4. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ, ПИТАЮЩИХ РУСН 6 кВ
На рабочих и резервных трансформаторах СН, питающих потребителей РУСН 6 кВ, основными быстродействующими защитами являются дифференциальная защита, токовая отсечка и газовая защита, резервными — максимальная токовая защита или дистанционная защита.
Дифференциальная защита трансформатора основана на принципе, показанном на схеме рис. 9. Однако следует иметь в виду, что в дифференциальной защите трансформатора ток небаланса больше, чем в дифференциальной защите линии, на величину тока намагничивания, проходящего только через один комплект ТТ со стороны питания. В нормальном режиме и при КЗ ток намагничивания незначителен (обычно не превышает 3—5% номинального тока трансформатора) и может не приниматься во внимание. Однако при включении трансформатора под напряжение или при восстановлении напряжения на трансформаторе после отключения КЗ во внешней сети возникает быстро затухающий (в течение 0,7-1 с) бросок тока намагничивания, который в 8-10 раз превышает номинальный ток трансформатора. От этих бросков тока намагничивания дифференциальная защита трансформатора должна быть отстроена.
Кроме того, непосредственное сравнение вторичных токов в дифференциальной защите трансформатора невозможно ввиду их неравенства в условиях нормальной работы и при внешних КЗ. Это объясняется тем. что для трансформатора, у которого номинальные токи в обмотках
Рис. 14. Принципиальная схема включения реле РНТ-565 (для одной фазы) в схеме дифференциальной защиты трансформатора
высшего и низшего напряжений не равны по значению, практически невозможно выбрать по шкале номинальных токов выпускаемых заводами - трансформаторов тока такие ТТ, при которых вторичные токи в плечах дифференциальной защиты были бы одинаковыми. Надо отметить,' что конструктивное исполнение трансформаторов тока на стороне высшего и низшего напряжения также обычно различно, что обусловливает различные их характеристики и погрешности.
В связи с этим во избежание значительного возрастания токов небаланса необходимо выравнивать вторичные токи защиты. Выравнивание вторичных токов в дифференциальной защите трансформатора может производиться с помощью автотрансформаторов тока. Компенсация неравенства вторичных токов может осуществляться также в дифференциальных реле типа РНТ-565 и РНТ-566/2, применяемых в настоящее время на многих электростанциях.
На рис. 14 показана принципиальная схема дифференциальной защиты трансформатора с реле РНТ-565 для одной фазы. Это реле состоит из быстронасыщающегося трансформатора (БНТ) и электромагнитного токового реле КА1 типа РТ-40.
Основное назначение трансформатора БНТ - ограничивать ток в реле КА1 при бросках апериодической составляющей тока намагничивания защищаемого трансформатора и при появлении больших небалансов тока в дифференциальной защите из-за значительных погрешностей ТТ, возникающих в начальный момент КЗ.
Уравнительные обмотки wj ур и и*2Ур используются для компенсации неравенства вторичных токов в схеме дифференциальной защиты двух- обмоточного трансформатора. Рабочая обмотка н>р используется вместе с уравнительными обмотками в дифференциальной защите трехобмоточного. трансформатора. Вторичная обмотка ivBT предназначена для питания исполнительного органа реле КА1. Короткозамкнутая обмотка с включенным в ее цепь резистором RK предназначена для улучшения отстройки реле от бросков тока намагничивания и токов небаланса при возникновении внешних КЗ.
Минимальная магнитодвижущая сила срабатывания реле, равная А - Iw = 100 А, может достигаться изменением сопротивления резистора Кш, шунтирующего реле КА1.
В нормальном режиме и при внешнем КЗ в обмотках vviyp и и'2Ур проходят токи от трансформаторов тока ТА1 н ТА2, создающие противодействующие МДС Fj = flwl и F2 = 12и'2* Для того чтобы реле не работало, необходимо, чтобы эти МДС были равны друг другу. Это обеспечивается подбором витков wt и w2, соответствующих величинам вторичных токов /, и 1г, этим и компенсируется неравенство этих токов.
В реальных условиях в нормальном режиме и при внешних КЗ магнитный поток в БНТ не равен нулю, однако величина его не достаточна для срабатывания реле. При КЗ в зоне защиты в связи с питанием места КЗ только со стороны высшего напряжения трансформатора (подпитка от электродвигателей СН не учитывается) в БНТ возникает только одна магнитодвижущая сила Fx, создающая ток в реле КА1, в результате этого оно срабатывает.
