/
Теги: энергетика
Текст
A-с.Зае........
Репейная защита
ТРАНСФОРМАТОРОВ
ан"""'"".....
А.С.3асыпКИН
Релейная защита
ТРАНСФОРМАТОРОВ
МОСКВА ЭНЕРrОАТОМИЗДАТ 1989
ББК312705
336
удк 6213142226 621316925
Ре ц е н з с н т М А Шабад
3асьшкии А С
3 36 Релеиная защита трансформаторов М ЭнерrоаrQМН3Д3Т
1989 240 с
ISBN 5 283 010279
Приведсны в обобщенном виде ;арактеоистики аварийных и анор
ЬНЬ::О ;:и:О а: :й T tO ; B : : :а:ще:r; ::
: :О3 : :И е :I х Р ;:ц: овП;: : ::; : :;:х Т:::Ф :::
мулированы требования к функционированию релейной защиТы от
:: Ч: : r П С::; ::::;:: y: a зас;: q :: е B: :e
уделеНо релейной защите с встроенными ПСРВИЧИЫМИ измерительными
пре а в,:::;:: технических работников энерrосистем проектных и
научно-исследовательских институтов
З 164-89
051 (01) 89
ББК 31 27-05
Производственное издаНие
Засыпкии Александр СерreС8ИЧ
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ
Редактор т н Дороднова
Редактор издательства И И Лобысе8а
Художественные редакторы В А rозак Хозак
Технический редактор Е В Пронь
Корректор С В Малышева
ИБ N' 2525
Набор вьmолиен в издательстве ПОх:'исано Bc ;:: Ь Оiиrи:;:лч=.;:аок;: яоsу
e 6S714 O TK O O T88 1 6 :: и: ал о;'; 41 Тираж 15000 экз Заказ 6733
:;r:а о и=Дат 113114 Москва М 114 l1Iлюзовая изб 10
=Ч в,;:;ве:: g ;:зб::::яо и е:r :И и с ::::л ;::; к:; и :он
издате СССР 113054 Москва М 54 Валовая 28
ю в Со3QНСКОЯ
ISBN 5 283 01027 9
@ Эиерrоатомиздат 1989
оrЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Введение
r л а в а пер в а я ВиутреИlDlе КороТкие ззмыJtatDIJl трансформаторов И Тра
боваиии К ЧУВСТВИteЛыюстн И быстродеисt8иlO релеиJЮИ защиты 13
1 1 Виды внутренних коротких замыканий 13
1 2 Методы расчета токов внутренних коротких замыканий 16
1 3 Результаты расчета и аНализа токов внутренних коротких замыканий 20
1 4 Требования к чувствительности и быстродействию релейной защиты 31
1 5 Короткие замыкания в Последовательной обмотке автотрансформа
roра 36
1 6 Циркулирующие токи в обмотках траНСформаторов при внутренних
коротких замыканиях 43
r л а в а в т о р а я АJЮРмальиые ражимы трансформаторов н их ВЛИИlDlе
на работу релеиJЮЙ защиты 58
2 1 Общие сведения об анормальных режимах 58
2 2 Метод обобщения результатов ЧИсленных расчетов Переходных про
цессов в нелинейных цепях энерrосистем ДЛя релейной защиты 63
2 3 Математическая модель трехфазноrо трансформатора при ero насы
щении 66
24 Расчетные ВИДЫ БИТ (без уЧета затухания) 74
2 5 Обобщенная кривая затухания тока включения и ее применения 84
2 6 Параметры трансформаroра и характеристики БИТ 99
27 Перевозбуждение трансформатора и требования к функциоиирова
нию релейной защиты 108
28 Особые режимы преобразовательиых трансформаторов 115
2 9 Анализ поведения дифференциальной защиты с реле РИТ и ДЗТ 1 О
при насыщении трансформатора в особом режиме 135
r л а в а т р е т ь я Пераходиые процессы в трансформаторах тока при 000
бых УСЛОВИJlХ 138
3 1 Общие сведения 138
3 2 Переходный процесс в трансформаторах тока пра БИТ 140
3 3 Вторичные токи ТТ в особых режимах преобразовательноro транс
форматора 146
r л а В а ч е т в е р т а я СовершенствоваtDIе релеиJЮИ защиты трансформа
торов ИСПользующеи 8нeWlDle первичные измерительные преобразователн 152
4 1 Анализ состояния и ОСНОВНЫе направления совершенствования ре
леАной защиты трансформаторов 152
42 Выбор параметров срабатывания устройств релейной зашиты с уЧе
том переходных процессов в трансформаторах 160
43 Принципы построения измерительноrо opraHa распознавания БИТ 162
44 Дифференциальныс; реле РИТ 560 и ДЗТ 10 с детектором искаже
ния формы Тока 168
45 Устройство контроля исправности токовых цепей чувСТВительной
дифференциальной зашиты 181
4 6 Сверхбыстродействующее устройство дифференциальной защиты
использующей налряжение трансформатора 185
47 Устройство для блОКИРОВКИ диффереJЩиальной защиты трансфор
матора с трансформаторами тока новых ТИПОВ 188
48 Устройство релейной защиты ПОCJIеДовательноrо реrулировочноro
трансформатора 192
r л а В а п Я т а я Реленная защита трансформаторов с встроенными пер
вичными нзмернтелltНwми преобразоватеJlRМИ разнioJX ТИПОВ 195
5 1 Принцип структурной отстройки 195
5 2 Устройства релейной защиты с датчиками НасыщеНИЯ маrниТоПро
Вода трансформатора 196
S 3 Устройства релейной защиты с датчиками поля рассеяния 206
S 4 Защиты трансформатора, реаrирующие На циркулирующие токи в
оБМО11Сах 214
5 5 Релейная защита обмоток трансформатора от неполных витковых
замыканий 228
Список литераТуры 238
ПРЕДИСЛОВИЕ
Техническое совершенство нахОДJIщихся в ЭКСШIуатацин устронств
релейной защиты от внутренних короткнх замыканий (КЗ) мощных
трансформаторов энерrоснстем недостаточно дли зффективноrо orpa
ннчении объема н стелени повреждении трансформатора, что лрнводнт
к больщому народнохозяйственному ущербу Основными показатели
ми техническоrо совершенства являются защитоспособность и быстро
та срабатывании В кннrе рассматриваютси возможности создании релен
ной защиты мощиоrо трансформатора, обладающей lОО%.ной защнто
способностью, т е чувствительной ко всем вндам К3 в любои точке об
моток, и сверхбыстродействием, т е временем срабатывания менее
S lO мс ДОС1ИжеШfе таких показателеи соответствует "скачку" тех
ннческоrо совершенства ДJJи ero реалнзации требуетек не замена эле
ментиой базы, а разработка ЛРНlЩJlпиально новых устронств Решение
задачи возможно только на основе более rлубокоrо изучеШfЯ процес
сов в трансформаторе в аварннных н анормальных режимах, выивлении
новых закЩlOмерностей н ннформаnшных связен, в частНос1И между
возникновением КЗ н ero ПРОllвлениими, которые мoryт быть зафнк
снрованы устройствамн релеЙ1l0Й защиты
Кннra по своему содержанию делнтси на две части В лервую часть
(rл 1 3) входнт описание н аналнз аварийных н анормальных режи
МОВ мощиых силовых трансформаторов С учетом лереходных процес
сов в первичиых нзмернтельных преобразователях Этот матернал не
обходнм дли лравнльноrо определении лараметров срабатывании суще
ствующих устройств реленнон защиты н дли разработки новых уст
ройств С повышенным техническим совершенством В основу аналнза
н обобщенноro лредставлении результатов нсследований лереходных
лроцеосов в существенно Нелинейных целих (насыщающиеси транс
форматоры, неулравлиемые н улравлиемые вентилн) лоложен новын
метод, основанный на ИСПОЛЬ3Qв3ЮIИ решения "порождающей" задачи
н аснмптотнки по малому параметру Этот метод нспользуется в прн
водимых ннженерных методиках
Вторая часть (rл 4 5) посвищена повышению техннческоro совер
шенства релейнон защиты мощных трансформаторов н содержит пред
ложении по реалнзацин следующих налравленин улучшение параметров
срабатывания реленнон защиты, находищенся в ЭКСШIуатацин, путем
уточненноrо учета переходных анормальных режимов, модерннзация
устройств, находящихся в эксrmуатации; разработка новых устройств
с повыше'йной эффеl<ТИВНОСТЬЮ идеНТИфИl<ации режимов при исполь-
зовании традиционных внешних первичных измерительных преобразо
вателей трансформаторов тока н иапряжения; разработка новых
принципов построения релейной защиты трансформатора, например
принципа СТРУI<ТУРНОЙ отстройкн от режимов с требованием несрабаты-
вания, реализуемоrо при использовании различных, в том числе нетра-
днциониых, встроеlПlЫХ первичных измерительных преобразователей
В книrе приводятся в основном результаты разработок, выполнен-
ных автором или под ero руководством сотрудниками Новочеркасско-
ro политехническоrо института, ПО "Запорожrрансформатор", Bceco
юзиоrо института трансформаторостроения, Южиоrо отделения вrпи
и НИИ "ЭнерrосетьпроеI<Т" и друrих орrанизаций.
Автор выражает 6лarодарность М.А. hlабаду за большую работу по
рецензированию l<ННfИ.
Все замечания и пожелаНИЯ по юmrе просьба направлять по адресу
113114, МОСl<ва, M-114,lIlлюзовая наб., 10. Энерrоатомиздат.
Aerop
ВВЕДЕНИЕ
Строительство крупных атомных, тепловых и rидравлнческнх элект-
ростанций, межснстемных электропередач напряжением 500, 750 и
1150 I<В перемеиноrо ТОl<а н 1500 I<В постоянноrо ТОl<а (1) требует
применения трансформаторов н автотрансформаторов большой едннич-
ной мощности и высоких классов напряжения.
Статистика показывает, что с ростом класса напряжеlПlЯ н мощнос-
ти трансформаторов растут параметр ПОТОl<а отказов, Ijrод (по [2]
с 0,009 прн 110 I<В дО 0,103 прн 500 I<В), абсолютный и относнтель-
ный народнохозяйственный ушерб от повреждений трансформа-
торов
Рост параметра ПОТОl<а ОТl<азов трансформаторов прн увелнчении
мощности можио обьяснить следующим образом. Если траисформа-
тор большой мощности проектировать как объединение (последова
тельно-параллельное соеднненне) трансформаторов меньшей мощности
(злементарны),, то параметр ПОТОl<а ОТl<азов обьеднненноrо трансфо-
матора будет пропорционален числу элементарныx трансформаторов,
т.е. мощности, так как отказ любоrо элементарноrо трансформатора
приводит к отказу объедннеlПlоrо. Поэтому увеличение мощности
трансформатора не может выполняться экстенсивным путем, а требу
ет новых конструктивных н технолоrических решений.
Для снижения ушерба от аварийных повреждений мощных транс-
форматоров возможны следующне основные взаимосвязанные направ
ления (рнс. B.I)
повышение надежности на стаднях конструирования н нзrотовле
ния;
совершенствование снстемы техническоrо днarностирования (oцeH
I<И состояния), способной фИl<сировать начальную СтадИЮ развивающнх-
ся повреждений н проrнознровать надежиость трансформатора в про-
цессе эксrmуатации;
совершенствоваlПlе снстемы релейной защиты, отключающей транс-
форматор от знерrосистемы при ВОЗНИl<новении К3 н действуюшей на
отключение илн на сиrнал при опасных анормальных режимах;
применение снетем автомаrическоrо пожаротушения
Работы в этих направлениях непрерывно ведутся мноrими пред-
привтнями н орrанизau.иями Минзлеl<тротехпрома СССР, Мннэнерrо
СССР. Минвуза СССР и друснх министерств
Рис В 1 Основные направления снижения ущерба от аварийных повреждений траН
сформаторов
Требования к надежнос1И трансформатора н к Функционнрованню
систем диаrностирования и релеинои защиты находятсЯ в д,иалекти
ческом ед,инстве Ужесточение тех и друrих требовании способствует
снижеиию аварииноrо ущерба и нуждается в дополнительных затратах
Существенныи результат в повышении уровня техническоrо совер
шенства досшrиутыи по предыдущим в перечне иаправлениям сни
жает предельныи эффект от реализации последующих направлении
Так чем надежнее трансформатор тем меньше экономическии эф
фект от совершенствования д,иаrностирования релеинои защиты н при
менения автомашческоrо пожаротушения Отрицательные связи яв
ляются направленными и показаны на рис В 1 штриховыми линиями
Однако при существующем уровне ЭКСШ1уатационнои надежносш оте
чественных мощных трансформаторов повышение техническоrо совер
шенстВа систем диаrносшрования и релеинои защиты является экономи
чески эффективнои и актуальнои задачеи Для решения ее требуются
несоизмеримо менышfe затраты чем для обеспечения необходимои на
дежности трансформатора на весь срок эксrтуатации
Эффективность системы д,иаrностирования определяется ее КОМШlекс
ностью и степенью автоматизации В ЭКСШ1уатации необходимо контро
лировать электрическое и механическое состояния изоляции обмоток
отводов переключателеи маrнитопроводов конструкционных частеи
остаточные деформацни и состояние запрессовкн обмоток вибрации
исправность схемы заземления акшвных Частеи характеристики транс
форматорноrо масла HarpeB контактов итоковедущих частеи воз
никновение неисправностеи 8спомоrательных систем и пр Не все из
требуемых измерении можно проводить в настоящее время без вывода
трансформатора из работы Те же параметры которые можно изме
рять иа работающем трансформаторе позволяют оценивать наде)fOiОСТЬ
с очерь низкои достоверностью Несмотря на успехи в разработке ме
тодов И средств д,иarносшрования развивающихся повреждении путем
анализа растворенных в масле rазоВ измерения и локации часшчных
разрядов в условиях эксrтуатации измерения под иапряжением д,и
электрических характеристик контроля rerтoBoro режима и т Д наме
чеиное в двенадцатои пяшлетке совершеиствование системы техничес
Koro д,иarносшрования не может повлиять на снижение требовании к
системам релеИНОI{ защиты и пожаротушения
Системы автомашческоrо пожаротушения Moryт запускаться от
устроиств релеииои защиты или специальных устроиств обнаружения
пожара Пррмеиение специальных устроиств пракшчески исключает
излишние запуски но создает задержку подачи управляющеrо воз
деиствия Если опыт эксплуатации покажет что задержка будет при
вод,ить к снижению эффекшвносш пожаротушеНИII то может ока
заться целесообразным осуществлять комбинированныи запуск ис
пользуя дополнительно устроиства релеинои защиты от К3 приводя
щих к пожарам с наибольшеи вероятностью Повышение чувствитель
ности и быстродеиствия релеииои защиты снижает вероятность возник
новения пожара вследствие К3 в обмотках но практически не влияет
на нее при К3 на вводах Поэтому от системы релеинои защиты транс
форматора может дополнительио потребоваться распознавание К3 в
обмотках н на вводах Необход,имость применеиия систем автоматичес
Koro пожаротушения тем меньше чем совершеннее системы техничес
кото д,иаrиостирования и релеииои защиты
Система релеинои заI.цитыI трансформатора имеет два назначения
основиое автоматическое без выдержки времеии отключение транс
форматора от энерrоснстемы при воэникновении BHyтpeHHero К3 н
дополнительиое сиrнализация или отключение трансформатора с вы
держкои времени при возникиовении опасноrо ненормальноrо (анор
мальноrо) режима работы [3] Дополнительное назначение реленнон
защиты соответствует основному назначению автомашческои диаr
носшки В устроиствах релеинои защиты как и в устроиствах диаr
иосшрования Moryт использоваться неэлектрические принципы при
мер rазовая защита Неэлектрические устроиства релеинои защиты
как правило деиствуют с временем большим чем электрические уст
роиства достаточно совершеииои осиовнои защиты и поэтому выпал
няют по существу функцин блнжнеrо резервнрования
Анализ повреждении трансформаторов по материалам орrанизации
Мннэнерrо СССР н Мннэлектротехпрома СССР занимающнхся нссле
дованием причин авариииосш трансформаторов rоворит о том что
большая часть отказов трансформаторов обусловлена К3 Так напрн
мер в [4] иа с 7 приведены статисшческие данные по повреждениям
отечественных крупных трансформаторов напряжением 220 SOO кВ
за 1963 1973 rr в которых указывается что повреждения вызваи
ные нарушением элекrрическои прочности составляют 51 9 % общеrо
количества пов реждении Стоимость ремонта мощноrо трансформа
TOp "II\\В еJ\и1!Ш t'<mr в результате BHyтpeHHero КЗ и отключенноrо
репеинои защитои (rазовои дифференциальнои или обеими) в сред
нем составляет 60 650/ а в некоторых случаях приближается к ото
вои иене трансформатора время аварииноrо ремонта существенно пре
вышает норму ПJIOСТОЯ В W1aHOBO предупредительном капитальном ре
OHTe Обусловлено это тем ЧТО при существующеи релеинои защите
ремонт трансформатора после BHyтpeHHero КЗ требует как правило
смены всех обмоток При пожаре трансформатор вообще ремонту не
подлежит КJIOме Toro обследование поврежденных трансформаторов
не выявляет пеРВQначальную причину пав реждения из за большоrо
объема разрушении т е не позволяет внести необходимые изменеЮfЯ
в КОНСТРУКЦИЮ трансформатора повышающие ero надежность без
существенноrо изменения СТОИМОСТИ
Повышение эффективности функционирования рenеинои защиты
трансформаторЬв обеспечивает ЭКОНОf\.1Ическии эффект по следующим
составляющим
уменьшение затрат на ремонт блarодаря оrраЮfчению объема разру
шения защищаемоrо трансформатора в пределах однои двух катушек
требующеrо при ремонте замены этих катушек а не всеХ обмоток
трансформатора как при существующеи релеинои защите
уменьшение затрат на транспортировку к месту ремонта и обратно
блаrодаря возможности во мноrих случаях выполнять ремонт не на
заводе И'3rотовитеJtе а на ремонтных предприятиях Минзиерrо
СССР
уменьшенне ущерба за счет сокращения времени ремонта трансформа
тора и следовательно времени простоя знерrоблока при повреждении
блочnоrо трансформаtора а в общем случае в ремеJШ отклонения ре
жима энерrосистемы от оптимальноrо
повышение максимальиои мощности электропередаЧJ( WIи сниже
ние объема разrpузки по условию обеспечения устоичивости при К3
блаrодаря повышению быстроты срабатывания релеинои защиты
своев ременное внесение изменеЮfИ в конструкцию трансформато
ра повышающих ero надежность блarодаря возможности выявлеНИя
причин повреждения при отключении трансформатора в начальнои ста
дии возникновеиия К3 что оwбенно важно в период приработки уни
кальноrо оборудования
Возможность получения существенноrо эффекта от совершенство
вания релеинои защиты в известнои мере подтверждается нмеющим
ся в ПО Запорожтрансформатор опытом ремонта трансформаторов
отключенных защитои с током срабатывания около 03 номинальноrо
тока трансформатора (реле типа ДЗТ 21) и отключенных защитои с
током срабатывания более номинальноrо тока трансформатора (реле
РНТ560илнДЗТ 11)
Таким образом оценка основных направлеЮfИ СЮfжеЮfЯ ущерба
от аварииных повреждении мощных трансформаторов Показьmает
10
что совершенствование релеинои защиты от внутреНIШХ К3 является
актуальнои и важнои народнохозяиственнои задачеи
Решенню указаннои задаtВf и посвящена эта книrа В нен рассматри
ваются вопросы электрическои релеинои защиты мощных трансфор
маторов во взаимосвязи с их внутреннеи структурои
Определение мощиыи условно ОТНОСИТСЯ К трансформаторам
(автотрансформаторам) мощностью 25 63 МВ А и бопее к репеи
нои защите которых в ПУЗ [5 3221 п 4] предьявляются особые
требования (установпена верхняя rраница тока срабатывания днффе
ренциальнои защиты) помимо требования проверки чувствительиос
ти при К3 на выводах
К репеинои защите траисформаторов малои и среднеи мощиости
(условно ДО 25 МВ А) MaCCOBoro производства ДОПЖНЫ предьявлять
ся И предъявляются облеrченные требовання удовлетворяемые щиро
ко применяемыми универсальиыми техIOlЧескими решеЮfЯМИ ОlПlсан
ными в частности в [6] Особениостью этих решении является пред
ставление трансформатора черным ящиком Не исключено что учет
и изменение внутреннеи структуры массоВыХ трансформаторов как
и мощных (концепция белоrо ящика) позвопит радикально упрос
тить и упучщить их релеиную защиту Однако дЛЯ реализации концеп
ции белоrо ящика необходимо учитывать требования релеииои за
щиты уже на стадии проектирования трансформатора
Релеиная защита от внутренних КЗ трансформатора допжна пра
вильно функционировать в аварЮfНЫХ и анормальных режнмах К ава
рииным режимам относятся все виды виутренних К3 к анормальиым
броски НамarНИЧИВающеrо тока перевозбуждеЮfЯ переrрузки внеш
Юfе К3 в том числе особые аварииные режимы подключенных к транс
форматору преобразовательных установок В некоторых режимах пер
вичные измерительиые преобразователи работают с болышlи поrреш
ностями что также необходимо учитывать Для определения характе
рнстик внутренЮfХ К3 вообще rоворя должна решаться нелииеиная
трехмерная полевая задача при исследовании анормальных режимов
с насыщением маrЮfТОПроВОда силовых и измерительных трансфор-
маторов решается задача расчета переходных процессов в нелииеиных
мarнитных н электрических цепях Требования к функционироваЮfЮ
релеинои защиты мoryт быть выработаны только после обобщеЮfЯ
результатов расчетов зкспериментальных исследовании и испыта
нии Большое число факторов делает задачу обобщеЮfЯ полученных
результатов достаточно сложнон
Разработка более соверщенных устроиств релеинои защиты транс
форматора которые должны по разному функционировать в трудно
распознаваемых режнмах представляет собои сложную f\.1Иоrовариант
ную задачу сннтеза
Сложность рассматриваемои проблемы в научиом отнощении явля
еТСЯ причинои большоrо числа научных работ f\.1ИоrиХ сотен статеи и
11
изобретеНии десятков кандидатских диссертации защищеиных в иашеи
стране за прошеДl1IИе ] О ] 5 лет Научtю исследовательские и коист
рукторские работы по зтои пробпеме ведутся за рубежом в Японии
США странах Ев ропы
Большое количество разработок с виедреНием лишь единичных эк
земlU1ЯРОВ rоворит о том что результаты иаучноrо поиска ДО сих пор
не удовлетворяют эиерrетику Ш1и электротехническую промышлеи
иость Одиа из причин TaKoro положения стреМ1lение мноrих авто
ров решить пробпему путем иаращивания количества используемых
признаков идеитификации анормальиых и аварииных режнмов приво
дищеrо к усложнению устроиств Это обеспечивает повышение зффек
тивиости функционировании ио до опрецелеииоro предела При зтом
аппаратиая иадежность достиrается использованием встроеиных средств
иепрерыl!иоrо диаrиостироваиия и введением аппаратуриои избыточ
носПf что еще более УСЛОЖНJIет устроиство релеииои защиты в целом
Автор придерживается точки зрения CBoero учителя проф А Д Дроз
дова что устроиства основнои релеииои защиты должны быть как мож
ио более простыIи и надежными бпarодаря имеино простоте Для защи
ты трансформатора такои путь стаиовится возможным за счет иезначи
тельноrо измеиения ero коиструкции пракmчески не требующеro за
трат если оно выполняется иа стадии проекmроваиия трансформатора
Локальные абсолютио селективиые устроиства релеииои защиты
траисформаторов разработаниые автором с участием сотрудников ПО
3апорожтраисформатор и коиструкторов ВИТ обпадают иа порвдок
более высокои чувствительностью и быстродеиствием чем существую
щие устроиства С точки зрения перспективы развития авroмаmзации
и релеииои защиты эиерrосистем и переходз иа микропроцессориую
базу они предназиачены для Ю1жнеи ступени подсистемы противоава
риинои автоматикИ и выполняя самостоятельные функции одновре
меиио будут служить цатчиками ииформации цля верхних ступеиеи
rЛАВА ПЕРВАЯ
ВНУТРЕННИЕ КОРОТКИЕ ЗАМЫКАНИА ТРАНСФОРМАТОРОВ
И ТРЕБОВАНИА К ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
И БЫСТРОДЕЙСТВИЮ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
1 1 ВИДЫ ВНУТРЕННИХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ
Виутреииие К3 возникают при повреждеиии изоляции обмоток (rлав
иой и продольиои) или отвоцов Возможны слецующие вицы виутреи
иих К3
К3 иа выводах обмоток однофазиые и миоrофазиые
К3 в обмотках межобмоточные в однои фазе между обмотками
соседних фаз обмотки иа землю (заземленныи бак маrиитопровод)
межкатушечиое в катушечиых обмотках полиое витковое и неполное
витковое
К виутренним К3 ие отиосятся замыкаиие листов электротехни
ческои стали маrнитопроводз замыкаНИе элемеитов коиструкции осто
ва а также замыкаиие между параллельиыми проводзми одиоrо вит
ка Эти повреждеиия ие представляют иепосредствеииои опасиосm для
трансформатора так как MorYT существовать длительно Они должны
обиаруживаться не устроиствами релеинои защиты а устроиствами
днаrиостики
Авария может иачИнаться с любоrо из перечислеииых видов внут
ренних К3 но нанболее вероятиы в начальнои стаДИИ межкатушечиое
и витковое замыкаиия
На рис 1 1 показаны сечения катушек в обмотках различиых типов
и примеры точек возможных замыкании иа рис 1 2 схемы пов реж
денных обмоток с указаниыми иа рис 1 1 замыканиями
Межкатvшечиое К3 (МК3) ВОЗНИкает из за повреждеиия продоль
нои межкатушечиои изоляции В результате МК3 замыкаются нако
ротко две рядом расположенные катушки из которых СОСТОЯТ обмот
ки катушечиоrо ПfПа непрерывиые и переплетенные При МК3 об
те каются током К3 все вИтки двух рядом расположенных катушек
Витковое замыкание возникает при повреждении продольнои витко
вои изоляции В обмотке из одноrо провода не имеюшеи рядом распо
ложеиных параллельных проводников (номинальныи ток меньше
40 120 А) при этом замыкаются накоротко одии или несколько вит
ков в завиСИМости от типа обмотки непрерывная (рис 1 1 а и 1 2 а)
13
а)
/'1К3
НI<З
/'11<3
Рис 1 1 Сечения катушек в обмотках различных типов
а б однопроводная в 2 мноrопроводная (двухпроводная) непре
РЫБная б 2 переrтетенная
ПВ3
ПВ3
5)
"--r' е)
Рис 1 2 Схемы поврежденных обмоток "оказанных на рис 1 1
т о)
или переплетеиная (рис 1 1 б и 1 2 б) Такое витковое замыкание
называют попным (ПВЗ) В ОДl{ОПроВОДl{ои переплетеннои обмотке
током К3 обтекается W K ИЛИ w K 1 витков двух катушек в завися
мости от места ПВЗ rде W K ЧИСЛО витков однои катушки На
рис 1 1 а б покзззны штриховкаи ВИТКИ с TOItOM К3
В обмотке ИЗ нескольких параллельныx ПроБодав (мноrопровод
нон) повреждение внтковои изоляции (между ряДОМ расположенны
ми в катушке витками) вызывает ззмыюumе между разными витка
ми разных параллельных проводов неполное витковое замыкание
14
' r' # rl Ш ' '
f( т юз
It I
2 I,п 2
I3 [3
а) п т К LJ 5) 8) п т К
Рис 1 3 Витковые замь кания в непрерывной двухпроводной обмотке
а б неполное (ИВЗ) б развертка обмотки в полн()с (ПВЗ)
Рис 1 4 Короткое замыкание в винта
вой реrулировочной обмотке
а сечение части обмотки б
электрическая схема обмотки
IIOHep lIo/'1ep
C ) битка
II
[I] 1
D:J
EE )
[I]
CLJ п
[I]
CLI
CIJ а}
lIo/'1ep
ступени
1
(НВЗ) (рис 11 в z и 1 2 в _)
При НВ3 ток замыкания оrрани
чивается сопротивлением относи
тельно протяженных контуров
образоваиных лараллельными: про
водами между точкои нх замыка
ния и концами ( спаями) обмотки
Налряжение до замыкання между
рядом расположенными в катуш
ке ВИткаМИ непрерывиои обмот
ки равно напряжению одноrо вит
ка а переrшетеннои обмотки
W K ИЛИ W K 1 витков в зависи
мости от места НВ3
В мноrопроводиых обмотках возможно витковое замыкание только
в виде НВЗ Переход НВЗ в ПВЗ произоидет после переrораиня изопя
ции в месте заМЫКания между всеrvrn параллельными проводами замк
нувшихся витков Протекание тока в проводах двухпроводвои непре
рывнои обмотки при НВЗ и после перехода в ПВЗ илпюстрирует рис 1 3
Можно указать ориентировочную rраницу мощности обмоток нз меди
трех фаз траисформаторов выше которои витковые замыкания начииа
ются как правило с нвз 63 мв А при напряжении 35 кВ 25 мв А при
15
110 kB, 80 МВ А при 220 кВ 125 МВ А при 330 кВ, 250 МВ А
при 500 кВ
При замыкании между рядом лежащими ступенями (ходами) рету
лировочной обмотки ВИНТОВОrО типа током К3 обтекаются две ступе
ни. ЧТО ВИДНО ПО рис 1 4, rде током К3 обrекаются ступени 5 и 6 вось
миходовой ретулировочной обмотки (РО)
При МК3, ПВЗ и особенно ИВ3 ток сети значительно меньше, чем
при друrих ВИДах внутренних К3, поэтому ЭТИ виды К3 являются рас
четными для проверки ЧУВСТ8ительности релеиНQИ защиты
1 2 МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТОКОВ ВНУТРЕННИХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ
Полиое витковое и межкатушечное заМЫК31Пtя Расчет выполняется
решением системы уравнений для мапrnтно и электрически связанных
цепен обмоток трансформатора При этом КОРОТКQЗ3МКНУТая часть
любой обмотки рассматривается как отдельная обмотка, а двухоБМQ
точный трансформатор, иапример, с вводом в середину обмотки ВН
как 3 5-обмото'lНЫЙ (рис 1 5) в зависиМОСТИ от места К3 и режима
ОДНQсrороинеrо ИЛИ AВycтopoHHero питания
Возможны два способа учета параметров обмоток 1 сопротнвле
пиями К3 всех пар обмоток [7], 2 собствеиными и взаимиыми сопро
тивлениями обмоток [8] Сопротивления К3 можно определять как
расчетом ПО rеометрическим размерам обмоток, так и эксперименталь
но, собственные и взаимные сопротивления только расчетом Первый
способ примеияется шире Он положен в основу так называемых урав
"еиий мноrообмоточноrо трансформатора, рассматриваемых ниже
Число сопротивлений К3 дЛЯ п-обмоточното трансформатора равно
C = п(п 1)/2,
при п = 5, с; = 10
УравиеlПfЯ мнотообмоточноro траисформатора На рис 1 6 приведе
на расчетная схема п-обмоточноrо трансформатора, указаны ПОЛОЖИ
тельные направления потока, токов и напряжений
(] 1:&)
ln
Zz
Рис 1 5 Схема двухобмоточноrо трансформатора с внуТреННИМ К3
Рис 1 6 Расчетная схема п--обмоточноrо трансформатора
lб
Приведем парамеrры всех обмоток (напряжения, токи, сопротивле
ния) к одному числу ВИТКОВ При ЭТОМ ЭДС g наводимая rлавным
Маrнитным ПОТОКОМ , одинакова во всех обмотках, R 1 , R 2 R n
активиые сопротивления обмоток, X11 Хи Х пп собственные
сопротивления рассеяния, обусловленные потоком рассеяния, сцеп
леиным с каждои обмоткои, Х,l (1 = 1, , п, 1 = 1 , п, 1 =1= l)
взаимиое сопротивление рассеяиия, обусловленное потоком, замыкаю
щимся по немarнитиои среде (козффициент пропорциональности между
ЭДС рассеяния, навод;имои в 1 И обмотке, и током 1 й обмотки),
l Z2 п сопротивлеиия внешних цепеи
Запишем уравнеЮfЯ для напряжении на выводах обмоток
у, = Ii R,!., JXl1!.' J X 12f., Jx'n!.n,
У2 =л R 2 !2 j X 2I!..1 j х и12 jX 2п!п,
}
(1 1)
Уп =л Rn!n jX n lll jX n2 !.2 jXnn!.п
Падения иапряжения в трансформаторе равны разностям напряжении
обмоток
!.!, !.!, =R,j, R,1, (JXl1 JX21)J., +
+ (Jx 22 Jx,,)J, + + (Jx,n Jx,n)J.n,
)
(1 2)
У1 Yп = Rn!. R,!., (J X l1 Jx",)l, +
+ (Jx n , JX12)l, + + (Jx nn JX'n)!.
Намаrиичивающим током преиебреrаем, поскольку в наrрузочном
режиме и при К3 ои весьма мал Поэтому
1, + 1, + + 1п = О
Подставим в уравнеиия (l 2)
1, = Ь + + 1п
и сrрупnируем tV1eHbI
у, y, = [(R, + R,) + J (Хl' X21 X12 +x,,)]l, +
+ [R, + J (Х" X21 X,п + x'n)]l. ,
} ''''
!!, !!п= [R, +J(Xl1 Xп, X12 +х п ,)[, +
4.[(R,+Rn)+J(x,, xn, x,n+xnn)J1.
17
Для упрощения зтих выражеЮfИ используем следующие известные
соотношения
X,l = Xl l ,
индукrnвное сопроrnвление К3 двух обмоток 1 и /
XKll =Х" X,l+XU X,l=X" 2x r l+XU'
ИНДУК1Ивное сопроrnвлеЮiе первоrо луча трехлучевои схемы заме
щения трех обмоток 1, 2, п
Х12п = O,5(XK12+XKlп XK2п)= 0,5(Хll 2XI2+X22+XII
2xln + Х пп Х22 + 2Х2п Х пп ) = XII XI2 Xln + Х2п,
X,U =Х Е1 xrl Х ll + Хи=Х ll 2X,l +У U = XKll,
аК1Ивное сопроrnвлеиие К3
RK,I = R, + RI = R'/l'
аК1Ивное сопротивление 1 ro луча трехлучевой схемы замещения
" 1 п
R'ln = O,5(R, +R 1 +R, +Rn RI Rn) = R, }
Подставнм зти соотношення в скстему уравненнй (1 3)
!!1 !!2 = (R'22 + j X l22)J2 + + (R 12n + jX,2.)1.,
!!1 !!. = (R'п2 + j X l.2)1> + + (R,n. + jX,..)J.
.
Эта снстема в общем виде, дополненная уравнеЮfем "i:.l , = О, назы
ваеТСя уравнеЮfЯМИ мноrообмоточноrо трансqюрматора 1
!!1 !!I = '/21> + + '/lll + + 1l.1., }
1 = 2, , п,
[, + Ь + + 1. = о
(14)
П р н м е ч а н и е НапряжеЮfе обмотки, подключенной к ИСТО\ffiИКУ
питания, подставляется в снстему уравнении (1 4) с обратным знаком
Порядок индексов у каждоrо соответствует первому напряжеЮfЮ
(опорному), второму напряженню н току, ток первой обмотки (опор
иой) в систему уравнении для паденнй напряжеЮfЯ не входит, смысл
индексов расumфрован выше
Для определеЮlЯ всех Z. 111 ДостаТО\ffiО знать для всех пар обмоток
значении K' которые рассчитываются по rеометрическнм размерам
илн измеряются
; I Ozc тg:; IB lc
И, [рЕе Ош,
а) 1, 5)
Rn
е)
Рис 1 7 Схемы замещения для расчета ИВ3
4 исходная, б аварийНОro режима в и 2 преобразованные аварийноrо
ражима
Расчет напряжений и токов обмоток трансформатора выполияется
совместным решением системы уравненнй (1 4) и уравиений внешнеи
схемы Для рис 1 6 уравнения виешней схемы
&1 = ll l+YI' !!2=12 2, , Yп=JnZп
Примененне уравненнй мноrооБМОТОЧl10rо трансформатора для ра
счета токов при К3 в послеДовательиой обмотке автотрансформатора
рассмотрено в 1 5, для расчета циркулируюших токов В 1 6
Неволиое витковое заМЫкаlDlе Расчет удобио выполнять с использо
ванием электрической схемы замещеЮiЯ для собственно аварийноrо
режима Получение этой схемы показано на рис 1 7 Исходная схема
(рис 1 7, а) соответствует НБ3 на холостом ходу трансформатора
Между замкиувumмися точками т и п проводов а и б включим две
равные встречно направленные ЭДС Уз = Увит W з , rде Увит витковое
напряженне Совместное действие одвой из ЭДС Уз и ЭДС сети Ее опре
деляет предшествуюший режим, а действие второй ЭДС Уз собствеи
но аварийныи режим Схема 3Toro режима показаиа на рис 1 7, б Части
проводов а и б с 'Шслом вИтков WI, W2 можио считать бифилярными
и учитывать в схеме замещения только акrnвными сопроrnвлеЮlЯМИ
Нарис 17,8
R[ = 2R 1 + R з R/l =2R 2 +R з ,
rде RI R 2 , R з акrnвные сопротивления проводов с числом ВИТКОВ
Wl, W2. W З Поскольку активное сопроrnвлеЮfе проводов с ЧИСЛОМ вит
ков W З вынесено за пределы этой часrn обмотки, то точки е и f можно
19
i
сЧИТаТЬ эквипотенциальными. Эквивалентное сопротивление сети и
трансформатора относнтельно обмотки W 3 на рис 1 7, _ обозначено Z 3
обозначим коордннату НВЗ
а (w, + 0,5w з ){w о
rде W o == W 1 + W2 + W З ЧИсло ВИтков обмоткн тorдa
RJ a2R n a2R o т o Rll (1 а) 2Rn (1 а) 2Roтo,
rде Ro электрическое сопротивление обмотки из то параллельных
проводов, Rn сопроnmлекне одното провода обмоткн
Ток в месте НВЗ по рис 1,7,_
J!з J!з
[нвз з+Rl"Rl1 lз+а(l а)2Rп
(1 5)
ОТсюда следует, что [нвз микнмален прн а 0,5, т е при ИВЗ в се
реднне обмотки Наибольшие значекня [нвз имеет при a m1п 0,5 w 3 /w o
и а тllХ = 1 а тrn
Аварииная: составляющая тока в сетевои обмотке
1с 1нвз w 3 /w c
1 З. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА И АНАЛИЗА ТОКОВ
ВНУТРЕННИХ КОРОТКИХ ЗАМblКАниlI
Полное 8ИТkОвое и меж:катушечное 38мыкаlDtя По методике, изло
женной в 1 2, были выполнеиы массовые расчеты токов ПВЗ н МКЗ в
обмотках силовых трансформаторов и автотрансформаторов 110
750 кВ мощностью выше 25 МВ А, выпущенных или выпускаемых ПО
"Запорожrрансформатор" Расчеты ВЫПолнялись на цифровой ЭВМ в
расчетио конструкторском бюро ПО "Запорожтрансформатор"
Значекня аварийных токов при ПВЗ рассчитывалнсь как для одно
проводных, так и мнотonроводных обмоток после перехода НВЗ в
ПВЗ В непрерывных обмотк х ПВЗ соответствует КЗ одното витка,
в переrтетенной КЗ однои катушки, витки которой распределены
в паре катушеk Межкатушечное замыкание рассматривалось как КЗ
пары катущек
Исследование влияния Mecta расположения короткозамкнутых
витков в обмотке показало, что при ПВЗ в переплетенной обмотке
и МКЗ в любой обмотке зиачения токов зависят только от однои КООр
динаты оmосительной ординаты О < а < 1 J определяющей reOMeT
рическое расположение поврежденнон пары катушек в обмотке При
изменении а ток может изменяться в 1,7 2 раза Он минимален при КЗ
на краю обмотки, коr,ЦЗ а a тtlx = 1 wf</w o rде wf< ЧИсло ВИтков
одной катушки, W o 1DfСЛО витков обмотки, в которой произоnто
замыкание Зависимость относительиоrо тока в сети [с. от а при ПВЗ
20
Рис. 1 8 Зависимости ОТНОalтельноro аварий- 1(,* 11
ното тС)ка се1И от ординаты КЗ 1
1 ПВЗ и МК3 в переплетенной обмотке ОН
(ТЦ 250000/500) 2 "вз в непрерывной 05- 1,5
мотке ВН (ТДЦ 125000/330)
1,0
и МКЗ в переплетенной обмотке ВИ а 5 I
нмеющей ввод в середнну, для трансфор-- ,
матора Щ 25ОООО{5ОО показана в качест I
;;:И: ;:';;fиН k;: :e :e О 0,2 O, 0.6 атак а
ной обмотке практически одинаков, так как практически одинаковы со
противления lC3 между любой обмоткон и короткозамкнутыи витками,
но в месте КЗ ток при ПВЗ в 2 раза больше, чем при МКЗ, Так как чис
ло короткозамкнутых витков в 2 раза меньше
При ПВЗ в непрерывиой обмотке значекня токов зависят от двух
координат, определяющих положение короткозамкиутоro витка в об
мотке Токи МИЮfМ8Льны при КЗ на краю обмотки, но зависимость от
ординаты а слабая (10 25 %) нз за влияния на ток акnmното сопротив-
лениJI короткозамкнутоrо витка, не завнсящеrо от ординаты В зави
сиМQC1И от рад:иальноro положения короткозамкнутоrо витка ток мо
жет изменяться на 1 О 15 % Зависимость [с. от а при ПВЗ в непреры8
нои обмотке ВН трансформатора ТДЦ 125ООО{330 Показаиа кривой 2
на рис 18 ,
Исследование влияния активноrо сопротивления обмоток, в том
числе короткоэамкнутых внтков, на пеРИОД)lческую сосrавляющyIO
тока КЗ показало, что при ПВЗ в непрерывной обмотке необходнм
учет акnmното сопротивления короткозамкнутоrо витка, прн nВЗ в
переплетенной обмотке и МКЗ в любых обмотках, а также при более
тяжелых поврежденнях активные сопротивления обмоток можно не
учитывть.
