Сравнительный анализ микропроцессорных устройств, реализующих дифференциальную защиту силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Размещено на http://www.Allbest.ru/

ФГБОУ

Государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова

Сравнительный анализ микропроцессорных устройств, реализующих дифференциальную защиту силовых трансформаторов и автотрансформаторов

П.С. Полонянкин

Новочеркасск, Россия

Аннотация

Состояние вопроса: Принципы построения и алгоритмы релейной защиты силового оборудования электрических станций и подстанций постоянно совершенствуются. В качестве основной защиты трансформаторов и автотрансформаторов используется быстродействующая продольная дифференциальная защита от внутренних повреждений и повреждений на выводах, основанная на принципе сравнения величин токов в начале и конце защищаемого участка.

Материалы и методы: Для оценки принципов и алгоритмов дифференциальной защиты трансформаторов (автотрансформаторов) были изучены стандарты ПАО «ФСК ЕЭС», проанализированы руководства по эксплуатации производителей оборудования, на основании чего была сформулирована сравнительная характеристика.

Результаты: Терминалы имеют незначительные различия, которые связаны в основном с алгоритмами и принципами реализации защит.

Выводы: Рассмотренные в данной статье устройства выполняют все функции, указанные фирмами-производителями, и являются надежными средствами защиты силовых трансформаторов и автотрансформаторов.

Ключевые слова: Дифференциальная защита, трансформатор, микропроцессорное устройство, бросок тока намагничивания, защита с торможением, сквозной ток, тормозная характеристика

P.S. Polonyankin. Comparative analysis of microprocessor devices implementing transformer and autotransformer differential protection

Background: The relay protection construction principles and algorithms of power station and substations equipment are constantly being improved. High-speed longitudinal differential protection from internal and tap damage is used as the main transformer and autotransformer protection, based on comparing current values at the beginning and end of the protected area.

Materials and Methods: The standards of Federal Grid Company were studied to assess the principles and algorithms for transformers (autotransformers) differential protection. The comparative characteristic was formulated on the base of analysis of the equipment manufacturers operating manual.

Results: MDs have minor differences. This is due to algorithms and principles of relay protection implementation.

Conclusions: The devices considered in this article perform all the functions declared by the manufacturers. They are reliable means of transformers and autotransformers protecting.

Key-words: Differential protection, transformer, microprocessor device, magnetizing-current inrush, biased differential protection, through current, braking performance

Введение

Принципы построения и алгоритмы релейной защиты силового оборудования электрических станций и подстанций постоянно совершенствуются. В последние полтора десятилетия в ЕЭС России произошли качественные изменения: наметилась тенденция к использованию микропроцессорных (цифровых) устройств. Такие средства защиты являются не только более надежными (одно устройство выполняет обычно сразу несколько функций), но и более удобными в обслуживании и эксплуатации. Они позволяют регистрировать все процессы и события и, что очень важно, анализировать повреждения в системе.

Новые возможности цифровой обработки сигналов и обмена информации позволяют осуществить целый ряд защитных функций, которые невозможно было бы реализовать на электромеханической базе.

В качестве основной защиты трансформаторов и автотрансформаторов используется быстродействующая продольная дифференциальная защита от внутренних повреждений и повреждений на выводах, основанная на принципе сравнения величин токов в начале и конце защищаемого участка.

В настоящее время основными производителями микропроцессорных устройств защиты трансформаторов и автотрансформаторов, широко зарекомендовавших себя в России и странах СНГ, являются:

- ООО НПП «ЭКРА», г. Чебоксары;

- ЗАО «РАДИУС Автоматика», г. Москва;

- НТЦ «Механотроника», г. Санкт-Петербург;

- ЗАО «АРЕВА Передача и Распределение».

Все терминалы цифровых защит имеют как индивидуальные особенности, так и ряд общих черт, что будет рассмотрено ниже.

Для оценки принципов и алгоритмов дифференциальной защиты трансформаторов (автотрансформаторов) были изучены стандарты ПАО «ФСК ЕЭС», проанализированы руководства по эксплуатации производителей оборудования, на основании чего была сформулирована сравнительная характеристика.

Общие принципы продольной дифференциальной токовой защиты

Продольная дифференциальная токовая защита трансформатора используется в качестве основной защиты для быстрого и селективного отключения внутренних повреждений и повреждений на выводах. ДТЗ обеспечивает эффективную блокировку при бросках тока намагничивания (БНТ), а также осуществляет торможение от сквозного тока, протекающего через защищаемый объект. Срабатывание ДТЗ происходит при превышении дифференциальным током значений уставок, рассчитанных для конкретного трансформатора.

В зону действия продольной дифференциальной токовой защиты трансформатора (автотрансформатора) может также входить токоограничивающий реактор.

ДТЗ срабатывает при всех видах КЗ в зоне действия защиты.

