Анализ работы дифференциальной защиты трансформаторов, реализованной в блоках БМРЗ-ТД, БМРЗ-153-УЗТ осуществляется с целью проверки подключения токовых цепей и задания исходных параметров, а также проверки причин срабатывания дифференциальных защит.
Анализ осуществляется путем расчета векторных диаграмм токов циркуляции в доаварийном режиме и расчета действующих значений дифференциальных токов и токов торможения в процессе возникновения и развития аварии.
Исходные данные
Для анализа работы дифференциальной защиты трансформаторов, реализованной в блоках БМРЗ-ТД и БМРЗ-153-УЗТ необходима осциллограмма токов в нагруженном режиме силового трансформатора или осциллограмма срабатывания блока (файл в формате OSC или Comtrade) и следующие уставки и параметры защит блока:
- схема соединения обмоток и часовая группа силового трансформатора;
- номинальная мощность силового трансформатора;
- номинальные напряжения сторон силового трансформатора;
- коэффициенты трансформации трансформаторов тока сторон;
- процент регулирования и количество ступеней учитываемых РПН;
- уставки и программные ключи защит (ДТО, ДЗТ, ИПБ).
Пример исходных данных представлен в таблице 1.
| Наименование | Значение | |
|---|---|---|
| Схема соединения | №7, Y/Y/Д-11, РПН ВН | |
| Номинальная мощность | 25 МВА | |
| Номинальное напряжение ВН/СН/НН | 115/38,5/11 кВ | |
| Коэффициенты трансформации ВН/СН/НН | 120/120/300 | |
| Шаг РПН | 1,78% | |
| Число ступеней РПН | 1 | |
| Уставки защит | Программа 1 | Программа 2 |
| Кнб.с. | 4 Iдзт нач | 4 Iдзт нач |
| Iдто | 5 Iном | 5 Iном |
| S910 (Ввод ДТО) | введена | введена |
| Iдзт нач (грубые) | 0,5 Iном | 0,4 Iном |
| Кторм.2 (грубые) | 0,38 | 0,48 |
| Кторм.3 (грубые) | 0,78 | 0,83 |
| Iдзт нач (точные) | 0,4 Iном | 0,4 Iном |
| Кторм.2 (точные) | 0,2 | 0,28 |
| Кторм.3 (точные) | 0,59 | 0,64 |
| S920 (Ввод ДЗТ) | введена | введена |
| Кипб | 0,16 | 0,16 |
| Тпб ипб | 0,72 с | 0,72 с |
| S951 (ИПБ перекрестно принудит.) | введена | введена |
Расчет токов циркуляции. Настройка каналов тока
В анализируемой осциллограмме для расчета используют вторичные мгновенные значения токов, поэтому переключатели программы «FastView» устанавливают в положения в соответствии с рис. 1.
Рисунок 1. Настройка анализируемых каналов тока в осциллограмме.
Согласование векторных групп и удаление токов нулевой последовательности
В блоках защиты силовых трансформаторов БМРЗ осуществляется удаление токов нулевой последовательности для сторон силового трансформатора, соединенных в схему «звезда», осуществляется поворот и согласование векторных групп сторон. Для этого применяются операции «цифровой треугольник» (ЦТ) или вычитание тока нулевой последовательности.
Операции применяются по следующему правилу:
а) для трансформаторов со схемой соединения обмоток «треугольник-треугольник
(-треугольник)» операции не требуются;
б) для трансформаторов со схемой соединения обмоток «звезда-звезда(-звезда)» для всех сторон осуществляется удаление нулевой последовательности путем вычитания из фазных токов расчетного тока I0 соответствующей стороны:
в) для прочих схем соединения:
- для сторон со схемой соединения «треугольник» операции не выполняются, все прочие стороны рассматриваются относительно данной стороны;
- для сторон со схемой «звезда» выполняется операция ЦТ:
— одноименная часовой группе силового трансформатора для стороны;
— большего напряжения (относительно стороны, соединенной в треугольник);
— противоположная часовой группе силового трансформатора для стороны;
меньшего напряжения (относительно стороны, соединенной в треугольник).
ЦТ-1 ЦТ-11
Пример выбора операций выравнивания сторон
Для рассматриваемого трансформатора Y/Y/Д-11 должны быть проведены следующие операции:
- сторона НН — без изменений;
- сторона ВН — ЦТ-11;
- сторона СН — ЦТ-11.
Для трансформатора со схемой соединения Д/Y-1 должны проводиться операции:
- сторона ВН — без изменений;
- сторона НН — ЦТ-11 (одиннадцатая группа — в соответствии с указанным выше правилом).
Цифровое выравнивание сторон
Для цифрового выравнивания сторон осуществляют пересчет токов сторон в относительные единицы путем деления токов циркуляции Iц, определенных в соответствии с указанным выше, на величину номинального вторичного тока соответствующей стороны Iном вн, Iном сн, Iном нн.