В результате расчета токов при номинальном напряженнн без учета
сопротивлеЮfЯ злектрической дyrи и сопротивления IDfтающей сети
получены следующие минимальные значения аварийноro тока сети
в оmосительных номинальных единицах
ПВЗ в непрерывных обмотках из oAНOro провода О 1 o 3
ПБЗ в непрерывных обмотках из несколькнх парап
пельных проводов О 3 o 7
ПВЗ в переплетенных обмотках О 5 1 О
МКЗ в любых оБМОТf<ах О 5 1 5
Неполное витковое замыкание По методике изложеннои в А 1 2,
были выполнены расчеты токов НВЗ для катущечных обмоток ВН и
СН реальных трансформаторов мощностью от 25 до 1000 МВ А на
иаприження от 35 до 750 кВ (всето более 30 характерных типов) Ре
21
I п *
I c *
10
О
0,1 0,20/'3 0,* of
0,1 0,2 0,3 0,4 а
а)
Рис 1 9 Относительные аварийные токи при ИВ3 в зависимости от координаты
Места замЫКания
а ТОЮf замкнувtпеroся проводника б токи сетевой обмотки Н непре
рывные обмотки, П переплетенные обмотки
зультаты расчетов в виде областей относительных значений токов замк
ИУВIIПIХСЯ ПроВОДЮlКОВ /п. = In/1nHoM и сетевой обмотки /с.=
= Ic/lc НОМ прнведеиы на рис 1 9
Из рис 19, а следует, что в замкиувшихся ПроВОДЮlкзх возникают
ЗИЗ'D:Iтельные ТОКИ, обычно во миоrо раз превышающие номиналЬНыЙ
ток проводника Ток в месте НВ3 Iнвз = Iп (а) + Iп (1 а) не бывает
меньше иомиНальноrо тока ПроВОДЮlкз Отсюда следует, что НВ3 без.
условио опасиы дия мощных траисформаторов
Однако аварийный ток в сети в болышmстве случаев весьма мал,
особеlmО при НВ3 в непрерывных обмотках (рис 1 9, б) Мииималь
ные значения аварийиоrо тока в сети при НВ3 в середине переплетен
иой обмотки (а = 0,5) имеют ПОРЯДОК десятой доли иомииальноrо ТО
ка обмотки (О,06 О,З), при НВ3 в середине непрерывиой обмотки
десятой доли процеита (O,OOO6 O,oOI5)
Количествеlm.. оценка влияиия сопротивлення Zз в формуле (1 5)
на ток НБ3 показала, что это влияние исчезающе мало при НВ3 в сере
дине обмотки любоrо типа, т е минимальные аварийные токи следует
рассчитывать по формулам
22
/НБзтт = UвитW з . Iнвз.тт=2Iп.тln= ,
O.SmoR o Ro.
2wi.
IC*mlп = ,
то R о.
rде U вит .iЗпряжение од.ноrо витка, w з = 1 в непрерывных обмотках,
w э = W K 1 в переплетенных обмотках, W K 'D:Iсло ВИТКОВ ОДНОЙ ка
тушки, Ro электриче кое сопротивлеlВfе обмотки с W o витками ИЗ
то параллельиых ПроВОДЮlКОВ,
Ro. = Rolo НОМ / и о ном, W З * = W3/ W O
Оцеика поrрещнос1И от замеиы rpeхфазиоro трансформатора одио-
фазным в расчетах ТОКОВ внyrреИlmХ К3 Одиу фазу диухобмоточно
то трансформатора с К3 в обмотке можно представить трехлучевой
схемой замещения с сопротивлениями лучей Z К' Z В' Z Н [де Z К СООТ
ветствует короткоззмкнутои части обмотки, Z в обмотке ВН, Z н
обмотке НН
В результате выполненных иа цифровой ЭВМ расчетов эквивалеит
НbIX сопротивлений лучей дия различных траисформаторов с К3 в раз
личных местах обмотки получены следующие приближенные соотно
шения
основное влияние На значение тока К3 оказывает сопротивление
ZK(ZK » ZB +ZH = ZKBH HH), в KOТOpoM, eдyeT учитывать IШДYк-
тивную Н акnmную составляющие прн ПВ3 в непрерывной обмоmе
и только иидуктивную составляющую при ПВ3 в переметенных и МК3
в любых обмотках,
сопротивлщmя Z в н Z н можно считать реакnmныи,,
сопротивление луча, соответствующеrо обмотке, в которой пронзо
ито замыканне, значительно меньше сопротивления луча, соответствую
щerо дрyrой обмотке
Так, иапример при ПВ3 и МК3 в обмотке ВН сопротивлеlmе Х В =
= (O,OI5 O,2)XK BH HH' соответствеlmО Хн = (O,985 o,8)XK BH HH
ЭТО позволяет в оценочных расчетах полаrать сопроnmлеlВfе луча,
соответствующеrо повреждениой обмотке, равным нулю, а луча, СООТ
ветствующеrо неповрежденной обмотке, равным сопротивлению К3
этих обмоток
Воспользуемся этими соотиошениями для оценки поrрешностн расче
та тока BHyтpeHHero К3 по однофазноя схеме вместо трехфазной
Расчетным режимом :внутрениеrо К3 является одностороннее ПИта
ине трансформатора, так как в этом режиме проверяется чувствнтель
ность релейllОЙ защитыI
Ток в точке К3 о Д и о фаз и о т о траисформатора (без учета трех
фазности) прн roпании ero со стороны обмотки в которон пронзоllШО
23
'"
Ее Х с 1 Х СО [ZIJ Н 11 [Li] Х с l Ее
8H t>HH
- а}
Рис 1 1 О Короткое ззмыка
Ине в обмотке трансформзто
ра В режимах 1 4
а расчетная схема б
схемы замещениЯ Нулевой
последовательности
'I ,O 'O O
x,, HH'j! Хш HH'j! 1 t
1 0/ 3.
КЗ, и при питании со стороны неповрежденнои обмотки соответственно
Е:с Де
JK(I) = ZK+jX e !К(1) = ZK+jXKBH HH+jXe (16)
rде Ее, ХС эквивалентные эде и сопротивление IUfтающеи сети
При расчете токов т р е х фаз н о r о трансформатора с К3 в об
мотке ВИ или НН КОРОТКQзамкнутая часть обмотки выделяется в от
дельную обмотку К и рассматривается режим однофазноrо К3 на вы
водах зтои обмотки К (1) (рис 1 10)
Рассмотрим четыре режима, различаюЩИХСЯ тем, какая обмотка по
врежденз и каКой стороной трансформатор пОДключен к питающеи
сети 1 повреждена ВН, питание со стороны ВН (ВН, ВН), 2 ВН, НН,
3 НН, ВН, 4 НИ, НН Дпя этих режимов схемы замещения нупе
вой последовательности "оказаны на рис 1 10, б, выражения для экви
валентных сопротивлений различных послеДовательностей 1, 2, О приве
доны в табл 1 1
т а б л и Ц а 1 1 Эквивалентные оопротивлеtDIR в раэ.n:ичиых режимах
Ре
21 22
Zo
Х , . В (18)
2к+ /Х е l
ZK + j (х к BH HH Ilx cO ) Х е l. Х к BH HH. "ХеО.
2 к + /х к ВН НН Х с l.
2к + / (Х к BH HH +
+ Х с1 )
ZK +j(xKBH нн+ ZK
+ Х е l)
Х е l.+ Х КВН НН.
ZK + JXcl
ZK
Хеl.
24
Ток в точке К3 т р е х фаз н о r о трансформатора при Z, = Z,
определяется по формупе
ЗЛе
J к (з) = 2Z, +Zo
(J 7)
Подставив в (1 7) значения эквИвалентных сопротивлеЮiЙ Z 1, Z о
из табл 11 с учетом (16) при Хе = Х е !, приияв Ее. = 1, получим соот
ношение (для модулей приближенное)
IK(1)/IK(3) = 1 ; IK(1),X",
откуда относительная поrрешность от замены трехфазиоrо трансфор
матара однофазным
1 = [к(1) [к(3) = 1..IK(1)'X'"
[к (3) 3
(1 8)
rде 1 к (1) . относительное иоминальиое значение тока К3, приведеино
ro к стороне питания (ток сети) без учета трехфазнасти, 1 = 1 4 ио-
мер режима, в выражеЮiЯХ для X f ., приведеиных в табл 1 1, сопротив
ления системы и трансформатора Хеl., ХеО., Х К ВН НН. выражеиы в
относительиых номииальных единицах траисформатора
По статистическим данным для бопее 95 % случаев Х е l. < 0,065
Примем Х е l . = 0,1, Х К BH HH. = 0,1, Torдa наибольшее значеЮiе сопро
тнвпення Х/. в (18), соответствующее режиму 3, Х,.тах = 0,1 + 0,1 =
= 0,2 Дпя проверки чувствительности релейнои защиты ток К3 сравии-
вается с ее током срабатывания Примем в (1 8) Iк (1) . равным току
срабатывания чувствительной Д):Iфференциальной защиты, т е IK(l) . =
= O,3 O,5, Torдa 1тах = i (O,3 0,5) 0,2 = (2 3,3) % При использова
ЮiИ более чувствительных защит "1 тах снижается Отсюда видно, что
замена трехфазноrо трансформатора однофазным в расчетах токов внут
ренЮiХ К3 дЛЯ проверки чувствительности релейной защиты вполне
допустима
Эквивапеиmaя постоянная времени силовоro траисформатора для
pacqeтa тока КЗ Для расчета эквивалентнои постоянноЙ времени апе
риоднческих составляющих тока, ВОЗЮiкающих в первый момеНТ К3
необхоД):lМ учет актнвных сопротивлении обмоток Рассмотрим этот
вопрос вначале примеЮiтельно к внешиему К3 а затем распространим
выводы и на виутреНЮiе К3
3начеЮiе постояниои времеЮi Т К СИЛовоrо трансформатора (авто
трансформатора) обычно определяется по относительиым иапряже
нию К3 U К . И потерям К3 Р к ., измеряемым при НОМИналЬНОЙ
25
а) I»
R , [ 1 [ 2 [3
Рис. 1.11 Схемы замещениЯ трансфор-
маТора в режиме ВНешНеrо К3
а элеМеНТарНая ячейка; б общая
схема
2,o 0,01
Рис. 1.12. Частотная характерисrnка коэффициента ПоТерЬ и ее аrmроксимаuия
частоте, Т К = L к/ R K и к ./ Рк.' Это значеlПiе без обосновании исполь.
зуется в расчетах апериодической составляющей тока К3, влияющей на
электродинамическую стойкость электрооборудовзlПiИ, отключающую
способность выключателей. поведеlПiе релейной защиты в neреХОДНЫХ
режимах. Поэтому вопрос о методе расчета постоянной времеlПi сшю-
Boro трансформатора и выборе определиющеro ее акТИВноrо СОПРОТИВ-
леlПiИ требует исследовзlПiИ и уroчнеюlЯ, на что обратил ВНИМaюt:е ав.
тора Л.В. Лейтес. ." "'_
Уточнить расчет переходноro процесса К3 можно, если воспользо-
ваться схемой замещеlПiИ трансформатора, имеющей частотную 'ха-
рактеристику потерь К3 более близкую к ориrииапу, чем схема ИЗ по-
следовательно соединенных L к и R к, ДЛИ которой потери не завИСИТ
от частоты. Это утверждеlПiе основано На существовании однозначной
зависимости, вытекающей ИЗ преобразовзlПiЯ Фурье, между переход-
ной функцией и вещественной частотной характеристикой.
Известно, что потери К3 представляют собой сумму основных по-
терь в токоведущих частях и добавочных потерь различных ВИДОВ.
Основные потери не завИСИТ от чаСТОТы и У'Штываются в схеме заме-
щения трансформатора послеДовательно включенным злектрическим
сопротивлеlПiем обмоток и ОТВОДОВ, измеренным при ПОСТОЯННОМ
токе. Добавочные потери от вихревых ТОКОВ в проводах обмоток н
меЛких частях пропорционалЬНЫ квадрату частоты. Потери в массив
НbIX частях пропорциональны частоте в степени от 0,5 до 1,5, но мож-
НО принять их пропорционалЬНЫМИ чаСТОТе в степеlПi 1,0. Расчетные
добавочные потери от циркулирУющих токов можно в зависимости от
параметров контура относить ШIИ к основным потерям, ШIИ к потерям
от вихревых токов в проводах обмоток [7].
Любой вид добавочных потерь, характернзуемый показателем сте.
пени частотной зависимости, изменяющимся в пределах от О до 2, можно
26
учесть в схеме замещения трансформатора последовательной ячейкой,
состоящей из параллельно включенных активноrо сопротивлеlПiЯ и ин-
дуктивности, У'Штывающен часть потока рассеяlПiЯ, вызывающую зти
потери (рис.1.11,а).
Действительно, в схеме рис. 1.11, а мощиость потерь
р= J'R(",T}'f[1 + <",Т}'] =J'RС п ,
rдe Т = L/R постоявнав времени контура; Сп = (",T}'f(l +
+ ('" Т)'] коэффициент потерь, равный квадрату КОЗффlЩllента то-
кораспределения С в схеме рис. 1.11, а, Сп = С' = (JR/ п'.
Частотная характеристика коэффициента потерь в лоrарифмическом
масштабе построена на рис. 1.12. Ее можно аппроксимировать тремя
линейными участками (справа напево по трафику): 1} при '" Т z; т 2,
IgС п =0,С п =I;2}приО,5<",Т<2,lgС п =lgО,5+ Ig",T= Ig2'
Сп = "'; ; З} при ",Т < 0,5, IgС п = 21g ",Т, Сп = (",Т)'. На
первом участке мощность потерь не зависит от частоты, на втором
зависимость линейная, на третьем квадратичная.
Общая схема замещения трансформатора в режиме внещнеro К3
приведена на рис. 1.11, б. Резисторы R" R" R, учитывают соответст-
венно основные потери Р осИ> добавочные потери, пропорциональные
частоте в первой степени, Р доб.рас' добавочные потери, пропорцио-
нальные частоте во второй степеЮl, Р доб.обм' которые приводятся
в расчетной записке трансформатора. Для этой схемы замещения ко-
эффициенты потерь
СП, = ",T,f2; Сп, = (",Т,)',
тде 0,5 < '" Т, = ",L ,/ R, < 2; '" Тз = ",L ,/ R, < 0,5; зквивапентные
активиое и иидуктив ное сопротивления К3 транс форматора
R K = = Р оен + РДОб. ае + Рдоб.обм = )
3I T . HOM 3I т . иом
= R, + Сп,R, + Сп,R з '" R, + ",T,R, + (",T,}'R,;
(1.9)
Х К = ",L, + (1 Сп,}",L, + (1 Спз}",L, '"
'" ",L,+(I +",т,)",т,R,+(I ""Т;}",ТзRз.
Параметры схемы замещеlПiЯ на рис. 1.11, б можно определиrь из
опытов К3 при трех частотах, однако такие опыты не практикуются на
заводах изroтовителях трансформаторов. Их можно определить также
по приводимым в расчетной заIПIске трансформатора Р оси' Р доб.рас'
Рдоб.Обм' и к , если предварительно задаться значениями wT 2 и WTз,
27
обеспечивающими требуемую зависимость добавочных потерь от час
тоты (иапример, <и Т, = 1,0, <и Т, = 0,1)
При испытаниях трансформаторов измеряютс" Р к Р осн ин По
этим данным МОЖНО приближенно определить параметры только еще
более упрощенной схемы замещения, состоящей из последовательно
включенных L 1 , R 1 И контура L 1 1R 1 , учитывающеrо все добавочные
потери, если предварительио задаться значением '" Т 1 , обеспечиваю
щим требуемую зависимость суммарных добавочных потерь от часто.
ты на низких частотах При ЗТОм ИСПОпьзуются выражения (1 9) с дву-
ми слаrаемыми в правой части и соотношения
L K . = Х К . и к ., R K . = PK/STHOM.
R 1 . = Р ос "/ ST ном С П1 R 1 . = R K . R 1 .,
(1 10)
сп, = (IUT,)'f(! + (<иТ,)']
Для этон схемы свободнзи составляющая тока при уrле включения
а = О и уrле сдвиrа вынужденнои составляющен тока 'Р к 900
( Р1 PI' PI Р1' )
11cB Im e e ,
Р1 PI P1 Р!
rцe 1т A::I и т / Х К аМIU1итудное значение вынужденноrо тока, PI, Р1
корни характеристическоro уравиения,
[ R, ( R' ) R' ] R,R,
р, + р, = 1 + + ,р,р, =
LI Rt L1 LIL1
Заменим свободную составляющую тока одной экспоиеитой и опре
делим ее эквивалентную ПОСТОИННую времени по условию равенства
количества электричества в действительных и заменяющих условиях,
как зто принято в репейной защите [9]
71'CBdt= 7 Imе I/ТЭК'dt,
о о
откуда
ТЭКl= = +
PIP2 RI R 2
ИЗ (1 11) с учетом (1 9) спедуют три неравенства
(jJ L, + L, Ф L, + (1 Сп,Н ,
Тэн, > > R,
(111)
28
= = 2=тн
RI R 1 +С и1 R'2 R K
(1 12)
/де R H = R, + Cn,R" L H = L, + (1 cn,)L, зкВНВапентиые актив
ное сопротивление и индуктивность КЗ трансформатора, Выражениые
через параметры схемы замещения
Оценим неравенства (112) с учетом (110) и резупыатов испыта-
ний трансформаторов Неравенства 1 и 2 в (1 12) оцениваются отноше
нием
т ЭК I ( L I + L:2 L '2 ) R ,
I::iR, = + я-; L,+ (1 Cn,)L,
=1+ Cn'2L1 + =1+ "'T'1Cn1/(1 +
L H <uLH/R, <uL H
= 1 + "'Т'2 (Р К Р ОСН ) + "'Т'1 Р ОСИ
"'LK/Rt UK.STHOM UK.STHOM
= 1 + <uT,PHf(U H . STHOM)'
(1 13)
rде '" Т'1 определяется показателем степени частотtJой зависимости ДР
бавочных потерь Отношение (113) макСИм1Щьно при пинейной зави-
симости, для которой можно принять "'Т1 = 1
Неравенство 3 в (1 12) оценивается отношением
LH / LH
= RH/R, = Рн/Р осн
Rl R K
(1 14)
Расчет (1 13) и (1 14) по резупьтатам испытаний трансформаторов
220 750 кВ мощиостью Вьппе 25 МВ А, выпущеиных ПО "Запорож-
трансформатор" с 1963 /, показывает, что Тэн, превышает LH/R,
менее чем на 5 %, которое, в свою очередь, преВЬШIает L K / R K
в срецнем дпя указанных кпассоВ напряжения в 1,55 1,7 раза Позто
му при расчетах апериоцнческой составляюшей тока КЗ за трансформа
тором для целей релейиой защиты можно использовать Вместо Т ЭК I
значение L к/ R 1 , rде RI электрическое СОПРОТИWIение обмоток транс
форматора, ио не L к / R K , rде R K активная составляющая сопротивле.
ния КЗ
Значение L к / R I . так же как L к / R K , существенно завнсит не только
от мощности и класса напряжении траисформатора. но н от ero кон.
струкции, ЧТО В оценочных расчетах обычно ие учитывается В таких
расчетах, еспи известно L H / R H можно HaxoЦ1lTЬ L н/ R, умножением
е/о на усрецнениый коэффициент 1,6
При внутреиних КЗ в обмотках траисформаторов ДП" опрецепения
эквивалентной постоянной времени нужно испол!>зовзть электричес
29
кое сопротивление короткозамкнутых витков приведенное к числу
витков обмотки без учета добавочных потерь Однако зачастую расчет
не требуется из за малон вероятности возникновения апериодическои
составляющеи если не учитывать повторное включение под напря
жение поврежденноrо трансформатора и из за пренебрежимо малои
постояннои времени при витковых замыканиях
Таким образом можно сделать вывод что при определении экви
валентнои постояннои времени апериоднческои составляющеи тока К3
дЛЯ анализа поведения релеинои защиты следует использовать электри
ческое сопротивление обмоток трансформатора а не активную состав
ляющую сопротивления К3 определяемую по суммарным потерям
К3 как это принято в настоящее время
Влияние электрической дyrи в обмотке трансформатора на зиачение
и форму аварииноrо тока Виутреиние КЗ мощиых силовых траисфор
маторов являются каК правило дуroвыми Электрическая .цyra rорит в
rазовои среде образованнои испарением и днссоциациеи масла и твер
дои изоляции на волы амперную характеристику дуrи оказьmают
влияние мноrие факторы материал электродов и расстояние между
ними состав rаза в котором rорит .цyra условия охлаждения дуrи
зависящие от места возникновения К3 и конструкции обмотки элек
тродинамические силы .цеиствующие на .цyry и зависящие не только от
зиачения тока К3 места возникиовения К3 и конструкции обмотки
ио и от тока иаrрузки и ряд друrих факторов Существующие матема
тические модели электрическои .цуrи сильно идеализированы и далеко
не адекватны объекту иа что указывалось например в днскуссии по
[10] r.цe подчеркивалось научное и практическое значение эксперимен
тальных исследовании
Автору не иэвестны достаточно достоверные результаты исследова
нии характеристик дуrи в обмотках трансформаторов поэтому приво
димые ниже рекомендации являются ориентировочными и сформули
рованы на основании опубликованных материалов
Электрическая nyra в точке К3 является нелинеиным элементом
электрическои цеп" и может влиять на значение и форму аварииноrо
тока Однако количественно это влияние различно при разных видах
КЗ в обмотке трансформатора
Наибольшее влияние .цуrи имеет место при витковых замыканиях
в непрерывных обмотках из за малои эквивалентнои эде И Э равнои
напряжению onиoro витка и преобладания активноrо сопротивления
в цепи КЗ
При НВЗ вблизи серед;ины обмотки значение тока с учетом вЛияния
дуrи можно оценить умножением результатов расчета по (1 5) на ко
зффициеит
k д 1 Ид/Из
rne Ид денствующее значение напряжения на .цyre Ид < И Э
30
Для короткои .цуrи (несколько миллиметров) н относительно не
болышlx значении токов (сотни ампер) падение напряжения на .цyre
составляет несколько десятков вольт (ло [11 12] 50 150 В на ос
нованин [13] 20 40 В rдe сумма каТОДИоrо и аиодиоrо ладении напря
жения Имеет значение около 20 В а rрад;иент в стволе дуrи равен прн
близительио 15 В/см)
При НВ3 возможно искажение формы тока при котором возникают
паузы тока длр:тельность которых t n МОЖНО оценить по формуле
wt п .rС51П Ид з/ И зт
rne U д э среднее между напряжениями зажиrания и потухання дуrи
е учетом теIШОВОН инерции rаза можно принять Ид э Ид
При ПВ3 и МК3 ток в точке К3 достиrает нескольких килоампер
При таких болышlx токах теIШовая инерция дуrи велика температу
ра дуrи не успевает следовать за изменеНИем тока прово.цимость ство
ла .цуrи в течение полупериода меняется не значительно и кривая паде
ния иапряжеиия иа дyre лриближается к синусоиде (1 З] Следователь
но искажение формы тока при ПВ3 и МК3 можно не учитывать 3на
чение иалряжения дуrи Ид для коротких дуr « 15 мм) и больших то
ков приблизительно равно катодному падению напряжения и состав
ляет около 1 О В Это напряжение имеет смысл учитьmать при И э <
< 100 В и х/ r < 1 т е при ПВЗ в нелрерывиых обмотках из оДИоrО
лровода трансформаторов относительно мапои мощности При ПВЗ
в переплетениых обмотках и МК3 в любых обмотках влияние дуrи на
значение и форму аварииноro тока несущественно
тА ТРЕБОВАНИЯ К ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
И БЫСТРОДЕЙСТВИЮ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
Требуемые токи срабатывания Ток срабатывания релеинои защит"
от виутреиних К3 должен быть таким 'Побы обеспечивался коэффи
циент чувствительности 1 5 2 лри расчетном виде КЗ [5] Исходя из
этоro условия для подавляющеrо большинства CЮIОВЫХ трансформато
ров мощиостью 25 МВ А и более КЛассов напряжения 110 кВ и ВЬШIе
требуются следующие токи срабатывания защиты Iс з
(О З О 5)/1 НОМ дЛЯ защиты реаrирующеи на токи вьшодов и
чувствительнои к ПВ3 в переIШетенных обмотках и к МКЗ в любых
обмотках Такои ток срабатьmания может иметь продольная днфферен
циальная защита с ПОПУПРОВОДJDIковыми элементаМИ
(00З 005)/т НОМ дЛЯ защиты реаrирующеи на токи выводов
и чувствительиои к НВ3 в nepeIUleTeHHbIX обмотках Такон ток сраба
тывания MorYT иметь специальные чувствительные приставки с эле
ментами вычислительнои техники или защиты с встроенными даrчи
ками (см rл 5)
31
Рис 1 13 Узловая линия мер техни",сскоrо СО8ершен,-'Тва релейной защиты транс
форматора
0,5/ п НО М для защиты, реаrирующе на токи проводов обмотки
н чувствительной к НВ3 в непрерыВнои обмотке, что COOT BeTCTByeT
току в выводах трансформатора (0,0004 0,001) I т НО М Такои ток сра-
батывания может иметь защита, находящаяся на потенциале обмотки
и передающая сИrнал на отключенне трансформато а по беспроводно-
му каналу (см 5 5) Здесь I п НОМ номин.шьныи ток провода, рав-
ный номинальному току обмоткн, деленному на число параллельных
ПР О::с етным видам К3 не отнесено ПВ3 в непрерывных обмотках
из одноrо провода, так как по оценочным расчетам (см ниже) оно в
первый же период переходнт в МК3, и тяжесть повреждения не зави
сит от чувствнтельности защиты к этому внду К3
Указанные токи срабатывания зашиты /с з * = /с з/ /т ном образуют
узповую линню мер техническоrо совершеhства релейной защиты транс
форматора (рис 1 13)
Для перевода тока срабатывания защиты через указанную rраннцу
("меру") требуется изменение качества устройства защиты Философ
ская катеrория "мера" выражает орrаническое едннство качественно"
и количественной определенности предмета или явления
ДОПУC11lмое время срабатываиня Повышение быстроты срабатыва
ния релейнои защиты при внутреннем К3 трансформатора уменьшает
объем разрушений и длительность воздейивня возмущения на режим
энерroсистемы Кроме Toro, повышение быстроты с абатывания до
4 5 мс обеспечнвает работу защиты в ннтервале тОЧIЮИ работы транс
форматора тока В качестве целесообразноrо н реальноrо времени сра
батывания релейной защиты трансформатора обычно принимается
20 40 мс, однако некоторые специалисты считают, что оно должно
быть не бопее 4 5 мс
При определении допустимоrо времени срабатывания защнты о.т
витковых замыканий обычно руководствуются условнем локализа-
32
ции повреждеЮlЯ в той части обмотки, rдe оно ВОЗЮlкло В [11 J и
некоторых последующих работах таким условием СЧИтается йредотвра.
щеЮlе раСIтавлеЮlЯ замкнувшеrося ВИтка Допустимое время сраба-
тыВания защиты по этому условню для мощных трансформаторов не
превышает 40 50 мс
Ниже приводятся некоторые дополнительные оценки, влияющне
на выбор требуемоrо времени срабатывания защиты
Оценка времени переrорания проводника при
КЗ в о б м о т к е т р а н с фор м а т о р а Обследования трансфор-
маторов, вышедших из строя вследствие К3 в обмотке, показываюr,
что в процессе К3 происходит выrорание части обмотки в месте К3,
а не раСIUIзвление поврежденноrо ВИтка, как это, Видимо, может иметь
место в трансформаторах малой мошности (14] Такой же характер
раэрушения отмечается в (10] Поэтому допустнмое время сушество-
вания К3 (время срабатывзЮlЯ защиты и выключателя) определяет
ся временем переrорания ПРОВОдника от электрической дуrи в точ.
ке К3 Это время можно оценить ориентировочно на Основании реко-
мендаций [13,15]
ПереrораЮlе происходит вследствие распылеЮlЯ металла под влия.
нием Высокой температуры дуrи В [15, с 125] приведена формула,
дающая связь между действующим значеЮlем Тока (I, кА), временем
rорения дуrи (1, мс) и массой раСПЬV1енноrо металла (т, Mr) спра-
ведливая в диапазоне ТокоВ от 1 дО ЗО кА
т= bl"I,
(1 15)
rде эначения коэффициентов /1l!Я меди а = 1,58, Ь = 2,15
Плотноэсть меди 8,9 Mr/MM3, следовательно, объем раСПЬJЛенноrо ме-
талла, мм ,
v = т/8,9 '" Fb,
(1 16)
rne F сеченИе дуrи, мм 2 , 6 rлубина кратера, мм
Сечение дуrи по [13, с 38] ПРОПОРЩlOнально току, и /1l!Я свободно
fорящей Дуrи при малых Токах диаметр дуrи
d = 0,27.JJ:
(1 17)
[де d диаметр дуrи, см, / ток, А, что соответствует IUIотности то
ка в nyre 17,5 AfcM 2 Там же даются ссьv1ки на работы, rne измерены
ПЛотности тока на ОДИи-два порядка больше
При ПВЗ в мошном трансформаторе диаметр дуrн по (1 17) полу-
Чается значительно больше шнрины провода h Отсюда можно сделать
два предположения либо ПВЗ в первом же периоде переходит в МКЗ,
лнбо диаметр дуrи следует принять равным шнрине провода h, т е
F = тrh 2 f4 Сделаем оцеНочные расчеты при втором предположении для
неполJlOro и ПОЛJlOrо виткоltых замыкаЮlЙ
33
ДоПУС1Имое время существования НВЗ будем определять из (1.15),
(1.1 6) при 6, равlЮЙ толщиие провода L\ :
(ДОП = '" 60' 10' (1.18)
0.308 I :;:M 1 i . 1 *
rдe размерности (доп МС, h,.6, мм, In НОМ' кА
Еcnи ОТКЛЮ"'ть трансформатор через 0,1 с (100 мс) после возникно
вения НВЗ, то по (1 18) переroрание не произойдет прн [поз. < 57
В соответствни с рис 1 9, а, учитывя,. что [поз. '" [п * при НВЗ вблизи
спая, переrорание не произойдет за 0,1 с в более 9 95 % СЛy'Olев НВЗ
в непрерывlыx обмотках и в более 6O 85 % случаев в переплетенных
обмотках При уменьшеlПfИ времени срабатывзfП1Я эащиrы от витко
вых замыканий возрастает вероятность локализации повреждения пре
депами ОДllой-двух катушек
ДОПУС1Имое время существования ПВЗ в непрерывонH из oДlloro
провода обмотке ВН с вводом в середину ([п НОМ = 0,5 [с НОМ) мож
но получить В функции от отиосительноrо аварнйноrо тока сети из (118)
путем подстановки вместо [поз * тока [поз * = 2Iсоwоп, Torдa вре
МЯ, Мс,
(доп
w . 8 l :58
20 10'
= O,36 O,12
(1 19)
(1000 2000) 1,58 [ 8 [ 8
Еслн отключить трансформатор через 0,1 с (100 мс) после Возникно-
вения ПВЗ, то по (1 19) переroрание ПРОВОДНИКОВ не произойдет при
[со < O,029 O,014 В действительноС1И относитепьный ток сети при ПВЗ
имеет порядок 0,1, следовательно, ДОПУС'l'Имое суммарное время сраба
тьmания защиты и выключателя не ДОЛЖНО преВЬШlзть 1 З,8 t6 МС,
что нереализуемо, т е в этом спучае тяжесть повреждения не зависит
от чувствнтельноС1И защиты к ПВЗ
Влияние времени отключения на устойчивость
з л е к т р о пер е Д а ч н на рнс 1 14 прнведены завнсимоС1И предель
НОЙ передаваемой мощности электропередачи от времени отключения
КЗ, рассчитанные в вmи н НИИ "Энерrосетьпроект" СruIOшные крн
вые соответствуют тиристорной системе возбуждения reHepaтopoB ти
па ТВВ электростанции, штриховые электромашинной из rрафнков
спедует, что ПОВЬПIIение быстроты срабатывания защиты на 20 мс приво
ДИТ К повышению пропускной способноС1И электропередачи на 3 7 %
Аналоrичные результаты получены в Южном отделении института
"Энерroсетьпроект" прн двухфазном К3 на зеМЛю вблизн ШИН элек1рО
34
:: : йз=:. = оПi::=Н= ::: Р,.ре8,.!о
ключеНИJi кз:
TO 500!: 165; 2 ТО8-320; 3 10
СТalЩl1И устойчивость обеспечива
ется без противоаварийной раз
rpузкн при передаваемой мощнос
ти в сечении 1614 МВт, если t K =
= 0,165 с, и 1765 МВт, еслн t K =
= 0,135 с, т е увепичение переда
ваемой мощности за счет повыше
ния Быстроты срабатывания ре-
лейной защиты на 20 мс составило
80
70
60
0,06 0,08 0,1 tH,c
1765 1614 0,02 100%= 6,24%,
1614 0,03
при передаваемой мощиости в сече1lllll 1765 МВт инеуспешном БАПВ
устойчивость обеспечивается за счет аварийной разrрузки на 416 МВт,
еслн (к = 0,165 с, или на 266МВт, если (к = 0,135 с, т е снижение объема
разrрузки за счет ПОВЬП11ения быстроты срабатьпзния репейной защиты
на 20 мс составило
416 266 100%=5,66%
1765 0,03
Реалнзовать зтот эффект и получить реальную экономию затрат мож
но, еспи повысить быстроту срабатьuаlOlЯ з31ЦJlТ всех основных элемен
тов электропередачи ЛЭП, трансформатороа, сбориых шни
С учетом выполненных выше оценок, достиrнутоrо уровня техннки
релейной защиты и по соrласованию с roловнымн институтами Мин
знерrо СССР (Энерrосетьпроект, Атомтеплоэлектропроект) и Мнн-
электротеxnрома СССР (ВНИИР) в [16] приведено требуемое время
срабатывания репейной защиты мощиоro СИЛОВОro трансформатора
(без учета времени срабатывания выходных реле защиты) Прн крат
ности сннусондзльноrо тока 2,0 и более оно составляет
менее 30 40 мс для силовых трансформаторов общеrо назначения
н трансформаторов энерrоблоков с выключателем в цепи reHepaTopa,
менее 5 1 О мс при КЗ на выводах силовоrо трансформатора, при
соединенных к электропередаче cвepXВblcoKoro напряжения, прн уело
ВИН T3Koro же быстродействня защит друrих элементов электропере
дачи (ЛЭП, сборные шнны)
В переходных режимах внутрениеro КЗ при расчетных условиях
[16] время срабатывнияя не должно преВЬП11ать указанноrо выще
35
15 КОРОТКИЕ ЗАМWКАНИЯ В ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ОБМОТКЕ
АВТОТРАнс.оРМАТОРА
Анализ токораспреlU'ления с помощью уравнений мноrooбмоточ-
Horo травсформатора Последовательная обмотка автотрансформато
ров выполняется наружно", и вероятность ВИТКОВЫХ и межкатушеч
иых замыканий в неи наибольшая Значения минимальных ТОКОВ при
этих К3 и рекомендуемые токи срабатывания релейной защиты соот
ве ствуют указанным в 1 3 1 4 Однако на ловедение устройств ре
пенной защиты оказывает влияние, кроме значения тока в месте К3
приведенноrо к сетевом обмотке, распределение аварииноrо тока по
сторонам трансформатора токораспределение В этом отношении
автотраи:форматор обладает прннциnиальиой особенностью, рассмат
рнваемои Ниже
Расчетная трехфазная схема автотрансформатора для собственно
аварийното режима К3 в последовательной обмотке (ПО) одной фа
зы "оказана На рис 1 15, а В этой схеме в качестве допущения приии
ты одинаковыми сопротивления прямой и нулевой последовательное
тей систем 1 и 2. подключенных соответственно к сторонам ви н СН
ИСТОЧНИКОМ аварийноrо тока является из := U вит W Э напряжение меж
ду замкнувшимнся точками до К3 Связь между фазами осушествля
етен обмотками НН, соединенными в треуrольник Обмотка НН выпол
няется внутреннен, o отражается на значениях сопротивлений КЗ
а)
Х 0 1
Рис 1 15 Расчетные схемы автотран"
форматора с К3 в послеДовательной
обмотке
а трахфазная б однофазная
1,
о)
36
При размыкании цепи обмоток ин неповрежденные фазы ие оказыва-
ют влияния на токи повреждеиной фазы автотрансформатора.