Упрощенная функциональная схема ДТЗ, показанная на рис. 1, состоит из нескольких функциональных частей:

- формирователя дифференциального и тормозного сигналов (ФДТС);

- чувствительного дифференциального токового органа;

- дифференциальной отсечки;

- органа блокировки при бросках тока намагничивания.

Формирование дифференциального и тормозного тока производится для каждой фазы, как показано на рис. 1.

Дифференциальный ток рассчитывается по (1):

(1)

Блок ФДТС выбирает из токов сторон, участвующих в формировании дифференциального и тормозного тока, наибольший и присваивает ему название (2). Из суммы оставшихся токов сторон получается ток (3).

Рис. 1. Упрощенная функциональная схема ДТЗ

Таким образом для фазы А имеем:

(2)

(3)

Для фаз В и С выражения будут иметь аналогичный вид На рис. 2 показано расположение векторов и при внешнем КЗ (а) и при КЗ в зоне действия защиты (б).

а) б)

Рис. 2. Расположение векторов при: а) внешнем

КЗ (б = 180є); б) при КЗ в зоне (б = 0є)

Тормозной ток, в зависимости от угла между токами и , определяется по выражению (4).

Дифференциальная защита трансформатора содержит чувствительное реле и дифференциальную отсечку.

(4)

Под чувствительным реле понимается дифференциальная защита с торможением, характеристика срабатывания которой показана на рис. 3.

Чувствительное реле ДТЗ имеет токозависимую характеристику и сработает, если, при этом ток срабатывания ДТЗ определяется:

Если , то

(5)

при . (6)

Срабатывание ДТО происходит при превышении дифференциальным током заданной уставки и предназначена для быстрого отключения тяжелых повреждений с большим током КЗ в зоне действия защиты. ДТО выбирается из двух условий: отстройка от броска тока намагничивания и от максимального первичного тока небаланса.

а) б) в)

Рис. 3. Характеристика срабатывания ДТЗ при: а) КЗ в зоне действия; б) КЗ в зоне действия при токе нагрузки (витковое замыкание); в) внешнее КЗ

дифференциальный токовый микропроцессорный защита силовой

Таблица 1

Сравнительная характеристика терминалов

Таким образом, основная работа по выбору уставок ДТЗ сводится к определению нескольких параметров срабатывания:

- ток срабатывания ДТЗ ();

- ток начала торможения ДТЗ ();

- ток торможения блокировки ДТЗ ();

- коэффициент торможения ДТЗ ();

- уровень блокировки по 2-ой гармонике ();

- ток срабатывания ДТО ().

Анализ характеристик терминалов, реализующих функции ДТЗ

Сравнительные характеристики микропроцессорных терминалов, реализующих продольную ДТЗ трансформатора, приведены в табл.1.

Анализ принципов выполнения ДТЗ микропроцессорных терминалов выполнен на примере расчета трехобмоточного трансформатора 115/38,5/11 кВ мощностью 40 MB·А из руководящих указаний [1, стр. 18].

Трансформатор имеет встроенное регулирование напряжения под нагрузкой (РПН) в нейтрали ВН в пределах ± 16% номинального и переключения (ПБВ) ответвлений обмотки СН трансформатора в пределах ± (2x2,5%) номинального напряжения.

Заключение

Проанализировав микропроцессорные терминалы, реализующие функцию продольной дифференциальной токовой защиты силовых трансформаторов (автотрансформаторов) можно сделать следующие выводы:

1. Терминалы имеют незначительные различия, которые связаны в основном с алгоритмами и принципами реализации защит. Массогабаритные показатели имеют схожие характеристики.

2. Самыми неприхотливыми в использовании являются устройства Сириус-Т3 и БМРЗ-ТД, способные эффективно работать в самых экстремальных погодных условиях.

3. Все терминалы имеют русскоязычный интерфейс и руководства по эксплуатации, что существенно повышает качество эксплуатации оборудования.

4. Устройства выполняют все функции, указанные фирмами-производителями, и являются надежными средствами защиты силовых трансформаторов и автотрансформаторов.

Литература

1. Руководящие указания по релейной защите. Вып.13Б. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ: Расчеты. - М.: Энергоатомиздат, 1985, - 96 с.

2. Методические указания по выбору параметров срабатывания устройств РЗА подстанционного оборудования производства ООО НПП «ЭКРА». СТО 56947007- 29.120.70.99-2011, ОАО «ФСК ЕЭС».

3. Рекомендации по выбору уставок устройства защиты трехобмоточного трансформатора «Сириус-Т3». - М.: ЗАО «РАДИУС Автоматика», 2013.

4. Блок микропроцессорный релейной защиты БМРЗ-ТД-01. Руководство по эксплуатации. Часть 2.- М.: ЗАО «РАДИУС Автоматика», 2013.

5. Методические указания по выбору параметров срабатывания устройств РЗА подстанционного оборудования производства ЗАО «АРЕВА Передача и распределение». СТО 56947007-29.120.70.100-2011, ОАО «ФСК ЕЭС».

Размещено на Allbest.ru