Общие принципы выбора параметров срабатывания дифференциальной токовой защиты трансформатора

2.5.1. Дифференциальная токовая зашита двухобмоточных трансформаторов может выполняться с использованием реле тока с насыщающимся трансформатором тока (НТТ) или реле тока с торможением (например, реле ДЗТ-11).

Следует отметить, что в соответствии с [8] на вновь проектируемых подстанциях использовать для защиты трансформаторов реле тока с НТТ (релеРНТ-565) не рекомендуется, т.к. в большинстве случаев на трансформаторах с РПП такие защиты не удовлетворяют требованиям чувствительности, регламентируемым ПУЭ. Однако, учитывая большое распространение таких защит в эксплуатации, а также возможность использования их в отдельных случаях при проектировании (в первую очередь для защиты двухобмоточных трансформаторов мощностью менее 25 МВА), в данной работе использование реле РНТ-565 для выполнения дифференциальной токовой защиты можно считать допустимым, если при этомобеспечивается требуемая чувствительность.       

2.5.2. Дифференциальная защита является защитой абсолютной селективности, т.к. по принципу действия она может сработать только при КЗ в зоне, ограниченной местами установки ТТ (на сторонах высшего и низшего напряжений). Поэтому защита обычно выполняемся без выдержки времени.

Расчетные условия и выражения по выбору тока срабатывания защиты, обеспечивающие несрабатывания ее в режимах без КЗ внешних КЗ, приведены в табл. 2.2 (для реле РНТ-565) и табл. 2.3. (для реле ДЗТ-11).

 

Таблица 2.2. Обоснование выбора тока срабатывания дифференциальной токовой защиты трансформатора, выполненной с использованием реле РНТ-565

Обозначение величины	Задаваемые функции (цель выбора)	Общее расчетное условие	Расчетное выражение	Значения коэффициентов
Iс.з.	1. Несрабатывание в режимах без КЗ (включение под нагрузку, отключение внешних КЗ)	Отстройка от "броска" тока намагничивания	(2.1) где Iном – номинальный ток трансформатора, Котс – коэффициент отстройки	Котс=1,3
	2. Несрабатывание при внешних КЗ (учитывая наличие тока небаланса)	Отстройка от максимального первичного тока небаланса	(2.2) где Iнб.расч. – номинальный ток трансформатора	Котс=1,3

Таблица 2.3. Обоснование выбора тока срабатывания дифференциальной токовой защиты двухобмоточного трансформатора, выполненной с использованием реле ДЗТ-11

Обозначение величины	Задаваемые функции (цель выбора)	Общее расчетное условие	Расчетное выражение	Значения коэффициентов
Iс.з.	1. Несрабатывание в режимах без КЗ (включение под нагрузку, отключение внешних КЗ)	Отстройка от "броска" тока намагничивания	(2.3) где Iном – номинальный ток трансформатора, Котс – коэффициент отстройки	Котс=1,5
	2. Несрабатывание при внешних КЗ (учитывая наличие тока небаланса) со стороны, где есть торможение	Отстройка от максимального первичного тока небаланса при внешних КЗ	(2.4) где КТ - коэффициент торможения, Iнб.расч. - расчетный ток небаланса; Iт.расч. - расчетный первичный тормозной ток при внешнем КЗ	Котс=1,2-1,5

2.5.3. Расчетный ток небаланса, входящий в (2.2) и (2.4), может быть определен как сумма трех составляющих

(2.5)

где  - составляющая, обусловленная погрешностью трансформаторов тока;

- составляющая, обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора;

- составляющая, обусловленная неточностью установки на НТТ реле расчетных чисел витков.

 Составляющие тока небаланса могут определяться как значения, пропорциональные периодической составляющей соответствующих токов внешнего КЗ, по выражениям:

	(2.6)
	(2.7)
	(2.8)

где - периодическая составляющая тока (при t = 0), про-ходящего через защищаемый трансформатор при расчетном внешнем (как правило, трехфазном) металлическом КЗ;

- коэффициент, учитывающий переходный режим (наличие апериодической составляющей тока); для релеРНТ-565 и ДЗТ-11 может быть принят равным 1;

 - коэффициент однотипности трансформаторов тока (для однотипных трансформаторов тока принимается равным 0,5, для разнотипных - 1,0);

 - относительное значение полной погрешности ТТ, соответствующее установившемуся режиму КЗ; при выборе ТТ по кривым предельных кратностей при 10 %-и погрешности принимается равным 0,1;

 - относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения трансформатора и принимаемая равной половине используемого диапазона регулирования;

 - расчетное число витков НТТ реле для неосновной стороны, определяемое по условию баланса магнитодвижущей силы (МДС) при внешних КЗ;

- принятое число витков НТТ реле для неосновной стороны.

2.5.4. Число витков обмотки НТТ реле, соответствующее току срабатывания защиты  для одной из сторон защищаемого трансформатора, принимаемой в расчете за основную, определяется по выражению

(2.9)

где F_cp - магнитодвижущая сила срабатывания реле; для реле РНТ-565 F_cp = 100 А;

- ток срабатывания реле, отнесенный к основной стороне, определяется приведением первичного тока срабатывания защиты к вторичным цепям ТТ основной стороны.