Для реальных авrотраНСфоРМdТОРОВ быпи выполнены на пифровой
3ВМ в ПО "3апорожтрансформатор" расчеты токов прн замыкании
различиоrо числа витков, расположенных в различных местах после
довательной обмотки как при замкнутой цепи обмоток НН, так н
при разомкнутой Сравнение результатов расчета позволило сделать
выво", что влиянием неnoврежденных фаз можно пренебречь и расче
ты выполнять без учета обмотки НН по однофазной схеме рис 1 15, б,
rдe короткозамкнутые витки показаны в виде отдельной обмотки
При этом потрешиость расчета не превышает 1 % для тока в месте К3
н 5 % для коэффициентов токораспределения Под козффициентом
токораспределения понимается отношение тока стороны ВН или СН
к току в месте КЗ, приведенных к одному н тому же числу витков
или выраженных в относительных единицах
Процессы в схеме рис 1 15, б описываются следующей системой
уравнений виешней схемы н мноrообмоточноrо трансформатора
( 1 2), в котором все параметры приведены к одному витку (замк-
нувшаяся часть обмотки обозначена номером 3)
уз/wз 1!,/w, = JХЗI1!О' w, JХз,. f.!.o' + !o.)w., )
J!з/wз 1!./w. = JХЗ21!С' w, JХз.. ([о' + !c.)w.,
!к w з =!.о' (w, + w.) + !.о. w., (1 20)
У1 = Jxcl1cl + JX с2 !С2 ,
!!.1. = JXC2.lc1.
При решении этой системы воспользуемся приближенными соотно
шениями между сопротивлениями трехлучевой схемы замещения двух
обмоточноro трансформатора с К3 в одной ИЗ обмоток (см 1 3)
Применительно к рассматриваемому случаlO эти соотношения заклю
чаются в следующем сопротивление луча, соотвеТСТВУlOщеrо обмот
ке, в которой произоШJIО КЗ, т е последовательиой обмотке, можно
считать равным нулю, Хl О, сопротивление луча, соответствующеrо
неповрежденной общеи обмотке (00), равным сопротивлению К3
между этими обмотками, Х1. Х К 12, сопротивление луча, соответ
ствующеro эамкнувшнмся виткам, Хз оказывает основное влияние
на значение тока в месте КЗ, следовательно,
ХЗII=Х к ЗI =X K I3 =ХI+ХЗ ХЗ,
}
(1 21)
ХЗ22 =Х к 32 :: Х К2З :: Х1 +Хз XKI1 +Хз,
ХЗ12 = Х321 = ХЗ
37
Подставив (1 21) в (1 20) и решив сист..... уравнекий, получим Х с 1
lC2=!K XCI WIW2XK12 , (122)
ИI:! Xel + ИIl X KI2 + (1+ Wt/ W I) 2x C2
[СI =IK Wt(Wl+W:z)XKIZ+(l+Wt/wZ)2XC2
Wt+W:z XCl+W XKI2+(1+Wl/W2)2XC2
(1 22а)
Выразим все величииw в относиr ном-л"ных единицах
автотрансформатора
относительные токи
1к. == 1к Wэ/W:z =
/СН НОМ
1к. = !Сl . + lС2 .,
/1( Wз/(Wt + Wz)
[вн НОМ
}
(1 23)
1с' * = ]с.1 [вн НОМ, ]с,* = ]с,1 [СН н...
относительные СОПРОТlUlлеНIUI
Х С 1* = XC,SHOM ф/[И НТ(Wl +w,)'],
XC:Z* = ХсzSиом ф/(и итw ), X K IZ. = ХкI2SИо" ф/U: ит .
( Wl + w, ) ,
X K1 z. == XKBH CH.
(1 24)
Последиее ОООТНОшеlПlе в (1 24) вытек"т из равенства оопротивле-
IПIЙ К3 обмоток 1 2 и сторон BH CH (в oпwте К3 на стороне СН Иен =
= И, =0, Ивн = И, + И, =И.)
u итw uiиТ(Wt+W2)2
Х к 12. = Х К BH CH.
SИОМ Ф 88088 .
С учетом (1 23) и (1 24) формулы (1 22) и (1 22&) преобразуются
к виду
IС2.
[к*
w,
Xct. Х К 8H CH.
::: lС2 ИI:! = ИIl
(1 25)
/к w з
Х С l.+ XC2.+XKBH CH.
/Ci. = =1 =
l к . l к W З l к .
38
Рис 1 16 Расчетные схемы автотране
форматора с К3 всей последователь-
ной обмотки
а исходная, б преобразован
иаJl. 8 схема замещеЮlЯ
Wt + W2
Х С 2* + Х К BH eH*
wl
(1 25а)
Xct* +Х С 2*+ XKBH eH*
rдe w,/wl
иен ном Wt + W2
ивнном иен ном WI
ивн НОМ
ивн ном иен ном
Отношение [с2 J [к *, как правило, отрицательно н тем больше по
абсолютному значению, чем менъше сопротивления питающих сетей
Orсюда следует, ':11"0 при внутреннем К3 в последовательной обмотке
автотрансформатора фазы аварийных токов на сторонах вн и СН мО
ryт различаться на 1800, т е быrь такими, как прн внешнем КЗ на сто.
роне СН Это парадоксальное, т е не соответствующее обычным пред.
ставлениям, токораспределение при внутреннем К3 необходимо учиты
вать при оценке прннципа выполнеЮlя релейной защиты автотрансфор
матора и расчете ее параметров
Pac'IeТ roков К3 всей последоваreлwtой обмоткн Короткое замыКа
lПIе всей ПО является предельным случаем К3, при котором козффи
циенты токораспределеlПlЯ определяются (1 25) и (1 25а) , а тоК К3
[к максимален Для расчета токов в этом режиме не требуется прнме
нения уравнении мноrообмоточноro траисформатора
Расчетная схема показана на рис 1 16 а Ток впоследовательнои
обмотке с числом внтков Wt равен lк lCI, В общеи обмотке W2 ра
вен ([к lCl) Схема рис 116, б эквивалентна схеме рнс 116 а
w,
По первому закону Кирхrофа дпя узла А т
([к lc,)wl/w'=!.c'+!.Cl'
39
откуда ток К3, приведенный к стороне СИ
1к = 1K W ,/W. = 1е. +!.еl (w. +w.)!w. '
схеме замещения на рис 1 16, в с учетом (1 24) сопротивпение
X K I2 = XKI'l* иtH ном/Sиом =
;XKBH CH. ( ИВИ НОМ Иен НОМ ) '2 =
Иви НОМ Иен НОМ SИОМ
= KBH CH ( иВННОМ ) .
Иви НОМ иснном '
rne SHO М номинальная трехфазная мощность автотрансформатора
По схеме замещеЮlЯ рис 1 16, в можно определять действитель
ные ТОКИ, а не только аварийные СОСТ8ВЛJIIOщие
ток на eтopolle ВИ
1 Е / ( е Хеl Х к " )
cl 11 X c t+ X KI2+ +
Хе'
+ (Е. Е.)!I ( Хеl + Хе. + Xe Хе. ) =
Х к 12
!! ХС2 + <&1 2) KI2
'(Х С l ХС2 +ХСl ;К12 +Х С 2 KI2) ,
(126)
ток на стороне СИ
lC2 = 5,./1 (ХС2 + KI2 + Х С2 X KI2 )
Хе.
&. Q.)!I( Хе. + Хе. + Хее' Хе. )
Х К 12
Л'l ХС! (ft f'l) K12
I (ХСl Хс'2 + XCI K12 + Х С2 K12) ,
:ОК КЗ, приведенный к стороне СИ,
1к = 1е' + 1е' (w. + w.)!w. =
Е2 ХС! + Еl Х С 2 (WI + W'l)!W'l + (Е! E2) KI2 Wt!w2
J (хо Х С '2 + xCI K12 + Х С 2 KI2)
(1 26а)
(1 266)
40
Козффициент токораспредепения на стороне СИ
lс'2 =
lк
Еl Е2 о
Xct -=-............ X K l'2
!f2
.!1 Wt+w'l Еl Е] о "'1
Xcl+ Xc2 + XKI2
.!] W'l !] Wz
равен значению, попучениому по (125), еспи F. = ИВННОМ Е. =
= Иен НОМ' т е в собственно аварийном режиме Козффициент токо
распредепения на стороне ВИ опредепяется как отношение 1е I К току
КЗ, "риведенному к стороне ВИ, и в собственно аварийном режиме ра
вен значению по (I 25а)
ПрИЧИIIOЙ воэмо*"оro иэменеЮlЯ на 1800 направления аварийноrо
тока па стороне СИ ..вnяетея уравнитепьный ток между сетью ВИ и СИ,
обусповпениыii раЗllOстью их зквивапентных ЭДС и оrраниченный со
противпениllМll оетеА
Повецеине peлeII....х 3IUЦIIТ авТОтpa1lсформатора при К3 в поспедо-
B8тeJ1ЬНoA обмотке Описанное выше явлеЮlе парадоксальноro токо
распредепения необходимо учитывать при оценке при!!Ципа ВЫ!IOпне
ния и в расчетах параметров репейной защиты aIIтотрансформатора
Прежде всеro, оно исключает возможность применеЮlЯ в \DfCТOM виде
диффереициапьно-фазllOro прииципа ДJlя токовой репейнрй защиты
автотрансформатора от внутренних К3
Применение диффереициапыloтоковоro принципа особенlIOСтей не
имеет, поскольку сумма приведенных или относительнь х TOK B сто
рон равиа соответствующему значению тока К3 1е' + 1е I = Ь. ИПИ
lc2.+1cl. =lK*' Однако режим К3 последовательной обмотки необ
ходимо учитывать в диффереициапьной токовой защите с проnентным
торможением при выборе принципа торможения и проверке допус
тимостн принятоro коэффициента торможения Торможение суммой
МОДУllей токов ВИ и СИ ипи током BfI может привести к "перетормо
жеЮlю" и отказу защиты с эавьпuе1fНЫМ коэффициентом торможения
при рассматриваемом повреждении, поскольку возможно
0,5 (11e'.1 + l]e..I)!I K . > 1, lе../ I к . > 1
в частности, недопустимо ДJlя защиты с репе оерии Д3Т 20 принимать ко
эффициент торможения максимапьным без расчета, как рекомендуется
иекоторыми проектировщиками Проверка допустимости BbI6paHHoro
коэффициента торможения выпопиена ниже
Пример. Проверить допустимость козффициента торможения, вы
6paHHoro в "Примере расчета дифференциальиой токовой защиты авто
трансформатора, выпопнеииоii с репе типа Д3Т21" [17, с 32 36]
41
Параметры схемы (в прннятых ВЪПllе обозначениях)
( 121 ) 2
Х с , 5,88 ОМ, ХС2 = 9,6 = 2,66 Ом
230 '
K BH CH = 37,4 ( ) 2 = 10,35 Ом,
230
Х к " =ХкВН СН ( иВННОМ ) 2 =10,З5 ( ) 2
ивн НОМ иен НОМ 230 121
= 4608 Ом,
F, = 230/VТ', F 2 = 121/v'з'
(1 )ieT первнчных то!<ов прн КЗ поспедовательной обмот!<н [см
IC1 = IcBH =
EI Л С 2 + (Ь 1 F 2 ) K12
X C1 ХС2 +XCl K12 +Х С 2 K12
230 266/"f3+ (230 121) 4608/VЗ
5 88 266 + 5 88 4608 + 2 66 4608 = 7 95 !<А,
I c2 = IcCft =
E 2 x C I (Е 1 t2) KI2
о о
хсl ХС2 +Хсl X K I2 +Х С 2 X K I2
= ш 588/VЗ' (230 121) 4608/VЗ'
409 16 = 6 084 !<А,
ток К3 приведенный к стороне ВН
1 0 1 ( иСН НОМ )
к(ВН) = cBH+/cCH =795 6,084 =475!<А
ИВН ном 230
Me:::C[ ;] относнтельных токов реле с параметрзмн выбраннЬ1МИ в при
lK* = 4750
К[ [ОТ8 НОМ ОСН 5.0 3 63 = 8 72,
5
lH =05 ( /018 10рМ расч 1 + /сСН /018 10рМ расчП )
/НОМ БН /018 10рМ НОМ 1 'ном СН /018 10рМ ном П
= 05 ( 7950 + 6084 ) = 17 33
314375 59725
42
e A i 21 П ::.=:= 1...
оБМ011<е aвтoтpaH Maтopa
10
О,5I1тор"*
Здесь К [ !<оэффнциент трансформации трансформатора то!<а на
стороне ВА, [018 НОМ осИ номинальный ток прннятоrо ответ.
вления трансремстора на осно_ной стороне, [018 10рМ расч'
[018 10рМ НОМ расчетн" JI номинальный токн ответвления "роме
жуточноro TJ!IIIIIIIItpмaтo"-" Цепн ТОРМОJl<8""Я реле
В !<оорднио18l тор...... xapa!<T'''''ТIIК1I реле нанесем рассчитан
ную точ!<у (/ тo , 1".) и .-,М ее Ul'rpll1lO8Oй прямой с начапом !<о
ординат (рнс 1 17) Эта ",....ая представляет собой rеометрнчес!<ос
место точек, соотвсrствуЮ-Х относнтельным токам в реле прн замЬ1
капни разлнчноrо числа 8ItI'IC0B в различных местах последовательной
обмоткн
Влняние предш.етвующеrо то!<а наrруз!<н Диф
ференциапьныil ТIЖ реле 1.. прн точном выравнивании не завнсит от
то!<а наrруз!<н Тормозн" то!< 0,51: I TopM . возрастает при передаче
мощностн в пре...ествую.... режиме Из сети ВИ в сеть СИ Прн зrом
относнтельныЙ тормозной ТOk собственно аварийноrо режима суммн
руется праКТИ'leClCи лнН8-' с относительным реактнвным током н в
!<вадратуре с ОТllOсителЫВ- а!<тивным то!<ом предществующеrо ре
жима ЭТО ПPl8O_Т !< с.....нию харекте)I8CТИ!<Н то!<ов реле при КЗ
в поспедовател.... обм- иа рис 1 17 .право, что дополнительно
ухудшает УСПОВИJl срабаТЫltllllи
Из рис 1 17 видно, что реле с выбраннымн параметрамн (k TOpM =
= 0,516) не оl!eспечивает требуемую чувствительность !< КЗ в поспе
довательной обмотке, а п,. макснмальном коэффнциенте торможе
ния k TOpM = 0,9 -юбще не....тоспособно
Уточнение ме1Одикн расета переходиоrо тока небаланса в боль
шинстве спуч... оl!eспе..-r возмо","ость .ыбора k TOPM < I K ./ I H
Прн зтом защита будет ЧУВС1'8llтельна к К3 в последовательной обмотке
:" Ц:=е':l:'"ке;;:.: :::::," АНСФОРМАТОРОВ
ОбlЦllе cвeд-81 ОбмотК1I мощных трансформаторов, !<а!< правило,
содержат паралЛeflьные ..,... образованные параллельными провода
ми (элементарнымн, ПОЩllзделеннымн и rpаНСПОЮfрованнымн) н
паралпельно включенными частями обмоткн Токн. наведенные полем
43
рассеянии и замЬОСaIOщиеся в коитурах параллельно соединенных вет-
вей, называют циркулирующими Циркулирующие токи nPИВОДИТ к
увenичению потерь, снижению кпд трансформатора, иаrpузочной спо
собности, электродинамической стойкости, а иноrда и к потере рабn
тоспособности трансформатора Позтому при расчете, конструировании
и Изтотовnении трансформаторов Обращают особое внимание на сНИже
ние циркулирующих токов Дnя умеиьщения циркулирующих токов
примеияется траиспозициа параллenьных цроводов и симметрирова
ине параллельно включенных частей обмотки Имеется большое число
nyбnикаций, в том числе указаниых в (7), с предложеннями новых,
более полных, точиых и общих методов расчета токораспределення, НО
вых схем И конструкций транспозиций и друтих способов сннжеННя
циркулирующих токов Бпаroдаря усилиям трансформаторостроите
пей ЦИрКУЛИрующие токи в обмотках совремеиных мощиых транс
форматоров не превьnuaют, как npaвиnо, единиц процентов соответ
ствующих сквозных токов в рабочих режимах и при виешних К3
При виутреиннх К3 в обмотках трансформатора циркулирующие
токи в иекоторых коитурах резко возрастают Причинами мoryт быть
измеиеиие картины поля рассеJU\Ия (во всех случаях), возникиове
НИе иовых контуров с иеуравиовещенными ЭДС парaлnenьных вецей
при замыкании между ними, нарушение равенства поroкосцеплений,
обусловленных ОСНОВНЫМ ПОТОКОМ, при повреждении ПроДОЛЬНОЙ изо
ляции в ОДНОЙ из параллельно включенных ветвей
Резкое увеличение циркулирующе20 тока J1ЮЖНО использоваn. как
вЫJIвительныи признак noвреждения rpaНсфОрJUlТОра
Циркулирующий ток В параллenьных проводах обмотки является
признаком неполноro витковоro замыкания в зтой обмотке (см 1 2)
В соответствии с рис 1 7,2 ЦИрКУЛllрующие токи
Ь = 1Н8З Rп/(R) + R II ) = 1нвзRп/2Rп = !нвз (1 a),
Ь =lнвз R )/2R п =1нвз а,
11 + Ь = 1нвз
Циркулирующий ток в паранлenьио включеиных полуобмотках,
имеющихся во всех траисформаторах, с вводом в середину обмотки
ВН, JlВЛRеТСR признаком замыкании витков любой обмотки, несим
метричных относитenьно полуобмоток ВА Циркулирующий ток в па
раллельно включенных полуобмоnc:ах или частях обмотки. располо
жеиных на разных стержнях, явпяется признаком внутреннеro К3 в об
мОтках одиото из стержней Найдем связь между циркулирующим то
ком И током внутрението К3 дНЯ трансформаторов с вводом в середн
ну обмотки, двухстержневых и миотостержневых трансформаторов
с расщеnnеиными обмотками
44
Рис i 18 Схема трансформатора с ВВОДОМ
в сере,OJlИУ обмотки при внутреННеМ К3 в
любой обмотке
l'iifзl' . IO
7;
Циркулиpytoll\ИЙ ТОК В обмотке с вводом в середииу В иастоящее
время с вводом в середину выполняются обмотки ВА трансформато
ров и последовательиые обмотки автотрансформаторов 150 кВ и вы
те Эти обмотки СОСТОЯТ ИЗ .цвух одинаковых размещенных друr над
друтом на одном стержне полуобмоток с противоположным иаправ
лен;;:. ; : : чеон о ::т; ткозамкнутои частью любой
обмотки можно рассматривать как (п + 1) -обмоточныи с. выделением
в (п+ 1) ю обмотку замкнувшнхся витков ток в которон1n+ 1 = 1K
rдe [к ток К3 Схема такоro трансформатора, имеющеro обмотку
с вводом в середину, показана иа рис 118 rдe 1 и 2 па лельно
включенные полуобмотки, п + 1 замкнувшаяся часть любом оБМDТ
КИiiз = :и:'е ст;.::::':МО :rooБМОТОЧНОТО трансформатора (1 4)
используем следующие .цва уравнения прнменительно к рассмзrривае
МОЙ схеме
!l1 ,!2=Z122lz+ 12q!.q 12(n+1)!.K=0, }
q= 3
n
11 + 1> + .!.q !к = О
q= 3
(127)
Здесь сопротивления н токи приведены к одному tUfслу ВИТКОВ на
пр; з : :::е= : роmвлення лучей в () 27) через сопротивлеиия К3
.l122 =ZK12' Z12q = 05( K12 + Klq K2q),
Z12 (n+1) = О 5@К12 + Kl (n+l) ZK2 (n+l)
ТОКИ в полуобмотках 1 и 2 можно разложить на две составляюшне
сквозную и циркулнрующую
11 = lCK +lц, ]2 = lCK lц
(1 28)
45
rJ1J'.!CK = 0,5 ([1. + Ь) = 0,51с сквозной ток, 1ц = 0,5 ([. Ь) = 0,51 р
'.:" КjЛИРУЮЩИИ ток; lc. l р сумма и разность ТОКОВ полуоБМQТОК
С учетом приведенных соотношений решнм снстему уравнений (1 27)
и ПОЛ}"DIМ
1 р = 21ц = 1к .i!:K21/1+1J .i!:Kl (n+') ; ..i!: кщ .i!: кlч !ч
l:X12 q=З .!K12
(1 29)
При симметричном расположеЮlИ полуобмоrок 1 н 2 относительно
друПlХ неповрежденнloIX o«iмotoKq К'ч = К2Ч Н формула (129)
ПриЮlмаеr ВИД
l р =lк ..i!:K2(n+') .i!:k'(n+I) =ь< /(Х К 2(n+') XK'(n+l) , (130)
K12 Rl+R:z +/x K 12
[де R I = R:z активные сопротивлеЮfЯ полуобмоrок 1 н 2, Х К 1 (n+ 1).
Х к '2 (n+ 1)' Х К 1:2 индуктивные составляющие сопротивлений К3 полу-
обмоток 1 и 2 с короткозамкнутой обмоткой п + 1 и между собой
При R. +R 2 -< Х К 12, что всетда справедливо /1iIЯ мошных транс-
форматоров, нз (1 30)
С р = l = 2/ ц = Х к 2 ("+1) Х К1 (n+1)
lк I к Х к 12
(1 31)
rде [к ТОК К3, Пpllаеденный к чиспу витков полуобмотки, С р KO
эффнциент токораспредепеНИII, определllЮЩНЙ связь между током вкут-
реннето КЗ н циркулнрующим ТОКОМ I u
В дальнейшем короткозамкиутую обмотку п+ 1 будем обозначать
буквой К, а Индекс "к" сопротивлений К3 опустим, Torдa
С р = Ip/IK = (Х2К X'K)/XI2 (131а)
Сопротивления КЗ в (1 31) были рассчитаны на цифровой ЭВМ
ПО "Запорожтрансформатор" [18] /1iIЯ различных сочетаний reoMeTpH-
ческих размеров стержня М3ППlтопровода, сечений обмотки ВИ с пво.
дом в середину и короrкозамкиутых ВНТКОВ при ВИТкОвых И межкаry-
шеЧНых замыканиях с различным взаимНым расположеЮlем сечеЮlЙ
В результате исследоваНIIЙ установлено, что основное ВЛИЯЮlе иа зна
чеЮlе С р оказыВает положеlDfе сечеЮlя К3 витков относнтельно обмот.
кн с ВВОДОМ В сере,-ну, определаемое зиачениями Ук. и D K ., [деук*
относительная удалениость средней JШОСкОcrи короткозамкнутых вит.
ков от средней JШоскосТИ обмотки ВИ, Dк. относительный средний
46
Рис 1 19 Зависимость коэффициента е,
С р от ОТtfоСИТельноro расположения
сечения короткозамкнyrых ВИТКОВ
1,0
диаметр короткозамкнутых внткОВ 0,5
(за базисные размеры приняты со
ответствеННО высота полуобмотки
и ее средний диаметр) Зависи О
мости Ср(Ук.' D K .) показаны на рнс 119 средними лиЮfЯМИ зои, от-
клоНеЮlе от которых в обе стороны 80 всех случаях не превьШI3ЛО
10% Это отклонение обусловлено влиянием второстепенных парамет
ров, к которым в данном случае относятся радиальные размеры и высо-
ты сечений обмотки ВИ н короткозамкнутых витков н диаметр crерж
ня MarHHTonpoBOдa Следует отметнть, что при расчете относнтельноrО
peaKTHBHoro сопротивления К3 любой пары обмоток к основным пара
метрам относятся все ВЬШIеуказанные rеометрические размеры этих
обмоток, а также ЭДС ВИтка н номинальная мощность трансформатора
Такнм образом, коэффицнент С р является обобщенным параметром
режима, аук. н D K . обобщенными арrументами
Для экспернментальной оценкн расчетов были выполнены нзмере
ния С на лабораторном трехфазном трансформаторе 2,5 кВ А с сек
циони ванной наружной обмоткой, секции которой бьmи пересоеди-
нены в две встречно-последовательно включенные полуобмоткН с рав.
Ным щ.t:слом витков W (нзмерительная обмотка) Поверх нее были на-
мотаНы на разной высоте Ук * = 0,2, 0,48, 0,89, 1,18 четыре обмоткН
W K с DK* = 1,07 для имитаЦИИ короткоэамкнутых вНткОВ Чтобы ИС
клющ.t:ть влияние знащ.t:тепьноrо aKTHBHoro сопротивления полуобмо-
ток лабораторноro трансформатора, измерения выполнялись с исполь
зованнем методов хх н КЗ При питанин трансформатора от возбуж
даемой обмотки (q на рис 1 18) нзмерялнсь ток вкороткозамкнутой
обмотке I к и напряжение на измерительной обмотке ИИ = И 1 И 2
режим ХХ, рассщ.t:тывзлись сопротивления
ИИ
ХиК = !к WK/ W
дЛЯ каждой нз четырех короrкозамкнутых обмоток
По режиму К3 циркулирующий ток без учета активноrо сопротив
лення полуобмоток
I ц = = ХиК!к WK/W ,
Xl2 Xl2
(1 32)
rде Х I 2 реактивное сопротивление нзмерительной обмоткн
47
YK* r:J..
Рис 1 20 Аварийные ТОКИ трансформаторов при ИВ3
Н непрерывные обмотки, П переплетенные обмотки
Рис 1 21 Аварийные токи при Внтковых замыканиях
1 2 пвз и ивз в переплетенной обмотке вн (ТЦ 250000/500) 3 ПВ3 в
непрерывной обмотке ВН (ТДЦ 125000/330)
Из (I 32) нахОДИТСИ значение коэффициента токораспределеиии
2I u
С р = = 2Х и к/ х "
lк WK/W
(1 33)
Полученные экспериментально по (1 33) значеиии С р ДЛи D K . =
= 1.07 (см выше) отмечены крестиками на рис 119 При измеренних
не бьти Исключены две приtDIны систематических поrрсшностей боль
шой намаrниtDIвающий ток лабораторноro трансформатора изrотов
леиноro из стали IOIзкоro качества, и существенная разновысокостъ
возбуждающей и измерительной обмоток Результаты измерений не
ставят под сомнение правильность расчетов С р
Зависимости на рис 1 19 ПОзволяют определить ток lр = 2l u =
i:еп;з/: ::3 B : че н; ::Л":::: : И Т r';. ;:'::О;:
ны значений [р. = [р/ [т НОМ = f (ук.) прн НВ3 в обмотках ВН совме
ЩеННые с зонами значений lс* ::: Ic/IT НОМ = [(а), приведенными на
рис 1 9, б, поскольку Ук, '" а. rде а координата НВ3 в 1 2 Но
рис 1 21 штриховыми ЛИIOlRМИ 1 и 3 показаны примеры зависимос
тей [р. = f (ук' '" а) ДЛИ конкретных трансформаторов при ПВ3 в об
Мотке ВН, совмешеНные с завИсимостями lс* (а) приведенными иа
рис 1 8 (сплошные лииии на рис J 21) Кривые [ справедлнвы также
Д!1Я МКЗ Как видно из приведенных зависимостей, разность токов
полуобмоток ОН резко возрастает при удалении точки КЗ от ввода
48
Циркулирующии ТОК В полуобмотках ВН может возникать" в не
поврежденном трансформаторе из за разнон высоты h обмоток Если
разность высот внутреннеи обмотки (пусть НН) и наружной обмотки
ВН с вводом в середину составпиет tJ.h = Ih HH hBH 1. то обмотку НН
можно рассматривать как состоящую нз двух частей с ВЫСОтамн h H =
= h BH и h H ::::t!:1h Первая часть не вызывает циркулирующеrо тока
в силу симметрии Относительнаи МДС второн части [HH.tJ.h/hBH
следовательно,
[р. = 2l ц . = [нн. CptJ.h
h BH
(134)
При D HH * ::: O,8 O 9 н у !:1h*:::::: 1, что определяет положенне смещен
ных витков НН значение CptJ.h '" 1 (см рис 1 19) Обычно допуска
етси tJ.h/ hBH '" 0,01 тоща в номинальнОм режиме [ . '" 1 0,01 1 =
= 0.01 р
Циркулирунндне ТОКИ в трансформаторах с расщеплениымн обмот
ками Трансформаторы с расщепленными обмотками получилн шире
кое распространение в энерrоснстемах в качестве трансформаторов
собственных нужд и блочных на электростанциях и в качестве преобра
зовательных на электропередачах и вставках постоянноrо тоКа. а так
же в системах электроснабжения металлурrнческнх пронзводств в Ка
честве электропечных и т Д
В трансформаторах с расщеlU1еннымн оБМОТКdМИ некоторые обмот
кн разделены на злектрически независимые части с равными мощное
тями и сопротивлениями КЗ относительно нерасщепленных обмоток
К каждой такой части присоединяется незавнсимый нсточник ИЛИ от
дельная наrрузкз В однофазных стержневых трансформаторах электро
перед:ач и вставок посroЯННоrо тока расщепляется вентильная обмотка
(ВО) н HHorAa обмотка НН, части которых размещаются на разных
стержнях, и при зтом обязательно параллельно соединяются обмотки
стержней в сетевой обмотке (СО) и реrулировочной если она Нмеется
обмотки НН также Moryт сое.циНЯТЬСЯ параллельно В трехфазных транс
форматорах части расшеIU1енной обмоткн располаrаются не на разных
а на одном стержне, ОДна за друrой
Ниже приводится анализ с помощью УРd.8ненни мноrообмоточноrо
трансформатора (см 1 2) токораспределении в обмотках рассмат
риваемых трансформаторов прн внутреннем К3 и находится СБЯЗЬ меж
ДV uиркулирующими токами в контурах нерасщепленных обмоток и
током BHYTpeHнero КЗ, позволяющая построить алrоритм функцио
нирования релейнон защиты Устройства релеинои ЗdЩИТЫ трансформа
тора, основанные на зтом алrоритме рассматриваются в rл 5
При аиализе коротко замкнутые витки выделяются в отдельную об
мотку и обозначаются далее буковой К ИНДекс "k" у сопротнвленнн
К3 опускается Результаты анализа проверены экспернментом
49
ое 1, р- ое 1,
I"I I + '''''+ t
2 2 та+ t m ,
к] A1 +'
па.
а) (т+1)ое:
к] п fft
5)
6)
Рис 1 22 Принципиальные схемы двухстержневых трансформаторов с расщеплен
ными обмотками
а) Двухстержневой трансформатор с однои нерасщепленной 06мот
кой и одной расщепленной Схема трансформатора с К3 (ВНТКОВЫМ
ми межкатушечным) в ОДНОЙ ИЗ обмоток приведена на рис 1 22, а,
rде а. fЗ обозначения стержней, 1 а, 1 fЗ параллельные ветви нерас
щепленной обмотки 1, например СО, 2а, 213 части расщепленной
обмотки 2, например ВО, К КОРОТКQзамкнутые ВИТКИ, Z lQ2a =
= Z'13213' Z,a213 = Z'132a сопротивлеЮlЯ К3 обмоток, стрелка
ми указаны положительные направлеlПlЯ отсчета ТОКОВ н напряжеЮlИ
обмоток
На основании уравнений мноrообмоточноrо трансформатора с па-
рамеrрами. приведеннымн к ОДНОН стороне (дпя определенности сетевой),
!!'I3 !!'a = 'I3'a1'a+ 'I3'a2aЬa+ }
+!'I3,а2I3ы3 !I3'ак1кK =0, (135)
],а+ 1,13+ Ьа+ Ь13 ]K =0,
rдe
!'I3,а2а = 0,5 (с?:'I3,а + 1'132а 'a2a),
'I3'a213 = 0,5( 'I3'a+ '13213 'a213)'
k'I3,aK = 0,5(Z'I3,a+ Z'I3K 1,аК)
50
Введем обозначение разности ТОКОВ параллельныx ветвей нерасщеп-
ленной обмотки, равной удвоенному циркулирующему току [см
(128)]
lpl ;Ьa [,13= 2!ц'
Поскольку 1,а+ 1,13 = Ь, то
Ьа = 0,5(L, +1 р ')' 1,13 = 0,5([, 1p')
С учетом этих обозначений и равенства СОПрОТНВЛСЮlН К3 частей
расщеlU1СННОЙ обмотки относительно нераСЩСIUlенной ИЗ (1 35) получа-
ем
Z,a'I3(J, +lp') + (с?:'а'l3+ 1,a213 1,a2a)12a+
+ (c?:la,13 + 'a'a 1,а213)1213
(c?:'a'l3 + 'I3K 1,aKHK= о,
откуда
lр' + 'a213 'a2a ([,а ],13) = Z'I3K 'aK ]К'
'a'l3 'a'l3
rдe
lа2fЗ :;; R 1a + R213 + j X l a 2/3, la2a = Rla+ R 2a + j X la2a,
R,a =R,I3' R 2a =R213, ZlI3K=R'I3+RK+jX'I3K,
laK = R,a + RK + jX,aK,
(136)
следовательно,
'a'l3 !,a2a=j(X,a213 Х,а2а), 1,13К 1'aK=
= j (Х,I3К Х'аК)
Введем обозначения
j(X'I3K X'aK)/ la!13 = С'К,
С,К = !р,!1к ПРНЬа 1213 = О коэффициент токораспределеЮlЯ то
Ка КЗ, опредепяющий соотношение между разностью токов ветвей не
расщепленной обмотки 1 и вызьmаюЩИМ ее током КЗ, приведенным
к внткам ЭТОЙ обмотки,
j(Xla213 X,a2a)11,a,13 = C 12 ,
С 12 = !p,!lp2 приlк = О коэффициент токораспределения раэности
ТОКОВ чается расщепленной обмотки 2 12а 12 fЗ :;; J p 2' определяющЮl
51
соотношеиие между разностью токов ветвей нерасщепленной обмот
:H A : ': j 21:20 11'r -:е:е:н.::r:р::::: ; :
щиты трансформатора
Следовательно,
I ро = С'К!.к'
(1 37)
т е ток в реаrирующем opraHe защиты, контролнрующей !рl н .!Р2' не
зависит от тока нarрузки и пропорцнонален току в точке КЗ
Значения С" н С. к будут оценены отдельно
б) Двухстержневоu траНсформатор с одной нерасщепленноu об"",т
кой и несколькими расщепленными Схема приведена на рис 1 22, б,
но отличается от схемы на рис 1 22, а иаличием п 1 расщеrurенных
обмоток (иалрнмер, ВО. ни и др)
Дnя ЗТОrО трансформатора сопротивления КЗ
Z,a'a = Z.(3,(3. Z,a,(3 = Z,(3,a, Z,ana = Z,(3n(3,
Z 'ап(3 = Z .(3па, Z,ana = Z'(3n(3, Z,an(3 = Z,(3na
на осиовании уравнений мноrообмоточиоro трансформатора
.(3щ!.,а + '(3'a'aЬa + ,(3,а,(3Ь(3 +
+ '(3'aпa!.пa + .(3'aп(3!.п(3 .(3,aKIK =0,
!..а+Ь(3 +!,а+],(3 + +lпа+1п(3 lK =0
Отсюда аналоrнчно предьщущему пункту
lp' + ,а,(3 'а'а (!.>а Ь(3) +
z.a,(3
+ !,ап(3 !'апа (!.na In(3) = !'(3К !,аК I к (138)
!,а,(3 !,а.(3
Обозначив певую ЧастЬ (1 38) Iро а козффициент перед!к С. К
попучнм соотнощение (1 37) Отсюда следует, что прн любом числе
расщепленных обмоток н одной нерасщеплениой /ро = C 1 К /к если
ток в реаrнрующем opraHe защиты формировать в соответствни С вы
ражением
Iро = (!.,a I,(3) + .a'(3 !'a'a (I,a I,(3) +
! .а,(3
+ ! 'ап(3 ! 'апа (!.па !п(3) = (!.,а + C 12 !2U +
.! ,а,(3
52
+ С,п!.па) (!..(3 + C 12 !,(3 + + С,п!п(3)
Безразмерные коэффнциенты перед разностями токов частей каж
дой расщепленной обмотки определяют ИХ ВЛНЯl:fие на ток реаrирую
щеro opraHa н являются коэффнциентами токораспределеиия Напрн
мер, для 1 й расщепленной обмотки
Си = !.,al(3 ! ,ala 1 (X,al(3 x,ala) ,
!,а,(3 'al(3
rде ,al(3' ,ala, 'a'(3 сопротивления КЗ обмоток la н 1(3, 1а
иlа, 1аи 1(3
Выражение тока реаrирующеrо opraHa через ТОКИ обмоток примет
внд
п
Iро = ]р' + Е C.I!.pl =
1= 2
= (!.,а + Е CU]la) (!.,(3 + Е CU]I(3) ,
1 =2 1= 2
]РО = С'К!.к
rде !рl =!Ia !I(3 разность токов частей 1 й обмоткн
Значения С'I и С. к будут оценены ОТДельно
в) Двухстержневой п-обмоточный трансформатор с т нерас
щеnленными обмотками и Il т расщепленными (общий СЛУ'lllй,
рис 1 22 в) В силу конструктивной особенности, присущей всем тран-
сформаторам с расщепленнымн обмотками, сопротивления К3
(1 39)
Iala = '(31(3, -Z,al(3 = -Z,(3la,
(1 40)
rде 1 1 номера обмоток, а, 13 обозначення стержней, на которых
находятся части обмоток, la, 1(3 части 1 й обмотки, находящиеся со
ответственно на стержне а н (3
на основании уравнений мноrообмоточноro трансформатора мож
но для трансформатора с КЗ в обмотке записать т+ 1 уравнений
п
Е !,(3,ala!la+ Е '(3lal(3!I(3 = '(3laKIK
1= 1 1= 1
(1 41)
1 = 1 т,
п п
Е jla + Е 11(3 = lк
1= 1 1= 1
rде 1 номер нерасщеrmенной обмоткн, 1:<' 1 :<. т
53
,!J,a/a = 0,5 '!J,a + 1'!Jla 1,ala),
1,!J,al!J = 0,5 (g'!J' а + ,!Jl!J !,al!J),
при /=, i!J,a,a =1'ю!J, 1'!J,a'!J = о
Из (1 42) с учетом (1 40)
1'!J,ala + 1,!J,al!J = Ьа'!J' ,!J,ala ,!J,al!J =
= ,al!J 1,ala
(142)
(143)
Выразим токи чаетеи каждой обмотки через их сумму и разность
lla = 0,5(!1+lpl), 11!J =0,5([1 !p/),
rде]1 = ]Ia + ]I!J, .!рl = ]Ia ]1!J, и подставим их в систему уравиений
(1 41)
}; 0,5 (Ь!J,аlа + ,!J,al!J)J1 +
1=1
+ }; 0,5 ,!J,ala 1,!J,al!J)Jpl = '!JlaK!K'
1= 1
(144)
1 = 1 т,
}; ]1 =!к
1= 1
В первых т уравнениях (144) учтем (143), (т + ')-е уравнение
(1 44) и выражение
1'!J,aK = 05 ,a'!J + '!JK ,aK)'
тorдa получим систему т уравнении
п
}; ,al!J ,ala)Jpl = (!:'!JK ,aK)!K'
1= 1
, = 1 т
Каждое из т уравнеlШН разделим На соответствующее Z,all3 и вве
дем обозначения
Z,al!J Z'ala С,I, l'!JK 1,аК = С,к
Z,a'!J l,a'!J
54
получим
п
}; С,1!рl =с,К]к, 1 = 1 т,
1=1
rдe С" =1
Просуммируем почпенио т уравнений (1 45)
(1 45)
п
}; Cllpl = CKlк,
1=1
СI = }; с'1, Ск= }; С,к.
, =1 1=1
откуда
п
}; C;.lpl =!к, С; = CI/C K
1=1
(146)
Оставим в левой части (1 45) елаrаеМые для иерасщеплеииых обмо-
ток (1 " / " т), а в правую часть перенесем елаrаемые для расщеп
лениых обмоток (т + 1 " / "п), Torдa
т п
}; с,ирl = С, к!к }; C,I]p/,
1= 1 l=m+1
1 = 1
Отсюда определим разность ТОКОВ параллельиых ветвей первой (не
расщепленной) обмотки
(С'К!к }; C1i!p/) С,> С,т
l=т+l
п
(CmKI K }; C m l.l p l ) С т>
l=т+l
!р' =
С" С'т
С Zl C zm
С т , С т>
55
п
= (С. к Iк Сц!.Р/) A D " + (С, KIK
l==m+l
C21Ip/) х
l=т+l
x + +(CтK1J( 1: C т ll p /) A т D , =
D l т+l
( /€1 C,KDA,. ) 1к ' 1 / т+! си;" 1 р / =
( ; с,КА,, ) 1 т СиА/!
