Министерство образования Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

____________________________________________________________________

621.316 № 2508

Д 503

Дифференциальная защита понижающего трансформатора с реле типа РСТ-23

Методические указания

к курсовому и дипломному проектированию для студентов IV –V курсов факультета энергетики

Новосибирск

2003

УДК 621.316.925.2(07)

Д 503

Составили канд. техн. наук, доц. В.А.Давыдов, канд. техн. наук, А.И.Щеглов

Рецензент канд. техн. наук, доц. И.П.Тимофеев

Работа подготовлена кафедрой электрических станций

 Новосибирский государственный

технический университет, 2003

1. Принцип действия реле РСТ-23

Дифференциальные защиты понижающих трансформаторов выполняются на реле типов РСТ23-1, РСТ23-2 и РСТ23-6. Реле типов РСТ23-1 и РСТ23-2 предназначены для применения на подстанциях с постоянным оперативным током, а реле РСТ23-6 – с переменным оперативным током. Источником переменного оперативного тока являются трансформаторы тока питающей стороны силового трансформатора. Эти типы реле (для краткости в дальнейшем будем называть их РСТ-23) можно использовать также и для защиты мощных электродвигателей, генераторов и синхронных компенсаторов.

В силовых трансформаторах наиболее опасными видами повреждений наряду с междуфазными короткими замыканиями (КЗ) являются витковые замыкания, которые могут сопровождаться значительными разрушениями обмоток [1]. Газовая защита, выполняющая функцию защиты от витковых замыканий, имеет большое время срабатывания, она часто действует лишь на сигнал, так как возможны ее ложные и излишние срабатывания.

Дифференциальные защиты, выполненные на реле типов РНТ-560 и ДЗТ-11, имеют ток срабатывания, превышающий номинальный ток силового трансформатора, а поэтому не выявляют витковые замыкания.

В последнее время для выполнения дифференциальной защиты мощных трансформаторов (автотрансформаторов) и блоков генератор-трансформатор (автотрансформатор) от междуфазных КЗ и витковых замыканий применяются реле типа ДЗТ-20. Использование в реле времяимпульсного принципа отстройки от однополярных (апериодических) бросков тока намагничивания (БТН) и переходных токов небаланса, торможения второй гармоникой дифференциального тока для отстройки от периодических БТН, а также торможения от токов плеч защиты для отстройки от установившихся токов небаланса позволяет снизить минимальную уставку по току срабатывания защиты до 0,3 I_ном трансформатора при достаточно высоком быстродействии.

Реле РСТ-23 имеют значительно меньшие габариты, чем реле ДЗТ-20, проще и дешевле. Минимальный ток срабатывания дифференциальной защиты, выполненной на реле РСТ-23, равен 0,5 I_ном трансформатора, что обеспечивает в большинстве случаев достаточную чувствительность защиты к витковым замыканиям в трансформаторах средней мощности.

Реле рст-23 выполнено на номинальный ток 5 а, подключение его к трансформаторам тока с вторичным током 1 а не предусмотрено.

На рис. 1 приведена упрощенная структурная схема дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора с реле типа РСТ-23.

Реле содержит реальное дифференцирующее (корректирующее) звено, выполненное на трансреакторе ТАV, выпрямительный мост VSI, фильтр нижних частот Ф, компаратор К, элемент задержки на срабатывание В и выходное реле КL. Кроме того, для отстройки от установившихся токов небаланса при внешних КЗ в реле использовано так называемое «процентное» торможение от токов плеч защиты. На рис. 1 схема, обеспечивающая торможение, содержит промежуточный трансформатор тока ТLA, первичная обмотка которого W_Т (тормозная обмотка) обтекается током плеча защиты, выпрямительный мост VS2 и сглаживающее звено С.

Рис. 1.Структурная схема одной фазы дифференциальной защиты трансформатора

Разность выходных токов фильтра i_Ф и сглаживающего звена i_см подается на вход компаратора, куда подается и i_оп.

На рис. 2 представлены диаграммы работы реле при КЗ в зоне защиты и при включении защищаемого трансформатора под напряжение (апериодический БТН). Принцип отстройки реле от БТН основан на разном гармоническом составе выпрямленного тока внутреннего КЗ и БТН. Последний содержит частоту 50 Гц.

Рассмотрим работу реле при внутреннем КЗ (рис. 2,а). Благодаря трансреактору в реле практически не попадает медленно затухающая апериодическая составляющая, содержащаяся в дифференциальном токе в переходном процессе.