За основную может приниматься сторона, которой соответствует наибольший из вторичных токов в плечах защиты, или сторона основного питания; последнее целесообразно в случаях, когда вторичные токи в плечах защиты близки по значению.

Исходя из полученного по (2.9) значения W_1расч принимается для выставления на реле предварительное значение W₁ (ближайшее меньшее целое значение) числа витков основной стороны.

Числа витков обмоток НТТ реле, соответствующие току срабатывания защиты, для неосновной стороны защищаемого трансформатора определяются по условию равенства нулю (при неучете небаланса) результирующей МДС в НТТ при нагрузочном режиме и внешних КЗ. Это обеспечивается при равенстве МДС обеих сторон в условиях прохождения по ним одной и той же мощности, например, номинальной мощности защищаемого трансформатора, т.е. когда имеет место соотношение

(2.10)

где , - вторичные токи в плечах защиты для основной и неосновной сторон, соответствующие номинальной мощности трансформатора;

 - принятое число витков обмотки НТТ реле для основной стороны.

Из (2.10) следует:

(2.11)

2.5.5. Установка требуемого числа витков обмоток НТТ реле РНТ-565 осуществляется с учетом возможности использования двух уравнительных и одной рабочей (общей для обеих сторон) обмоток

где ,  - число витков уравнительных обмоток;

 - число витков рабочей обмотки, которое можно выставить на реле.

Схема подключений реле РНТ-565 к трансформаторам тока показана на рис. 2.2.

В дифференциальной защите двухобмоточных трансформаторов провода от ТТ могут присоединяться только к уравнительным обмоткам НТТ реле, при этом рабочая обмотка может не использоваться (на рис. 2.2 соответствующее соединение показано пунктиром).

2.5.6. При выполнении дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора с реле ДЗТ-11 минимальный ток срабатывания защиты (при отсутствии торможения) определяется по условию (2.3), в котором коэффициент К_отс в грубо ориентировочных расчетах принимается равным 1,2 - 1,5 и в случае необходимости может быть уточнен в сторону уменьшения [8].

Увеличение значения коэффициента К_отс в (2.3) по сравнению с расчетом защиты, выполненной с реле РНТ-565, принимается в связи с тем, что реле серии ДЗТ-11 имеет худшие параметры в отношении отстройки от неустановившихся токов из-за отсутствия в НТТ реле короткозамкнутой обмотки.

Несрабатывание защиты от токов небаланса при внешних КЗ обеспечивается автоматическим изменением тока срабатывания I _сз в функции тока I _Т = I _{к.внешн} в такой степени, чтобы всегда выполнялось условие I _сз = К_отс · I _{нб .} Требуемая степень изменения I_сз(наклон характеристики) задается выбором коэффициента торможения K _Т по (2.4).

При КЗ в защищаемой зоне I _Т = 0, а I _сз = I _{сз .мин} (определяется по (2.3)), что и обеспечивает более высокую чувствительность защиты с реле ДЗТ-11 по сравнению со случаем использования реле с НТТ.

2.5.7. Реле ДЗТ-11 характеризуется наличием одной тормозной обмотки в НТТ реле, что дает возможность обеспечить торможение от

Рис. 2.2. Схема включения реле РНТ-565

тока в одном комплекте ТТ. В защите двухобмоточного понижающего трансформатора тормозная обмотка обычно подключается к ТТ питаемой стороны, что обеспечивает отсутствие торможения при КЗ в защищаемой зоне, когда в указанных ТТ ток повреждения не протекает.

Схема внутренних соединений реле ДЗТ-11 и подключения его к ТТ двухобмоточного трансформатора показана на рис. 2.3.

2.5.8. На рис. 2.4 приведены заводские характеристики реле ДЗТ-11 для таких углов между рабочим и тормозным токами, при которых обеспечивается максимальное (кривая I) и минимальное (кривая II) торможение.

2.5.9. Недействие защиты при внешних КЗ, когда имеет место торможение (по тормозной обмотке НТТ реле проходит ток), обеспечивается с учетом характеристики срабатывания реле, соответствующей минимальному торможению (кривая II на рис. 2.4).

При расчетах кривую II можно заменить касательной, проходящей через начало координат под углом α (рис. 2.4).

следовательно

(2.12)

где - число витков тормозной обмотки; W_раб – число витков рабочей обмотки НТТ реле на стороне, к которой присоединена тормозная обмотка; при этом учитывается принятое число витков, если рассматриваемая сторона является основной и расчетное число витков, если рассматриваемая сторона является неосновной.

Рис. 2.3. Схема включения реле ДЗТ-11

- коэффициент торможения

- расчетный первичный ток торможения при внешнем КЗ;

- расчетный первичный ток небаланса при токе внешнего КЗ. равном . Предполагается, что  и приведены к напряжению основной стороны.

В расчетах исходя из заводской характеристики срабатывания можно принять tgα ≈ 0,75.

Выражение (2.12) является расчетным для выбора числа витков тормозной обмотки.

Рис. 2.4. Тормозные характеристики реле типа ДЗТ-11.