= 1=1 D K l=m+l ,:} lp/'
rдe D определитель системы, A'l алrебраическое дополнение С'1
Обозиачим
; С/К А,l = С'. К, ; С,[Аl1 = C / ,
/=1 D ,=1 D
rде штрих означаеr, что ток 1к или 1pl создает циркулирующие токи не
ТQЛЬКО В обмотке 1, но и в друrнх т 1 нерасшеJШениых обмотках
С учетом введенных обозначений
п
1 р ' + /:т+l С;/1 р / =С;к1к
(1 47)
Выражение (1 47) в общем виде определяет алroритм Функционн
ро8allИЯ релейной защиты двухстержневоro п-обмоточноrо трансформа
тора с 1 т н'расщеnлеииыми обмотками По зтому алrоритму допол
нительио коитролируется разность токов параллельных ветвеи (цирку
nНрУющий ток) только одной иерасщеnлеиной обмотки 1 и, Как обыч
но, токи веех расщеnлеииых обмоток При выборе козффициеНТ08 Пе
рецачи устройства защиты равиыми С,'/ В (1 47) ТОк в реаrирующем
opraнe защиты
1ро = 21ц. + С'ц1 р l
l=m+l
(148)
равен иулю ВО веех режимах неnoвреж.nеиноrо траисформатора н про
порциоиалеи току в точке К3 при повреждении в обмотке
Релейная защита N-стержневоro п-обмоточиоro трансформатора с
расщеJШением обмоток на N частей может с1'роиться как совокупность
устройств, функционирующих по алrоритму (1 48), каждОе из кото
рых контролирует разиости токов соответствующих пар ветвен, иахо
56
дящихся на двух стержиях Минимальиое число устроиств большее
целое от N/2 При зтом выявляется пара стержней, в обмотках кото
рых произошло повреждеЮfе При ИСПОЛЬЗОВаЮfИ N устройств МОЖНО
автоматически выявлять поврежденный стержень по факту срабаТЫВ8
нил одновременно двух устройств, защишающих обмотки эТОro стержня
Если задача выявления поврежденноrо стрежня не ставнтся, т е тре.
буется односистемиое устройство, то ero алrоритм Функциоиирования
отличается от (1 48) лишь тем, что требует измерения не разностей двух
токов, а одвнаковой линейной комбинации N токоВ каждой обмотки,
обрашаюшейся в иуль при равиых токах, причем нн одии из N козффи
циентов передачи линейной комбинации не должен быть равным нулю
r) Оценка знаrullШЙ коэффициентов rокораспределенuя Д в у х-
стержневой траисформатор с боковыми ярма ми
По второму закоиу Кирxrофа для маrннтиой цепи каждоrо стержня а,
{J поврежденноrо двухстержневоrо трансформатора (все обмотки при-
ведеиы к одному числу витков)
п
l/а = Iк, !I{J = о,
1=1 /=1
откуда
ппп
1/а 11{J = 1р/ =1к,
1= 1 1= 1 1= 1
rдe lp/ = Да JI{J, следовательио,
п
lpl + lpl = Iк'
1= 1 /=т+l
(149)
rдe 1 т иерасшеnлеиные обмотки, (т + 1) п расщемеииые об
мотки п
При одной иерасщеnленной обмотке т = 1 и1 р . + lр1 = 1к
1=2
Из сравнения ,тoro выражения с (1 39) следует, что для траисфор
матора с боковыми ярмами вее коэффициенты С 1/ и козффициент С, К
равны единице бnаroдаря тому, что сопротивления К3 пар обмоток,
расположенных на разных стержнях, можно считать бесконечно боль
щими
Из сравиения (1 49) с (1 46) следует, что и в обшем случае вее
CI=CK=1
При контроле циркулирующих токов во всех нерасшеплеииых обмот
ках траисформатора с боковыми ярмами алrоритм функциоиирования
(1 49) не требует расчета токораспределення циркулирующих токов
57
в нерасщепленных. обмотках Однако такое устройство при несколь
ких нерасщепленных обмотках практически трудно реализуемо
Двухстержневой трансформатор без боковых
я р м ЗначеЮlЯ коэффициентов токораспределеЮlЯ зависят от сопро.
тивлеЮlЙ КЗ пар обмоток, расположенных на разных стержнях Из.
вестио, что эти сопротивления велнки, и достоверная методнка нз расче
та отсутствует [19], поэтому оценка выполнена экспернментально
Из проведеЮlЫХ опытов достаточно четко следуют выводы, сущеет
венные для построеЮlЯ релейной защиты
1) у двухстержневото трансформатора коэффнциенты токораспре-
дедения прн ОДНОЙ нерасщеrшенlЮЙ обмотке н суммарные коэффици
енты для нерасщеrшенных обмоток при любом нх числе близкн к 1,0,
как у трансформаторов с боковыми ярмами,
2) коэффициенты токораспределения для каждой из несколькнх
нерасщеrшенных обмоток меньше 1,0,
З) коэффициенты распределения тока К3 мало зависят от поло
жения точкн к3 при КЗ на краю обмотки ОЮl несколько меньше, чем
ПрИ КЗ 8 середнне обмотки, но в обмотках двухстержневоro транс
форматора нет точек, прн внтковых К3 в которых коэффициент токо
распределения Тока К3 обращался бы в нуль
Трехфазный трансформатор с расщепленным н
обмоткамн на одном стержне ЦиРКУЛНРУЮЩЮlтокпро
текает в контуре обмотки с вводом в середину Связь меЖдУ цирку
лирующим ТОКОМ Н током К3 (коэффициент С, К = Ср) определена
выше Коэффициенты С!/ определяются, как н С р ПО крнвым рнс 1 19
для Ук. н пк*, определяющих положение центра поперечноro сеченн,.
одной части расщепленной обмотки
rЛАВА ВТОРАЯ
АНОРМАЛЬНЫЕ РЕЖИМЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ
И ИХ ВЛИRНИЕ НА РАБОТУ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
2 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АНОРМАЛЬНЫХ РЕЖИМАХ
К анормальным режнмам трансформатора относятся броскн HaMar
ничнвающеro тока (БИТ), пере возбуждения (ПВ), переrрузки после
аварийные, внешнне К3, в том числе особые аварнйные режнмы под
ключениой К трансформатору вентWlЬНОИ преобразовательной установ
кв Релейная защита трансформатора должна надежно распознавать
анормальные режимы н внутренние К3
Броском намаlнuчuвающеlО тока называют в техннческой лнтерату
ре переходный пр:>цесс, проявляющийся в резком увелнчении намаrЮl
ЧНвающеrо тока СИЛовоrо трансформатора (автотрансформатора) илн
58
трансформаторноrо комrшекса (совокупности соединенных JIpyr с дру
rOM трансформаторов), вызванНыи включеЮlем под напряжение или
восстаноВЛеЮlем напряжеЮlЯ после отключеЮlЯ внешнеrо К3, обус
повленный ВОЗЮlкновеЮlем свободной апериодической составляю
щей в маrЮlТНОМ потоке, приводящеи к насыщюlюю маrЮlтопровода
Иаибольщне БИТ возникают в ненаrруженных трансформаторах (вклю
чеЮlе на холостой ход), но БИТ возможен также в наrруженных н да
же заКО(IOченных трансформаторах Б(IOСОК тока, ВОЗЮlкающнй прн
включении трансформато(IOВ на холостой ход, называют также током
включения
В наиболее неблаrопрнятном случае, т е при включенни в момент
прохождеЮlЯ нзпряжеЮlЯ через нуль, Korдa вынужденный маrннтный
поток в момент включеЮlЯ макснмален а остаточнын поток также
максимален, но нмеет П(IOтнвоположную полярность макснмальные
значення потока MorYT более чем в 2 раза превышать номннальные зна
чення При этом маrЮlТОП(IOВОД rлубоко насыщается н намаrЮlчиваю
ЩИЙ ток увеЛИ'UlВзется в СОТЮI раз, т е превышает в несколько раз
номинальный ток С течеЮlем времеЮl БИТ затухает до установивше
rося значения, не преВЬШIающеro в нормальном режиме несколькнх
П(IOцентов номннальноro тока
Форма БИТ существенно несннусондзльна Характеристнки БИТ
параметры процесса, характернзующие значения н форму БИТ, яв
ляются случайными велнчинами, завнсящимн от моментов KOMMyra
ЦКН при отключеЮlИ трансформатора н прн ero включеЮlН Однако в
практике релейной защиты пользуются предельными характеристнка
ми БИТ, возннкающих прн нанболее неблаrопрнятных условиях
Иаиболее подробно практическне методы расчета БИТ н важные
ДЛЯ релейной защиты характернстнки БИТ прнведены в моноrрафни
проф А Д Дроздова [24] н докторскои диссертации А Вншневско
ro [12]
Однако постоянное совершенствоваЮlе УСТ(IOйств релеинои защиты,
возможность использоваЮlЯ в ЮlХ разлнчных парамет(IOВ процесса
8ыдвиrают задачу обобщенноrо представлеЮlЯ характернстнк БИТ
Прн различных условиях Основным условнем является внд БИТ, опре
деляемый разновременностью включения фаз выключателя
Возможны трехфазные БИТ (при одновременном включенин трех
фаз), двухфазные, однофазные И последовательные БИТ (прн после
довательном включенин фаз) Прн определенных начальных условнях
этн ВНДЫ БИТ являются расчетнымн, т е нменно их следует нспользо
вать для расчета пара метров срабатывания н для проверки поведения
релеиных эаЩИт в лабораторных условиях с помощью специальных
моделей БИТ
Далее показано, что характернстнкн расчетных ВНДОВ БИТ с доста
точной точностью определяются пара метрами системы н насыщенноrо
трансформатора, нспользуемыми в расчете однофазноrо БИТ Это по
59
зволяет сравнивать отстронку от БИТ различных реле и рассчитывать
параметры срабатывания защит по упомяиутым парамеrрам системы
н трансформатора илн характернстнкам однофазноrо БИТ
В результате затухания нзменяются характеристнкн БИТ Прн лю
бом расчетном внде БИТ (кроме последовательноrо) в трансформа
Торах и трансформаторных КОМIШексах эти характеристики опреде
ляются с использованием одно" и тон же обобщеииои кривон зату
ханни построеннон по методу нзложенному в 2 2 Кроме тoro обоб
щенная кривая затухания позволяет определять параметры траисформа
тора с насыщеиным маrнитопроводом по осциллоrрамме тока вклю
чения моделировать затухание БНТ в устроиствах дпя испытания ре
леиных защит и др
Перевозбужденuем трансформатора называют режим прн котором
аМIШитудиое зиачение ИНДУКЦИН в маrнитопроводе превышает номи
нальную иидукцию холостоrо хода Причииои ПВ может быть повыше
ние напряжеиия илн понижеНИе часТОты При ПВ возрастает намаrнИЧИ
вающий ток трансформатора как н прн БИТ но характернстнкн то
ка ва}Кные дпя релеинои защиты при ПВ ие завИсят от момента воз
НИкиовения анормальноro режима Форма кривои иамаrНИЧИвающеrо
тока при ПВ сильно искажена но в токе отсутствует посТОянная со
ставляющая Трансформаторы тока работают с малои поrрешностью
которон можио пренебречь Режим ПВ необходнмо учитывать прн оцен
ке функционирования реленнон защиты силовоro трансформатора
В 2 7 показано что в определенных случаях срабатывание двфферен
циальиои защиты при ПВ ие следует рассматривать как излишиее
ПереZРУЗI<U трансформатора разделяются на систеМаТИЧеские н пос
леаваринные 3ащита трансформатора от внутренннх К3 не должна
срабатывать при переrpузках Допустимые переrрузкн трансформато
ров определяются ннструкцнен по зксnлуатацин трансформаторов
В Иастояшее время дпя защиты траисформатора от послеаваринных
преrруэок возникающих напрнмер при авариниом Отключении од
Horo трансформатора двухтрансформаторнон подстанцнн нспользу
ется как правило максимальная токовая защита с выдержкои време
ни больше н выдержки времени максимальион ТОКОВОн защиты от
внешних К3 Эта защита не учитывает температуру окружающен среды
предварнтельную заrрузку н тепловую ннерцию трансформатора хо
тя ОСИОвиым крнтерием допустимости noслеаварнииых переrрузок
является температура изоляции а ток в послеавариниом режиме яв
ляется топько ОДНОИ нз причин возникиовения переrрева У стронства
для вьmолнения защиты от послеаварииных переrрузок контролнрую
щие косвенно температуру нанболее нзrретои ТОЧКИ изоляции обмо
ток (температурно токовые реле) разработаны Рижским политехни
чеСJ(ИМ ииститутом [20] н Киевским политехническим иистнтутом
[21 J Прнмененне зтнх устронств обеспечивает высокую технико зко
иомическую эффективность за счет более Полноrо исПОЛьзования пе
60
реrрузочиои способности и умеиьшения установлеииои мощности сило
вых трансформаторов
Проблема фиксации систематнческнх переrрузок трансформаторов
возникает на однотрансформаторных подстанциях для решения вопро
са о разrрузке илн замене работающеro трансформатора на трансфор
матор БОльшен мощиости прн росте наrрузкн Основным критерием
допустимости снстематнческих переrрузок трансформаторов являет
ся нзнос (старение) внтковон нзоляции Измеренне нзноса нзоляЦJQI
может осуществляться HHтerpaTopoM контроля переrpузкн rpaнсформа
тора ИПТ 1 разработанным в Рижском полнтехническом ннстнтуте
[20] илн устронством УРИТ разработанным в Украннском отделе
нии института Сельэиерroпроект
При внешних К3 соотношения токов и иапряжении иа стороиах
трансформатора н автотрансформатора рассмотрены достаточио под
робно например в [3] Расчетными видами внешних К3 для провер-
ки селективности релеииои защиты от виутреиних К3 явпяются трех
фазное н двухфазное металлнческое К3 в макснмалЬнОМ режиме си
стемы (минимальное сопротивление nитающен сети) прн налнчин в то
ках К3 нанбольшеи апериодическои составляющеи Начальиые зиаче
ния апернодическои составляющеи фазиых токов рекомендует
ся в [16] приннмать равными (О + v'з' /2 v'з' /2) I з) н
(1 О 5 О 5) 1 3) прн трехфазном К3 (,;'f/2) 1 3) при двух
фазном К3 rдe J З) аМIU1нтудиое значение пернодическои составляю
шен тока трансформатора прн внешнем трехфазном К3 Последователь
ные К3 с большими чем указано апериодическими составляющими
рекомендуется не учитывать так же как они не Y'Dfтываются при про
ектированин трансформаторов Эквивалентную постоянную времени
апериодическои составляющеи тока К3 следует определять по злектри
ческому сопротивлению обмоток траисформатора а не по активной
составляюшен сопротивления К3 (см 1 3) Однофазные К3 пронс
ходят как правило через переходиое сопротивление сушествеино
уменьшающее апериодическую составляюшую тока К3 Поэтому виеш
нее однофазное К3 не рекомендовано в [16] в качестве расчетноrо
вида при проверке селективиости
Особые аварииные режимы преобразовательиои установки снеуправ
ляемыми н управляемыми вентилями (ВЫПРJJмитель инвертор) под
ключеннон к преобразовательиому трансформатору оказывают оп
ределяющее влиянне иа ФУИКЦНОШfрование реленнон защиты преоб
разовательиоrо трансформатора В этих режимах по обмоткам rpaHC
форматора протекают токи с большои постояннон составляющеи кото
рые MorYT вызвать насыщение маrнитопроводов caMoro трансформа
тора и трансформаторов тока что в свою очередь может привести к
нзлншнему срабатыванию зашиты от внутренних К3 Еслн преобразо
вательная установка присоединена к заземляющему контуру то при
61
замыкании на землю вентильной обмотки преобразовательноro транс
форматора и протекании сверхтока защита трансформатора от внут
ренних К3 в силу особенности режима мОжет отказать в срабатывании
В энерrосистемах преобразовательные трансформаторы с управля
емыми вентильными установками нмеющими трехфазную мостовую
схему применяются в передачах н вставках ПОСтОянноro тока (ППТ
н ВПТ) в системах возбуждения мощных синхронных reHepaTopoB и
компенсаторов и др Для питания мощных неуправляемых мостовых
выпрямительных установок плавки rололеда на линиях BbIcoKoro напря
жения нспользуются в качестве преобразовательных силовые трансфор
маторы и автотрансформаторы раионных подстанции
Наибольшие постоянные составляющне возникают в фазных токах
преобразовательнон установкн и преобразовательноrо трансформато
ра при авариином режиме замыкания полюс фаза Это замыкание
ВЫЗЫВается как правило пробое м вентилеи KaKorO либо lтеча пре
образовательноrо моста в обратном направлении (обратными зажи
rаниями для ртутных вентилен ) или перекрытием ВСПОмоrательноrо
оборудования (разрядников RC цепочек) Для преобразовательнои
установки оно является внутренним К3 а для преобразовательноrо
трансформатора внешним Аналоrичныи особыи режим возникает
при замыкании фазы на землю в цепи переменноrо тока преобразова
тельнон установки с заземленным ПОЛюсом Для преобразовательноrо
трансформатора этот вид К3 является внешним но может быть и внут
реННИ\1 если замыкание на землю ПРОИЗОIШЮ в вентильнои обмотке
Указанные аварииные режимы управляемои вентильоои установкн
существуют в основном в течение OnHOro периода и прекращаются пу
тем снятия управляющих импульсов со всех вентилеи преобразователь
Horo мОста под денствнем защиты преобразовательнои установки т е
являются однократныr.m
При отказе защиты преобразовательноrо моста авариннын режим
прекращается путем отключения сетевых выключателеи т е сущест
вует более длительное время в течение KOToporo аварииные сверх
токи протекают по нсправным плечам MHoroKpaTHo
Если под деиствием аварииных сверхтоков плечи теряют вентиль
ную прочность н начинают проводить ток в обратном направленин
вОзникает последовательныи пробои Режнм последовательноrо про
боя для преобразовательноrо трансформатора эквивалентен внещне
му двухфазному нли трехфазному КЗ н не является особым Также
не является особым режим внешнеrо К3 преобразовательноro моста
которыи при закорачнвании полюсов эквивалентен для преобразова
тельноrо трансформатора внешнему К3 на стороне вентильных обмоток
Защита преобразовательноro трансформатора должиа фиксировать
даже однократныи аварниныи режим преобразовательнон устаоовкн
с заземленным полюсом если замыкание на землю пронсходит внутри
бака трансформатора
62
к особым режимам траисформатора (автотрансформатора) питаю-
щеrо неуправляемую въmРЯJrПIтельную устаиовку относятся только ава
риииые режимы замыкание полюс фаза (пробои плеча виутреннее
К3) и однофазное замыкание на землю на стороне переменноro напря
жения выпрямительиои установки с заземлениым полюсом (К3 фаза
земля одиофазное КЗ) При одиофазном КЗ на контур заземления
подстанции в схемах с токооrраничивающими реакторами на стороне
перемениоrо напряжения выпрямительнои установки значение аварии
иоrо тока может быть больще чем при пробое плеча Чтобы он стал
меньше достаточно заземлить выпрямительную установку на отдель
ныи заземляющии коитур [22] Время существования аварииных ре
жимов определяется врамеием срабатывания защиты вьmрямитель
нои установки и выключателя и поэтому является достаточно длитель
ным чтобы вызвать излишнее срабатывание защиты трансформатора
Поскольку к трансформатору кроме выпрямительиои установки может
быть подключена распределительиая сеть и синхронныи компенсатор
то излишнее срабатывание защиты траисформаторов в указанных ре
жимах недопустимо
Далее будут рассматриваться аиормальные режимы при которых
происходит насыщение маrнитопровода трансформатора и резкое уве
личеиие ero намаrничивающеrо тока которыи попадает в диффереи
циальную цепь релеииои защиты точно так же как ток внутрениеro
К3 Необходимость отстроики от этИх режимов определяет техничес
кое совершеиство релеиноil защиты в частности ее быстродеиствие
и чувствительиость
2-2 МЕТОД ОБОБЩЕНИR РЕЗУЛЬТАТОВ ЧИСЛЕННЫХ РАСЧЕТОВ
ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В НЕЛИНЕ"НЫХ ЦЕПRХ ЭНЕРrОСИСТЕМ
АЛR РЕЛЕ"НО" ЗАЩИТЫ
Определяющее влияние иа характеристики процессов в рассмат
риваемых далее аиормальных режимах оказывают нелинеиные эле
менты насыщающиеся маrнитопроводы и электрические вентили
Поэтому необходимо исследовать переходные процессы описывае
мые нелинеиныи дифференциальныr.m уравнениями Наиболее уни
версальиым методОм их решения является ЧИсленныи с применением
ЭВМ Однако при ero использовании оснОвная трудность переиосится
иа завершающин обязательныи этап исследовании обобщение ре
зультатов Большое число факторов делает задачу обобщения полу
ченныx результатов достаточно сложнои
Автором предложен новын эффективныи метод обобщенноrо пред
ставления результатов числеиных расчетов для целеи релеииои защиты
основанныи на использовании решения ПОРОЖдающен задачи и асимпто
тики по малому параметру Суть метода заключается в следующем
63
Если для задачи
!.L = [(у (11) у(О 11) =уО
dt
(21)
справедлива теорема о непрерывнои зависимости решення от парамет
ров и начальных значении то ее решение можно записать в виде
y(ll1) y(l) 'Е(' 11) (22)
<де 1 Е [О 'тах] время 1111 < с малыи параметр у (1) реше
ние бопее простои чем (2 1) порождающеи задачи т е задачи (2 1)
прн 11 О Е (1 11) поrрешность приQлижения (остаточиыи чоен) [23]
Указанная теорема обычно используется как вычислительныи ннстру
мент в методе малоrо параметра
на ОСНОвании (22) можно переитн от MrHoBeHHЫX к интеrральным
относитеЛЬНым характеристнкам процесса приняв в качестве базовои
величины соответствующую характеристику решения порождающен
задачи
У.(, 11) = У.(О) + Е.(, 11) = У. (О) К (t 11)
(23)
<де K(t 11) I+E.(t 11)/Y.(O) обобщенныи параметр процесса
Значение К не зависнт от выбора базовоrо значения но разлнчает
ся для разных характеристик процесса Чем меньше t и J.l тем ближе
Y.(t 11) к У.(О) а К (t 11) к 1 О По результатам численных расчетов
нсходные данные для которых выбираются в соответствии с теориеи
IШанирования эксперимента стронтся зона значении обобщенноrо ,а
раметра "роцесса К = Y.(t 11)/Y.(O) в завнснмости об безразмерноrо
комплексноrо apryмeHTa X(t 11) Однозначная аппроксимация зтои
завНСИмостн представляет собои расчетную кривую Наибольшее зна
чение aprYMeHTa Х тах в области D (К) = [О Х тах ] определяется нан
болЫllИм допустнмым отклоненнем К в полученнои зоне от значення
по расчетнои кривои
Если известны У.(Х=О) н У.(Х= ) *' О
К= Y.( ) У.(Х) [(X(t 11»
У. ( ) У.(О)
(24)
Особенность рассматриваемых переходных процессов заключает
ся в том ЧТО во первых по рождающая задача является практическн
линеинои поскольку ОПисыВает установившиися режим в так назы
ваемои базовои схеме нелннеиные злементы которои работают на ли
неиных учаСтках своих характеристик и во вторых, допустимое зна
чение KOMWleKcHoro apryмeHтa Х таХ является достаточно бопьшим
поскольку для целен релеинон защиты не требуется высокая ТОЧИость
представления резупьтатов расчета переходных процессов а время
64
t а \ определяется нормированнои выдерЖКОII вреМСJIИ или временем
появления условии срабатывания Указанная особенность определяет
эффективность предложенноrо метода Как показали исследоваlfИя
доя анормальных режимов трансформатора малым параметpnм яв
ляется зквнвалентное активное сопротивление J.l RЭJ( определяемое
по теореме Телледжена для мощности ПОСТОJlННОИ составляющен тока
в базовон схеме прн IR U --+ 101
R эк 2= = I:I;:RI =I:C IRI (25)
lа 11 lа
rдe С ai коэффициент токораспределения Постояннои составляющеи
Тока в базовой схеме КОМW1ексныи aprYMeHT представляет собои от
носительное время Х = t / т а для установившихся процессов базраз
мерныи комплекс lfGUT = RЭJ(!Х ЭК Х ЭК зквИВалентное сопротивле
ние баэовои схемы
Разработанные по опнсанному методу расчетные кривые или соот
ветствующие им змnирическне формулы доя ОПределения разлнчных
параметров и характеристик положены в основу инженерных методик
расчета приведенных IOIже
Следует отметить широкие возможности исПользования решения
порождающен задачи н асимnтотнки по малому параметру в качестве
формы обобщенноrо представления уже полученных тем или иным пу
тем решении сложнои задачи если не преДЪJlВЛять завышенных требо
вани", к точности
Вопрос требуемои точиостн следует рассматривать С учетом указа
нин приведенных в [7 с 52] Нерационально тратить силы и время
на снижение поrрешиости расчета до значении менее 50 20 % (редко
10%) наибольшеи из следуюшнх величин 1) нормиpnаанноrо допус
ка для конечноrо параметра 2) изменения параметре из за допусти
Moro отклонения своиств материалов технолоrических режимов reo
метрических резмеров или расположения частеи 3) поrрешностн оп
ределения исходных данных 4) поrрешности расчета ДРУfИХ елаrае
мых коиечноrо параметра 5) нзбьnочноrо запаса в конечном парамет
ре 6) поrрешности расчета в котором будут ИСПользованы результа
ты решения даннон задачи'
Для релеинои защиты конечным параметром зачастую нвляется
устанавливаемыи на защите параметр срабатывания (например ток
срабатывания) Избьпочныи запас в нем определяется коэффuциентом
надежности учитывающнм ошибку реле и запас н обычно приннмае
мым равным 1 3 1 5 или козффициентом чувствнтельности Прини
маемым равным 1,s 2 О При расчете БНТ в качестве исходных дан
ных используются индуктивности обмоток в воздухе что создает за
пас порядка 30 % дополнительныи запас создается выбором предель
65
ной остаточной индукции в качестве расчетноrо значения Активное
сощютивление ПlX>водов увелнчивается на 4 % при HarpeBe на каждые
10 Ос, а возмОжное отклонение температуры от расчетной можеL со
ставлять несколько десятков rpaдYCOB
23 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТРЕХФАзноrо ТРАНСФОРМАТОРА
ПРИ ErO НАСЫЩЕНИИ
Расчетная схема злектрическон сети и трехфазноrо трехстержнево
ro трансформатора У О/д при ВКЛюченин ero на Холостой ход со сто
IX>ны наружнои обмотки, соедииеннои в звеэду, показана на рис 2 1
Будем рассматрнвать трансформатор Как симмеТРИЧНЫЙ В деиствитель
ности крайняя и средняя фазы в маrнитном оrношеЮUI несимметрич
ны, но эта неСffмметрия при расче..-ных БИТ ОТНОсится к второстепен
иым факторам Масннтные потоки вне маrНИJОПроВОда поКаэаны
штриховыми ЛИIOlями Схема маrнитноij цепи УПlX>щена в соответст
вни с рекомеидациями [7]
на рис. 2 1 и далее в текс", приняты следующие обозначения
е А ев ес эквивалентиые фазные ЭДС. равные фазным напряже
ниям: в точке ПОЩ(}Jючения трансформатора до ero включения,
L с 1, L со, Мс ЭКВивалентные индуктивности прямой и нулевой
последовательностей и взаимная нндуктивность фаз питающей сети,
Lco :::: LCl + 3Мс,
Rc R3 R A , R T эквивалентное активное СОПlX>тивление питающей
сети, заземления, вторичной обмоткн, соединенной в треуrольник,
приведеннot 1< числу витков первичиой обмотки w. электрическое
СОПlX>тивление первичной обмотки трансформатора,
Rco = Rc + 3R з активное СОПlX>тивление нулевой последователь
ности питающей сети,
Рис 2 1 РасЧетная схема элеК
ТриЧесКОЙ cent: И трехфазноro
трансформатора при ВКЛЮЧе
НИИ ero на ХОЛОСТОЙ ХОД
66
Ф Т А, Ф Т В, ФтС маmитные потоки в стержнях (с учетом потоков
в ПlX>странстве между стержнем и внутреннеи обмоткои),
ФкА' Ф кв , ФкС, 3Ф о маrнитные потоки вне маrиитопlX>ВОда
(в межобмоточном простраистве и между ярмами вне обмоток).
R р к R р О маrнитные СОПlX>тивления этим потокам,
L к Т L 110 индуктивности K0IX>TKoro замыкания rpансформато
ра и нулевой последовательности.
L KT w2/RIlK' L IlO w2/3RIl0.
L дифференциальная индуктивность обмоткн насыщениоrо тран.
сфо;матора, принимаемая равной индуктивности обмотки при заме
не стали стержня воздухом,
ФА, Ф в' Ф С результирующие потокосцепления фаз,
Ф М потокосцеIUlение. обусловленное Намаrниченностью стали,
равное при полном насыщении Ф а,
Ф ост остаточное потокосцепление,
'А 'в 'с. 'N токи в фазах и нейтрали трансформатора.
'N =IA +IB +'С,
'о = 'N/3 составляющая нулевон последовательности фазных токов,
Be :H I o: :=: е :;:: б ;:: ЫХ в треуrольник, при
1 рА, 1 рв, 1 рС, , ро намаrничивающие токи стержней А В, С транс
форматора и пространства вне маrнитопровода.
" (. А + 'IlB + 'Ilc) i 'Il/ составляющая нулевои
Ilo 3 Il 3 / A
последовательности намаnmчивающих токов стержней
ПlX>цессы в схеме описываются сле.цующими уравнениями
для цепей первичных обмоток трансформатора
еА (L C1 +Mc)d'A/dt + Mcd'B/dt + Mcd'c/ dt +
+ (Rc+RT)'A +R"N+wd(ФТА +ФкА)/dt.
ев (L C1 +Mc)d'B/dt + Mcd'c/ dt +Mcd'A/dt +
+ (Rc + RT)'B + R"N+ wd (Фтв + Фкв)/dt.
ес (L C1 + мс) d,c/ dt + Мс d'A/dt + Мс d'B /dt +
+ (Rс+Rт),с+R"N+wd(Фтс+ Фкс)/dt.
С С
'/ 'N 3'0. е ! o.
/ A / A
(26)
67
Д1Iя цепи вторичных обмоток, соединенных в треуroльник,
d С
W 1: Ф Т / +ЗRдl д =0,
dl /=А
(27)
Д1IИ маrнитнои цепи трансформатора без учета ее асимметрии
(1/ + 'д)W = '1'/ W ЗФоR/JО, } = А, В, С, (28а)
'/W = Ф К / R/JK ЗФоR/JО } = А, В, С,
(2 86)
с
1: (ФТj + Ф К / ) + 3 Ф О = О
/=А
(28в)
Выразим мarнитные сопротнвления R po н R PK через соответствую
щие индуктивности
ЗФ о R/JO = '1'0 W,
откуда
R po = 'pow 2 = ,
зФоw ЗL/JО
(29а)
Ф К / R/JK = ('/ + '/JO)W
откуда
('! + Ipo)w 2 w 2
R/JK = =
ФКjw L KT
(296)
Из (28а) н (2 Qa) следует
1/ =11'/ 'д '1'0, } =А В С (210)
Введем обозначение реЗУЛьтнрующеrо потокосцеnлення фJ.зы
Ф j = L c1 '/J/ +W(Ф Т / + ФК/) =
= (L C1 +LB)//J/ + Ф М / (211)
rде Ф м потокосцепление обусловленное намаrниченностью стали
(при пОЛном насыщенни фм = фs) а также обозначення по(,тоянных
времени
Т= Lct+/s
Rc + R T
Тз= , Tд=
ЗR, R д
68
Первые трн уравнения (2 6) с учетом введенных обозначений н соот-
ношения (210) прео6раЗfЮТСЯ к виду, одинаковому дпя каждой фазы
+[('д '1'0"0)=
",а с l+ L B ) ыТ LCI + [ в dwt
[(lд 11'0' '0) =
LCl )(
L c1 +L a dwt
[сО LCl dl O 'о
(,д + 'ро) d;;;; wТ з '
(212)
Ф j /(L С1 +L B ) = 11'/ + ФМj /(LCl +L B ),
}= А,В,е
Здесь U)=21rf уrловаячастотасети, W(L: 1 +L 8 ) ='вын вынуж
денная составпиющзя тока БИТ при иасыщенном маrнитопроводе,
амnлитуд.а которой
lm = Em/[w(L c . +L B )] =Ф т /(L С1 +L B ),
Фт = Е т / w аМIШнтуда вынужденноrо потокосцеnления
Просуммнровав первые трн уравнення (2 6), получим
W i (Ф Т / + Ф К / ) +
d, / =А
+ Lco d/N + (R, + R T + ЗRз)'N = О
dl
(2 lЗ)
Из (28н) с учетом (29а)
W (Фт/+Фк/)+ЗL/Jо d'/JО =о (214)
dl /=А dl
В (2 13) н (214) входит слаrаемое, определяемое по (296)
W Ф К / =LКТ ('N+З'/JО) (215)
dt /=А dt
ИЗ (2 1 З) с учетом (2 15) h (27) попучаем
Lco d : + (Rс+Rт+ЗR,),о+ LКТ 'О+I/Jо)=Rдlд
69
) ; +
UJТ з о
+ d '. 1
LCI + L B dWI (/0 +IJlO): WT n [ д ,
rдe [.: iN: ij.
3 j:A
По уравнениям (2.12), (2.11 ) (
составлена схема акалоrовой мо ' 2.8в) , (2.9а) к (2.16) Может 6ьль
rде ШТриховой Линией обве дели. Вариант схемы показан на рис 2 2
мы дЛЯ фаз В и С аналоrи :: :. :: схемы, общая для всех фаз. 'C e
не показана схема модеЛИрования си:rмд:: фаэ А. На рис. 2.2 также
СИriСОидальиых вынужденных ТОКОВ. ричнои трехфазнои системы
ри моделировзЮfИ i МОЖНО обо v
торов ВО ВХОдных цепях Д усилителя, ::: Ь в З ИСПОЛЬзования КOJщенса-
70 равую часть (2.16) ВВести
(2.16)
слаrаемое [L(1n/(L c1 + L.)] Xdio/dwt, ,де малыЙ параметр L(1n ии-
ДУКI1Iвносrь рассеяlПlЯ обмотки, соециненной в треуroЛЫПIК.
Для удобства перехода на моделк от действителькой вебер-ампер-
НОЙ характеристики к спрямленной следует иабирать на БЛоках нели-
нейности БН смещенные по оси Ф зависимости ip ('1"), например, дlIЯ
фазы А: .
, ФА ФиА. ФМА ФиА. ( ФМА Ф ИА )
ФА : :'JlA :/JlA +[m ,
Lct+La LCI+L B Фт Фт
rдe Ф н начальное потокосцемеlПlе, соотвеТС1вующее нулю набирае.
мой характериCJI/КИ.
Еслк считаJЬ '11М: '1',. т.е. моделировать спрямлекиую ве6ер-ам-
перную характеристику, и принять фи = '1'" то ФА = ipA' Это озиа.
чает, что рабочую ветвь характеристики можно моделировать ДИОДОМ.
Зкачения коэффкциектов моделк при wM : 211[ М : 1:
o.=I/wT; о,:1/3wТ з ; Оз:(ФостА ФиА)/Фm;
04: (ФиА + ФИВ +Фкс)/Ф m ; о, :([7 :а.: Lc./(Lc. +L B );
о.: (LCl +LB)/3LJlo; о.: (Lco LC1)/3(Lcl +L B );
о. о : W (Lco + L K . T )/3R n : + w Tn(L,o + L K . T )/ (L C1 + L B );
о,,: (R с +R т +3R з )/3R д = (Тд/Т+Тд/Тз);
о" :wLK.T/R n :wTnLK.T/(L c ' +L B ).
Bcero В модепи с учетом фаз В к С кспользуется 18 коэффициекroв,
в которые входят 9 неззвисимых комбинаций величин:
wT; wт з ; wT n ; ФостА/Ф m ; Фоств/Ф m ;
LC1/(Lcl +L B ); (Lco Lc' )/(Lc. +L B );
(LCl +L B )/(3L Jlo ); LK.T/(L c ' +L B ).
(2.17а)
(2.176)
Блаrод,аря моделированию в относительных ециющах ЧИСЛО незави.
снмых комбинаций веЛичии на еДИIDЩУ меньше числа независнМых
параметров :
Rc +R T ; R з ; R д ; ФОСТ4 ФостВ; L C1 ; Lco; L K . T ; L B ; Lpo.
Очевидно, использовать модель можно для исследовзlП1Й БИТ и
неЛьзя для исследования поведения н испытаний релейной защиты
прк БlП кз-за большоro числа варькруемых коэффкциектов.
71
'А : 1И2;1»I ;:::H ; нулевой Последователь
н.. ти :ре ':"-:::': r.д::::: '::K; =
["". ной защиты, без их заметноro искажения це
'L.... : :: ти':: И.:: :ел: ееос::: ий
на примеиении схемы замещения нулевои по
cnenoватсльности
Пр6ц.ссы в схеме замещении нулевой последов. теЛьности ОПнсы
в.ютСи спедylOщей енсreмdй пинейНых уравиений, иепосредствеиио вы
: а.;о::ф.=, ::нныx Bыwe Просуммировав уравнеиии (210)
. 1 С
'lJo = 3 ':А 'щ ='0 +'IJO +'д
(2 18)
Ср.внив (213) и (214), попучим
Lco d'o/dr + (R cQ + RT),o =LlJo <h1JO/dr,
rде 'о = iN, Rco =Rc + 3R,
Сравнив (2 14), (2 15) и (27), попучим
L K Td(,o +'lJo)/dr +LlJod'lJo/dt =Rд'д
(219)
(220)
У виени (2 18) (220) соответствует схем. иа рис 23 Штри
xo oa линнеи пщ(аэаиа ИИДУК'fивиость рассеяния обмотки, соедииен
нои в :rреуroЛ КI L 4д , ОТОРУЮ МОЖНо ввести в схему как малыи
параметр Если обмотка l соеДНиеинаs в треуrольиик, является НdрУЖ
нои, Ч1Q имеет место в некоторых трансформаторах, то коифиrурация
схемы замещения рис 2 3 ие изменяется, лишь Ветви с токамн 1 о и
1 Д меняюrся местами
Схема замещения рис 2 3 точио соответствует расчетнон схеме
рис 21, ио в сХеме замещения неизвестна входная величина IJ.1.0 рав
ная 1/3 суммы иамаrничнвающих токов стержней
ИсспедОВании, выПолиеиные в [25], подтвердили для трехстержие
BЬJX транСФОрматоров высказаниую ранее американскими авторами
для rpYnnbl однофазных трансформаторов ВОЗможность иезависимо
ro формирования намаrничнвающеro тока каждоrо стержня Это аз
; : o:O п :; ::: Ю::е; :ят: Ж: ;О :;р :о з::жн: ю
НИН, 'щ = " по (212) без учета [(,д, 'IJO' '0)' затем зиачеиия ,д 'IJO
определять по схеме эамешения нулевой поCJtедовательиости, приве
72
Деннои на рис 23, и учитыв.ть ИХ В (2 1 О) Прll определеJlИИ ф.зныx
токов
Для исспеДования поведении 11 испытаний устройств репейной З!I
щиты при трехфазиых БИТ можно пользов.тьси еще бол е упрощеll
нои математической модеl1ЬЮ ПреЖде Bcero, на пов дение быстрЬ
деиствующих защит мощиых трансформаторов з.тухание БИТ оказы
вает несуществениое ВЛИЯЮlе, поэтому с жбольшим запасо" во селек
тивиости можио поЛаrать Rc. RT' R э . R A равнымн. "yдJO, Т е исполь
зовать иезаryхающий БИТ Исследованк.а" выполиеиные иа электрои
иой модели [25], показашl, что ПPl/ МОдeдllРОlilани" не атуцющеrо
БИТ измеиеиие в реапьныx предепах ,lCо ффJЩJl.eIlТOВ (2 17б) может
быть заменеио измеиением oAНoro "CKYC"ТJI ""O ЦОl,\llмоro козффи-
пиеита fЗ Р.ссмотрим зтот прием Введем обози....ни
Iп = 'д+IIJ.О
По (210) ток Ф.зы v = А. В, С)
" = 'IJ' 'D
Зиачение , D определиетси параметрами сети и трансформатора по
схеме замещения иулевой поспедовательности (рис 23) При мапом
сопротивлении ветви С током ,д и С током IIJ.O по сравнению с сопротив
лением ветви с током 10
1 С
'D '" l: '1Jl' 'N = 3'0'" О
3 t=A
Дли rруппы одноф.зныx траисформ.торов И треХф.зноro" "OBЫ
ми ярмами LIJO '" 00, IlJo ... О Еспи при зТО1\! отсутствует обмотк.,
соеднненная в треуroпьник, то ' д '" О и, спеnoв.reльнЬ, 'D ... О Дли
трехфаз"ых силовых трансформаторов И трупп при Напичии обоМ6'ТКИ,
соедииенной в треуroльиик, минимальиое значение
1 С
'D = l: 'IJ'
6 ,=А
Таким образом, выражение
С 1
'D = fЗ, :/IJI' 6" fЗ"
справедливо для большинства применяемыx в энерrосистемах транс
форматоров Спедоватепьио, токи фаз Прll трехфазном БИТ можно фор
мироватъ по иамаrничнваюшим токам в соответствии с выражением
73
с I I
ij = i llj 13 j:A i llj ; 6 '; 13.; "3' (2.21)
а намаrничивающие токи фаз формируются, как однофазные БИТ.