Для трансформаторов, у которых дифференциальная защита включается на ТТ с номинальным вторичным током 5 А, применяются реле тока РНТ-565. При вторичных токах 1 А на стороне высшего напряжения применяются реле типа РНТ-566 или РНТ-566/2.
Дифференциальная защита трансформаторов СН до 16 MB * А включительно со схемой и группой соединения обмоток У/У-0 или Д/Д-0, выполняемая на реле РНТ, подсоединяется к ТТ на фазах А и С, так как эти трансформаторы питаются от сети с изолированной или компенсированной нейтралью и, в свою очередь, питают сеть 6 кВ СН с изолированной нейтралью.
Дифференциальная защита, выполненная на двух фазах, не действует в случае двойных замыканий на землю, когда одно из мест повреждений возникает в трансформаторе на фазе В, не имеющей ТТ, а второе на фазе А или С в каком-либо элементе, питающемся от данного трансформатора. Такое повреждение будет отключаться либо газовой защитой, если оно находится в самом трансформаторе, либо максимальной токовой защитой другого поврежденного элемента, если фаза В заземлена на выводах или ошиновке трансформатора. Такая ликвидация повреждения допустима, так как не приводит к разрушению оборудования.
На трансформаторах с расщепленными обмотками 6 кВ мощностью 25 MB • А и выше со схемой и группой соединения Д/Д-Д-0-0 дифференциальная защита осуществляется в трехфазном исполнении. Это обеспечивает действие зашиты при двойных замыканиях на землю и повышает ее надежность, что особенно важно в связи с относительно большой мощностью указанных трансформаторов.
На трансформаторах СН со схемой соединения обмоток У/Д-11 между первичными токами в обмотках трансформатора существует сдвиг по фазе на 30°. Такой угловой сдвиг будет между вторичными токами в дифференциальной защите трансформатора, если соединить в звезду ТТ с обеих сторон трансформатора. В результате углового сдвига в реле тока защиты появится значительный ток небаланса, обусловленный геометрической (векторной) разностью между вторичными токами, подводимыми к защите.
При внешних КЗ этот ток небаланса может вызвать неправильные действия защиты. Для компенсации указанного выше углового сдвига вторичные обмотки ТТ, установленных на стороне высшего напряжения трансформатора, соединяются в треугольник, а вторичные обмотки ТТ на стороне низшего напряжения трансформатора - в звезду. В результате этого токи, поступающие в реле, совпадают по фазе [1-4].
На резервных трансформаторах СН, присоединенных к шинам 110- 330 кВ, ТТ на стороне высшего напряжения соединяются в треугольник не только для компенсации углового сдвига между вторичными токами, подводимыми к защите, но также для предотвращения неправильного действия дифференциальной защиты при внешних однофазных или двухфазных КЗ на землю в сети 110—330 кВ в режиме работы трансформатора с заземленной нейтралью.
В этих случаях в сети 110—330 кВ появляются токи нулевой последовательности /0, которые из заземленной нейтрали трансформатора попадают в обмотку 110—330 кВ трансформатора, соединенную в звезду, распределяясь равномерно по каждой фазе. Они трансформируются в обмотку трансформатора, соединенную треугольником. В этой обмотке токи /о циркулируют, не выходя за переделы треугольника. В связи с этим токи нулевой последовательности могут протекать только через ТТ, установленные на стороне звезды трансформатора. Если эти ТТ соединены в звезду, то их вторичные токи будут проходить через обмотки реле, присоединенные к ним. Если же ТТ соединены в треугольник, то их вторичные токи замыкаются в треугольнике и в реле не поступают [1, 2, 4J. Поэтому на всех трансформаторах на стороне 110 кВ и выше ТТ должны соединяться в треугольник, этим устраняется воздействие токов нулевой последовательности на дифференциальную защиту трансформатора.
К особенностям дифференциальной защиты трансформаторов относится также необходимость отстройки защиты от токов небаланса при внешних КЗ, имеющих большее значение, чем в дифференциальной за-
щите линии, в связи с применением разных типов ТТ с различными погрешностями, наличием регулирования напряжения на трансформаторе и несовпадением в ряде случаев расчетного числа витков реле с фактически имеющимся в нем. Эти особенности учитываются при расчете дифференциальной защиты трансформатора.
В настоящее время дифференциальная защита трансформаторов выполняется с помощью дифференциального трехфазного реле типа ДЗТ-21. Такая защита обладает высокой чувствительностью, так как благодаря применению времяимпульсного принципа в сочетании с процентным торможением обеспечивается отстройка от бросков тока намагничивания защищаемого трансформатора и токов небаланса при внешних КЗ.