Ток i_P, поступающий на вход фильтра нижних частот Ф, имеет характер пульсаций с частотой 100 Гц. Составляющая промышленной частоты в токе i_P отсутствует полностью. Параметры элементов фильтра подобраны так, что для постоянной слагающей входного сигнала коэффициент усиления фильтра равен 1. При рабочей частоте 50 Гц коэффициент усиления фильтра имеет максимальное значение, равное 2,2, а при частоте второй гармоники он понижается до 0,3 [2]. Поэтому выходной ток фильтра i_Ф приобретает форму постоянного тока с небольшой пульсацией двойной частоты. Так как фильтр Ф инвертирующий, то направление тока i_Ф противоположно выходному току тормозной цепи i_см и внутреннему току смещения i_оп компаратора.

При отсутствии торможения ток i_см = 0, порог срабатывания компаратора К определяется только током i_оп. Как только ток i_Ф станет больше суммы токов i_оп + i_см, знак входного тока компаратора изменится. Это вызовет немедленную перемену знака выходного напряжения U_К компаратора К на положительный в течение всего времени короткого замыкания. Через 22 мс после срабатывания компаратора К срабатывают элемент задержки на срабатывание В и выходное реле КL, действующее на отключение трансформатора.

Иначе проходит процесс в реле, когда в первичной обмотке трансреактора появляется бросок тока намагничивания (БТН). БТН возникает в трансформаторе при включении его под напряжением или при восстановлении напряжения после отключения внешнего КЗ. БТН однофазного трансформатора всегда характеризуется однополярностью (апериодический БТН). В трехфазном трансформаторе возможно появление в одной из фаз периодического БТН, при наличии в других фазах – апериодического БТН.

Рис. 2. Временные диаграммы реле

При апериодическом БТН возможно насыщение трансформаторов тока и, следовательно, искажение формы кривой вторичного тока. При этом во вторичном токе ТТ появляются отрицательные полуволны, а бестоковые паузы практически исчезают. Ориентировочная форма такого «трансформированного» апериодического БТН i_д показана на рис. 2,б. Трансреактор как корректирующее звено обеспечивает правильную работу защиты, восстанавливая паузы в токе на его выходе. На вход фильтра Ф поступает ток i_р, который является выпрямленной производной дифференциального тока i_д . В токе i_р преобладает слагающая промышленной частоты и содержится меньшая по значению постоянная слагающая. При прохождении через фильтр слагающая промышленной частоты усиливается в 2.2 раза, постоянная составляющая остается неизменной, а небольшая по величине вторая гармоника уменьшается более чем в 3 раза. Выходной ток фильтра i_ф близок по форме к синусоидальному току и имеет положительные и отрицательные полуволны. Отрицательные полуволны i_ф, мгновенные значения которых превышают i_оп + i_см, вызывают появление на выходе компаратора К положительных импульсов напряжения U_к, под воздействием которых элеменет задержки на срабатывание В начинает отчет выдержки времени. Однако длительность положительных выходных импульсов компаратора U_к будет меньше 22 мс, и срабатывание элемента В и реле КL не происходит. Аналогично работает реле и при периодическом БТН.

В реле предусмотрено «процентное» торможение от арифметической суммы фазных токов двух групп трансформаторов тока (рис. 3), что обеспечивает простую и надежную отстройку дифференциальной защиты трехобмоточных трансформаторов от токов небаланса установившегося процесса. Тормозная характеристика, приведенная на рис. 4, состоит из трех участков: горизонтального, линейного наклонного и второго горизонтального, соединенных плавными переходами. Предусмотрена возможность исключения второго горизонтального участка тормозной характеристики.

Ток начала торможения вторичный (I_Т.нач.в), при котором происходит переход характеристики с горизонтального участка на наклонный, равен 4 А.

Ток ограничения торможения (I_ТГ) может принимать два значения: 7 I_2ном и 14 I_2ном, где I_2ном – вторичный номинальный ток трансформатора тока.

Коэффициент торможения К_Т тормозной характеристики реле, задаваемой путем дискретного переключения коэффициента передачи тормозной цепи, имеет три значения (0,6; 0,9; 1,2) при основном числе витков тормозной обмотки W_Т, равном 4. Однако путем изменения числа витков W_Т обеспечена возможность расширения пределов регулирования коэффициента торможения от 0,3 до 2,4.

Рис. 3. Схема электрическая принципиальная цепи торможения

В табл. 1 приведены возможные значения К_Т при различном числе витков тормозной обмотки.

Регулирование тока срабатывания I_срmin обеспечивается как путем установки рабочей магнитодвижущей силой (МДС) срабатывания, так и выбором числа витков рабочей и уравнительных обмоток ТАV. Рабочая МДС срабатывания, определяющая величину опорного тока I_оп компаратора, регулируется дискретно ступенями 10 А в диапазоне МДС от 30 до 240 А. В итоге минимальный ток срабатывания изменяется в пределах от 0,84 А до 20 А.

Таблица 1