Релейная зашита двухобмоточного трансформатора

Релейная  защита электрооборудования  ПС 110/10 

       Для защиты электрооборудования подстанции применяем новые микропроцессорные  терминалы защит «Micom» европейской фирмы «Areva». 

1. Защита  трансформаторов 

       Согласно  ПУЭ для трансформаторов предусматриваются  устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и не нормальных режимов работы:

1. многофазных замыканий в обмотках и на выводах – продольная дифференциальная защита,
2. однофазных замыканий на землю в обмотке и на выводах присоединенных к сети глухо заземленной нейтрали – токовая защита нулевой последовательности,
3. витковых замыканий в обмотках – газовая защита,
4. токов в обмотках обусловленных внешними КЗ,
5. токов в обмотках обусловленных перегрузкой,
6. понижения уровня масло,
7. однофазных замыканий на землю в сетях 10 кВ с изолированной нейтралью.

      Использование устройства Micom Р632 для защиты трансформатора позволяет выполнить практически полный набор устройств защиты требуемый ПУЭ для понижающих трансформаторов:

   - дифференциальную защиту с характеристиками, близкими к ДЗТ-21;

   - максимальную токовую защиту  для каждой из трех сторон;

   - трехступенчатую токовую защиту  нулевой последовательности для  двух сторон трансформатора. Как  правило, такая защита не используется  на понижающих трансформаторах;

   - двухступенчатую защиту от перегрузки, имеющую обратнозависимую выдержку времени с характеристикой выдержки времени близкой к тепловой перегрузочной характеристике трансформатора. Применение такой защиты ПУЭ не требует. Требуемая ПУЭ защита от перегрузки, с действием на сигнал, может быть выполнена на одной из ступеней максимальной защиты соответствующей стороны;

   - УРОВ.

      Ряд внешних защит и сигналов: газовая  защита, повышение температуры масла  трансформатора, подаются на дискретные входа устройств защит вводов Micom P123 в котором производится их фиксация и обработка.

      В качестве токовых реле для пуска  устройств автоматики: пуск охлаждения, блокировка РПН, могут быть использованы свободные ступени токовой защиты устройства соответствующей стороны, а также ступени неиспользуемой токовой защиты от замыканий на землю, трансформатор тока которой должен быть переключен на фазный ток.

      К устройствам должны быть подведены  токовые цепи от трансформаторов  тока всех трех (двух) сторон трансформатора соединенные в «звезду». Имеются  два отдельные входа для токов нулевой последовательности на стороне ВН и СН, для использования их в защите от замыканий на землю, если такая защита применяется. Выравнивание вторичных токов дифф. защиты по фазе и величине не требуется: группа соединений трансформатора и вторичные токи задаются в качестве уставок устройства.

      На  устройстве можно выполнить две  группы уставок: основные и резервные  уставки. Необходимость во второй группе уставок может возникнуть в ремонтных  режимах, при изменении направления  питания, когда изменяются условия селективности или чувствительности защиты.

      Устройство  Micom Р632 питается от собственного автомата оперативного тока, отдельного от защиты вводов. 

Выбор уставок  и характеристик дифференциальной защиты трансформатора 

      Дифференциальная защита трансформатора использует 2 или 3 комплекта трансформаторов тока, расположенных со всех сторон трансформатора. Выравнивание вторичных токов по величине и по фазе производится защитой расчетным путем, для чего при задании общих характеристик задаются параметры трансформатора и трансформаторов тока. При этом возникает возможность собрать трансформаторы тока со всех сторон в «звезду» что снижает нагрузку вторичных цепей. Ток нулевой последовательности при этом устраняется расчетом, что делает характеристики независимыми от режима нейтрали трансформатора.

      Реле  имеет тормозную характеристику пропорционального типа (процентное торможение) - ток срабатывания защиты увеличивается пропорционально  увеличению тока к.з.. Тормозным током  является самый большой ток среди подводимых к реле, по каждой фазе отдельно.

_{Рисунок 1 – Характеристика дифференциальной защиты Micom P632} 

      На  рисунке 1 представлена характеристика дифференциальной защиты (ID – дифф. ток, IR – тормозной ток). Характеристика состоит из нескольких участков.

