Глава четвертая
РАБОТА ПРОДОЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ БЛОКА ЛИНИЯ — ТРАНСФОРМАТОР ПРИ БРОСКАХ ТОКА НАМАГНИЧИВАНИЯ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Особенности работы ПДЗ блока линия — трансформатор
Наличие силового трансформатора (СТ) в зоне защиты создает специфические условия, требующие их обязательного учета для обеспечения правильного функционирования продольной дифференциальной защиты. Эти особенности связаны с броском тока намагничивания (БТН) при включении СТ и при восстановлении напряжения после отключения внешнего КЗ.
В последние годы интерес к влиянию БТН на поведение защит усилился. С одной стороны, это объясняется повышением требований к чувствительности и быстродействию защиты, с другой стороны, тем, что максимальные значения БТН в трансформаторах существенно увеличились. Последнее объясняется переходом на изготовление магнитопроводов СТ из холоднокатаной стали, у которой петля гистерезиса приближается к прямоугольной, а также качеством изготовления самих магнитопроводов: повышением точности изготовления, уменьшением воздушных промежутков и др. Согласно данным [42] БТН могут достигать 0,5Iктах, где Iкmax — максимальное значение тока КЗ, иными словами, Iбтах= (7-:-15)IНОМ·
Основные трудности, которые приходится преодолевать при практическом осуществлении ПДЗ блока линия — трансформатор заключаются в следующем. С целью достижения высокого уровня унификации релейной аппаратуры для защиты таких объектов стремятся использовать ПДЗ двухконцевой линии, дополнив ее устройством блокировки при БТН.
Однако при этом возникает задача, связанная с сохранением параметров защиты и, в первую очередь чувствительности, на прежнем уровне. Совершенно очевидно что ее решение возможно лишь на основе всестороннего рассмотрения особенностей БТН с целью обоснованного выбора наиболее эффективного способа отстройки защиты. К ним относятся: БТН при неодновременном замыкании фаз и при восстановлении напряжения после отключения внешнего КЗ, зависимости его гармонического состава и затухания и некоторые другие.
При разработке ПДЗ блока линия — трансформатор типа ДЗЛТ-1 были выполнены исследования БТН, которые обусловили особенности схемы и конструкции защиты. Поэтому было признано целесообразным описать результаты этих исследований в настоящей главе.
Методы расчета броска тока намагничивания
Трудности, которые возникают при анализе и расчете БТН, прежде всего определяются нелинейностью кривой намагничивания магнитопроводов СТ и необходимостью рассмотрения переходных процессов в трехфазных цепях при случайных значениях начальных условий. Все известные методы анализа БТН отличаются в основном способами аналитического представления кривой намагничивания (КН) и могут быть разбиты на две группы: а) основанные на использовании интегрируемой нелинейной аппроксимации КН [43]; б) с применением кусочно-линейной аппроксимации КН [44—47]. Общая характеристика методов и рекомендации по определению расчетных параметров СТ достаточно подробно рассмотрены в [48].
В настоящее время следует считать доказанным тот факт, что к наиболее совершенным относится метод кусочно-линейной аппроксимации КН, который позволяет достаточно просто учесть наиболее важный с точки зрения протекания переходного процесса параметр — остаточную индукцию магнитопровода СТ (Вr).
Наибольший вклад в разработку метода для анализа и расчета БТН принадлежит А. Д. Дроздову [44] и его научной школе. Исследования, выполненные с применением физического и математического моделирования, позволили установить закономерности возникновения периодических БТН и определять соотношения между периодическими и однополярными БТН с учетом групп соединения обмоток СТ, а также разработать практические рекомендации по проектированию и испытанию реле дифференциальных защит.
Рис. 4.1. Схема замещения при включений однофазного СТ на холостой ход (а) и аппроксимация кривой намагничивания (б)
Серьезные исследования выполнены зарубежными учеными. В [45, 46] дается описание метода применительно к однофазным СТ, а в [47] он развит для трехфазных СТ. f. Huber использовал для анализа БТН основные положения теории вероятности [42], а В. Pendlebury выполнил расчеты на цифровой ЭВМ [49].
Таким образом, метод всесторонне исследован и проверен на практике. Однако все исследования велись исходя из предположения, что включение фаз производится одновременно, также не были определены соотношения БТН при включении СТ на холостой ход и при восстановлении напряжения после отключения внешнего КЗ.
Схема включения однофазного СТ и аппроксимация кривой намагничивания даны на рис. 4.1. В общем случае схема первичной сети, как это показано в [44], может быть приведена к виду, данному на рис. 4.1,а, с заменой магнитной проницаемости воздуха μ0=4π·10-7 Гн/м некоторой условной магнитной проницаемостью, которая определяется на основе соотношения
где L=Lэк+Lр+Lнас.с; Lэк — эквивалентная индуктивность внешней цепи; Lp и Lнас.c— индуктивности, соответствующие потокам рассеяния и стали магнитопровода.