2.4. РАСЧЕТНЫЕ ВИДЫ БНТ (БЕЗ УЧЕТА ЗАТУХАНИR)
Однофазный БИТ. на рис. 2.4 построена кривая тека I1рИ вкпюченни
однофазноro трансформатора или одной фазы Ч>I''iфазиоrо трансформа
тора с заземленной неН'Fралью без учета затухани.я: при начальных ус.
ловиях, обеспечивающих наибольший БИТ, т.е. остаточное потокосцеп.
пеине трансформатора Ф, максимально, а Включение выКЛючателя
ПРОИСХОДИТ в Момент времени, Korдa напрФкение сети проходит через
нуль, увеличиваясь в положительном напр;цmеfППf. Эквивалентная эдс
сети е с = Еmsiп("'t +а) при а = О создает вынужденную перемен
ную составЛЯЮЩУЮ поrокосцеШlения Ф п = 'V m cOs<.vt, rде Ф т =
= Ет/""
Полное потокосцеШlение сети и обмотки трансqюрмаroра Ф не мо-
жет в момент включения изменяться СК3Ч1СОМ, поэтому кривая Ф (<.vt),
переменная составляющая которой равна Ф П (<.vt). И3Ч1Jнает изменяться
с значения Ф,. Полное ПОТQкосцеШlение Ф ОI;lредепяет ТОК i в соответ-
ствии с однозначной завИсимостью (rnстерези:с не учитывается):
"'(i) = (Lc+LuT)i +"'тЮ '" (Lc+LK.T)i + "'ИН (i),
rде Lc зквиваленmая ИНДуктивность пнтающей сети; LaT ИНДУК-
ТИВность включаемой обмотки трансформатора, обусловленная Mar-
IDIТНЫМ потоком, эамыкающимся по немаrнитной среде; '" т потоко-
сцеШlение обмотки трансформатора, обусловленное маrнитным лото-
ком, замыкающимся по стали;'" L K . T ИНДУКТИВность КЗ обмоток ВН
н НН; "'нн потокосцеШlение обмотки ИН.
Зависимость '" (i) Может быть аппроксимирована Ломаной с верти-
калЬным участком до потокосцепления насыщения W S спрямленная
характерИстика. При такой идеализации кривая i (wt), показанная
CIШОшной линией, представляет собой часть косинусоиды с амrтиту-
дой 1т = "'m/(Lc+L.) = Em/I"'(Lc+L.)], смещенную Относнтепь-
но оси времени на величину [см и не имеющую отрицатепьных полу.
волн:
i = /mcos"'t+ I см ; Im( cos",t+/cM/lm),
i ;;;. О.
Закруrления у ОСНования полуволн тока, показанные на рис. 2.4, б
пунктирной пинней, незначительны и не казывают влняния на работу
большинства токовых защит.
74
НС+НТ Lc !.. LIJT
q Tt
dt dt
а)
<:!.
aJt
Рис. 2.4. Однофазный БНТ
Q схема замещении; б построение кривой тока без уЧета затухания
Как видно из рис. 2.4, б, форма идеализированной кривой одно-
фазноro БИТ определяется одной величиной относительиым сме-
щением оси КОСИНУСОНДЫ:
A(l) = ICM/lm = "'см/"'т =
"', + "'т "', = 1 "', "'r .
"'т "'т
(2.22)
75
Верхний индекс (1) здесь и далее ОТНОСИТся к расчетному однофаз.
ному БИТ
Прн включении В пронзвольный момент времени wt. "" О
, =lm[ cos(wt+wt.)+A(I) I+coswt.],,>O,
т е относительное смещение А < А (1)
А =Ic../lm=("'r+"'mco.wt. "'s)/"'m=
= А (1) 1 + coswt.
(222а)
Прн ИСПОльзовании СпрllМJ1енной вебер-амлерной характернстикн
трансформатора, отсутствии затуханин (малый параметр Rc + R T пола.
raeM равным нулю) И начальных условиях, определнемых фазой вклю
чеНИJl а = О и остаточным поroкосцеnлением '11, :;: '11" задача расчета
БИТ стаНОВИтсн ЛИнейной (порождающан задача) Ее реС/еннем ЯВЛн
етсн полностью смещеннан синусонда с амnлнтудой 1т = Ет/ (Хс + Х.)
н ПОстоянной составляющей Ia :;: lm I т е относительным смещением
А :;: 1 ОтЛl!чие '11, от Ф, " а от О вызывает Изменение относительноrо
смещения А < 1 И нскажение формы незатухающеro тока, кумень.
щению А И Нзменению формы ТОКа nPНВОДИТ Также И ero затухание
при любых начальных условинх Прн этом по рождающую синусоиду
кривой тока. характеризуемую значением 1т, можно считать неизмен-
ной, если не менять ПРННJlТУЮ аппроксимацию вебер-амперной харак
теристики Значение 1т целесообразно приннть в качестве базовото
при определении относительных значений несинусоидальноro тока
Эти относитепьиыe базовые зНачении завИсит только от оrноситель-
ното смещенин А и НВЛяютсн характеристиками одиофазноro БИТ
относительное мrновеиное зНачение
"б = ,/I m = coswt+A. 'TccosA.. wt"2" 'TccosA,
относитеЛьное максимальное значение
'таХ.6:;: lтtlx/lт = 1 + А,
относительные длительности импульса н паузы тока
8 и . = 1 ;arCCOSA,
80. = 1 8и. = arCCOSA,
относительное действуюшее значение
I-б = I/I m = j (А2 +0,5) ( 1 ; aTCCOSA) + -;A ',
76
относительное среднее значение (апериодическая составляющая)
I ср ' б = lep/lm = А ( 1 .TCCOSA ) + ,
отнuсительное действуюшее значение l1ервои rармоНИКИ
I б = l ' / 1 = ( 1 .! arccosA + v'17 ) ,
Н. r т 1т 1т
относительное действующее значение второи rармоНИКИ
I".б = 12 r/ l m= v2' ( )',
3"
относительное действующее значение третьей rармоники
Iн.б = I,r/lm= ,;:р A( )',
З"
относительное действуюшее значенне переменной составляющей
l по б = Iп/l m = v' 1; б I p. б"
козффициент формы
kф = I.б/lср.б,
козффнциеит амnлнтуды
ka = lтах.б/I..,
козффн циеит искажени й
k. = (v' I . б Itт.б)/I".б,
козффициент второй тармоникн
k 2r = 1 2r *б/ 1 tr*б,
коэффициент переменной составляюшей
k п l по б/ I .б = "'1 l/k
Зависимости перечисленных выше относительНых значений н ко
эффициентов от А приведены в табл 2 1 завиенмости относительных
значений тока от А по казаны в виде rрафиков на рис 2 5
Двухфазный БИТ в тpIIНсфорМ8торе С изолиров'ниой иеАЧ"';"ью
При этом ВИДе БИТ кривая тока в двух фазах аналоrична крнвом то
ка однофазиоro БИТ, (2) = 'В = 'c, в отключениой особой фазе А ток
отсутствует
77
$; ::8: s :
QQQQQQQMM....OO
OOQOOOO........OOO
:; ;;g 8 RS&1
OOOOOOO M....OO
6 = ;
0000000........000 S : s
OOOOOOON OOO
Ei: gg iii з :g
OOQOOoo........ooo
oOOOOOO....NOOO
; 6 я Е=; Е
OOOQOOO....NOOO
OOOQOQO........ooo
Е : iЩ
:; :G 8 :; OOOOOOQ.... OOQ
0000000........000 $:::;!j $; ::.: 8
V)MNMN....O\oCl....V)V)ac
oOOOOOO....NOOO
88 ;; g 8 ;
O....OOOQO........ooo
QOOQOOO....NOOO
'o:t 'o:tO\'o:t 'o:t N.... 0\... 8;
'o:t'o:tOO\O\........V)\O о'" Q
........0\\0\000\",\0
0....00000.........000 ооооооо....Мооо
е
i
i
:z
i
5.
i
>< ::
мм
MOr---r--- N\oCI V)
0........0000.........000
з ЕЕ
0000000........000
;::;
:; E
0000000,...,....000
'"
'"
....
J JJ1JJ2.:.:f
J J;JJJ2.:.:
Рис 2 5 ЗависиМосТЬ от А хараКТерис
ТИК однофаэноrо Б НТ
Ток 1 (2) протекает под деиствием
междуфазнои ЭДС и оrраничен со
противлением двух фаз Если прене
бречь взаимнои индуктивностью фаз
сети 10 амплитуда порождающеи
синусоиды
10
0,8
0,6
о;.
02 lzrl
О, 11,80,0 0,+8,2 о 8,2 0,+ 0,6 А
If,,2; = уЗ'j [2 (хс. +х в .)] о 866/f,,1)
(2 23а)
расчетное значение относитепьноrо смещения
А (2)
2 '1', '1', 2 ( 1 А (1»
I 1 ,j3
(2 236)
Попьзуясь значением А (2) вместо А можно по рис 25 и приведен
ным выше формупам определить все характеристики рассматривае
Moro БИТ
Двухфазный БИТ в трансформаторе с заземлениой неитралью В ДВУ"<
фазах протекают намаrничивающие токи разных зиаков в неитрали
периодически и ток ток в отключеннои фазе и в обмотках соединен
ных в треуroльник не протекает Начальные условия при ВОЗЮfкнове
:и: :о : ао а ::ь: : : : ;o: : Епа I C K :':
ных фаз одинаковы ([ индекс фазы) Поэтому
AJ1 1) A(l) J + со. "'10/ А(I) 013
1;'/. 1) I I! / в С
На рис 26 а rоказаны токи В фdJах и неитр.ши при этом виде БНТ
Деисrвующее значение расчетноrо периодическоrо тока в нентрали
(224)
I<fv. 1)
1 [ 71 :fl+A2 ( vIз' ) +А,jlA" arcco.A ]
271 6 2 3
сде А А (1 1)
Зависи";ость I 1 1) / lJ.1dx f (А (1» показана на рис 26 б Откуда
спедует что при рассматриваемом БИТ возможно протекание в неитра
79
I " li ,c.
0,4-
0,1
0,2
0,1
0,6 * 0,2 О O'J) 0,* 0,6 O, А(1)
а)
Рис. 2.6. ДвухфазныА БИТ в трарсформаторе с заземленноА неАтралью:
а кривые 'Юков без учета затухании: б зависимость относитепъноro ДеЙ
СТВующеro ЗИlчеюtJl 'Юка в неАтрали от А(I)
ли траисформатора периоЩlческото тока с наибольшим действующим
значением
I , I) =O,4i2 x
Длительность :ИМПyJIьса тока в нейтрали
8. = 2,,+ f 2.TCCOBAP, 1)
(2 25a )
длительность naузы
8 п = 2arccoSAp, 1) ,,/3. (2.256)
ТреХФ.ЭllЫе БИТ. Раэличают два основных расчетных типа трехфаз-
ното БИТ. При токе 1 тила (рис. 2.7, а) намarничивающий ток одной
из фаз (особая фаза А) равен иулю, иаматничивающие .токи двух дру_
rих фаз равны по значению и ПРОТНВОПОложны по зиаку, "особой фа
зе А протекает перио.цический ток. Соотношение остаточных потоко-
сцеrmений в фазах и yrол включения, при которых имеет место УОк
1 типа, по казаны на векторной диаrрамме рис. 2.7, а при t ::: О. Отно-
сительные смещения намаnmчивающих токов
AIlB =A llc = _
= А(I) 1+ 'СОВ "'10 (В,(') 1= А(I) 0,13.
(2.26а)
При токе П типа (рис. 2.7, б) намаrНИЧИВающий ток одной из фаз
(ос06ая фаза А) максималеи, наматничивающие токи двух друтнх фаз
равны по значению, ОЮl противоположны по знаку току особой фа-
зыI, во всех фазах протекают токи с апериодическими составляющн-
МИ. Однако в одной из фаз вторичной цепи трансформаторов тока,
Во
соединенных в треуrольник, протекает пернодический ток без аперио-
дической состаВШllошей. Соотношение остаточных потокосцеnлений
в фазах и уrол включения, при которых имеет место ток 11 ТИПа, пока-
заны на векторной днатрамме рис. 2.7, б для труппы однофазных транс-
форматоров прн t ::: О. Относительны смещения наМ8rЮlчивающих
токов
AIlA = А(1); AIlB =A l1 c =А(I) I +
+ cos ",1 о(В, С) = А (!) 0,5.
\ (2.266)
Прн БИТ 11 тИпа в трехстержневом трансформаторе Остаточные пото-
косцеrтения
>VrA = >V r ; >VrB = >VrC = 0.5>Vr'
Поэтому расчетные относительные смещения намаrничивающих то-
ков в фазах В н С трехстеpжllевоrо трансформатора меньше, чем 11
rруппе однофазных трансформаторов, и равны
0.5 '11, + Ф т со! UJt o Ф s
AI1B = A l1 c Ф т
= А(I) O,5(I +Ф,,/Ф т .).
(2.26в)
Последовательный БИТ. Последовательным будем называть БИТ,
возникающий при разновременном включении фаз ненаrpужеииоrо
трансформатора с заземленной нейтралью под напряжение. Как пока.
зали исследования и эксперименты в энерrосистеме, после включе-
ння всех трех фаз ток в нейтрали трансформатора весьма мал, если
все фазы включились одно'Временно, и при неодиовремениом включе-
нни, еслн довключение третьей фазы происходит во время паузы БИТ.
Если же довключение происходит в момент. котда ток в нейтралJl не
равен Нулю, вОзникает свободный сверхпереходиый проu.есс при ко-
тором свободный апериодическИй ток, наведенный в обмотках. сое.ци-
ненных в треуrольник, в моментдовключения iд.а(о) = iN(O) за.
тухает в течение нескольких периодов. СвобоДИый ток наибольший
в том случае, если пронсходит довключение одновременно двух фаз
в момент, Korдa ток однофазноrо БИТ проходит через максимум,
У.е. iN(o) ::: ,,!t x. В этом режиме ток в нейтралн после момента довклю-
чения (1 = О)
! Rсо+Rт+R д
'N 3iд.а ;;; i x е Lco+ LK.T
(2.27а)
В1
Imип J :nmun
t =0 t=O
'f',c
,/,.с
1"8 1 nA
t..,umax
Рис 2 7 Трехфазные БИТ
а ncpBoro типа б BToporo типа
rде обозначения приведены на схеме замещения нулевои последова
тельности рис 2 3, ток в фазе, например, А
'А ;('!,A 'д) 'дa ;, + +' e '/To,
То; (Lco + L K T)/(R co +RT + R n ),
rде lA переходная составляющая трехфазноrо БИТ I или 11 типа,
второе слаrаемое сверхпереходная апериодическая составляющая,
ее постоянная времени приблизительно равна постояннои времени
апериодической составляющей при внешнем К3
Вывод о характере изменения свободноrо тока непосредственно вы
текает из рассмотрения процесrов в схеме замещения нулевои после
довательности рис 23 При t ; o 'N; ,,,\ , ,д; О, '!,о ; О При t
=+0 lN=31 0 (+O) =l , lдз = IO(+O) = +' , 'ро =0
После затухания сверхпереходиоrо процесса 1 о = + 1 N о, 1 Д :::::::
I С
"" 1: '!,/. 'да;О
3/;А
Свободиый ток затухает в контуре
(Lco + L K т), (Rco +RT+R n ),
(2 27б)
так как L po достаточно велико
Иаложение виутрениеro К3 на БИТ При включении поврежденноrо
трансформатора под напряжение или при повреждении после подачи
на Hero напряжения возможно наложение режимов BHyтpeHHero К3
и БИТ Чем более тяжелым является КЗ, тем меньше БИТ, хотя не
большой БИТ может иметь место даже прн К3 всей обмотки
Расчетным видом BHYTpeHнero КЗ дЛЯ дифференциальной зашиты
является межкатушечное (МКЗ) в обмотке НИ, "рн котором можно
не учитывать сопротивление луча, соответствующеrо обмотке ВИ в эк
вивалентной схеме замещения
Совмешая схему замешения фазы трансформатора "рн МКЗ в об
мотке ВИ с r -образной схемой замещения применяемой ДЛЯ расчета
БИТ, получим схему замешения (рис 28, а) rAe L K т = Х К т 1'" ИН
дуктивность коротко замкнутых обмоток ВИ ни трансфQрматора,
RK L К = ХК /(,) сопротивление и индуктивность ветви, соответст
вующеи короткозамкнутой части обмотки
Прн питании трансформатора от системы бесконечнои мощности
(предепьнЬ/й cnуоА) ТOl<1I К3 'к и БИТ '!' определяются незавнсимо
и ток ввода НИ трансформатора
1 = lK + 'р
83
ан
,....
L .. нн 1. у'
(\'Р ,
а) 6)
+ '.
HH,L H
Рис 2 8 Наложение ВИутреннеro К3 На Б НТ
а схема заМеUleНИJl повре-денноА фазы, б кривые токов
Наложение токов двух режимов (рнс 2 8, б) привоДIIТ к нзмене
нию формы резупынрующеrо тока максимум обраmой попувопны
1 J( ИМеет Место во время 6естоковои паузы r IJ' блаrодаря чему мече
заеТ пауза на "нулевом" уровне замера в токе и ero ПроИЗВОДНОЙ
У"", режима иапожении BHyrpeHHero К3 на БИТ предъивпиеt осо
l!ыe tребовзнии к принцнпам посtроении уcrройсtв репейной защи
ты, в частности, иедопустимо авroМаtическое увеличение уровня за
мера паузы " функцни о. ИНТl'rpanьноro значении резупыирующеrо
тока, поскольку это будет способствовать эаrрублению время им
nyпьсноro репе в рассмзrpиваемом режиме д1Iи обеспеченни чувсtвн
reльнocrи дифференцнапьной защиtы к BнytpeHHeMY К3 прн напоже
нии ero на БИТ необходимо, чтобы уровень замера паузы прн напоже
JtИИ СИИУСОИДaJIЬНОro тока на несинусоидanьный не изменJtЛся, т е ИЗ
менеШle Уровни замера паузы осущеcrвлиnось в функции о. высших
raрмоник По зтой же причине недопусtИмо заrрубпение н <ем бопее
бпокировка защиtы в цепом по факtу фнксаднн БИТ в двух фазах
Реле с насьпцающимиси tрансформаторами реаrируюt на значение
обраtной попуволны тока и позтому обпадаюt бпаroприиtными харак
reрисtИками ппи фиксации К3 при напоженин ero на БИТ
2.6. ОSОSЩЕННАR КРИВАR ЗАТУХАНИR ТОКА ВКЛЮЧЕНИR
И ЕЕ ЛРИМЕНЕНИR
Активные сопроТИвления питающеи сети и обмоток траНСфоРМ8rо
ра оБУCJlOвливают затухание БИТ Учет затухания позволяет в ряде
случаев существенно снизить ток срабатывания релеиной защиты т е
повысить ее чувствительность это относится к зашитам с выдержко"
времени, к меWIеннодеиствующим защитам и к бысчюдеиствующим
защитам без выдержки времени, если условия срабатывания Moryт
наступить через иекоторое время после возникновения БИТ, напри
мер после насыщении tрансформаторов <ока
Расчет однофазноrо БИТ с учетом затухания можно выполнять ана
лlltJl'leски с раэпнчными упрощающими допущениими rрафо аНапн
84
тически, с ПОМОЩЬЮ ЭВМ как аналоrовых, так и цифровых Примеие
ние ЭВМ особенно эффекtнвно ППИ нсспедованни БИТ в tреvфазных
силовых tрансформаtоpllх
Однако рекомендовать при проектировании релейной защиты по
BceMeCtHOe нспользование ЭВМ ППИ расчеtов БИТ н друrиx спожных
н ::",оroобразных режимов, опредепиющих функционирование репей
нои защиты, автор считает преждевремениым Составление и отадка
электронной модели или проrраммы пока еще Д1Iитепьная и трудо
емкая процедура Освоение "чужой" проrраммы часто дает незнаЧИ
tепьный Bbmrpьnn во "ремени Использование ЭВМ заtрудииerС/l taIC
же нх разноtИПНОCtЬю д1Iи ускорении доcmжении конечноro резупь
тата существуют дна пути Одни, рекомендуемый, в частности
Л В Лейreсом в [7], ззключаеtси в выПолнении расчеtов непос,ред
ственно у разработчика проrpаммы, второй в безмашиином исполь
эовании результатов исследования на ЭВМ, обобщенных самим иссле
дователем и доведеиных до леrко обозримоrо приемлемоrо Д1Iя ПраК
тики вида При больuюм числе ПоЛЬзователей рациональнее второА
пyrь Возможносrь ero реапнзации рассмаtрнваеtси ниже
Прн расчеtе переходиых процессов в элекtрознерrerнчeскнх сиcre
мах lШIJIOкое распространение получил н в течение миоrих лет Нсполь
зуеtси ппи опредenении <оков К3 <ак называемый метод расчеtНЫХ
кривых д1Iи расчетов БИТ на основаНИИ И€fЛедований однофазной
схемы быпн разрабоtы в [26] tИПовые K Bыe Их HenoctatOK ма
лая степень обобщения Семейства ТИповых кривых СПравеД1IИВЫ толь
ко Д1Iя определениых начальных условий остаточиая индукция сило
Boro rpaнсформатора равна 0,65 То, аМlDlИtУда номиналыIйй "IIЦУК
ции 1,44 Тл, начanьиаи фаза ЭДС сеtИ равна нynю
Этот недостаток устранен в обобщениои кривой затухания тока
включения силовых трансформаторов, построеЮlOй по методу, нз
ложенному в f 2 2
Прнменение обобщенной кривон заtухании Позволиеt (см ниже)
выполнять расчет токов включения с учетом затухания ие тоЛько OДII
ночных rpaнсформаторов, но н rpaнсформаторных KOMlUleKcoB, про
изводить измерения в эиерroсистеме параметров силовых траНсф(jрма
торов с насыщеЮlыМ маrнитопроводом и наибольшеrо ВОЭМОЖИоrо
БИТ по ОСЦИЛЛ?fрамме не наибольшеrо тока включения, моделиро
Batb Э3tухающин БИТ при лабораторном нсспедовании репейных за
щвt
Обобщеннаи криваи заtyхании одиофазноro БИТ Прн прннитой
спримленнон вебер амлерной харакtерисtнке tрансформатора порож
дающая задача описывает процесс в схеме рис 2 4, Q при Малом пара
мetpeR c + R T =R....O н начапьиых усповинх (,,)(. = О Ф, = Ф,
а/ Ест R
d"'t = хс + Х В SШ "'1 ХС + Ха 1, (228)
8S
, (О) О R О
Схему ОПИС3Ю1е процессов в КQrорои представляет сабои порож
дающую задачу будем называть базоваи Базовая схеМа при слабых
допущениях нвпяется линеинои РешеЮlе ПОРОЖдзющеи задачи ре
зультат расчета процесса в базовои схеме для однофазноro БИТ нме
ет ВИД
, 1т (1 со. "'t)
и определяется ОДНОИ характеристика"
1т Ест/(х с + х.)
при ЭТОМ постоянная составляющая тока /а lm
Малын параметр 11 R входит в (2 28) в виде безразмерноrо комп
лекса
R
ХС + Х В fJ) Т
rде R Rc + R T активное сопротивлеЮlе питающеи сети и 8КЛЮ
чаемон обмотки траисформатора малын параметр Хс (2Х С I +
+Х со Н3 реактивное сопротивление питающен сети при однофазном
БИТ ХС + Ха сопротивлеЮlе определяющее ток в базоваи схеме
т постоянная времеЮl контура включеЮlЯ при насыщенном маrни
топроводе трансформатора
Руководствуясь методом размерносrеи в качестве обобщенноrо
безразмерноro параметра зависящеrо от t и J1 можно принять ТОЛЬКО
отиосительное время t / т
Характеристиками процесса У. (t 11) являются относительные зна
чения и козффициенты однофазноro БИТ приведенные выше
Как подтвердили неОДИQкратные про верки в реальном диапазоне из
мен ени я пара метров сети и трансформаторов 11 О кВ н выше вполне
приемлемым для всех указаиных характеристик оказалось предложе
Юlе автора не учитьmать искажеЮlе формы тока вследствие затухания
в течеЮlе ОДНоrо импульса т е считать что каЖдЫИ импульс тока име
ет форму rюложительиои части смещеннои ПОРОЖдзющеи СИНУСОИДЫ
а затухаЮlе сводится к изменеЮlЮ ее относительноrо смещеЮlЯ А
При этом относительное смещеЮlе КаЖдоrо импульса тока относится
к моменту времеЮl в ero середине т е можно переити от А п (в п и пе
рнод) к А, rдe t 001 (2п 1) н обратно Реальные начальные ус
ловия оТЛИчаются ОТ условии Порождающеи задаЧИ поэтому началь
ное значение Ао < 1 н находится по (2 22а)
В качестве обобщениои характеристики процесса можно принять
любую достаточно пррстую функцню от А, Нами бьта принята в ка
честве основнои характеристики процесса
Rб
:;Н T 2 9 Обобщенная кривая затухання 10* 1 +,4'
475,5 \
Y.(tjJ.) I+A, 'тах,.б /; \
(2 29)
численное значение У.(О) равно {),Z5 5
2 О 1 + A О
Зависимость 1 + А, f (t / т) для
однофазноrо БИТ является Практи О О
чески однозначнои при различных
начаЛI НЫх УСЛОВffЯх и параметрах
цепи в приведенном на рис 2 9 диапазоне обобщенноrо параметра
Абсциссои /0/ Т фиксируется начало Процесса при деиствительныx на
чалЬНых условиях определяющих значение 1 + Ао без учета затуха
ЮlЯ Вместо значеЮlИ 1 + At удобиее в ряде случаев пользоваться от
носительным значеЮlем апеРИОднческои составляющеи в каЖдЫИ пе
риод /а. определяемои значением At как при незатухающем БИТ
у...... затухаlOlJl двухфазных И трехфазных pIlcчl!11lых БИТ Описан
нын в 2 3 метод формирования токов в 1111'''''''' иентрали н обмотке
соединеннои в треуroЛЬЮlk по наМ3flПlЧИВающим токам стержнеи при
расчетных видах БИТ МОжет быть применеи в любон период переход
иоrо процесса с учетом ero затухаЮlЯ Для этоro достаТОЧНG зн в
момент времени t ОТносительное смещеЮlе Apt одноro намш-с.чиВаю
щеrо тока которое определяет намаrничнвающие токи двух друrnх
фаз При двухфазных БИТ н трехфазном 1 типа намаrннчнвающии ток
во второи фазе имеет ТО же относительиое СМещеlDfе что и в nepвои
При трехфазном БИТ 11 типа относительные смещеЮlЯ намаflDlчиваю
щих токов в фазах В и С одинаковы и определяются по относитель
ному смещению намаrничнвающеrо тока в фазе А (особои) по усло
вию равеиства нулю суммы средних значеЮlИ токов всех фаз в каж
дом периоде Уrлы СДВиrа фаз меЖдУ намаrниЧИвающими токами в
процессе затухания практичеСКИ не меняются Они остаются при еде
ланном ДОПУщении о форме намаrНИtПfвающих ТОКОВ такими же как
и без учета затухаЮlЯ
Как установлено в результате исследовании на электроннои моде
ли [25] ДIlя определения значения Ар/ Можно снекоторои поrреш
НОСТЬЮ Пользоваться обобщеннои кривои затухания однофазноrо БИТ
Основ нои причинои поrрешности является ИСПОЛьзование в качесr
ве aprYMeHTa ТОЛько одноrо обобщенноro параметра t / т в то время
как на переходиыи процесс например при трехфазном включении ока
зывают влияние в используемо и математическои модели и друrие без
размерные параметры (2 17) Прн варьированнн пара метров (2 17)
87
во всем диапазоне их возможноrо изменения н различных крайних
случаях их сочетаний для двухфазных и трехфазных расчетных БНТ
получены кривые затухания 1 +Al't : [(I/Т), которые lIе выходят
за пределы области, оrраниченной пунктирнымн лнннямн на рис 2 9
Постоянная времеlШ Т зависит от вида БНТ Прн включеннн со старо
ны обмотки, сое.циненной в звезду, н трехфазном БНТ 1 типа
Т: (ХСI +xB)![w(Rc+R T )],
при БНТ 11 тиаа
Т.. (Х С l +x B )![2w(R c +R T )],
при включении со стороны обмотки, сое.циненной в треуrольник, для
обоих тилов трехфазных БНТ
Т: (3Х С l +xBll)![w(3Rc+RTll)]'
rде R T Д электрическое сопротивление обмотки одноrо стержня
Значения коэффициента затухания kзаттQХ : (1 +А,)!(! +Ао),
определяемые по обобщениой кривой (СnЛОUJНая линия н.:! рис 29)
для однофазиоrо, двухфазных и трехфазных расчетных БНТ, отлича-
ются меиее чем на 10%, если т/Т: (1 lo)!T < 2 Это позволяет не
пОЛЬЗОВать обобщенную кривую, полученную для однофазноrо Б НТ
при всех расчетных видах БИТ
Полученный формальиый результат исследований имеет npocrot':
физическое объяснение ЗатухаlШе БИТ обусловлено уменьшением
мaJcсимanьиоrо значеlШИ cyMMapHoro потокосцеплеlШЯ Уменьшение
за ка'*hl1rй период пропорционально произведению активноrо сопро
тивления сети и трансформатора на постоянную составляюшую (сред
нее значеиие) тока Поскольку при рассматриваемых ВИДах 8ключе
ния n:рстоянная составляющая тока нейтрали трансформатора н uбмот
ки, соединениой в треуrольник, близка к нуЛю, то параметры wТ з
и UJT n влияния на затухание БНТ практически не оказывают ПJ.рамет
ры, равные отношению индуктивностей, влияют на слаrаемое
[(,д, '1'0' 'о) в (212), которое также не содержит постоянно и состав
ляющей ОIШ влияют на форму кривой потокосцеJU1ения и только Та
ким образом на максимальное значеlШе намаrничивающеrо TOKJ., ко
торое в относительных базовых единицах принимается равным 1 + А t
Следует учесть также, что параметры (L со L с! )! (L с1 + 1 в) и
(LCl + L B )/3Lp,o малы, первый из.за малоrо сопротивления питаю
щей сети в максИмальном режиме, второй из за большои нндуктив
иости нулевой последовательности даже трехстержневыx ТРJ.нсформа
торов
При последовательных БИТ обобщенная кривая характеризует как
и в предыдущих случаях, затухаlШе намаrничивающеrо тока при началь
НЪ1х условиях, имевших место после последней коммутации Сверх
88
переходный dперно.цический ток во всех фазах одинаков по величине
и знаку и поэтому не ОКdзывает ВЛИЯIШЯ на междуфазные напряжения,
мзrнНтные ПОТОК Н н намаrничивающие токи
Обобщенная крнвая затухаиия не приrодна для оценки поведеlШЯ
релеиных защнт с очень малым током срабатываlШЯ, соизмеримым с
установившимся током холостоrо хода траисформатора, и большой вы.
держкои времени, напрнмер, четвертых и третьих ступеней токовых
защнт от замыканий на землю Малый ток срабатываlШЯ делает слиш
ком rрубон принятую аппрокснмацию вебер-амперной характеристи-
КИ, а большая выдержка временн не УЮIздывается 8 .циапазон обобщен
нои кривон, обеспечиваюшии прнемлемую однозначность
Пор я Д о к р а с ч е т а тока включеlШЯ с применеlШем обобщен.
ной кривой затух:ания
рассчитываем при ействительных началЬН IХ условиях без учета
Jdтухания ЗНdчение
1 + Ао = 1 + cos а 'V s * В ОСТ *
ь.
дllЯ наибольшеrо Б НТ
1 + Ао = 2 'V s * в, *
Ь.
по кривой находим [0/ Т абсциссу, соответствующую началу про-
цесса,
зная т (время, Отсчитываемое от момента включения, JiШ1 р,
выдержка времени защиты или время насыщения трансформатора то-
ка), определяем
I/Т: (10 +т)!Т :Io/T+T/T,
по крнвой нахо.цим 1 + At,
по ЗНач:еIШЮ At нахо.цим требуемую характеристику тока, как при
f-iе1dтухающем Б НТ
В,*П!;; L Р: ,е .:Л j,Ю ХзО2 ;;: е.:Зо, ;71 '1<,.: 1,25,
Без учета затухання
I+Ао:2 25 03 5 :1,1
1
По кривnи рнс 29 для зтоrо значения 10/ Т: 1,5
т =Р еТl,В I: Л';: , временно дпя 1, 2 и 3 ro периодов, т е для
т/Т: 0,33, 1,0, 1,67
89
Для этих моментов времени
(/Т = 15+0,33= 183, 2,5, 317
По кривой получим соответственно
1 + А, = 0,98, 0,8, 0,66
Максимальные значения тока
'тах. = (1 +At) =3,27, 2,67, 2,2
03
отличаются от рассчитанных в [27] (после устранения арнфметической
01Шlбкн) не более чем на 5 %
Вместо зиачения 1 + At можно определять по кривой соответствую
щее ему относительиое базовое зиачение апериодической составлЯю
щей БИТ lа. = I./Im илн друrую относнтельную ннтеrральную харак
тернстику
Эквиваленmрованне трансформаторных комплексов для расчета
броска намаrничивающеrо тока вьmолняется по методике 2 2
Трансформаторным комплекСОМ будем иазывать совокупиость
соединеиныx npyr с npyrOM трансформаторов, включаемых на холос
той ход ОДIПIм выключателем Схемы иекоторых трансформаторных
комплексов приведеиы на рис 2 1 О
Ниже показано применеЮlе общей метоДИКИ эквивалентирования и
расчета БИТ с помощью обобщениой кривой затухания для иекоторых
трансформаториых комплексов
а) Включение линии с трансформаторами На ответвлениях
(рис 210 а) Если значения В,. и В,. у включаемых траисформаторов
одинаковы, то даниый траисформаторный комплекс может быть пред.
ставлен эквивалентными сопротивлеЮlЯМИ
Х В 1 (Х2 + Х в 2)
Х ЭК = ХС +
Х В 1 + Х2 + Х В 2
(23Оз )
R эк =Rc + RT,C,'o + (R,'" RT,)C;o
(2 3Об)
rne С 1 О И С 2 О коэффициенты токорзспределения в базовой схеме
[10 Х2 + Х В 2
С,О =
[со Х в l+ Х 2+ Х В2
[20 Х В 1
С,о = =
[со Х В I + Х2 + ХВ2
(231)
Формупа (23Оз) эквивалентирует базовую схему, состоящую из
Хс и паралпельно включенных Х В 1 и Х2 + Х В 2 Формула (2 3Об) составле
90
Ее Хе,Не i
X2,RZ
Ее х Н ' е Х т1 ,Н т 1,Ха1 x a Z,RT2
W \v
5)
Ее Хс, Не t c Х т1 ,Н т 1,Ха1 Х В 2'Н т 2
I> /, х.з,"'т3
л л
- 8)
Рис 2 1 О Схемы трансформаторных комплексов
в а линия с траНсформаторами на ответвлениях, б каскад траНсформаторов
На :О -::з:; М:: :я е::иедовательным реrулнровочным траНсформатором
на с исполь ваЮlем теоремы ТеллендЖена ДЛЯ мощности постояннои
составляющеи тока
Ра =/caU ca = l аRс+ПаRТl +11a(R, +R T ,)
Orкуда
R эк = = 2 =
Ic а [; а
=Rc+RT'( )' +(R,+R T ,) ( ) '
с а lc а
При Rc R T 1. R]. R T2 ..... О ПОСТОянные составляющие токов равны зм
IUIитудным зНачениям переменных составЛяющих (А = 1), позтому
= .!.!!!.: = =CI0' = = =C20
[с а lст [сО lc а lcт [со
Аналоrнчио (230) опредепяются эквивалентные сопротивлеиия схе
мы при любом числе трансформаторов на ответвлениях По х опре
: ::; : :З :Ь:: :аК::=::Я в линии I ст , по (/ Так = wtRэ iхак
91
Токи включении кзждоrо трансформатора затухают Oд/lHaKoBo толь
КО в частном случае, коrда
= R 2 + R T2
Ха! Х2 + Х В 2
откуда
R2+RT2 RTI X'+X'2 =R2+RT2 RT' =O (232)
Ха! С20
Прн зтом значении токов в трансформаторах в любой момент вре
ме""
111 = С 1О Ict, Iu = C 20 I ct
I! ц"йствительности равенство (2 32) не выполниетси, и
форматорами с течением времени ПРОИСХОДИТ перераспределение ТО
!m!L. Малым параметром, вызывающим ЭТО перераспределенне, ЯВ
пяетен
С. о
/l = R 2 +R T2 RT'
С,.