Времяимпульсный принцип отстройки защиты от бросков тока намагничивания позволяет отличить ток включения трансформатора под напряжение от тока КЗ при повреждении в зоне защиты, поскольку характер изменения токов в этих режимах различен [4]. Отстройка достигается путем выделения пауз тока в дифференциальной цепи и сравнения их длительности с заданным временем. Реагирующий орган (РО) защиты срабатывает, если длительность пауз на выходе релейного формирователя прямоугольных импульсов, входящего в РО, менее 5 мс. При синусоидальном токе КЗ, превышающем уставку защиты, паузы отсутствуют и РО срабатывает. При однополярных бросках тока намагничивания и переходных токах небаланса, превышающих уставку защиты, длительность пауз на выходе релейного формирователя более 5 мс, и РО не срабатывает. Для улучшения отстройки от разнополярных бросков тока намагничивания в защите выполнено дополнительное торможение током второй гармоники.
Для отстройки защиты от токов небаланса при внешних КЗ или самозапуске электродвигателей в защите ДЗТ-21 используется процентное торможение от токов плеч защиты. Ввиду того, что питание имеется только со стороны высшего напряжения (при отсутствии синхронных электродвигателей на шинах 6 кВ СН), можно было бы торможение осуществлять только от токов обмоток низшего напряжения трансформатора (при этом отсутствует торможение при внутренних КЗ), однако опыт эксплуатации показал, что при самозапуске возможны в определенных условиях токи небаланса, превышающие расчетные. Поэтому в настоящее время рекомендуется для улучшения отстройки защиты от токов небаланса при внешних КЗ и самозапуске электродвигателей выполнять процентное торможение как суммой токов расщепленных обмоток 6 кВ трансформатора, так и со стороны высшего напряжения трансформатора.
Вторичные цепи трансформаторов тока подсоединяются к рабочим цепям защиты через трансреактор ТА V (корректирующее звено в дифференциальной цепи реле), имеющий ответвления для выравнивания токов и дискретного регулирования минимального тока срабатывания за- 36
щиты в диапазоне от 2,5 до 5 А. Для расширения диапазона выравнивания токов плеч защиты и обеспечения возможности подключения защиты к ТГ с номинальным током 1 А используются автотрансформаторы типа АТ-31 (повышающие), обеспечивающие выравнивание токов в диапазоне от 0,34 до 2,5 А. При вторичных токах в цепи защиты более 5 А используются понижающие автотрансформаторы АТ-32 (выравнивание токов в диапазоне от 31,3 до 5 А). Автотрансформаторы поставляются комплектно с реле ДЗТ-21.
Цепи процентного торможения включаются на токи в плечах защиты через промежуточные трансформаторы тока ТА1, ТА2, имеющие ответвления для регулирования коэффициента торможения.
Рис. 15. Принципиальные схемы включения реле ДЗТ-21 в схеме дифференциальной зашиты трансформатора:
а - тормозные характеристики реле; б - схема подключения реле по цепям переменного тока, вариант 1,
При больших кратностях тока КЗ в защищаемой зоне возможно насыщение трансформаторов тока (особенно при наличии апериодической составляющей тока КЗ) и значительное искажение формы кривой вторичного тока (во вторичном токе появляются длительные паузы), что может привести к отказу защиты. Для резервирования действия защиты и уменьшения времени ее действия в этом режиме она дополняется дифференциальной токовой отсечкой.
Рис. 15. Принципиальные схемы включения реле ДЗТ-21 в схеме дифференциальной защиты трансформатора:
е - схема подключения реле по цепям переменного тока, вариант 2; г - схема трансформатора АТ-31 (АТ-32)
Конструктивно ДЗТ-21 представляет собой четырехмодульную кассету. Модули фаз (три по числу фаз) состоят из элементов рабочей и тормозной цепей и реагирующего органа. Четвертый модуль содержит общие для всех трех фаз элементы (усилитель, блок питания и выходные реле РП2).
Принципиальная схема дифференциальной защиты с реле ДЗТ-21 показана на рис. 15. Защита с использованием реле ДЗТ-21 имеет ток срабатывания примерно 0,3/ном, что позволяет обеспечить ее высокую чувствительность даже при изменении токов КЗ в связи с регулированием напряжения трансформатора.
Рис. 16. Принципиальные схемы включения реле дистанционной защиты:
а - с Реле КРС-2; б - с реле БРЭ-2801
