

Расчетные режимы указанных дифференциальных защит также возникают при небольших кратностях сквозных токов (порядка 11,5). Такие режимы возможны:

при недостаточно точной синхронизации генераторов при их подключении к шинам;

при самозапуске электродвигателей собственных нужд;

при удаленных (с электрической точки зрения) внешних КЗ и в других случаях.

Особенностью указанных режимов являются достаточно большие значения постоянной времени Т_а (порядка 0,10,3 с), которые приводят к длительным переходным процессам и большим токам небаланса дифзащит. Исходя из этого, следует принимать уставку b=1,5, чтобы исключить влияние режимов с большими токами небаланса на выбор уставок и . Дополнительной особенностью рассматриваемых режимов является возможность применения со стороны высшего напряжения защищаемого трансформатора ТТ с вторичным номинальным током 1 А. Указанные ТТ практически не насыщаются в переходных режимах при небольших кратностях токов (порядка 12), что приводит к увеличению токов небаланса.

С учетом изложенного, к ТТ, применяемым со стороны низшего напряжения защищаемого трансформатора, предъявляются следующие требования:

при первичном номинальном токе ТТ не более 5000 А приведенная предельная кратность

при первичном номинальном токе ТТ 6000 А и более сопротивление нагрузки ТТ должно быть не более номинального значения, указанного в документации на ТТ.

ТТ на первичные номинальные токи 6000 А и более в режиме насыщения функционируют при больших напряженностях магнитного поля в магнитопроводе. При этом приведенная предельная кратность слабо влияет на токи небаланса дифзащиты при небольших кратностях переходных сквозных токов. Основное влияние оказывает сопротивление нагрузки ТТ, которое, как показали исследования, должно быть не более номинального значения.

Со стороны высшего напряжения защищаемого трансформатора предельная кратность ТТ . При выполнении указанных условий можно полагать: К_пер = 3; К_сн.т = 0,95.

Значение можно принимать равным 0,2, если ТСН не находится в зоне действия дифзащиты. Если ТСН входит в зону действия дифзащиты и охватывается дифференциальной схемой (используются 3 группы ТТ), то g = 0,3.

Если ТСН входит в зону действия дифзащиты, но не охватывается дифференциальной схемой (используются 2 группы ТТ), то уставку g следует выбирать по условию отстройки от трехфазного КЗ на низшей стороне ТСН.

Дифференциальная защита трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов

При выборе уставок дифференциальной защиты трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов необходимо учитывать не только переходные режимы с относительно небольшими кратностями токов КЗ, но и режимы с максимальными кратностями токов КЗ. Последнее определяется тем, что для вычисления тормозного тока в соответствии с выражением (2.3) необходимо найти вторичный ток ТТ, соответствующий наибольшему первичному току КЗ. Поскольку при максимальных кратностях первичных переходных токов КЗ могут возникать весьма большие погрешности ТТ (например, для автотрансформаторов при внешнем КЗ со стороны среднего напряжения), то возникает проблема правильного выбора вторичного тока ТТ, соответствующего наибольшему первичному току. При этом важно правильно определить не только модули первых гармоник токов и но и угол между ними. Неправильный выбор угла может привести к значительному уменьшению расчетного значения тормозного тока .

Дополнительно необходимо учитывать следующее. В распределительных сетях возможно наложение режима БНТ трансформатора на нагрузочный режим (например, при АПВ шин и в других случаях). Для обеспечения блокировки дифзащиты в указанном режиме следует выбирать номинальный ток промежуточного ТТ терминала со стороны ВН как можно ближе к току на его входе с указанной стороны при номинальном токе защищаемого трансформатора (номинальные токи ПТТ терминала имеют значения 1А; 2A; 5A).

Общую область применения терминала RET 316 целесообразно разбить на 2 подобласти.

Трехобмоточные трансформаторы мощностью не более 40 МВА

В этом случае со всех сторон следует принимать при этом ; b=1,5.

Трехобмоточные трансформаторы мощностью 63 МВА и более и автотрансформаторы

В этом случае со всех сторон необходимо выполнять условие: При этом можно полагать ; b=1,5.

Уставку g для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов можно принимать равной 0,3.

При выполнении дифзащиты понижающих трансформаторов с расщепленной обмоткой НН уставка b должна приниматься равной 1,25.

5. Проверка чувствительности дифференциальной защиты

Коэффициент чувствительности дифференциальной защиты, выполненной на терминале RET 316, удобно определять как отношение

К_ч= (5.1)

где - минимальное значение дифференциального тока при КЗ расчетного вида в расчетной точке.

Коэффициент чувствительности должен быть не менее 2.

При одностороннем питании КЗ в защищаемой зоне тормозной ток При этом следует полагать В качестве расчетного режима для вычисления К_ч в условиях Российской Федерации обычно принимают режим двухфазного КЗ в зоне на стороне низшего напряжения. При этом значения К_ч получаются значительно больше 2 и производить его проверку нет смысла.