При /l > О ускрриетси по сравнению с общим затухание тока 1" н за
медлиетси затухание 1" Обобщенный параметр, определиющий пере
распределение токов между первым и вторым трансформаторамн,
рави/! I
R 2 + R T2 RYI Сl0/С20
1/ Т,. = wl (2 33)
Xal+ X 2+ x B2
Коэффициент пере распределении токов k 121 = Сн/С,. < 1 нахо
ДИТСЯ по обобщенной кривой затухания аналоrИчно определению ко
эффициеита затухании по известным 1 + Ао и Т/Т., Ток в каждом
трансформаторе в МОМент времени I определиетси по формулам
12t =/ctC 20 k l2t ==/соkзатэкСzоkIU,
Ilt = Ico k зат эк Iн
Здесь токи 1(, эквивалентный коэффициент затухания k зат эк н коэф
фнциент перераспределения k 1'2 t мoryr относиться к максимальному
значению или к апериод;ической составляющей В первом случае не
пользуетси криваи 1 +А, = [(1/1'), во втором 1ао = [(1/1') (см
рис 29)
При числе трансформаторов большем двух также можно поЛьзовать
си описанным ВЬШJе приемом определения коэффициеита перераспре
92
делении токов между трансформатором с иаибольшим отношением
R/ Х ветвн н эквивалентной ветвью остальных трансформаторов
Еслн трансформаторы на ответвлениях имеют маrнитопроводы из
разлнчных сталей, т е харакТернзуются раЗЛИЧНЬJМИ значениями В,.,
В, о н 1 + Ао, то расчет можно производнть как дли трансформа-
торов с одинаковым значением 1 + Ао, предварительно увелJl'D[В
сопротнвления Х в , трансформаторов с меньшнмн значениями Ао/ В
(1 +Ао)/(l +А о ,) раз
б) ВключеlШе каскада трансфОРМllторов (рис 210, б) Затухание
тока включении каскада трансформаторов с одинаковыми rpyлnами
соединения первичных и вторичных обмоток определяется аналоrич-
но предыдущему с использованием r -образной схемы замеwения транс-
форматора Так, напрнмер, если в первом трансформаторе первичнаи
обмотка является наружной, то под Ха 1 понимается сопротивление
ero вторичной (внутренней) обмотки при насышенном маrнитопрово-
де, Х Т . '" И К 1 % ИН' / IOQS и R T . (1) (электрическое сопро-
тивление первичнон обмотки включены noследовательно с сопротив-
лением сетн, а R T1 (2) (вторнчной обмотки) последовательно с со-
протнвлением второто трансформатора В ветви с Х., активное сопро
тивление R 1 = О Все сопротивлении приведены к одной ступени напри-
жении Дли определении обwеrо затухании используетси обобщенный
параметр
Rc + R T . (1) + (R T1 (2) + R Т2 )сi.
I/Т,к wl хс + ХТ' + Хв, Пх.2 (234)
тде С,о = Х в ./(ХВ1 +Х в ,), а дли определении козффициента перерас-
пределении токов нспользуетси обобщенный параметр
1/ Т" = wl R T1 (') + R T2 (235)
.).81 + Х В 2
в) Включение автотрансфорМllТОра с последавательным реzулиро-
вочным трансформатором на стороне IШзшеzo наприженUJI (рис 210,в)
Применение рассмотренной выше методики применительно к данному
трансформаторному комплексу описано в (28)
Применение обобщенной кривой ДЛII эксneриментальноro опреде-
лении параметров снловоro трансформатора с насыщенным мanпrro.
IJРОВОДОМ Расчеты БИТ выполняются по Нзвестным параметрам транс-
форматоров н трансформаторных комплексов с насыщенными маrнито
проводами Эти параметры рассtШ:тываются индивидуanьно или принн
маются усредненными в соответствни с рекомендациями, прнводимы-
ми ниже В паспортных данных трансформатора они не указываются,
но нх можно измернть, например в опытах включения трансформато
ра на холостой ход Прнменение обобщениой кривой затухания позво
лиет определить требуемые параметры по осциллоrрамме БИТ, даже
93
если он далек от наибольшеrо. Дпя получения такой ОCЦИJlлоrраммы
достаточно выполнить два три опыта включения, если осциллоrрафи-
руются токи в трех фазах.
При обработке осциллоrраммы спользу тся соотношения, выяв.
ленные при построении обобщеннои кривои затухания. Относитель
иое умеиьшеиие максимальноrо значения cYMMapHoro потокосцеIUlе-
ния при затухании Б НТ
д"'. = 2 idl = (J + Аt1) (1 + A(2),
Фт 11
[де R ЭК эквивалентное активное сопро ление сети и трансформа-
тора; i фазный ток без сверх.переходнои апериодическон составля-
юri: одновременном и при разновременном включении фаз
(2.36)
12 12
f idl = f i/ldl.
11 11
Дпя TOro чтобы из фазиоro тока вычесть сверх.переходную апериодн-
ческую составляющую, creдyeT измерять о иосите ьно деформиро
ванной оси времени кривой, совпадающеи с , (1) = , да (1) в моменты
пауз l/l' или осцилпоrрафировать ток трансформаторов тока, соединен-
ных в треуrольник.
Соотиощение (2.36) справедливо для пюбоrо вида включения.
МакСиМ3.fIЪное значение намаrничивающеrо тока без учета затуха-
ния при люа;м виде включения, как указывалось выше,
i ..' (I +Ао) = I +Ао). (2.37)
/lтaxo w(L c + L B ) Lc+ L B
При . tрехфазном включении максимальное значение фазноrо тока
i 3)x о < l/l таХО' НО формулой (2.37) можно )b=oBaTbf, и для о,:
ределения iJ,3Jx, если вместо L B использовать L B kпL в ,rде k п
козффициент "помоrающеrо эффекта" [29]. Спедоватепьно, при пю-
бом виде включения по (2.37) моЖНо определять lmax о. Анал rично
максимальное значение тока в момент времени t (по оrибающен мак.
симальных значений)
i max ' = (1 +А,) = "'т (1 +А,).
w (L с + L в) L эк
(2.38)
Из (2.38) непосредствеяно спедует
94
'тах 12 1 + А12
kэаТДl = = .
i max 11 1 + А11
(2.39)
По (2.36) с учетом (2.38) и (2.39)
12. Фт ( 1+At2 )
f ,dt = (1 + А,,) 1
12 R эк 1 + Atl
= i mOXt1 L ЭК (1 kзатДt),
R ЭК
откуда
'2
f id'
"
L ЭК / R ЭК = Т эк =
;тох t1 (1 kэат Д1)
(2.40)
При обработке осцилпоrpaммы в качестве 1. выбирается I = О или
момеит во время паузы i/l после Довключения отставшей фазы. Значе-
НИя i max 11 И i max t2 находятся по оrибающей максимальных значений
тока; !idt = sтtтt, rдe S IUlощадь. измеря ма маниметром между
кривои тока и осью времени, деформиров ,!"ой при ИaJlИЧИН сверхпе-
реходной апериодической составляющей, мм 1 ; тi масштаб тока,
А/мм; тl масштаб ОCЦИJlлоrраммы по оси времени, с/мм.
в ::e Т: 2:1алс:::е;р:: :: Ят;: ;;: JJ J1. :.
Постоянство Т ЭК rоворит о Линейности результирующей вебер-амneр
ной характеристики На рабочем участке. В момент времени t 2 . Korдa
Т ЭК увеличивается иа 3 5 %, можно считать i /l тах = I иас ,
Дпя определени:я L ЭК и R эк можно воспоЛьзоваться разработаниой
М.М. Середииым вспомоrатепьной номоrраммой [30, рис. 2], постро-
енной по обобщенной кривой затухания. Номоrрзммз представляет
ообой семейство кривых 10fT = f(k эат ,) при Д'/Т= 1,5; 1,75; 2,0;
2,25; 2,5; 2,75; 3,0. На яомоrpамме иаходится или достраивается ин-
терполированнем кривая, соответствующая требуемому дl/ Т, rдe
Т = Т ЭК ПО (2.40); Дl = '2 '.. По ЗТой кривой для иайдениоro из ос-
цилпоrраммы k эатд , определяется зНачение /0/ Т = I./Т эк . по которо-
му из обобщенной кривой иаходится 1 + А". Зная Ест' '" = 2111,
i maxt1 , 1 +А", по (2.38) находим L ЭК = Lc+ L.. а затем R эк =
= Lэк/Т эк иL. =L ЭК (Х с !"')'
По осциллоrрамме rрехфазноro включения можно определить ко.
эффидиент "помоrающеrо зффекта" k n (см. [30]).
В соответствии с изложениой методикой Южным отделением инсти.
тута "Энерroсетьпроект" (r.B. Бердовым, М.М. Серединым) бьта
95
Рис. 2.11. Модель :JaтухаЮЩеrо
БИТ.
а прющипиальная СХема;
б схема блОКа управления;
в диаrpамма работы
проведена обработка большо.
rO количества осциллоrрамм
БНf, подтвердившая приемле.
мость приведенной выше рас-
-четн.ой метоДИКИ определении
параметров и характеристик
БИТ и показавшая, что изме-
ренные эначения L B близки к
расчетlIыM при допущении,
что полностью насыщен толь-
ко стержень, а rоризонталь-
ные ярма не насыщены. Эти
индуктивности до 30% больше
рассчитанныIx прн допущении
отсутствия Сlали после насы-
щения.
0\i06ще1llWl кривая для мoдenирования эатухающеro БИТ приме.
няется в проrраммной реакторио-тиристорной модели (рис. 2.11,
[31] ). Рабочая цепь \)диофазиой моделu (рис. 2.! 1, о) состоит из ис.
точника деременноro напряжения; промышnеннои. чаСIОIЫ И п . реак-
тора t зазором L, полупроводииковы диодов -:: у равляемоrо тирис.
тора V Dl в цепи ИCl1ытуемОro УСТРОИСПlа репеииои зашиты КА и не.
улравляемоro V D2 в разделительной цепи. В зависимости от фазы по-
дачи импульса u v ' управлиющеrо тиристором VD1, изменяется дли-
тельность импульса тока в КА (рис. 2.11, в), по форме близкоrо к
БИТ. Порождающая синусоида БНf 1т определяется значениямИ
И П И L. Схема управления Аа служит для формирования 1 раз в пе-
риод управпяющеrо импульса U v н изменения ero фазы (уrла реrулн-
рования а) в соотвеIСТВИИ с требуемым законом з тух.ания модели-
pyeMoro БИТ. ЭТОТ закон определяется обобщеннои кривои затуха-
ния. Схема управления ACL (рис. 2.11, б) состоит из: интеrратора 1
с блоком нелинейности Ф. формируюI.I.t8х медленно изменяющееся
по заданному закону напряжение управления И у ; схемы сравнения с
'l'-
96
J
j I
'to ив)(,В
Рис. 2 12. Построение характериC11fЮf блока НелинеЯносfИ модели БИТ
а зависимость длительносm импульса тока от уrла реrулирования mристо-
ра; б обобщенная кривая затухания и характеристика блока нелинейности
релейной характеристнкой 2, напряжение на выходе которой нзменя-
ется скачком в момент равенства И у н U оп = И опт (1 cosO); диф_
ференцирующеrо звеНа 3, формирующеrо 1 раз в период импульсы
U v в мОменты времени, Korдa и оп становнтся больше И у
Напряжение на выходе интеrраТОра 1
t О
и, = о, J ИСТ dt = а, ИСТ t + И,. = О, ИСТ + о, ИСТ> (2.41)
о w
rде ИСТ постоянное стабилизированное напряжение; 01, 02 Посто-
яНные коэффициенты, устанавливаемые потенциомеrрами во вход-
ной цепи н цепи задания начальноrо напряжения интеrрирующеrо усн.
лнтеля 1.
Характеристика блока нелИнейности И у = Ф(Ul) определяет завн-
снмость И у (О), а следовательно, моменты подачи имлульсов и", yr-
лы управления а тиристором V пl Связь межд;у И у и а определяется
сООТНОшением
И у = И. П m (1 COS а).
(2.42)
IIIирина основания (длительность) Он нмпульсов ТОКа iJ1 зависнт
от а Н от отношения L/ R рабочей цепи моцели Завнсимосm Он (а)
дляwL/R= ; 30; 10; 5 рассчитаны и построены на рнс. 2.12,0.
Чтобы модель обеспечивала реальный закон затухания формируе-
Moro БВТ, необходимо обеспечить такое Нзменение во времени значе-
97
ния В и которое соответствовало бы обобщеннои кривои затухания
(рис 2 12 б)
1 +А, [(I/r) (243)
[де t / т обобщеиныи параметр отиосительное время At отио
сительное смещение кривои БИТ В момент времени t определяющее
.длительность импульсов БИТ
ОН, 3600 2 arccos А, (244)
Р а с ч е т характеристики блока иелинеииосТИ и вых Ф(U вх )
обеспечивающеи адекватиость модели выполияется по приведеииым
выражеииям в следующеи последовательиости
для иесколькИх значении 1/ т в М1апазоие от О до 5 по (243) и
рис 212 б определяются 1 +А, иА, = (1 +А,) 1
по (244) рассчитываются ОН,
по рис 2 12 а .для определениоrо wL/ R иаходятся зиачения а at
соответствующие В и t
по (242) определяется И у / И опт
зздавlШlсь амплитудиым зиачением сииусоидальиои составляю
щеИ опориоrо напряжения U оп т определяют зиачения ивых.
(Иу/Иопт)Иопт ПРИИ опт 50 В Иных 50(и у /И о пт)
.для каждоrо из выбраниых зиачеНИИ t/ т определяется зиачение вход
иоrо иапряжеиия блока нелииеииости
И вх M,.I/T
(2 45)
rде Mt. масштаб отиосительиоro времени При Mt. 1 О отиоситель
ному времени 1/ т 5 соответствует ИВ х = 50 В как показаио иа
рис 212 б
Наидениые таКИМ образом зиачения и вых и и ВХ определяют точки
характеристики блока нелииеиности
"ример pacwra хараКтеристики блоКа нелинеЙIЮСТИ
Orносительное вреМЯ (/Т О 1 2
по обобщенной кривой 04
1 +At 2 13 09 07 052
А, 1 03 01 03 048 06
По (2 44) ОН, эл ТР"д 360 215 1685 145 1226 1063
ПО рас 212 а а злrрзд 1187 1269
мя wl /R =00 725 96 1075
30 70 93 106 1179 1263
10 64 91 1035 1163 1251
5 55 87 100 114 123 3
по я4;]Lu! т 07 11 1 3 148 16
30 066 105 1 28 147 1.59
98
10 056 1 02 1 23 144 158
5 043 095 1 17 141 155
и ВЫХ В при U оп т 50 В
для wL/ R 35 55 65 74 80
30 33 525 64 73.5 795
10 28 51 615 72 79
5 215 47.5 585 705 775
и ВХ В [1rи Mt. 10 10 20 30 40 50
По получеиным даииым на рис 2] 2 б построеиы характеристики
блока нелииеиности .для четырех значеиии wL / R Характеристику.для
друrоrо значения wL / R МОЖНо построить интерполироваиием по при
ведеиным кривым
Доя предельиоrо спучая wL / R
Он 3600 2а
откуда с учетом (244)
а, 1 (3600 он) arccos А,
2
Подставив зто зиачеиие в (242) получим выражеиие характеристи
ки блока иелииеиности
Иу/И опт И вь х/Иопт 1 А, [(I/T) [(ИRх/М,.)
Значеиия параметров настроики модели коэффициентов а I и а 2
определяются по выражениям вытекающим из сопоставлеиия (24])
и (245)
й, ИСТ М,./Т И,о а2ИСТ M,.(lo/T)
rде t 0/ т соответствует по обобщениои кривои затухаиия зиачеиию
] +Ао 2+B r * B s *
При ив Х < U 10 нерабочии участок характеристики блока нелинеи
ности можио замеlШТЬ прямои проходящеи через иачало коордииат
(штриховые прямые иа рис 2 12 б) что упрощает иабор характерис
тики на блоке нелинеииости
26 ПАРАМЕТРЫ ТРАНСФОРМАТОРА
и ХАРАКТЕРИСТИКИ БНТ
Расчеты БИТ ВЫПОЛНяются с обязательиым учетом нелииеиности
вебер ампериои характеристики (кривои намаrничиваиия) трансформа
тора Исследования показали что допустимую поrрешность .для целеи
релеииои защиты обеспечивает примеиение аппроксимащш в виде лома
иои из трех прямолииеииых участков вертикалыюrо от qrs до qrs
И диух наклоииых (спрямлеиная характеристика намаrничивания
99
СХН) Реальная вебе амперная характеристика траисформатора с мат
юпопроводом из высококачествеННОИ электротехническои стали за
меТИО отличается от аппроксимациll. тОЛЬкО в области переrиба при
мерио от 0,95 до 1,03 "',
Относительные базовые значения БИТ при использовании этой ап
прокснмацяи опредепяются тремя параметрами трансформатора
относительное потокосцеrтение насыщения
w s *:::: W"s/'Фномт::::: VJWs/Uиомт,
I
наибольшее относительное значение остаточНой индукции после
отключения иенаrружениоrо трансформатора от сети
в,. = В,/ В иQм т = 'lf т .,
ИНДУКТИВlIOСТЬ обмотки насыщенноrо трансформатора
L B . = VJLBS HOM / и OM =Х В *
Значение ФН = Bs. зависит от ТИПа стали и конструкции маrНиТО
провода Для трансформаторов ИЗ roрячеКdтаной стали и маrНИJОПрО
БОДОМ с отверстиями для СТЯЖНblХ шпилек можно принять
В" = В,/В номт = 1,93/1,4= 1,38,
ДЛЯ современных трансформаторов из холоднокатаиой стали
В, _ = 2,0/1,65 = 1,21
Экспериментально и теоретически установлено, что наибольщее
значение остаточноЙ индукции В,. после отключения иенаrружеиноrо
трансформатора от сети существеино меньше В, преД. = O,S O,6, оп
ределяемой по предельной петле rистерезиса путем коммутации по
стоянноrо тока в обмотках трансформатора Объясняется зто размаr
ничиванием маrнитопровода в результате низкочастотных затухающих
колебании. обусловленных наличием емкости обмоток и ошиновки
трансформатора В качестве расчетных значений В,. рекомендуют
ся [32]
Д}Iя трансформаторов 330 кВ и выше В, _ = 0,35,
Д}Iя траисформаторов 110 220 кВ В,_ = 0,42,
для трансформаторов меньших классоВ напряжения В,. = 0,5 0,6
При расчете индуктивности L B . = хн. можно принять, что полно
стью иасыщен только стержень, а rоризонтальные ярма не насыщены
блаroдаря большему сечению и частичному замыканию лотока по изо
ляции и баку Влияние ненасыщенных rоризонтальных ярм yщrrьmа
ется методом зеркальных отображении Методика расчеТd приведеиа
в [33]
С поrрешиостью, Не превышающеи lO 20%. можно рассчитывать
L B как индуктивность соленоида с сечением QK равным средвему
100
оечению катушки, и Д}Iииой 1, равиой Д}Iние стержня [27]
L. = 1'0 w'QK/l, L._ = х._ = ",L.SHOM/U OM
При наличии ферроматнитиых прессую!ДНх копец Д}Iину 1 можно
Принимать равной расстоянию между кольцом и нижним ярмом Если
reометрические размеры неизвестны, то можно пользоваться относи-
тельиыми значениями сопротивлений, рассчитанных при условии отсут
ствия стали после насыщения и приведенных в [34, табл ПV 1 и
пv 2] Эти сопрот впения меиьше действитепьиых до 30 %, что созда
ет сооrветствующии запас при определеции параметров срабатывания
за!ДНт по условию отстройки от БНТ
Минимальиое значение сопротивления (хн. + х с .), rде х с. экВи
валентное сопротивление питающей сети в относительных номиналь-
Ных единицах трансформатора, при Вкnючении траисформатора со
стороны обмотки 110 кВ и бопее можио принять равиым 0,25 (16]
Параметром трансформатора, влияю!ДНм иа скорость затухания
БНТ, является Rr электрическое сопротивление обмотки (без уче
та добавочных потерь)
иы аt ;ТРЫ траясформатора опредепяют характеристики расчет
Расчетное ЗНачение относительноzо смещения при включении На но
; :,,:ы:пряжение Для одиофазното БНТ в трансформаторах
А (1) = 1 ("',_ ""_)/"'т_ = 1 (1,21 0,35)fl,0=0,14,
в т нсформаторах ниже 110 кВ (без учета размаrничи;;;;;;;:их ко
пебаиии)
А (1) = 1 (1,21 0,6)/1,0=0,39
Для друrих расчетНblХ видов БИТ значение относительноrо смеще
:ЯБ iделяется через А (1) (см 2 4) Например, Д}Iя диухфазно
А(') = 1 (1 A(I» =o.o 0,3
Наибольшuu пеpuодuческuu ТОК в реле используется при выборе
тока срабатывания реле lаrрубляющихся от апериодической состав
=щей Периодвческий БИТ в реле имеет место в следующих режн
1) трехфазный БНТ 1 ТИПа, трансформаторы тока (ТУ) соединены
в звезду,
2) трехфазныи БИТ 1I ТИПа, ТУ соединены в треуrопьник
3) БНТ пюбоrо вида после насышения ТУ '
101
Трансформаторы и автотрансформаторы обычно включаются на хо
лостои ХОД со стороны высшеrо или среднеrо напряжения rде транс
форматоры тока соединены в треуrольник При этом расчетным режи
мом создающим максимальнын периодическии БИТ в большинстве
случаев является трехфазныи БИТ II тила ИСЛОЛЬЗУЯ расчетные пара
метры трансформатора при БИТ определим расчетное значение БИТ
в зтом режиме )JJIЯ трехфазных трансформаторов (автотрансформато
ров) 330 кВ и выше
Остаточные индукции в стержнях
BrAo 035 BrBo:BrCo: 05BrAo:0175
Относнтельные смещения намаrНИ1fifваюЩИХ токов
AjlA A(l) 014 AjlB AjlC:
:A(l) 05(I+B,.(Bтo) 014 05(1+035/10) 0535
Основание кривои намаrНИ1fifвающеrо тока в фазах В и С
Он 3600 2arccos Ajl : 3600 2arccos ( 0535): 11 5 з0
следовательно намаrНИ1fifвающие токи '#lB и 'J1C равные по значению
и сдвинутые относительно друr друrа на 120 протекают неодновре
менно
Деиствующее значение приведенноrо к первичнои цепи периодичес
KOro тока в реле фазы В (IB 'jlB ljlc) без учета затухания БИТ
KJlpB : .JI B + IДс' : ...{'fljlB ...{'flоб1т:
: ...{'flоб ЛИл : k Б
VЗ'< хс + Ха) ХС + Х В
rде КТ коэффнциент трансформацин ТТ ИЛ деиствующее значение
междуфазноrо напряжения на которое включается трансформатор
kБ расчетныи коэффициент
Из табл 21 )JJIЯ А : 535 наидем Iоб : О 19 а расчетныи козффи
циент
kБ ...{'flоб 022
..[з'
(246)
в относительных номинальных единицах трансформатора при вклю
чении на но.минальное напряжение
I ро ЛkБ :
Х с * + ХВ. Х с .+ ХВ.
(247)
102
Наибольшиu БНТ после отключения внешне20 к3 (на ЛЭП отходя
щен от шин электростанции) должен нспользоваться при выборе пара
метров срабатывания диффереlЩИальнон защиты 6лочноrо трансфор
матора при отсутствии выключателя на reHepaTopHoM напряжении а
не БНТ при включении трансформатора на холостои ход
Расчет БИТ при восстановленин напряжеЮfЯ после отключения внеш
Hero К3 требует учета мноrих факторов параметров reHepaTopa н ero
системы возбуждения парамеrров трансформатора с учетом тока на
маrЮf1fifвания характеристик выключателя отключающеrо К3 пред
шествующеи наrрузки блока вида и места К3 начальнои фазы воз
никновення К3 времени существования К3 фазы в момент отключе
ния К3 с учетом разновременности отключения фаз выключателя
и др
Результаты нсслеДовании приведенные в [35] позволяют оценить
наибольшии периодическии ток в реле в этом режиме нспользуемыи
при выборе уставки реле с насыщающимся трансформатором дJ1я диф
ференциальнои защиты
В [35] отмечается что максимальное значение БИТ после отключе
ния внешних К3 не превышает 05 макснмальноrо значения БНТ при
включении силовоrо трансформатора на холостои ход т е
(1 + А) расч '" О 5 (1 + А (1 » '" О 57
что соответствует остаточнои ин.цукции В,. = 022
При БНТ 11 тнпа создающС'rо в реле максимальныи периодическии
ток )JJIЯ трехфазных трансформаторов и rрупп однофазных трансфор
маторов (поскольку при трехфазном К3 сумма потокосцеJU1енин фаз
трансформатора равна нулю) по (2 26в)
1 +AjlB 1 +AjlC : (1 +А)расч 05(1 +В,.(В тО ):
:057 05(1 O ) 018
откудаАjl О 82 По табл 21 Iоб: О 06 по (246) (247)
k Б :...{'f О 06 Л О 07
..л
I ро ЛkБ '" 012
Х с * + ХВ. ХВ.
(2 48)
rne Х В * сопротивлеЮfе обмотки ВН трансформатора при насыщенном
маrнитопроводе (а не ИИ поскольку формула получена эквнваленти
рованием)
С учетом значенин Х В . блочных трансформаторов можно в диффе
ренциальнон защите на реле с насыщающимся трансформатором
103
устанавливать по условию отстроики от БИТ ТОК СРJБJТЫВJНИЯ
(0,4 0.7)IT ном Т е меньше, чем обычно рекомендуется
Наименьшая пауза в БНТ при нулевом уровне замера ИСIlОЛbJуеrся
д.ля реле, основанных HJ. время импулы,ном способе отстроики от БНТ
Расчетными режимами, при которых пауза минимальна являются
1) д.ля трехстержневых трансформJ.ТОрОВ трехфазныи БНТ 1 ТИПJ.,
2) д1Iя rрулл однофазных трансформатороя трехфазнын БНТ
11 тИла
Расчетные условия
индукция в маrнитопроводе траНСфОРМJ.тора, соответствующая
"нулевому" значению тока намзrничивания, Bs ::::; 1,9 Т11, слеДОВdтель
но, условная (д.ля аппроксимации) нндукция насыщения
В" '" 1,9/1,65 = 1,15,
максималhная остаточная индукция в маrнитопроводе траНСфОРМJ.тора
В,. = 0,35,
включение осуществляется на номннальное напряжеиие, т е Вт * = 1
затухание не учитывается
Расчет выполним параллельно для режимов 1 и 2. ПОЛЬЗУЯLЬ соот
ношеНИя д.ля соотвеТСТВУЮlЦИХ БНТ
Относительное смещение намаrннчнвающеI о TOKJ.
1) Ар'В = Ар.с=1 (В" В,.)/1.о о,13=
= 1 1,15 + 0,35 0,13 = 0,07,
2) Ар'В = Ар.с = 1 (В" B,,)/1,0 05=
= 1 1,15 + 0,35 0,5 = 0,3
Ширина основания кривои намаrничивающеru тока одно" фаlЫ HJ
нулевом уровне
1) 6 н = 360° 2arccosAp. = 360° 2arcccs О 07 = 188°
2) 6 н = 360° 2arccos ( 0,3) = 145°
Ширина основання Б НТ в реле
1)6 р =6 н +600 =1880+60°=248°,
2) 6 р = 6 н + 120° = 145° + 120° = 265°
Наименьшая пауза в БНТ ML
1) I л = (J 6p/3600) 20 = (l 248/360) 20 = 6,2
2) I п = (1 265/360) 20 = 5,3
104
СПСЦИdЛьные исследования рассматриваемоrо вопроса в [36] с уче
том произольно разновременноrо включения фаз выключатеЛ1f и воз-
можных остаточных индукций в диапазоне В r * = 0.35 +0,35 при
В s*::;; 1 2 а не 1 15 выявили минимальную д.лительность паузы
f п = '),9 мс
Таким образом, приведенную выше оценку t п = 5,3 мс можно принять
n качестве наименьшеИ расчетной
Наименьшиu интервал времени Дf тт ОТ момента включения транс
форматора под напряжение до возникновения БНТ используется при
настройке сверхбыстродействующеи защиты трансформатора
Рdсчетным режимом является однофазный БНТ
Расчетные условня те же что и в предыдущем пункте
Bs. = 1,15, 8,. = 035, А(l) = 1 1,15 1 0,35 =0,2
MrHoBeHHoe значение тока однофазноrо БНТ
,(1) =[т [ cos(",I+a) +A(I) 1 +cosa],
тде а::::; wf o начальная фаза напряжения при включеннн
В момент возникновения БН1 1 = О, Т е
cos (",ДI + а) + А (1) 1 + cosa = О,
откуда
",дI =arGcos(A(l) 1 +cosa) a
Определим значение а = атт' прн котором дt = дt тJп
W d(Д == Slna тlп 1==O,
da V l (А (1) 1+cosaтrп)2 1
откуда
cosaт,п = (1 A(I»)/2, ат," =arccos [(1 A(I»)/2],
1 [ ( 1 A(l» )
д, = arccos А (1) 1 +
r>JPI W 2
1 А (1) ] ] ( , 1 4 (1) )
arccos = 1f '-' arccos 2 =
1 ( 1 02 )
= 1f 2arccos ::;; 2, 6 мс
314 2
Этот ннтервал Дf тт = 2,6 мс можио прннять в качестве расчетноrо
значеннр с некоторым запасом, обусловленным конечной чувствнтель
ностью устройства, фнксирующеrо момент возникновения БИТ
105
Наибольший периодический ТОК в неитрали траnсформатора после
включения трех фаз используется llрИ выборе уставки ТОКQВОЙ защиты
нулевой последовательности, отстроенной от разновременноrо вклю
ченИя фаз и апериодической составляющей тока
Исследование токов в нейтрали трансформатора при БИТ различ-
ных видов показало, что после включения всех трех фаз ток В зазем
ленной нейтрали мал, если все фазы ВКЛЮЧlUlись одновременно или до-
включение третьей фазы произошло во время паузы БИТ, и этот ток
не оказывает влияния на работу релейных защит Одиако совершенство
вание техннки релейной защиты привепо к создаНИю новых чувстви
тельных реле защиты нулевой последовательностн, для которых рас
четным является именно ЭТОТ режим с малым током в неитрали Рас-
чет ТОКа в нейтрали при БИТ выполняется с использованием схемы
замещения нулевой последовательности рис 2 3
Предварительный анализ показал, что расчетным режнмом, создаю
ЩИм наибольший пернодический ток в нейтралн после включения всех
трех фаз, является трехфазный БИТ 1 тнпа
Прн этом БИТ дЛЯ широкоrо ДИапазона значений А (1) действую
С
щее значение тока 31 o = IIJ/ равно 0,4Iтах, как н при двухфаз
}=А
ном БИТ (1, 1), следовательно,
I O = + O,4I x = 0,131,h'dx
rармонический анализ кривой ' o (см кривую I N на рнс 26, а)
для расчетных условий, обеспе\Пfвающих наибольшее ЗНачение тока
(А(I) = 0,14, A{JB = A{JC = A(l) 0,13 = 0,01, Он = 241°), локазал,
что отиосительное содержание rармоник в кривой Тока составляет
I O Irll o =0,81, I o 2r/1 0 = 0,57,
I o 3r11 0 = 0,007,
откуда
I o Ir = O,II x, I o2r =0,071,},1)х,
третья И более высок не rармоникн малы н их можно не учитывать
Ток в нейтрали находится путем токораспределения rармоник в
схеме замещения иулевой последовательности (см рис 2 3)
Для оценкн максимальноrо тока в нейтрали следует В схеме заме
щения прннять L со = о, Rco = О, что соответствует подключенню транс-
форматора к системе бесконечиой мощности Для rрупп однофазных
трансформаторов и трехфазных трансформаторов с боковыми ярма
ми можно считать L IJ О = 00 Для трехфазных трехстержневых транс
106
форматоров по результатам измерений LIJO$ = 1,8 4,1 Значение
L K Т* 0,1 0'3:1 т е во всех случаях можно с некоторым запасом в
сторону увеличения тока нейтралн считать L IJ О >- L к т и не У\Пfтывать
цель с L IJO в схеме замещения нулевой последовательности
С учетом указанных упрощений
lov = I ov R n 2 2'
V (R n + R T ) + (u.>v L к т)
I Rд/R к Т , Rд/R к Т
= l{Jov V1+V 2 (X K T/ R KT)2' '" l{Jov VXKT/R KT
rne v номер rармоники, Х К т' R K Т = R д + R T сопротивления КЗ
трансформатора,
IN =3/0 = 3 .j/ lr+ I11Н'
В зависимОсти от относительнОй мощности обмоткн, соединенной
в треуroльннк, значение R д может изменяться от R д R T 0,5R K т'
если мощности обмоток ВИ и ни одинаковы, до R д = 00, если обмот-
ка, соедииенная в треуroльник, разомкнута или отсутствует
В первом случае (SH Н = SB н)
10 l. =/ o l. 0,5 '" IJ:Jx XKO :K Т '
"' 1+ (X KT /R KT )2 '
10 2r = I o 2r 0,5 '" , 'lx
.J 1+4 (Х к T/RK т) 2 2х к T/R K Т
Из сравнення приведенных выражений следует, что неучет второй
rармоники при вЫ\Пfслении IN дает поrрешность 6%, т е можно
С\Пfтать
IN = 3/01 = IJ:Jx
Х К T/RK Т
Значение Х К т/ R K т растет с увепичением мощности трансформатора
и класса напряження Для трансформато!,!,в 1l0 750 кВ оно находит
ся в пределах 2O 80, следовательно, при А (1) = 0,14
1 =1(1) = .J2Uл(1+А(I» 2... =
N тах 20 80 ...(3'х в 20 80
=(7 1,7) 10 з2
х в
107
в относительных иомннальных единицах
/No = /N//THOM = (12 3) !o , 2
Х. О
(2 49)
во втором случае (SHH = 0.)
/ = 0.4,(1) = 0.4 Л(1+ А(I» ил o.,37
N 'mах ' Ха Х В
в относительных номинальнь\х единицах
/No =/NI/THOM =o.,64
Х.О
(250.)
2.7 ПЕРЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА
И ТРЕБОВАНИА К .VНКЦИОНИРОВАНИЮ РЕЛЕIIНОII ЗАЩИТЫ
Пере80эбуждеl8lе и защита от нero Количественно веЛичина пере-
возбуждения (ПВ) характеризуется кратностью перевозбуждеиия
в то = "'то = "'т/"'ном = Иfном/(Иномf) ,
rде Ф, и поroкосцепление и напряжение обмотки, В т максималь-
ная индукция в маrнитопроводе
Если причиной ПВ является повышеЮlе напряжения обмотки, то
и > Ином, если понИжеЮlе частоты, то f < f ном ПеревозбуждеЮlе
может приводить к насыщению маrнитопроводз в целом или ero от-
дельных участков стержней, ярм (локальное ПВ)
При индукциях в маrнитопроводе В т > 1,9 2,o. ТЛ начинается про-
rрессирующий рост намаrЮlчивающеrо ТОка IJ.l и деформация маrнит
Horo попя вне маrнитопроводз При этом резко увепичиваются доба-
вочные потери, быстро наrревающие до недопустимой температуры
сплошиые стальные детали конструкции трансформатора (прессующие
пластины, копьца, ярмо вые балки и пр) Недопустнмый нзrрев при
водит к повреждеЮlЮ нзоляции, прилеrающей к этИм деталям
на опасность ПВ блочных трансформаторов и необходимость спе
циальнон защиты от Hero впервые обратил вниманне энерrетиков
G W A1exander (СIUА, 1966) Явлению ПВ трансформаторов посвя-
щены десятки статей, опубликованных за рубежом и в нашей стране
Наиболее полные зкспериментальные исследования ПВ отечественных
трансформаторов и автотрансформаторов выполнены во Всесоюзном
ннституте трансформаторостроения И Б rриrоровым [37] Несмот-
ря на то, что мноrие сложные вопросы связанные с расчетами добавоч
ных потерь, нзrрева и износа изоляции при ПВ, изучены сравнительно
мало [7), практические рекомендации о допустимых кратковремен-
108
ных ПВ мощных отечественных трансформаторов в виде зависнмос-
тей Вт = f(t) имеются в [37], а в [38] прнведены таблицы допусти-
мых повышений напряжения при длительностях t = 20 мин, 20 с, 1 с.
О,! с для трансформаторов и шунтирующих реакторов классов на
пряжеЮlЯ 11 o 750 кВ На ОсноваЮlИ эТИх данных ниже приведены
допустимые кратности ПВ при ловышении междуфазноro напряже-
ния с указанными длительностями для трансформаторов llo. 500 кВ
(, с 1200 20 1 0,1
В т / В ном 1,15 1,3 1,58 1,66
В [38) есть также требование о выполнении защиты от повышеЮlЯ
напряжеЮlЯ, nриводящеrо к перевозбужденню, "средствами, обеспе-
'I,I1вающими невозможность воздействия на трансформаторы напряже-
ний, превышающих указанные выше"
В качестве TaKoro средства может нспользоваться, вообще rоворя,
как специальная защита от повышения напряжения или перевозбужде-
ния, так и друrое устройство, напрнмер дифференциальн:ая защита,
срабатывающая прн ПВ не по своему прямому назначению, если пред-
усмотрена возможность для оперативноrо персонала фиксировать по-
вышеЮlе напряжеЮlЯ на шинах или сниженне частоты
Дпя защиты от ПВ разработаны за рубежом и в нашей стране уст-
ройства, реаrирующие на "'ПВ' ИПВ или /J1 н имеющие зависимую вы-
держку времени В [37] приводятся, в частности, сведения о разрабо-
Танном в ВИТ злектронном устройстве защиты блочиоrо трансформа-
тора от ПВ, реаrирующем на Иннlf Вт, rne Инн среднее по мо-
дулю зиачеЮlе налряжения обмотки ин Напряжение, пропорциональ-
ное В т, подается на пороroвые элементы, каждый из которых сраба-
тывает при достижении им определенноrо уровня Пересчетная схема
прибора определяет время срабатывания зашиты в функции от крат-
ности ПВ Для защиты от ПВ можно нспользовать датчик напряжен-
ности маrнитноro поля на поверхности маrнитопровода трансформа-
тора (см 51)
Защита автотрансформаторов от ПВ должна срабатьшать в функции
Ф m * стержня или ярма в завИСИМОстИ от Toro, что больше перево'Збуж
дается
Однако в настоящее время отсутствует необходимость широкоrо
внедрения в эксплуатацию на отечественных трансформаторах выпус-
Ка после 1970 r специальной защиты от ПВ, так как орrанизацнонные
и технические мероприятия трансформаторостроитепей и эксплуати-
рующих орrанизаций практически исключили случаи повреждения
мощных трансформаторов от перевозбуждения, имевшие место в 6О-х
ronax [37]
Требования к функционированию дИффереициальной защиrы ПрИ
пе\Je80збужденни. Токи намаrНИЧИвания трансформатора при ПВ воз
денствуют на дифференциальную защиту как ток BHYTpeHHero повреж
109
дения Поэтому далее рассматривается режим ПВ с целью уточнения
требований к функцнонированию дифференциальной защнты в зтом
режнме
Дифференциальная защита срабатывает без выдержки временн,
поэтому для обеспечения селективности при налнчии специальной за
щиты от ПВ она должна быть отсроена от токов намаrничивания при
кратности ПВ, допустимой в течение 2,5 с и более (2,5 с минималь
ное время срабатывания защиты от ПВ [37]), прн отсутствнн спеЦН
альной защиты она должна быть отстроена от токов намаrничивания
при кратности ПВ, допустнмои в течеlПfе 20 с и более Меньше чем за
20 с персонал не может успеть принять меры к снижению ПВ Таким
образом, с учетом прнведенных выше данных в качестве расчетных
кратностей ПВ дЛЯ проверки отстройкн дифференциальной защlПЫ
можно принять фт * = 1,5 при налнчии защиты от ПВ и фт* = 1,3 при
ее отсутствии
При кратностях ПВ, меньше указанных, дифференциальная защИТа
срабатывать не должна При кратностях ПВ, превышающих расчетные,
дифференцнальная защита может срабатывать, осущеСlВЛЯЯ тем са
мым защиту трансформатора от ПВ Для распознавання оперативным
персоналом причины срабатывания MorYT использоваться показания
нзмерительных прнборов, реrистрнрующих напряженне на шинах н
частоту, а также поведеЮiе зашит от внутренних КЗ, не реаrирующих
на ПВ (снтуацнонный прннцнп)
Дифференцнальная защита на стороне ВИ может подключаться на
фазные токи силовоrо трансформатора при схеме соединения ТТ звез
да звезда схема 1 (ТI' на стороне ин встроены в "треуrольник"
силовоrо трансформатора) илн на разности фазных токов при схеме
соединення 11' треуrопьник звезда (схема 2)
Для первой схемы "'оки реле при ПВ, приведенные к первичной це
"Н, равны намаrничнвающиVl токам фаз трансформатора
'РI = '/11' J =А, В. С,
ДЛЯ второй 'рА = lJ.lA lJ.lв,ДJlяфаз ВИС аналоrично
Для первой схемы характернстнки формы намаrничивающеrо тока
'J.l ""-' Н (напряженность маrнитноrо поля) "РН спрямленной характе
рнстнке намаrничивания (СХН) трансформатора в функции от
В, уел/ Вт (Вт> В, уел) приведены в (7], при учете реальной харак-
тернстикн в функции от U. = В т / В ном В [39], В, уел условная
(для алпрокснмации) индукция насыщения, соответствующая "нуле
вому" значению тока намаrничиваЮiя
На рис 2 13 для обенх схем прн В, уел / В т = О 6 построены кривые
потокосцеплений фаз А, В ФА *' Ф в * снммеrричноrо трансформатора
прн симметрнчном перевозбуцеЮiН, намаrничивающнх токов 'J.lA *6,
'J.lB*6 и тока дифференциальноrо реле 'р*б в относнтельных базовых
110
::: ;::: ::=: ! '* * :: ',P' ' . ..