Величины номинальных вторичных токов сторон трансформатора Iном вн, Iном сн, Iном нн вычисляют по выражению:
где:
S — номинальная мощность трансформатора, МВА;
Uном 3 — номинальное напряжение стороны трансформатора, кВ;
Ктт — коэффициент трансформации трансформатора тока стороны трансформатора.
Пример расчета номинальных вторичных токов сторон рассматриваемого трансформатора:
Вычисление токов циркуляции
Итоговые выражения, включающие в себя выполнение операций выравнивания и перевода в относительные единицы, заносятся в расчетные каналы программы «FastView» (рис. 2, 3):
Рисунок 2. Кнопка задания расчетных каналов. 
Рисунок 3. Задание расчетных каналов токов циркуляции.
При вводе выражений следует учитывать правильный регистр и язык в обозначении каналов. Для этого следует добавлять какую-либо стандартную функцию, выбирая необходимые каналы из списка, и затем редактировать выражения в общей таблице формул.
Полученные расчетные каналы показывают величины нормированных токов циркуляции, выраженные в долях номинального тока сторон.
Анализ векторной диаграммы
Полученные расчетные каналы токов циркуляции следует проанализировать на векторной диаграмме с целью контроля правильности выравнивания токов сторон по величине и по фазе.
Проверка осуществляется по осциллограмме нагруженного силового трансформатора или по доаварийному режиму осциллограммы срабатывания защиты.
Угол между векторами разных сторон соответствующих токов циркуляции должен быть около нуля или 180 градусов, сумма векторов сторон соответствующих токов циркуляции должна быть близка к нулю, как показано на рис. 4.
Рисунок 4. Правильная фазировка и выравнивание токов циркуляции в доаварийном режиме.
На векторной диаграмме рассматриваемого примера (рис. 5) видно, что угол между токами циркуляции сторон ВН и СН составляет 150 градусов (должно быть около 180), что говорит о неправильной фазировке цепей трансформаторов тока при подключении блока БМРЗ (несоответствие часовой группы). Также вектора сторон неодинаковы по амплитуде, что говорит о неправильном задании коэффициентов трансформации ТТ или номинальных напряжений сторон. При таком подключении защита может сработать излишне в случае внешних коротких замыканий (что и произошло в рассматриваемом примере).
Рисунок 5. Неправильная фазировка и выравнивание токов циркуляции в доаварийном режиме рассматриваемого примера.
Анализ срабатывания защиты
Анализ срабатывания защиты осуществляется путем расчета дифференциальных токов и токов торможения и их сравнения с заданными уставками срабатывания защит.
Для расчета дифференциальных токов необходимо сложить мгновенные значения токов циркуляции.
Для расчета токов торможения необходимо вычислить действующие значения первой гармоники токов циркуляции и найти их полусумму.
Выражения для расчета дифференциальных токов Idif и токов торможения Itorm заносят в расчетные каналы программы «FastView», как показано на рис. 6.
Рисунок 6. Задание расчетных каналов дифференциального тока и тока торможения.
Расчетные каналы тока торможения отображаются в действующих значениях.
Для отображения действующего значения дифференциального тока необходимо в основном окне программы выделить их каналы и переключить режим их отображения на первую гармоническую составляющую (рис.7).
Рисунок 7. Настройка отображения расчетных каналов дифференциального тока.
Перемещая вертикальный визир программы (рис. 8), отслеживают значение дифференциальных токов и токов торможения в контурах дифференциальной защиты. Необходимо учитывать, что величины отображаются в относительных единицах: долях номинального тока силового трансформатора.
Оценку срабатывания дифференциальной защиты с торможением (ДЗТ) осуществляют аналитически по выполнению условия:
Примечание
При анализе срабатывания дифференциальных защит следует учитывать:
- используемую блоком программу уставок (1-я или 2-я) и тип уставок ДЗТ (грубые или чувствительные) определяют по дискретным сигналам осциллограмм «Программа 2», «Грубые уставки»1;
- указанный способ расчета не учитывает коррекцию, вносимую системой слежения за положением РПН (если заданы параметры РПН и число ступеней РПН более 1);
- пусковые органы блока контролируют характеристики срабатывания защит 1 раз в 5 мс2;
- после срабатывания пускового органа его возврат осуществляется с коэффициентом возврата, указанным в РЭ блока (»0,9).
В рассматриваемом примере (рис.8) соотношение дифференциальных токов и токов торможения обеспечивает кратковременное срабатывание защит с последующим нахождением рабочей точки в зоне возврата.
Рисунок 8. Величины дифференциальных токов и токов торможения для рассматриваемого примера.
По материалам компании «НТЦ Механотроника»
1 Режим грубых и чувствительных уставок, учет положения РПН реализованы в блоках БМРЗ-ТД.
2 В блоках БМРЗ-ТД-12(13,02,03)-20-21 — 1 раз в 10 мс2.