      Начальный участок характеристики ID> заканчивается на расстоянии 0,5I_diff от тока трогания I_diff в точке пересечения с линией начала торможения, на этом участке ток срабатывания не зависит от торможения. В точке пересечения с линией начала торможения характеристика ID> пересекается с первой тормозной характеристикой. Она имеет наклон m1 (коэффициент торможения). Эта характеристика работает при малых токах короткого замыкания, когда погрешность трансформаторов тока невелика. При токах, больших 2,5Iн, начинается вторая тормозная характеристика, которая пересекается с первой и имеет более крутой наклон - m2, учитывая повышенную погрешность трансформаторов тока при больших токах к.з.. И последний участок ID> - это отсечка ID>>,  ток срабатывания опять не зависит от тормозного тока.

      Блокировка  током второй гармоники предназначена  для обеспечения отстройки дифф. защиты от броска тока намагничивания при подаче напряжения. Благодаря  наличию блокировки, ток срабатывания дифф. защиты может быть выполнен значительно меньшим номинального тока трансформатора.

      Блокировка  по току пятой гармоники предназначена  для предотвращения ложной работы дифф. защиты от повышенного тока намагничивания при перевозбуждении (подачи напряжения на обмотку трансформатора значительно выше номинального). 

Выбор уставок  Micom Р632 

    Определяем  номинальные токи трансформатора для  стороны ВН и НН

Базисный  ток (коэффициент) – отношение номинального тока трансформатора к номинальному току ТА:

Сторона ВН:

Сторона НН:

      Уставки, выставляемые на устройстве защиты Micom Р632: 

1.1 Дифференциальная  защита трансформатора от всех  видов к.з. 

      Выбирается  уставка первой ступени дифференциального  тока (начального участка характеристики). Согласно рекомендациям завода-изготовителя она составляет 35% от номинального тока защищаемого трансформатора:

      Вторичный ток срабатывания находим по формуле:

      Минимальная уставка, которая может быть выполнена  на реле, равна 0,15. Принимаем минимальную  уставку и получаем, что уставка первой ступени дифференциального тока составляет:

      Выбирается  угол наклона характеристики (коэффициент  торможения) первого участка - находится в зоне малых токов от 0 до 2,5×I_н трансформаторов тока:

      Где k_з – коэффициент запаса, k_з =1,2

              k^/ - погрешность трансформаторов тока, принимается для малых токов k^/ = 5%

              k^// - диапазон регулирования коэффициента трансформации защищаемого трансформатора в %, равный суммарному диапазону сторон, на которых выполняется регулирование k^// = 16%

      Принимаем 25% (пределы выставления уставки 20÷50% с шагом 1%).).

      Выбирается угол наклона характеристики (коэффициент торможения) второго участка - находится в зоне больших токов:

      Где k_з – коэффициент запаса, k_з =1,2

              k_апер – коэффициент, учитывающий рост погрешности за счет апериодической составляющей. k_апер = 1,5.

              k^/ - погрешность трансформаторов тока, принимается для больших токов k^/ = 10%

              k^// - диапазон регулирования коэффициента трансформации защищаемого трансформатора в %, равный суммарному диапазону сторон, на которых выполняется регулирование k^// = 16%

      Принимаем ближайшее возможное значение 40% (пределы выставления уставки 40÷100% с шагом 1%).

      Выбирается  ток срабатывания второй ступени  дифференциального тока (отсечки):

      1. по условию отстройки от токов небаланса при внешнем к.з.:

      Где I_к.мах - ток к.з. за трансформатором (на стороне низкого напряжения) в максимальном режиме, приведенный к высокой стороне, А

              k_з – коэффициент запаса, k_з =1,2

              k_апер – коэффициент, учитывающий рост погрешности за счет апериодической составляющей. k_апер = 3,0.

              k^/ - погрешность трансформаторов тока, принимается для больших токов k^/ = 10%

              k^// - диапазон регулирования коэффициента трансформации защищаемого трансформатора в %, равный суммарному диапазону сторон, на которых выполняется регулирование k^// = 16%

      2. по условию отстройки от броска  тока намагничивания:

      Выбираем  наибольшее из двух значений для выставления на устройстве:

      Принимаем 2,5 (пределы выставления уставки 1÷30I_н с шагом 0,1I_н).