ы ,. О 6
Iб = уТИном Ф
Иамаrничи::ющий ток фазы А 111- ::.6.
в каждом полупериоде
'/1А,б = lт.б(smWI Ф,/'I'т),
, Ismwtl;;' IФ,/Фтl,
rne 1 т = Фт/Lв, lт.б = Фт/Фиом кратность перевозбужцения
Отношение Ф s / Ф т (Ф т > Ф s ) определяет относнтельное смещение
каждоrо импульса намаrничивающеrо тока (как при БИТ), т е
(Ф,/Фт) = А,
откуда
1 +А =1 Ф,/Фт= (Фт Ф,)/Фт
Если 1 + А Ei; О, намаrничивающий ток при используемой аппрокснма.
ции отсутствует
Характеристики тока реле в функции от А для двух схем соедине-
ния ТТ приведены в табл 22
По формулам табл 22 построены на рис 214 характеристики тока
реле при ПВ в функции от 1 + А для обеих схем соединения 11' на
рис 2 15 по казаны зависимости от 1 + А коэффициента НскажеНИй
k и = У 1; Ii r: / 1". н козффициентов rармоник k" = 1"/1,, Козф
фициенты 5 й и 7-й rармоник одинаковы для обеих схем, коэффициент
3 й rармоники для схемы 2 равен нулю, поэтому прн всех] + А > О
(при всех кратностях ПВ Ф т .) коэффициент НскажеНИЙ k и для схе
мы 1 больше, чем для схемы 2
Каждому значению 1 + А соответствует кратность перевозбуждения
Фт* ::; ФтlФ ном = Ф sусл
1 (1+А) Ф ном
Зная Фsусл/Фном, можно по Фт* определить
I+A=I Ф,уел/Фном
Фт.
(251 )
111
Относитель-
ные значе-
нИJI
т а б л и ц а 2 2 Характеристики тока реле при ОВ
Схема 1 звезда звезда
Схема соединения 1т в дифференциаль
Максималь-
ное
'тах//т
Действую
щее
I/Im
Паузы
Оп/ 2 "
Действующее
raрмоник
первой
I'rllm
третьей
IЭr/lm
пятой
Isrllm
седьмой
17т/lт
1 +А
vlt 2A '+ 1) ( 1 ; arccosA ) +; А .j1="A2 '
1
ЫСМ А
"
(" 2а+ 2А rosa)
.j2'"
-П ( 1 1 2 )
Sln4a sm2a+ Acos3a
rr 4 2 3
.j2' ( 1 1 2 )
sш6а SlП4а+ A('Qs5a
,,6 4 5
v'2' ( 1 1 1 )
S1n8a sm6a+":""A('os7a
"8 6 7
а = aresm А
При Фs уел /"'НОМ = 1 21 для "'т * = 1,3 и 1,5 соответственно 1 + А =
= 0.07 и 0,193 (указаны на оси абсцисс рис 214 и 2 15) На рис 216
в функции от Фm. перестроены по (251) зависимости Ip/lm и t n =
=0 n , МС, ДЛЯ обеих схем соединения 11
2"
Из рис 214 2 16 ВИДНо, что отстроика от ПВ циффереициалъной за
щиты с повышенной чувствительностью, присоеднненной к тт звезда
эвезда леrко обеспечивается при использовании время-импульсноrо
112
принuиnа (при ч.т т * 15, t п
6 \lfC) ТОр''vюжения от З, 5 7 и
rармоник и цруrих СflOl..обов Иден
тификаuии режима по форме кри
вои тока
П рн схеме соединения ТТ диффе
тах 1 + А ренциальнои защиты треуrольник
I .jЗ' + 2А (при 1 + А > 0,268) звезда коэффициент искажения
формы Т<1ка pe'le и д,'lительность
бес оковои паузы существенно
меньше, чем в первом случае, и
( + vз' + ( + VЗ' ) А 2 + уменьшаются с увеличением крат
3 21Т 3 1т ности ПВ Слецовательно, устройст
2 1/2 во ицентификации режима по фор
+ areSln А + А J"lA2' ) ме кривон тока откажет при какой
1т 1т то кратности ПВ Определим устав
(прИ 1 + А > 0,134) ку циффереициалънон защиты в от
носительных иоминальиых едиии
(8n/21Т)сх! цах обеспечиваюшую отстройкv от
6 допустимоrо ПВ с кратиостью 1,3
(при отсутствии специальной защи
ты от ПВ типовая схема) При
Фm. = 1 3 по рис 216 Ip/lm =
= О,ОЗ1, слецовательно,
Iс Р' > 0,035 1т. = 0,035 =
Х В .
ной защите
Схема 2 треуroльник звезда
.j2' (111т) сх' (прн 1 + А < 0134),
.jЗ' (l! r 11т )сх,
= 0,035 1 1/х.. (252)
При нормированном зиачении
Х В . =0,25 I p. > О 18 Это озн,ч,
ет что д;иффереициальная защита с
устав кои О 3 O.51T J-IOM отстроена
от допустимых ПВ следовательно
ее срабатывание при ПВ не являет
ся Излишним
Если На трансформаторе будет устанаВlIиваrься спеuнальная заЩИТа
от ПВ то следует преiJ.усмотреть в неи быстроцеиствующин выход
обеспечивающий торможение или заrрубленне чувствительнои д;иффе
ренциальной защиты цо TOKd срабатывания опрецеляемоrо аналоrично
(2 52), нолри Фm.= 15
'/3(Isrl l m)cxt
.j3'(I7 r l l m)cxl
Iс р' > O,I3;is '" 0,8
rue 0,13 = Ip/lm лри Ф.m = 1,5 (рис 216) п 25 =Х..
11'
47
Рис 2 14 Характеристики тока дифференциальноrо реле при ПО
TTY У, ТТД,У
Рис 2 15 Коэффициенты искажения и высших raрМQНИК тока при ПО
Рис 2 16 Зависимости относитель
НОТО действуЮщеro значения тока ре
ле и длительноC'l1l паузы в токе от
кратности ПО
тт У, У, ТТ Д, У
ФормироваlПlе иамаrии..."ающеro ТОКа траисформатора при ero
перевозбуждеmm Режим ПВ отличается от режима БИТ тем. что пасы
щение трансформатора ПРОИСХОДИТ в оба полупериодз, т е рабощ..rЙ
участок кривой намаrничи.вания симметричен, и в токах отсутствует
постоянная составляющая
Дпи формирования намаrничивающих токов при пв можно исполь
зовать пюбую ИЗ моделей БИТ [31, rЛ 7] при иеКDrором их изменении
В эпектронных моделях следует на блоках неЛинейности (БН) иабирать
симметричную характеристику В реЗИСIОРНО-ДИDДНЫХ модепях МОЖНО
114
Рис 2.17. Резисторно-диодные схемы
формирования намаrничивающеrо тока
при ПВ трансформатора
использовать схемы образования
зоны нечувствительности без усили-
телей с испопьзованием диодов и
постояниоrо напряжения смещения
(рис 2 17, а, б) или с использовани
ем только мощных стабилитронов
(рис 2 17, в) Трудность реалнза
ции трехфазной схемы на основе
рис 2 17, а, б заключается в иеоб
ходимости rальванической развяз
ки источников постоянноrо смеще
нии в модеп&" трех фаз В реактор
но-тиристориой модепи иужно ис-
пользовать формироватепь импуль
СОВ в каждом попупериоде с уrпом реrулирования большим 900 В тран
сформаториой модепи достаточно откпючить цепь постоянноrо тока
а)
Ir!l
5)
6)
28 ОСОБЫЕ РЕЖИМЫ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
Краткое описание особых режимов преобразовательных трансформа
торов дано в 2 1 Особые режимы характеризуются протеканием
токов с большой постояниой составляющей, вызвающей насыщение
маrнитопроводов трансформатора и трансформаторов тока Расчет этих
токов необходим ДJIЯ анализа поведения репейной защиты трансфор-
матора Сложность расчетов обусловпена нелииейностью элементов
расчетной схемы неуправляемых н управляемых диодов, трансфор-
маторов с насыщающимися маrнитопроводами Из большоrо числа ме
тодов расчета наиболее универсальным является численный метод с
применением ЭВМ Однако при ero использовании основная трудность
переносится на завершающий этап обобщение результатов
Руководствуясь соображениями, изложенными в 2 2. автор стре
мился обобщить результаты расчета особых режимов как кратко
временных, так и ДJIитепьных применитепьно к релейной защите транс-
форматора и представить их в виде расчетных кривых При построении
расчетных крнвых испопьзован тот же метод, что и при построении
обобщениой кривой затухания тока вкпючения. основанный на ис-
пользовании асимптотическоrо представления по малому параметру
115
В длительном особом режиме в отличие от режима включения транс
форматора переходнын процесс в схеме преобразователя можно услов
но разделить на трн стадии
Пер в а я с т а Д н я от момента возникновения режима до начала
Itасыщения трансформатора На этой стадии индукция в маrнитопрово
де трансформатора В Bs уел намаrничивающий ток можно считать
равным нулю и всю схему, кроме поврежденнон преобразоваrельнон
установки, ЛИнеЙНОЙ Переходный процесс в этой схеме заканчивается
быстро, в течение двух трех периодов, и к концу первой стадви токн
МОЖ1l0 считать установивUDlМИСЯ В качестве решения порождающей
задачи на первой стадии используются характеристики установивших
ся токов, определяемые без учета активных сопротивлений, а для у"
равляемоrо выпрямителя дополнительно принимается уrол реrуЛИро
вания, соответствующий неуправляемому выпрямителю Учет влия
ния активных сопротнвлений и уrла реrулирования осуществляется
с помощью,.Расчетных кривых
В т о р а я с т а Д н я относительно мецпенно протекающий про
цесс насыщения траисформатора, в течение KOTOporo раотет ток иамаr.
НИЧИВания трансформатора, затухает постоянная составляющая токов
сетевой обмотки, моиотонно измеияется переменная составляющая и
друrие характеристикн токов сетевой и веитильиой обмоток Диапа-
зон изменения характеристик во время второй стадии наХQДИТСЯ меж
ду их значениями на первой и третьей стадиях Обобщенным парамет
ром (apryMeHТOM) процесса является относительное время
т р е т ь я с т а Д и я установившийся режим после насыщения
трансформатора Эта стадия реально никоrда не достиrается, но резуль
таты расчета характеристик токов на ней, как и на первой стадии, нс
пользуются В качестве опорных (крайних) значений для определения
по расчетным кривым изменения характеристик во времени на вто
рой стадии Расчет характеристик установивUDIХСЯ токов на третьей
стадии выплняетсяя так же, как и на первой стадии, с использованием
решения порождающей задачи, отличающейся от порождающен зада
чи иа первой стадии тем, что трансформатор принимается полностью
насыщеиным т е н для этой стадии порождаюшая задача является
линейной
Установивwиеся ТокИ особыx 881p1tiмblX режимов
ОДНDкра11lЫЙ режвм Этот режнм нмеет место прн повреЖденин
управляемоrо преобразователя (замыкание попюс фаза илн фаза
земля) без отказа ero защиты В результате лрекращения подачи уп
равляюших импульсов на диоды по обмоткам трансформатора про
теКает один импульс аварийноro тока
Расчетная схема показана сrтощными линиями на рис 2 18, а, rде
С энерroсиcrема, Т преобразовательный трансформатор, вентиль
ные обмотки Koroporo MOryT быть соединены как в звезду, так и в
116
Z,
т
--,
VlJ 8 tlJ C
I
I
I
..J
5}
Рис 2 18 'Jднократный аварийный режим
а расчетная схема, б схема замещения
треуroльник, V D управляемый днод, представляющий на схеме ПЛе-
чо преобразовательиой установки Прн замыканвв полюс фаза на
рис 218, а заМкнут контакт К/, при замыКании на землю вве транс
форматора К2, прн замыкании На землю нулевоro вывода вентиль-
ной обмотки К3 Значения токов в случае замыкания на землю произ
вольной точки веитильиой обмотки находятся между случаями 2 и 3
Сопротивление цепи между полюсом преобразователя и местом замы
кания иа землю обозиачено ZK :: R K +jX K Для всех случаев примеия
етея ОДНа и та же однофазН811 схема замещения (рис 2 18, б), но раз-
личающаяся параметрами
1 Е зк т = v'3' Е т . Х эк = 2xr, R эк = 2Rr'
2 Е эк ." = VЗ'Е т , Х эк = 2xr + Х к R эк = 2Rr + RK'
3 Е эк т == Е т , ХЭJ< -= x"(L + х к R эк = R "(L + RK'
rдe Е т амплитуда фазной ЭДС неточника питания, Xr, Rr индук,
тивное н активное сопротивления фазы, включающие в себя сопротив.
ления энерroсистемы прямой послеДовательности (х с 1, Rc 1) И пре
образоватепьноrо трансформатора (Х Т ' R T ).
Хоу = хсl + Х т , R"( = RCl + R T
Л'У L . R"(L сопротивления фазы с учетом тока в земле,
X rL = + (2Х С I +Хсо) +Х Т Rr L = RCI +Rт+R з
ХеО сопротивление эиерrосистемы нулевой последовательности, R3
сопротивление эемли
117
Ток в схеме замещения находится решением нелинейноrо диффе
ренциальноrо уравнения с малым параметром R ЗК Как обычно, при
меняется прямоуrольная аппроксимация волы амперной характерис
тики V D, при которой заДача СВОДИтся к решению трансцендентноrо
уравнения
( R ЭК )
ехр Ои sm (а ",+Ои) sm(a ",) =0,
ХЭК
(253)
rде Он искомая длительность импульса тока, а уrол реrулирова
ния (для неуправляемоrо вентиля а = О), '" = аrсtgх эк / R ЭК
Если В дифференциальном уравнении принять R ЗК = О, то получим
более простую "порождающую" задачу, решаемую dналитически. ДЛЯ
которои характеристики тока приведены в табл 2 3
Выражения табл 2 3 при О а 1800 совпадают с выражениями
характеристик одиофазноrо БНТ (см 2 4) с учетом тoro, что А =
= cos а Это позволило в 25 использовать схему рис 2 18, б для фор
мироваиия броска намаrничивающеrо тока фазы трансформатора
Расчетные кривые для однофазнои схемы, полученные с использо
ваиием численноrо решения уравиения (253), приведены на рис 2 19
Характеристики тока при а = О и в схеме с неуправляемыми диодами
одинаковы В качестве базовых величин на рис 2 19, а приняты COOTR
ветствуюшие характеристики порождаюшей задачи r.ри а = О (табл 2 3),
а в качестве aprYMeHTa безразмерный КОМШIекс Rзк/х зк Влияние
уrла реrулирования а на характеристики тока учитывается кривыми
рис 219, б, представляющими зависимость от а и Rэк/х эк коэффи-
циентов влияния уrла реrулирования
ka. = l./l.(a=o), k an = Iп/1п(а=о),
k amax = 'тах/'тах(а=о), kaO =Ои/Ои(а=о)
Сплошные кривые на рис 219. б (при Rзк/х зк = О) описываются
аналитическими выражениями, получаемыми от деления выражения
в колонке О а 1800 табл 2 3 на соответствующее выражение
при а = О
Как видио из рис 2 19, б, коэффициенты влияния уrла реrулнрова-
ния при R эк / Х ЗК 0,1, что обычно выполняется, достаточио близки
к их значениям при Rэк/х зк = О. которыми можно пользоваться в
практических расчетах При желании уточнить значения коэффнциентов
можно пользоваться линеинон интерполяциеи по R эк / Х ЭК в диапазо
нахО Rэк/хэк O,I и 0,1 Rэк/хэк 1,0
Приведенные на рис 2 19 расчетные кривые прнrодны и для длитель
Horo режим<1. замыкания фазы на землю инвертора, поскольку при
а # 1200 аз 600), ЧТО обычно выполняется, аварийный ток протеК'а
ет только по одиому плечу моста при любых R ЗК / Х ЗК
118
'"
"
'"
5
'i
f
ii
i
i
.<
" I
i;
<;-
" ' l I
8 + Е t:: ts
I! " :;; N ....Е '.....
" I + ....ts ;;
!:; М! N I tsl t:: s 8 :;;
<;- + ';.., I i
8 ;: 1 I" ..:..... "'I ",I I
+ I I" '" :::> Е Е Е Е
OO Te; Jr; Ir; Ir;
r; с;
" O ....Е '"
"
i ..;:
>< ..:! .... .:: .!::
;1
I!
1
g
C:
8
8
а'5
I
[
8
i
О s
!i
8.:
g !}
!)
I
E
х
r:--:
"
:
....
;fi
=
ё i
"'o
=0",
;
:::;
"
'"
f-<
150 а()
Рис 2 19 Однофазная схема
а характерис1ПКИ тока при а =0 б коэффиuиенты влияlПtя УJла реrу,иров.r
нии а
Ток в однофазиои схеме является прерывистым поэтом) с перв )ro
периода ero характеристики соответствуют установившемуся режиму
Длительный режим замыкания полюс аза выпрямителя без насы
щеlOlЯ трансформатора Длительныи аварииныИ режим обь ЧНО имес 1
место в неуправляемом выпрямителе а в управляемом т пько В ел)'
чае отказа ero защиты Расчетная схема ноказаиа на рис 2 18 а С \1 ,е
том пунктириои пинии замкнут контакт К 1
Схема замещения иа рНС 2 20 является трехфазнои с )1Иuдами D В
и VDc в иеповреждениых фазах В и С и одинаковыми пара метрами
всех фаз F т Х'У R'Y Токи в фазах lA 'в 'с находятся COBVJeCTHbIM уС
120
Ри 2 20 С \C'Vld замещения при замы
к.!нии полю фЗJJ выпрямителя
Х, Rr.!.!
Х,
н,
Uь :И:ф :L;:! ; ; И:I; ;а:Лн::Ии Ху Rr
l неизвесп ыми 1 В И 'с поскольку
1 , (1 В + 1 с)
Эту 3dцачу можно точно решить используя метод разиостных урав
нении обе(,llсчивающин большее быстродеиивие по сравнеиию с \fiIC
t.,HHЫM решением нелинеиных дифференциальных уравнении Метод
Рd1НОИНЫХ уравненин бьт положеи восиову проrраммы расчета раз
рJбоrаннои А А Аллилуевым и В К Хлебниковым по которон бьVlИ
выполнены на иифровои ЭВМ мноrовариантиые расчеты переходных
нроцсссон при РdЗЛИЧИЫХ сочетаниях уrлов реrулировании и парамет
ров схемы замещения Обобщение этих результатов и представлеюt:е
в виде расчетных кривых приведеиы ииже
Если На рис 2 20 принять R 1 = О то получим 'порождающую ' зада
IV Рdсчета трехфазнои базовои схемы В установившемся режиме ха
РJктеристики токов неповрежденных фаз В и С в этон задаче одииако
ВЫ и ДЛЯ а =: 300 что соответствует неуправлиемым диодам определи
Ю1LЯ 3НJчениеМ:/ т = Ет/х'У
1. lп Iп=lт/Л 1 ,с = lт/Л lн 1,,=0 при 1> I
[та), 2/, Он = 3600
Эти ХdрJктеристики совпадают с характеристиками тока одиофазнои
схемы при а = О (табл 2 3)
РасчеНlые коивые дпя устаиовившеrося режима трехфазнон схемы
l, произво rьными Rэк/х эк и а приведены на рис 221 При нх построе
нии испо Ib30BaH сот же принцип что и lрИ построении РdСчетных кри
ВЫХ ДЛЯ (ДНОфJЗНОИ схемы В качестве баJОВЫХ величин на рис 221 а
j:.-инр [Ь[ ооrветсrвующие характеристики токов базовои схемы ре
!fJl,tJ..te 1l0рvждаюшен задачи а в качестве aprYMeHTa безразмернын
к Jмп lCKL R:jK / Х ЭК = 2R'Y/ Х'У
Бl JразмерllЫИ комплексныи арrумеит с малым пара метром актив
'!М СUЩ НИВf1ением определяется как отношение в знамеиателе
J." н Jporo Jhвивалентное сопротивление базовои схемы относительно
IOВРСЖu,t.НIlOи фазы
t к " + "1/2 Х 1
J В 4ислиrелс эквивалентиое сопротивление схемы с малыми R'Y
баJUВОМУ постоянному току неповрежденнои фазы По второму за ко
121
0,2
Трехфазная
............ схена
08нофазная
схена
0,2 0,4 0,6
а)
R зк /х 3К
о, ЗО
О
5)
30 а О
Рис 221 Сравнение характериcm:к тока в трехфазной и одио азной схемах
а усреднеННЫе характеристикн ТОКОВ фаз В н С при а = зо . б коэффи
циенты вяияния уmз реrулнровзния а
ну Кирхrофа ДЛЯ постоянных составляющих
R' K = (IaRr + 2laRr}f1a = 3Rr'
rne 2la = 21 т постоянный базовый ток в фазе А
Отсюда R. K / Х' К = 2Rr/ Х ?
Кривые на рис 221, а, flровеценные СJUIо1ШtыМИ ЛИНИЯМИ, И кривые
на рис 2 22 определяют усредненные зиачеиня характеристик уста-
НОВИВUПfХСЯ токов неповреждениых фаз С увеличением Rэк/х эк 80З-
: : :o ::: еk зоо е еа P:; P ; :K/ :: a : \1C :o
122
Рис 222 Усредненное относи 0,6
телЬное СОДержание 2 й и 3 й
raрМQНИК в токах неповреж
Денных фаз
соответственно составляет
Ма = 5,1 и 13,4%, !lI п =
= 6,1 и 9%, flzтax = 6,4 и
11%, !lI 1r = 6,1 и 10,2%,
!lI 2r = 4,4 и 7,1%, !lI'r =
= 20,4 и 27,3%, дд. = 2,9 0,2 O,f 0,6 Rr/x" отнеа
и 9,4%
Для сравнения на рис 221, а в двух масштабах ноказаны характе
ристики токов в схемах с неуправляемыми диодами трехфазнои
и однофазной, а на рис 2 21, б козффициенты влияния уrла ресу
лирования, ОТС1.JИтываемоrо от зоО в трехфазнои схеме и от 00 в од
нофазной Трехфазная схема с ш:;управляемыми диодами соответст
вует схеме с управляемыми ДИодами при а = зоО для Rэк/х эк
.; (2/4,71) = 0,425, а однофазная при а = 00 дня любых Rзк/х зк
Использованныи принцип построения расчетных кривых обеспечил
достаточную точность их совпадения в трехфазнои и однофазной схе-
мах отклонение не превышает указанный выше разброс характерис-
тик тока в неповрежденных фазах Это позволяет использовать расчет
ные кривые однофазной схемы для трехфазной
В поврежденной фазе А постоянная составляющая тока равна ариф
метической сумме постоянных составляющих в фазах В и С, поэтому
lа* и kaa определяются теми же расчетными кривыми, что и для ие
ЛОВрежденных фаз, но базовое значение для ПОВрежденной фазы в
2 раза больше и равно 2Ь т / Х ! Относительное значение перемеиной
составляющей определяется по крнвой lп* однофазной схемы, но для
Rэк/х эк = Rr/xr' так как для поврежденнои фазы Х ЗК = X r ' R ЗК =
3 2
= (laRr + 2laRr}f(2Ia} = 2 Rr ,R зк /х зк = Rr/xr Базовое значение
lпА то же, что и для неповрежденных фаз, а k ап снижается от 1,0
до 0,95 при увеличении а от зо до 200 ДНЯ Rr/ Х ? .; 0,1 Ток повреж
деннон фазы является непрерывным, т е не содержнт пауз при Rr/ Х !
меньшнх, чем указаны в табл 2 4 дЛЯ соответствующих уrлов реrули
рования а
т а б л и ц а 24 rраница зоны непрарывных токов
зоО 00
100
200 300
Rr/xr 0,212 0,133 0,087 0043
123
Содержание высших rармоник в нем существеиио ииже, чем в то.
ках иеповреждеииых фаз.
на стороне ВН иенасыщенноro трансформатора с соедииением об.
моток звезда треуroльник постоянная и перемеиная составляющие
токов определяются по их значеииям на стороне НН.
Фаз.
Постоянн3JI cocтaв
ЛJlЮЩВЯ
Т а б л и ц а 25 Токи на стороне ВН трансформатора
Переменн3JI составлиющая
...;3'/./n
...;3'/./n
o
J2/ A + / / (n..[3)
J2r.A +/ / (n..[3)
J / A +4/ /(ny'3)
П р н м е ч а н н е n; Ив н / ИН н коэффнциент трансформацин
трансформатора, равный отношеjПIЮ междуфаэных напряженнй, 1..
lп. lпА усредиеииые зиачеиия постоянной и перемеиной составЛЯJQ--
щих токов неповрежденных фаз выпрямителя, перемениая состав.
ляющая тока повреждеииой фазы
В трехфаэной схеме при малых Rзк/х эк в отличие от однофаэной
установившийся режим наступает не сразу, а иа втором.третьем пе-
риоде после возникновения повреждения Оценить характеристики
тока в переходиом процессе можно с помощью кривых на рис 2 23
Наиболее длительиый переходиый процесс имеет место в схеме с не-
упрввляемымн диодами (управляемыми с а ; зоО) При Rэк/х эк ;
; lЯ 1 / Х1 < 0,1 он практн,
чески закаичивается в треть-
ем периоде, при Rэ.,jх эк >
> 0,1 во втором (отлнчие
от установившеroся значе-
ння меньше 5%) При а ;;.
;;. 00 переходиый процесс
для всех Rэк/хэк практичес-
ки заканчивается во втором
периоде В течение переход
t m o."S(t)!t mo ,,8<>c>
0,68
124
Рис 2 23 Характерастнки пере
ходиоrо процесса при замыкании
полюс фаза
Horo процесса средняя постоянная составляющая токов иеповрежденных
фаз [а' длительность импульсов Он и максимальиое значение тока в фа.
эе В im"xH увелнчиваются (I.oo > 1'(1).8_00 > 8_(1)' im"xHoo >
> Im"XH(I»' rne нндекс (1) Оэначает первый период; максимальное
значение тока ,в фазе С i max С Остается практически неизменным,
а длительность пауз ОП умеиьшается
ПренебрежеЮlе переходным процессом утяжеляет уcnовня фун\<.
ЦИОЮlрования репейной эашиты трансформатора Поэтому при анали-
зе поведеиия защиты трансформатора можно использовать характерис.
тики тока устаиовившеroся режима, что пойдет в запас надежности
Порядок расчета характеристик ток а
с помощью расчетных кривых
1 ПО ЭДС н нндуктнвному сопротивлению схемы рассчитываются
базовые значеЮlЯ характеристик тока
2 По Rэк/х эк С помощью соответствующей кривой определяется
относительное зНачение характеристh:КИ тока в схеме снеуправляемы.
ми вентилями
3 Для задаиноrо уrла реrулирования по расчетной кривой или по
формynе дпя однофаэной схемы при R ЭК / Х ЭК ; о определяется коэф,
фнциент ВЛИЯЮlЯ уrла реrулнроваЮlЯ
4 Установнвшееся значение характеристики тока получается пере.
множением зиачений, получеииых в п 1 3 Для получения характе.
ристики тока в первом периоде иужио устаиовившееся значение ум.
ножить на коэффнциент 1 (1)/ 100; {(а,Rэк/х зк )
Замыкание ф.за эемля без насыщеЮlЯ траисформатора. Прн рабо-
те ynраВЛJlемоrо преобраэователя в ннверторном ражиме аварийнwй
ток рассчитыаетсяя по однофазной схеме замещения на рис 2 18, б
как при срабатываиин защиты, так н при ее отказе При работе управ.
ляемоro преобразователя в выпрямнтельном режиме этот вид повреж.
деиия не явля:ется расчетным для релейной защиты преобразователь.
Horo трансформатора, так как прн К3 на землю в обмотке трансформа.
тора, Korna требуется срабатывание релейиой защитыl, аварJiЙиый ТО$(
существенио больше, чем при работе преобразователя в инверторном
режнме, а прн К3 на эемлю вне трансформатора, Korna требуется "е.
срабатыванне, меньше, чем при замыкании полюс аза Из-за orpa-
ничения тока сопротивлением заземляющей линии
В схеме с неуправляемым выпрямителем, подключениым к траис-
форматору через токооrраНИtD:Iвающие реакторы и имеющим зазем.
Ленный полюс, аварийный ток при К3 на землю может превышать ток
"рн замыкании полюс фаза, т е являться расчетным при проверке
селективности релейной защиты трансформатора Такая схема приме
няется для плавки rололеда и анализируется ниже
Схема замешения сети, трансформатора и выпрямительной уста
новки для расчета аварИЙных токов в режиме од.нофазноrо К3 приве-
125
Хн.,Н;;.
Рис 2 24 Схемы замещения при однофазном Кз
а исходная, б расчетная
дена на рис 224, а, rAe !iA J !iB !i.c ЭкВИВалентные ЭДС сети, х с '
Rc, Х Т . R T сопротивления сети и трансформатора, Х р ;; u;L р' Rp
сопротивления реактора, Х к , R K сопротивлеиия шунтирующеи
ветви
В шунтирующую ветвь, образующуюся при КЗ на землю, входят
сопротивления заземления выпрямительной установки. переходное
в точке КЗ и ЛИНИИ от шин до точки К3 Сопротивление шунтирующеи
ветви может быть близко к нулю, если ПРОИЗОllVIO КЗ шин на зазем
ляющий контур подстанции, к которому подключен полюс выпрями-
теля. и может быть больше сопротивления реактора, если КЗ произош-
ло на линии в удаленной от шин точке
Как показзли исследования на ЭВМ, схему замещения рис 2 24, а
можно упростить, не внося заметной поrрешности в значения токоВ
питающей сети. путем отбрасывания ветви с диодом v D А, зашунти
рованной сопротивлениями Х к , R K При этом допущении схема заме
щения принимает Вид рис 224, б, rдe Ху = Хс + х т + ХР' Ry = Rc + R T +
+R p . ХА ;;Хс+Хт+Х к , R A ;;Rc+RT+RK эквивалентные сопротив
ления неповрежденной и поврежденной (особой) фазы А, ЭДСlIВА =
= vз' Е ,lIcA ="fЗ'Е е /60° Рассмотренная ранее схема на рис 220
является частным случаем схемы рис 224. б
Для схемы на рис 224. б нельзя отыскивать общее аналитическое
решение методом разностных уравнений Из-за разлиЧИя R/ Х ветвей,
поэтому МНOI'Овариантные расчеты выполнялись на цифровой ЭВМ
непосредственно по дифференциальным уравнениям Их козфф иен
ты варьировались в следующих пределах, превышающих реальныи диа
пазон их изменеНИЯ
Ry/Xy = 0 O,5, ХА/ХУ = 0,1 2,O,
RA/Ry = 0 3,O
126
Значения токов определялись в относительных единицах при базо-
вом токе Iб = Е т / Ху
Обобщение результатов расчета осуществлялось по общему изло
женному выше принципу
При Rr' R A ;; О получаем базовую схему в которои периодические
составляющие СИНусоидальны
lпА = у3'Е
Ху
,,;зт Е
I пв =
Ху
ЛЬ
IПВ =
Ху
ЛЕ
lпС =
Ху
IПС = IПВ = IП(б)'
3/2 /y3'/2 , I ПА = у3'Е ,
1 + 2ХА/Ху Ху 1+ 2ХА/Ху
1 + xAI2xy +/у3'ХА 1(2xy)
1+2 Х А/Ху
,)1 +ХА/Ху + (ХА/Ху)2'
1+2 Х А/Ху
1/2 XAI2xy /v'3'(l +xA/Xy)/2
1+2 Х А/Ху
(2 "4а)
rдеl п комплекс тока, /п действующее значение тока
Постоянные (апериодические) составляющие токов в неповрежден-
ных фазах базовой Схемы равны максимальному (амJUIИТУДНОМУ)
значению периодической составпяющей, а в поврежденной фазе их
удвоенному значению
lаВ = lаС = lа(б) = ..[7'/ П (б),
lаА = 2I.(б)
(2 546)
КОМJUIексный apryмeHT определяется как о fношеЮ:lе эквивалентных
аКТИВиоrо и индуктивноro сопротивлений По правилу эквивалентиро-
вания, приведенному в 2 2
х эк =Xy+ =х 1+ 2Х А/Х У , }
ХУ+Х А У1+ХА/ХУ
R эк = (/.(б) Ry+ 2l.(б) RА)/I.(б) =Ry(l +2R A /R y ),
Рэк = 2(1 + 2RA/ Ry) 1 + ХА/ Ху .
Х ЭК xr 1+ 2xA/Xr
(255)
На рис 225 по казаны зависИмости от комrшексноrо aprYMeHTa не.
которых усредненных характеристик установившихся токоВ неповреж.
127
ЗОНоI значении ХdРdктериf..,rик тока Достаточно хорошо аппрокси
ми:руют(.,я кривыми, соответствующими однофазиои схеме, которые
по казаны на рис 2 25 штрихпунктирными линиями Поrрешность ап
проксимации не превосходнт откЛонения характеристики тока в не
повреждеllНОИ фJ.Jе ОТ Уl-редненноrо значения
Таким обраJОМ, в рассмат
риваемом режиме в Кdчестве
раl-четных кривых для опреде
лени я характеристик устаио-
вившихся токов можно исполь
зовать расчетные кривые одно
фJ.знои схемы при указанном
денных фаз (обобщенных параметрон режима)
f" = (/.В + f а с)/2f а (б) =f аА /2.J2'f п (б1
lтах* = (lтax В + 'та'( с) I (21т ах (6» =
= (lтaxB + 'тахс)/(2 2,J2'I П (б»)
6 = (6 B + 6 c )/2
80
БО
40
20 0,2'
0,2 0,1,. 0,6 0,8 1,0
;;=;:lf+2Я7J l r
Рис 225 Трехфазная неуправляс
мая схема зоны значl.НИЙ харак
терисrик тока и расчеТНые КрИВЫе
128
Рис 226 Схемы замеЩlНИЯ с наLЫШI.ННЫМ трансформатором Уо/У
а ИLХОДНdЯ б РdСЧI.ТJldЯ
в (255) КОМlШексном aprYMeHTe и определяемых по (2 54а. 2546)
базовых характеристиках При определении перемеииой составляющей
в фазе А по кривой I п * однофазной схемы в качестве комплекснОrо
арrумеита используется Rэк/х эк = R,(l +R A /R 1 )/[X1(1 +ХА/Х 1 )),
а базовое значение [пА рассчитывается по (254а)
Приведенный выше порядок расчета характеристик с помощью рас-
четных кривых справедлив и в рассматриваемом случае для токов
на стороне ВН
Переходный процесс также практически заканчивается во втором
третьем периодах, и им следует пренебреrать при анализе функциони-
роваиия релейной защиты траисформатора
Устаиовившиеся ТОКИ особых аварийных режимов при насыщении
трансформатора (на третьей стадии переходноrо процесса) рассчиты-
ваются по той же методнке, что и на первой стадии (см выше) с ис
пользоваlШем базовой лииейной схемы и расчетных кривых однофаз
ной схемы По базовой схеме с R = О определяются базовые значения
характеристик тока в фазах выпрямителя, а по расчетным кривым
отиосительные значения характеристик тока в функции от комплек
cHoro aprYMeHTa, зависящеrо От параметров схемы замещеlШЯ По
стояииыe составляющие токов днодов замыкаются через ветви HaMaf
IШчивания трансформатора и в сетевои обмотке отсутствуют, а пере
MeHHыe составляющие находятся путем токораспределения по базовой
схеме
При составлении схем замещения с насыщенным трансформатором
используем ero упрощеиное представление r-образной схемои заме
щеlШЯ, как и в расчетах БИТ СопротивлеlШе внутренней обмотки на-
еыщениоro трансформатора Х В определяется по методике 2 6
На рис 2 26 приведеиы схемы замещеlШЯ с насыщенным трансформа-
тором, имеющим соединеlШе обмоток звезда звезда, вентильиая об-
мотка нару АСная Расчетная схема такая же, как на рис 2 24, 6, получа
етея путем эквивалеНТИоrо преобразоваlШЯ исходной схемы и имеет
параметры
f:.ВАэк = f:.BA , fСАэк = Е СА , }
Хс+Х в Хс+Х в
Х 1 = xcllx.+xT+x p . R 1 = R T (2) +Rp, (256)
ХА = хс Ilx. + х т + Х к R A = R T (2) + R K
Базовые значения характеристик тОка для схемы рис 2 26 б рас
считываются с учетом (2 56) по (2 54а, 2 54б). а комплексный dpry
мент по (2 55), затем с помощью расчетных кривых определяются
постоянная и переменная составляющие токов расчетной схемы Пе
ременные составляющие тока сетевой обмотки в фазах А. В и С нахо
129
дятся путем токораспределения в схеме рвс 2 26, а по формупам, учи
тываюЩИМ фазовые сдвиrи
J спА = (Е+JпАХв)/(Хс+Х.),
/спВ :;: /спС :;:
( F ) 2 2 Е ( 1 .JЗ' 2 )
+ J п в + /пА + 4J п в JпА '
хс + Х В ХС + Х В 2 2
rде Е деиствующее значение фазных эде, /пА. /пВ /пс перемеи
ные составляющие ТОКОВ в фазах преобразовзrеля
Аналоrично нахоДЯТСЯ переменные составляющие намаrНИ\fifваю
ЩИХ ОКОВ фаз
J!1пА = (Е /пАХс)/(Хс+Хв),
J!1ПВ = J!1ПС =
( ) + J в
Х: + Х. 2
Е ( 1 y3' )
JпА + V 4J п в JпА
Хс+Хв 2 2
Если в фазах В и С амплитуда переменнои составляющеи Намаrни
1fifВающеrо тока окажется больше ПОСТОЯННОИ составляющей т е
,j'iJ!1ПВ > J!1a = JaB или J!1а/..j2'J!1ПВ = А < 1
ТО ЗТО означает, ЧТО фаза трансформатора часть периода не Насыщена
и переменные составляющие I:IзмаrНИ\fifвающеrо ТоКа и тока сетевои
обмотки будут меньше рассчитанных при условии полноrо насыще
нИи СнижеlШе переменной составляющеи намзпшчивающеro TOKd оп
ределяется зависИмостью Jп.б = [(А) на рис 25 Поскольку указанная
кривая имеет полоти характер при больших А то уточнеlШе как пра
вило, не требуется
на рис 2 27 приведены схемы замещеlШЯ с насыщенным трансформа
тором имеющим соединеlШе обмоток звезда треуrолышK вентиль
ная обмотка внутренняя Показанные на схеме рис 2 27, а обмотки
обозначают идеальныи трансформатор с коэффициентом трансформа
ции п = 1, vBH/ VHH = I/Л, сопротивления KOToporo Х Т "'Uk. Х В
RT(I) R T (2) включены отдельно В базовои схеме (рис 227 6) актив
ные сопротивлеlШЯ принимаются равными нулю. и сопротивления Х В
поэтому подключены к выводам а Ь с. эде.ffА gn, gc повериуты
относительно gA .Ев .Ес на 300, диоды не оказывают влияния на пе
ремениую составляющую токов и Moryт быть исключены На схе
ме рис 2 27 в, получаемой эквивалентным преобраЗОВ3IШем из
рис 227,б,
!ЗО
хн,li ц
а)
Хс"'Х т 1. Х/С
х'
р
д)
Рис 227 Схемы замещении с насыщеННЫМ траНсформатором У/Д
Q нсхоДНаи. б баэовu, в расчеТНаЯ ДJlЯ переменноА составлиющеА
X = Х К / [(1 + Хр/Х.) (1 + Хр/Х. + 2Х к / х.)],
х'р = Хр/(I +Хр/Х.)
