Содержание материала

Глава вторая
ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА В СХЕМАХ ЗАЩИТ ШИН
2.1. СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ ТТ

Основным фактором, препятствующим повышению чувствительности дифференциальных защит шин, являются погрешности трансформаторов тока в установившихся и особенно в переходных режимах КЗ. Как правило, максимальные погрешности ТТ возникают при КЗ вне зоны действия, когда по одному из ТТ проходит суммарный ток. Принятые в [1] рекомендации по расчету токов срабатывания защит шин приемлемы для установившихся режимов КЗ и не имеют достаточных обоснований для расчета уставок защит в переходных режимах.

Рис. 2.1. ТТ и его схема замещения

С развитием энергосистем, повышением уровня номинальных напряжений, существенным увеличением протяженности линий электропередач интенсивность переходных процессов повышается; в частности, время существования апериодической составляющей в токе КЗ может достигать 0,5—0,9 с. В этих условиях требуется разработка инженерных методов расчета погрешностей ТТ в установившихся и переходных режимах, которая невозможна без тщательного изучения процессов в ТТ.
Поведение одиночного ТТ в переходных и установившихся режимах описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений:

где в соответствии с рис. 2.1, а Фо —основной поток в сердечнике ТТ; Lσ1,Lσ2 — индуктивности рассеяния первичной и вторичной обмоток; R1, R2 активные сопротивления обмоток; Rн,  — параметры нагрузки; и1 — входное напряжение.
Аналогичными уравнениями описывается схема, изображенная на рис. 2.1, б, содержащая идеальный трансформатор с коэффициентом трансформации КI,м и нелинейной индуктивностью Ψ2(ί0) :

В настоящее время из-за отсутствия точных аналитических выражений кривых намагничивания решение указанных уравнений производят приближенно.
Так как максимальные значения напряженности магнитного поля Η ТТ, используемых в защитах, намного превышают коэрцитивную силу Нс, то допустимо производить замену реальной кривой намагничивания (с учетом частных циклов перемагничивания и остаточных индукций) однозначной характеристикой [6]. Такая характеристика в [36] названа расчетной. Вид последней зависит от типов применяемых ТТ.
 

Рис. 2.2. Классификация ТТ

Особую группу составляют ТТ с МДС Iwном≥600 А, у которых в процессе работы наблюдается неравномерное намагничивание стали вследствие влияния соседних фаз или обратного провода.
В схемах защит такое явление наблюдается относительно редко, поэтому влияние обратного провода и соседних фаз в данной работе не учитывается.
У ТТ первой группы рабочие точки при ε=10 % находятся на колене кривой B=f(H) и даже несколько ниже. Поэтому для них пренебрежение намагничивающим током до колена кривой вносит в расчет погрешность, превышающую 10 %. При этом расчетная характеристика намагничивания должна содержать в квадранте три и более участков ломаной линии, а сам расчет следует выполнять с помощью вычислительных машин.
У ТТ второй группы пренебрежение намагничивающим током до колена кривой в рабочем диапазоне первичных токов и вторичных нагрузок погрешностей, превышающих 10 %, в расчеты не вносит. Поэтому для таких ТТ допустимо использовать простейшие виды кусочно-линейной аппроксимации характеристики намагничивания:прямоугольную (ПХН) или «спрямленную» (СХН). Расчет при простейших видах аппроксимации можно производить аналитически или на ЭВМ с представлением результатов в виде обобщенных кривых.
При синусоидальном первичном токе и активном характере нагрузки на ТТ, что обычно имеет место в защитах шин напряжением до 500 кВ, критерий допустимости простейших видов аппроксимации можно выразить в виде соотношений для первичных токов и сопротивлений вторичной цепи. Известно, что аппроксимация характеристики одного и того же ТТ с помощью ПХН или СХН дает не всегда одинаковую точность расчета. Поэтому целесообразно найти границы допустимости простейших видов аппроксимации. Естественно предложить следующий критерий допустимости: если в условиях
10%-ной полной погрешности изображающая точка находится за коленом кривой намагничивания для действующих значений напряжения и тока, то можно пренебречь током намагничивания до колена кривой и проводить расчет либо по ПХН, либо по СХН.

Применение простейших видов аппроксимации во многих случаях дает возможность с достаточной точностью провести анализ поведения дифференциальных защит сборных шин. В частности, при использовании прямоугольной характеристики намагничивания и соблюдении критериев допустимости (2.2), (2.3) можно
анализировать работу защит с торможением на выпрямленных токах. Для дифференциально-фазных защит большое значение имеет погрешность по переходу тока через нулевое значение [32], которую при соблюдении критериев допустимости можно вычислять с использованием «спрямленной» характеристики намагничивания.
При анализе поведения реле РИТ в режиме КЗ вне зоны действия, как показывает опыт, следует правильно учитывать ТТ питающих присоединений, обладающие относительно невысокими погрешностями. В этих условиях удобно рассматривать эквивалентный ТТ питающих присоединений, а его характеристику следует аппроксимировать СХН либо числом участков, большим трех.

Рис. 2.3. Схема замещения ТТ с СХН