, Дей твующие значения переменных токов в схеме рнс 227. в ' пА ,
JnB' /пС рассчитьmаются по (254а), куда спедует подетавлять ХА =
= ХС + Х Т + X , Х'У = ХС + Х Т + X Токи В неповрежденных фазах базо
вой схемы рис 2 27, б
JпА = J Х./(Х р + Х. + 2х к ),
JnB = J пС =
=
Х р + Х В
(J B)2 (J A)2 ХК(ХР+Х.+Х К )
(Хр+Х в + 2х к )2
(2 57)
Комплексныи арrумеит находится ло схемам рис 2 27 По рис 2 27 б
для неповрежденной фазы
Х эк ::: Х р + ХсВэк +
+ (Х р + ХсСэк) (Хк + ХсАэк)
Х р + ХК + ХсСэк + ХсА эк
!ЗI
rдe
ХсА эк : (Х с + XT / [( 1+ Х:: Х Т ) X :: ХС ::т )] , } (258)
ХСВЭК Хссэк (XC+XT)/(I+ ).
ПО рис 227,а
R ЭК = (21. R K +I.R T (2) +/.Rp)/I.= 2R K +R T (2) +Rp (259)
По (258) и (259) определяется R ЭК / Х ЭК дЛЯ неповрежденнои фа
зы и аналоrично для повреЖденной В дальнейшем ПОРЯДОК расчета
повторяет иэложенныи выше для схемы На рис 2 26
по расчетным кривым ДЛЯ однофазной схемы находим 18.' /П*'
умножив на базовые ЗНачеюt:я, определяем постоянную и перемеи
ную составляющие токов 1 В 'с н 1 А, постоянные составляющие замы
каются во ВТОРИЧНОЙ цепи (рнс 2 27, а) .
из (257) по наЙДенным IпА' Iпв = Iпс определяем / A / B =
=/ c =t п .
переменные составляющие ТОКОВ сетевой обмотки (на стороне НН
траисформатора) находим по формулам табл 25, куда следует под
СТ3ВЛЯТЬ вместо /пА и /п "аиденные выше I A и ' п
П'реХОА"'Й процесс пPIII не....щеН.... Тр840ф0РМ'ТОре
Насыщение питающеrо трансформатора характеризует вторую CТd
ДНЮ особоrо аварийноro режима, качествеНно описанную в начале 2 8
Количественными характеристиками переходноrо "роцесса, необ
ХОДИМЫМИ для анализа поведения релейиой защиты трансформатора,
являются кривые изменеЮfЯ во времени периодической и апериоди
ческой составляющих в токаХ сетевой и вентильнои обмоток In т и
laT Эти значения определяются коэффициентами от н (3т являющи
мися обобщенными характеристиками процесса
[поо [от 1 аТ [ПО
а т = . iJ T = (260)
[поо [по 1 аО [пт
rде /по /п то /п 00 деиствующее значение периодическои составляю
щей тока до насыщения трансформатора в конце первон стадии в
момент времеюt: т второи стадин и после насыщеюt:я трансформатора
на треrьей стадии, /ао' /.J.T апериодическая составляющая тока сетевои
обмотки до насыщения ТРflнсформатора и в момент времеюt: т /аоо:::: О,
т время, OTC\DfTbIBaeMoe от начала насыщения трансформатора
Порядок расчета /по lao /п 00 приведен Выше Значения I п r и 1а т
определяются по (260) если известНЫ ат, iJ T
I пт = /пос (/пос [ПО) а т . (26Iа)
132
Рис 2 28 Расчетные КриВые ДЛЯ опре
деления перио,цических и апериодичес
ких составляющих токов в пр:щессе
насыщения трансформатора
I' T = /.0 iJ T (2616)
[по
По (261а) рассчитываются также апериодические составляющие то
ков в вентильной обмотке в момент т по значениям /0' /00' От
Для определения От и (3т следует пользоваться построениыми по
результатам исследований иа ЭВМ расчетными кривыми на рис 2 28,
обобщенным aprYMeHToM которых является относительное время т п.
Н Т а. соответственно
тп.=т/Т пэк Та. = Т/Та эк
Эквивалентные постоянные времени То эк и Та эк зависят от со
противлений схемы замещения с насыщенным трансформатором
(рис 226, а и 2 27, а) Дпя трансформаторов У./У
U)(Rc+RT(l»
то. = т ХС + Х В U (Х р + ХТ)
U)(Rc+RT(I)
Та. = т
Х с + Хн
Дпя трансформатора У!Д
U)(Rc+ RT(I»
ХС + ХТ + : [ХВ 11 (Х р + 2х к )]
U)(R C + RT(I)
Т а * :::: Т
1
Хс+Хт+ з Хв
Та.
(262а)
(2 626)
(2 63а)
(2 636)
в числителе приведенных выше формул aKTHBHoe сопротивление,
вызывающее перераспределеюt:е постояннои составляющей тока из се
тн в ветвь намаrничнваиия трансформатора. в знаменателе (2 626) и
133
(2 63б) индуктнвное сопротивление контура. в котором происхо
ДНУ перераспределение постоянной составляющеи тока. в ЗНаменаrе
ле (262а) и (2 63а) эквивалентное сопротивление неособои фазы
базовои схемы nepeMeHHOMY току сети, множитель 1/3 в знаменателе
(2 63) отражает приведение сопротивлении к числу витков сетевои
обмотки
Семейство кривых От = [(Т п .) на рис 228 построено ДЛЯ значений
х,!х, = 0.25. 0.5, 1.0. 2.0. 4,0 ДлЯ трансформатора Уо!У (см
рис 226. а)
х,!х, = (Х р + Хт)/Х с .
ДЛЯ трансформатора У /д (см рис 2 27. а)
х,!х, = +Хр!(Х с + Х т )
Деиствителъные значения От и (37' полученные измерением на мате
мзтическои модели при варьировании rлавных и ВТОlIOстепенных па
раметров схемы рис 2 29, а в ВОЗМОЖНОМ диапазоне их изменения,
Moryr отличаться ОТ значений по расчетным КрИВЫМ Причина эrоrо
неучеr при построении расчетных кривых второстепенных парамет
ров и приближенный характер обобщенных зависимостеи Однако
максимальное отклонение действитепьных значении От не превышает
10 0.05. а IЗ т не превышает 10 0.03
В Р е м я про т е к а н и я пер е х о Д н о r о про Ц е с с а вклю
чает время идеальной трансформации t и т (длительность первои ста
дии, рис 229, б) и время т, входящее в обобщенныи aprYMeHT расчет
Ных кривых, t = t и т + т Время идеальной трансформации, с, рассчи
тывается с поrрешностью, не превышающей 0.02 с, по выражению
t и т = 0.02 "'s. "'о.
А"'.
(264)
rде Ф s . потокосцепление насыщения (см 26), Ф о .= Ио/U ном
ПОТОКОСЦепление в предшествующем режиме, А Ф. приращение по
топосцепления ненасыщенноro трансформатора за один период
А"'. = ..(2'1I/ ао (R с +R Т (I»!Uфиом (265)
lао апериодическая составпяющая тока сетевом обмотки до насыще
ния трансформатора, ИФ НОМ номинальНое напряжение фазнои об
мотки трансформатора со СТОlIOны питания
Для вычислеЮ{я периодическом и апериодическом составляющих
токов в пюбой момент времени t необходимо
определить их значения До насыщения трансформатора Iпо lао и
после ero насыщения [пос, lаоо по меТодике изложенной выше,
134
[l(,8!(
а)
'A
fS
<с 1 ii m
5) 'r'
Рис 2 29 Расчетная схема для исследования на ЭВМ токовых ПереХОДНЫХ про
цессов в аварийных режимах неуправляемоrо выпрямителя
по (265) и (264) вычислить вреМЯ идеальнои трансформации t и т
и для заданноrо t наити т = t t и т
по (262) или (263) рассчитать обобшенные aprYMeHTbI т п . И Та..
по кривым рис 2 28 определить От и IЗ т .
по формynам (2 61) рассчитать искомые токи
При мер расчета токов по приведенной методике дан в [40] Поrреш
ность расчета по сравнению со значениями, измеренными на электрон
нон модели схемы рис 229, не превысила 8 %
29 АНАЛИЗ ПОВЕДЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ
С РЕЛЕ РНТ И ДЗТ 10 ПРИ НАСЫЩЕНИИ ТРАНСФОРМАТОРА
В ОСОБОМ РЕЖИМЕ
В процессе насыщения трансформатора уменьшается до нупя по
стоянная составпяющая токов сетевой обмотки и несколько возраста
ет переменная составпяющая Методика расчета характеристик токов
в переходиом процессе приведена в 2 8
При анализе поведения дифференциальнои зашиты будем предnо
лаrать, что ТТ rруппы звезда на стороне вентильной обмотки. соеди
неннои в треуrольник, полностью насыщены н не трансформируюТ
10КР' в цепи защиты, что обеспечит запас по сепективности Поэтому
закон изменения токов вентильнои обмотки нас не интересует
135
Будем предполаrать также, что rруппа тт треуroльник на стороне
сетевой обмотки не насыщается Анализ влияния насыщения ТТ при
веден в rл 3
Срабатывание реле РИТ и Д3Т 1 О при наличии в токе постояииои
(апериодической) составляющей определяется характеристикой € =
= [p(k), приводимои в справОЧИJlках Характеристика реле Д3Т 10
соответствует реле РИТ с R КЭ = 10 Ом Отношение постояннон состав
ляющей к перемениой в токе реле (в токе иаrружн rруnпы ТТ тре
уrольник) двух фаз, r это отношение меньше, в процессе насыще
иия траисформатора
k '" 1,4113 т , (266)
rAe I3 т = [(Та.) обобщеииая характеристика neрвичноrо продес
са (см 28)
Отношение переменнои составляющей тока срабатывания в рассмат
риваемом процессе при налнчии постоянной составляющей в токе Ic р
к синусодиальному току срабатывания реле при отсутствии постоян
нои составляющей тока 1 с р н
/С р' = /С р / /С р и '" е, (267)
rде € соответствует синусоидальнон переменнон состамяющеи
Обозиачим
=т= Т сэн
/ (з) /"(3)
(2 68)
rде I (3) прнведенный к цепи реле ток трехфазноrо К3 на выводах
ин трансформатора в том же режиме сети, при котором рассчитыва
ются аварииные токн выпрямительной установки
Из (2 67) и (2 68) с учетом характернстики реле и (2 66)
= т/С р' = те = mF(T a .)
/ к(3)
Эта зависимость /J)IЯ реле РИТ с R кз = 1 О Ом при т = O,6 O,05 пока
зана на рис 2 30 штриховыми линиями
В процессе насыщення трансформатора относительное значение пе
ременной составляющен тока в реле прн базовом токе / с р н связано
с первичными токами соотношениием
/р. = = =
/сри /сзи..j3' /к(3)Лт
rAe I пт / /" (3) = [(Та., х,/ х,) кривые характеризующие измеиение
пернодической составляющей токов двух фаз стороны ВИ при насыще
136
(2 69)
...
Рис 2 30 Изменение перемениоro тока в реле и тока срабатывания реле РИТ 560 с
R кз = 10 ОМ (ДЗТ 10) в процессе насыщення трансформатора при КЗ rтолюс фаза
Рис 231 Расчетные кривые дЛЯ дифференциальных защит с реле РИТ и ДЗТ 10
нии трансформатора в соответствующем режиме замыкания полюс
фаза или фаза земля, kcx коэффициент схемы для этнх режимов
соответственно
kcx ...;Y, kcx ,
1+ 25Х1/Х!
х,/х, отношение сопротивлений первичнои схемы (см 28)
Из (2 69)
т/ . = = [(Та.' Х1/Х)' вид режима)
р /к (3) ..f3'
Для режима КЗ полюс фаза эта зависнмость показана на рис 2 30
СIШОШНЫМИ лИниями
Излишнее срабатывание защиты произойдет прн Та. = Та.ер коrда
ток реле /р. станет равен току срабатывания /с р* Значения Та.ср
являются абсциссами точек пересечеЮlЯ крнвых тl p . и т/с р. На
рис 2 30 ОЮl соответствуют режиму замыкаНИя полюс фаза и приме
иению реле РИТ с R,,3 = 1 О ОМ (Д3Т 1 О) Для реле РИТ с R кз = О при
К3 полюс фаза н дпя реле РИТ (Д3Т 1 О) прн К3 фаза земnя при
Х К = О значеЮlЯ Та.ср получаются аналоrично
на рис 2 3 1 приведены полученные таким образом расчетные крн
вые С помощью расчетных кривых определяется время нзлишнеrо
срабатывания
( ер = t и т + Та.ср Та эк,
137
еде t и т время идеальной трансформации, рассчитывается по (264),
Та эк эквивалентная постОянная времени первичной схемы, см
(2 БЗБ), Та*ер определяется по рис 2 ЗJ в зависимости от типа реле,
Вида режима, ЗНачений X 2 /XI и т Время Излишнеro срабатывания
Сер сравнивается с временем отклюqения выпрямительной установки
t откл Если Сер t откл . излишиеrО срабатывания не произойдет
rлдвд ТРЕТЬЯ
ПЕРЕХОДНblЕ процЕссы В ТРАНСФОРМАТОРАХ ТОКА
ПРИ ОСОБblХ УСЛОВИЯХ
э 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В rл 1 и 2 ВЫПОЛНеН аНализ первичных злектромаrнитных переход-
ных процессов В защищаемом трансформаторе Этоrо анализа бьто бы
достаточно дпя оцеики функционирования репейиой защиты (РЗ) транс
форматора. если бы первичные измерительные преобразовзтели Не не
кажали информацию, подводимую ОТ первичных цепей к измеритель-
ной части РЗ в действительности измерительные преобраЗОВаrели в He
которых режимах, особенно переходиых, обладают весьма Сjществеи-
ными поrрешностями, учет которых необходим KdK при выборе парамет
ров применяемых РЗ, так и при разработке ИОВых устройств
Основиыми первичными измерительными преобразователями тока
в РЗ силоВых трансформаторов до настоящеro времени Остаются злект
ромаrнитные траисформаторы тока (ТТ) обычиоrо типа с замкнутым
ферромаrnитным маrнитопроводом Эти ТТ MorYT иметь значительные
поrрешности в переходных режимах, особенно при наличии апериоди
ческих составляющих в первичном токе Поэтому от работы ТТ в пере
ходиых режимах зависят осиовные свойства, особенно защитоспособ-
ность и быстрота срабатывання МНОrиХ типов РЗ трансформатора На
пример, ток срабатывания дифференциальноrо репе выбирается по ус
ЛОВию отстройки от тока небаланса при внешНем КЗ, о(:новная состав
ляющая KOToporo обусловлена насыщением rрупп ТТ в переходном
режиме Дифференциальные репе с насыщающимися трансформато
рами тока (НТТ) ЩIя Отстройки от БИТ должны иметь б6льший ток
срабатывания, чем переменный ток во вторичной цепи ТУ после ero
насыщения апериодической составляющей БНТ Время срабатывания
мноrих РЗ при КЗ с апериодической составляющей зависит от транс
формации тока КЗ в цепь репе
Переходные "роцессы в ТТ рассматриваются во МНОrих статьях и в
обобщающих моноrpафиях, в том числе в [31] При зтом осиовное
внимание уделяется переходным процессам в ТТ при коротких замы
каНиях в первичной схеме Результаты нсследований процессов в ТТ
138
с учетом их насыщения при синусоидальном токе и при наличии в токе
апериодической составляющей, затухающей по экспонеите, обобщены
и доведены до уровня инженерflЫХ методик
Законы изменения первичиоrо тока при расчетных БНТ и при осо
бых режимах преобразоватепьноro трансформатора (rп 2) имеют меж
ду собой MHoro общеrо, но прющипиально отличаются от расчетноrо
закона изменения первичноro тока при КЗ Поэтому ЩIЯ анализа рабо-
ты защит трансформатора в зтих режимах бьти разработаны приводи.
мые ниже инженерные методики, основаниые на том же прющипиаль
ном подходе к представлению результатов исследовании, которыи
изпожеи в 2 2 Спедует отметить, что метод ПХН дПЯ рассматривае-
мых задаЧ вообще неприменим при первичном однополярном токе
вторичный ток тт с ПХН после ero Насыщения равен нулю, что в боль-
шинстве случаев далеко от реальности Метод СХН требует использо
вания специальных кривых ЩIЯ определения параметров аппроксима
ции в заВисимосТИ от параметров ТТ, ero наrрузки и характеристик
первичноro тока, т е преимуществ не имеет, но более rромоздок
Переходные процессы в ТТ обычноrо типа необ одимо Y'DITblBaTb
при разработке новых устройств РЗ с повышеннои селективностью,
правильно функционирующих в условиях увеличенных переходных
поrрешностей ТТ
Друrой путь повышеНИя селективности РЗ заключается в замене
ТТ обычноro типа специальными ТТ (.. уменьшеиными поrрешностя-
ми в переходиых режимах (ТТ иоВых типов) ИЗ тт новых типов иаи
большее развитие в СССР полу'6UIИ тт со СJШошными ИЛИ частичны
ми немаrнитными зазорами в маrнитопроводе Процессы в РЗ различ
Horo назначения, подключенных к ТТ новых типов, исследовались в
ИЭД АН УССР, ВНИИЭ, НПИ и друrих орrаш<зациях Испопьзование
зтих тт в РЗ трансформатора на стороне ВН и ТТ обычноr типа на
сторонах СН и ни предъявляет новые требования к устроиству РЗ
Специальные "защитные" ТТ, достаточно точНо передающие в различ
ных режимах топько ту информацию, на которую реаrирует РЗ, рас
пространения не получили
Известно, что на работу электромаrнитноrо ТТ мотут оказыВать
влияние внешние маrнитные поля, создаваемые токами друrих це-
пей Это влияние следует уtПfтывать при конструировании ТТ и дру
rих электромаrнитных первичиых измерительиых преобразователеи
тока а также при проектировании электроустановок, Tд e они приме
няютея [42] Строrие раечеты требуют рещения попевои трехмернои
нелинейной задаtПf электродинамики и до настояшеrо времени прак
тически не выполнялись По инициативе автора в [43, 441 разработаи
численный метод расчета переходных процессов в траисформаторах
тока с учетом внешних источников маrНИТlюrо поля Пример расчета
выполнен ЩIЯ JШОскопараллельноrо поля, но метод применим и ЩIИ
решении трехмериой задаtПf
139
3.2 ПЕРЕХОДНЫА ПРОЦЕСС
В ТРАНСФОРМАТОРАХ ТОКА ПРИ БНТ
Броски намапmчивающеrо тока без апериодическои составляющей
(БИТ 1 типа в особой фазе см рис 27 ток нейтралн прн двухфаз
ном БИТ см рнс 26, а) трансформируются во вторнчную цепь ТТ
практически без искажеНИЙ Наибольшие ИСК8жеЮlя вносят тr ПОС11е
насыщения маrнитопровода ОДНОПОЛЯРНЫМ БИТ ВО вторичном то
ке апериодическая составляющая практически исчезает (поrлощается
трансформатором тока), зиачеIOlе периnдмцРСКОЙ составляющеи умень
Шаеrся.. а форма изменяется в токе реле ПОЯВЛЯJOТСЯ отрицательные
полуволны
Переходнын процесс трансформацнн однополярноro тока (рнс 3 1)
можно условно разделить На три стадии
1 идеальная трансформация первичноro тока '1 при. перемаrничи
ванин маrIOlтопровода тr от Начальной индукции Воет до условной
индукции насьnцеIOlЯ В sусл , при В с;; В sусл ТОКОМ намаrIOlЧИВЗНИЯ тr
можно преиебречь,
2 часТИчное поrлощеIOlе апериодическои составляющеи вторич
HOro тока ТТ от начала Насыщення тr (В = В,усл) до момента перехо
да апериодической составляющей тока ''1 через иулевое значение, в
этот период апериодическая составпяющая индукции Ва в маrнитопро
воде тт достиrает максимальноro зиачения Ватах В дальнейшем в то
ке , '1 появляется неэначительная апериодическая составляющая про
ТИВОПоложноro эиака, обусловлеIOlая заТУХ8I01ем первичноro тока,
3 трансформация периодической составляющей первичноro тока
насышенным тт квазиустановившийся процесс, на этои стадии транс
формацию тока в каждый период можlЮ рассматривать без учета за
тухания БИТ в предшествующие лериоды
t a
Рис 3 1 Изменение ТОКОВ И ИНДУКЦИИ В маrнитопроводе 1т при БИТ
140
)J)Iя анализа поведення устройств РЗ необходимо определять
а) расчетиое время существования апериодической составляющеи
во вторичном токе
{а = t И т + (поr
rдe '. т время идеальной трансформацнн (первон CT процесса),
t поr время поrлощения апериодическои составляющеи (второи ста
дин процесса) ,
б) характеристикн вторичноrо тока при , ;;. 'а. например денству'"
щее значение тока или ero первой rармоIOlКИ
Указанные величины определяются с использованием расчетиых
кривых, попучениых расчетиым путем на ЭВМ и проверениых 1'3 физи
ческих моделях тт
Моделнрованне тr на ЭВМ осуществлялось по уравнениям для удель
ных величин
1 dB
1'. d("")
dH,
= R'1.H'1 +X'1. ,
d("")
(31)
Н, = Н, H Н=Н(В),
rДе R'1. Х2. отиосительные активное и индуктивное сопротивления
вторичнон Цепн тr (обмотки н наrрузкн), В Н нндукция Н напря
женность маrнитноro поля в маТIOlтопроводе ТТ, Hl Н 2 напряжеи
ности соответствующие первичному и вторичному токам (удельные
токн)
Н, (') =" (2) W, (2) /1
Базовым сопротивлением для R 2 . и Х2* является
Zб = "'1'0 Qw /1
rде Q / W2 JШощадь поперечноro сечения маrнитопроводз ТТ, дЛИ
иа среднеи линии чнсло ВИТКОВ вторичнои обмотки ТТ
Базовое сопротивление это сопротивление вторичнои обмотки
ТТ нмеющеro маrннтопровод фактнческнх размеров Q 1 но нз нефер
ромаrннтноrо матернала (р. = 1'0)
в качестве моделируемой характеристики Н (В) использовалась од
нозначная аппроксимация Дnя измереlDfЯ характеристик токов на 3 и
стадии в качестве зппроксимируемон кривои прииималась IOIсходящая
ветвь предельнои rистерезисной пеrnи соответствующеи стали при В >
>В, те ПРИIOlмаласьВ sусл =В,
ФоРМИРОВЗlDfе входноro сиrнала Hl (t) осушествлялось в соответ
ствнн с 2 3
141
ISpeМII ицeaлЬiio А 1'pIIИСФОРМ8ции Значение 1. т раСC'lllтывается с нс
пользованием обобщенной кривой затухания (см рис 2 9) и следующих
соотношений
При идеалЬНОЙ трансформации '2 :: '1' :;: ,.WI/W2, следовательно,
1 Wl t и Т
!!.В = В,усл В ост = R, f I,dl,
Q W 2 W2 О
(32)
rде (. т = 0,о2п. т, п. т число периодов идеальной трансформации
В выражение (3 2) Х2 Не ВХОДИТ, так как за целое число пеРИОДОВ
n и т (от паузы до паузы перВИtПIоro тока)
1. т ( d )
f dt = !!.I, = О
О dl
Таким образом, выражение (3 2) справедливо при любом характере
сопротивления вторичной цепи ТТ, если t HT рассчитывается с ТОЧНОСТЬЮ
ДО onHoro периода
Из (3 2) можно определить
1. т
f 1, dl = (В,усл В ост ) Qw;/(w,R,)
о
'. т
Значение f 1, dt в соответствии с (2 40) определяет козффициент
О
затухания БИТ за время 1. т
k эат . т = 1 ' ! т" dt
'тахо Т ЭК О
Из (2 39)
1 + А. т = k эат . т (1 + Ао)
По обобщенной кривой затухания для 1 + Ао находится t 0/ т, дЛЯ
(1 +А. т) ---'/Т Время идеальной трансформации
(. т = T(I/T (о/Т)
Время поntОЩОlПlя апериодической составляющей траисфорМ8ТО
ром тоКа Значение t поr = О,О2п поr . rne п поr число периодов поrлоще
ния апериодической составляющеи, определяется по кривым рис 3 2
Кривые получены На ЭВМ при Br уел = Br для соответствующих сталей
142
Рис 3 2 РасчеТ1fШ кривые для определения еа
вреМеНИ поrлощения апериодической сос
тавляющей ПервиЧНОro тока
в качестве aprYMeHTa кривых выбран
комплексный параметр R 2 Jll ep [де '"
HI Ср среднее значение (апериоди
ческая составляющая) напряженностн,
tПlсленно равное уделЬНОМУ первично
му ТОКУ В начале второй стадии, т е
при 1 = t и т Вид KOMIUleKCHoro пара
метра соответствует правой части пер
Boro уравнения из (3 1) при х, = О
+ R,.н(в) =R,.H,
/J.o dwt
(33)
При опредепении 1 поr каК и 1 и т с точностью до одноrо периода
можно не учитывать х 2 Порождающен для (3 3) задачеи является урав
нение при Н (В) = О, описывающее процесс идеальнои трансформации,
решение KOToporo при отсутствии затухання Н I имеет вид
!!.В 1
lит=
w/J.o R 2 .H 1ep
(34)
AprYMeHToM этои зависимости является R 2 JlICp. которыи исполь
зуется в качестве комплексноrо параметра для представпения реше
ния задаtПI (3 3) Использование указанноro комплексноro параметра
позволило резко сократить количество кривых, необходимых для
расчета. так как значение п поr для каждоrо R 2 .H I ср практически не
зависит от формы первиtПIоrо БНТ (ОТlfосительноrо смещения А) и от
скорости ero затухания (постояннои времени Т) Последнее объясня
ется тем что при большей скорости затухания HI (меньшем Т) снижа
ется Ватах И l1B = Ватах Bs уел а время t поr остается приблизи
тельно одним и тем же
При R2. O ИЛИ H1cp---+O зНачение п поr ---+ оо , при R 2 .H 1cp :>
;;. 2 10' А/м п лоr '; 1
ХарактернC'ПfКИ вторнчноrо тока после насыщения ТТ Действую
щее значение вторюпюrо тока и ero первая rармоника после поrлоще
ния апериодической составляющеи определяются с помощью расчет
ных кривых рис 3 3 Расчетные кривые при активном сопротивлении
ВТОри\ffi.ои цепи представляют зависимости соответствующих коэффи
циентов токораспределения по деиствующему значению периодичес
кои составляющеи Сп и по первои rармонике C 1 r ОТ комплексноrо
143
О,. .
0,3 d n
0,2 .1 1r
0,1
О 20 "f; 60 р!
а)
Рис 3 3 Расчетные кривые для определения коэффициента токораспределения
насыщеННоI'O ТТ
параметра R 2 .Н 1 (1 r) Коэффициент токораспределения определяет
ДОЛЮ вторичноrо тока ОТ приведенноrо первичноrо и одинаков ДЛЯ
ПОЛНЫХ приведенных и ДЛЯ удельных ТОКОВ
СП = 1 2 /1'IП =Н 2 /Н 1п , С," =/ 2 (1r)/I; (Ir) = Н 2 (1С)/Н ' (1С)'
rAe [2. [2 (1Т) действующее значение и первая rармоника вторич-
Horo тока, в котором практически отсутствует апериодическая состав
ляющая, l;п. 1; (1Т) действующие значения переменной составляю
шей и первой rармоники npHBeAeHHoro первичноrо БИТ в рассмзrри
ваемый период (определяется по методике, изложенной в rл 2) Струк
тура КQмплеКСНоrо параметра такая же, как на рис 32 При R2* ----'j> О
ИЛИ Нl (Ir) ---+ О коэффициент токораспределения равен 1,0, т е пере-
менНая составпяющая перВИЧIiоrо тока трансформируется во вторич
ную цепь насыщенным ТТ без ИскажеЮlЯ
Выбор указанных координат позволил резко сократить количество
кривых
Пунктирные линии около кривых Сп оrРЗЮlчивают зону значений
при изменении А от 0,4 (верхняя линия) до +0,4 (нижняя пиния),
сrтошные кривые соответствуют А = О Для С lI построена одНа кри
вая для каждой стали, так как разброс значений C 1 r ПрИ изменении А
неЗНа'IИтепен (менее f 5 %)
При активно-индуктивиом сопротивлеЮlИ вторичной цепи ТТ значе
нИя вторичноrо тока меньше, чем при ЧИСТО активном сопротивлеЮlИ
Это уменьшение можно учитывать внесеЮlем соответствующих попра-
вок .6. п и .6. I r в коэффициенты токораспределеЮlЯ
С'П(lr) =СП(lr) (1 6П(lr»)
144
Коэффициенты Сп. C 1 r определяются по расчетным кривым рис 3 3 а
для полноrо значеЮlЯ сопротивления z 2' счИтая ero чисто активным
Поправки 6 п и 6н определяются по рис 3 3, б в функдии от уrла
сопротивления вторичнои депи <1'2 для <1'2 "800 (Х2/ R 2 "5,7) Неучет
влияния Z2.Hl на зНачение поправки может привести к некоторому
завышению с', но не более чем на 10 %
Приведенное опИсание расчетных кривых определяет простую мето
дику их применения Для попьзования расчетными кривыми кроме
перВИtffiоrо тока и наrрузки ТТ нужно знать конструктивные парамет
ры тr (Q и 1), опредепяющие зн.чение арсумента Если они неизвест-
ИhI, то для получения aprYMeHTa можно ИСПОЛЬЗОВdТЬ кривые предель-
ных кратностей трансформаторов тока IlО меТодике предложенной
М М Серединым [41] Метод расчетных кривых может примеияться
для определения различных интеrральных характеристик вторичноrо
тока
Учет влияния переХОдl10ro процесса в 1т при БИТ на параметры
релейной защиты Параметры РЗ, реаrирующеи на значение nOnHoro
тока (например, с реле РТ 40), ток срабатывания и выдержка време-
ни должны обеспечивать отстроику от вторичноrо БИТ при наибопь-
шем расчетном времени существования апериодическои составляю-
щей во вторичном токе {а расч ::; t и т та'< + t nor Время t и т тах опре-
деляется при В ОСТ = Br' т е .6.В :;:; Bs уел + Br 2Br Если { а раеч полу-
чится бопьше уставки защиты по времени (или времени, до KOToporo
ускоряется ступень защиты после АПВ), то ТТ может не насытиться
до срабатываЮlЯ РЗ и ТТ следует учитывать только коэффициентом
трансформации, не пользуясь расчетными кривыми
Параметры РЗ, заrрубляющихся от апериодическои составляющей
тока (например, с реле РНТ 560, ДЗТ 1 О), дол)'(ны выбираться по ус
ловИю отстройки от nepeMeHHoro вторичноrо тока с учетом ero сниже
ния из за затухания первичноrо тока и Нdсышения ТТ при наименьшем
расчетном времени существования апериодическон составляю шеи
{ а )j : ток срабатывания РЗ завИсит от большоrо числа парамет
ров, характеризующих "роцессы в первичнон цепи, конструкцию и на
rрузку ТТ, есо врбер амперную характеристику Дпя упрощения прак
ТИческИх расчетов МОЖНО уменьшить число используемых параметров,
учтя остальНые с помощью, например, коэффициента остройки k OT
обеспеЧИваюшеrо селективность защиты Такие расчеты с Использова
нием описанных выше методик и метода статистическоrо моделирова
ния Монте Карло бьти выполнены в Южном отделении ЭСП Резулыа
ты расчетов показали, что уставку дифференциальнои ЗdШИТЫ трансфор
матора, использующей реле РНТ 560 и ДЗТ 1 О МОЖНО во мноrих слу
чаях СЮlзить дО O,7 0,8IT МОМ ПО условию отстройки от БИТ Такая
устав ка существенно меньше применяющеися в энерrосистемах, но
HeдocTaTO(lНa для обеспечения чувствнтельности дифференциальной за
145
щиты к внутренним К3 (см rл 1) Кроме тoro реле с заrрублением
от апериодическом составляющем не MOfYТ работать с траНСфОрМdтора
ми тока НОВЫХ типов которые ПОfпощают апериодическую составляю
щую на втором третим период БИТ не уменьшая переменную составляю
щую вroриlfiЮro тока
Поэтому задача разработки и широкоro внедрения новых бопее со
вершенных способов и устроиств идентификации БИТ с учетом поrреш
ностен ТТ является актуальном До настоящеro времени
Воспроизведение вторичноro БIП при насыщении 1т Вторичныи
БИТ без апериодическом составпяющем и без искажеюtя формы пере
меннои составпяющем (СП 1) леrко ВОСПроИЗВОДИТСЯ на rр3НСфОРМ3
торнои модели БИТ [31 рис 7 3] путем отключения цепеи постоян
"oro тока от испытуемоro реле
Воспроизведение вторИЧНОro БИТ с искаженном фоРМDМ перемеflНDИ
составляющем (СП < 1) осуществляется с использованием моделеи 1т
При активном сопротивлении вторичном цепи 1т форма вторнчноrо
тока при задаином первичном определяется коэффициентом токорас
предепения Сп и зависит от параметра R 2 .H 1 (lr) это означает что
для обеспечения формы вторичноrо тока соответствующеи задаиному
Сп можно изменять как пеРВИIfiIЫИ ток ТТ так и сопротивление ВТО
риlfilОИ цепи Обычно при испытаниях изменять приходится обе вели
чины ВТОРИIfiIЫИ ток С частично поrлощеннои апериодическои состав
ляющеи воспроизводится схемои с модепью 1т подмаППfчиваемои
постоянным током
При воспроизведении вторичноrо БИТ в переходном режиме время
идеальнои трансформации задается остаТОIfiIОИ индукциеи в маrнито
проводе ТТ путем ero предварительноrо намаrничивания в одиу или
друrую сторону постоянным током или размаrничивания переменным
33 ВТОРИЧНЫЕ ТОКИ ТТ В ОСОБЫХ РЕЖИМАХ
ПРЕОБРА30ВАТЕльноrо ТРАНСФОРМАТОРА
Приведенная в 3 2 методика расчета ВТОРИlfilоrо тока одиночноrо
1т при БИТ попностью применима в особом режиме замыкания фазы
на землю инвертора Korдa аварииныи ток протекает по одиому IШе
чу моста и по форме очень близок к однофазному БИТ но не затуха
ет (см 2 8) В остальных длительных особых аварииных режимах
как правило требуется учитывать влияние друr на друrа 1т rруппы
В схемаХ Р3 преобразовательных трансформаторов применяются [РУ"
пы из трех 1т звезда и треуrольник
Рассмотренные в 2 8 режимы замыкаlПfя попюс фаза и фаза зем
пя внеуправляемых преобразователях и управляемых при отказе за
щиты преобразоватепьноrо моста качественно одинаковы по своему
впиянию на работу ТТ и РЗ поэтому пр" анализе процессов в 1т они
не раздепяются
146
Характернои особенностью авd.РНИНЫХ токов во всех фазах преоб
разовательноrо моста (в Линенных выводах вентильных обмоток транс
форматоров) 'А 'в 'с на рис 229 б является их однополярныи ха
рак тер причем ток в поврежденнои фазе может быть значитепьно сме
щен относительно оси времени Из за этоrо ТТ установленные в фазах
преобразовательноrо моста Moryт насытиться в течение nepBoro же пе
риода и в дальнеишем практически не трансформировать ток
Первичные токи ТТ установпенных в цепях сетевои обмотки пре
образовательноrо трансформатора с соединеНИем обмоток звезда
звезда изменяются по такому же закону как и у 1т установленных в
фазах преобразовате.11ЬНОro моста До тех пор пока преобразователь
ныи трансформатор не насытится
Если обмотки преобразовательноrо трансформатора соединены
по сХеме звезда треуrопьник то закон нзменения аварииных токов
в ero обмотках отличается от описанноrо выше в двух фазах токи
имеют значитеп ую постоянную составляющую а в третьеи фазе по
стоянная составляющая практически отсутствует (IA (В Н) 'В(ВН)
'с (В Н) на рис 229 б) Позтому ТТ фазы С будет трансформировать
ток во вторичную цепь и после насыщения ТТ двух друmх фаз
Дифференциальная защита преобразовательноro трансформатора мо
жет при соединяться к ТТ соединенным в одинаковые и разные rруп
пы Особеино неблаrоприятные условия для обеспечения селеКТИВное
ти дифференциальнои защиты имеют место при установке ее на транс
форматоре с соеДИнением обмоток звезда треуrопьник и подключе
нии к трансформаторам тока установленным в цепях лине иныХ вы
водов трансформатора и следовательно соединенным по схеме тре
уrольник звезда Такое ПОДl(пючение дифференциальнои защиты при
меияется на трансформаторах (автотрансформаторах) ШlтающиХ вы
прямительные установки для Iillавки rололеда на линиях электропере
дачи
Ниже рассматривается методика расчета характеристик вторичноrо
тока rрупп ТТ используемая в частности для анализа поведения диф
ференциальнои защиты трансформатора
fруппа звезда У rруппы из трех ТТ звезда возможны ДВа упомяну
тых выше закона изменения первичных токов 1 соответствует то
кам фаз преобразоватепьноro моста (ТТ установпены в цепи ЛИнеи
ных выводов вентильнои обмотки с любым соединением или в цепи
пинеиных выводов сетевои обмотки трансформатора с соединением
звезда звезда) 2 соответствует токам обмоток трансформатора
с соединением звезда треуrопьник (П установлены внутри треуrоль
ника вен1ИЛЬНОИ обмотки и на выводах сетевои обмотки)
До насыщения хотя бы одноrо П rруппы они не оказывают ВЛияния
друr на друrа поэтому минимальное в rруппе время идеальнои транс
формации можно рассчитывать для законов 1 и 2 по формуле (3 4)
[де R 2 . относительное активное сопротивление обмотки ТТ и фазы
147
Zйб t2A thr-А ZHr
12А(" Т) lHr МИ Т) 12В(Н Т)
""' "."
:l2c
Z ofJ t2 t Hr в ZHr
Zo15 '2С tlfrc ZHr
а)
ff)
Рис 3 4 rруппа тт треуrолЬНИК
а схема, б веКТОрНая. .EUfarpaMMa переменных составляюших вторичных
токов при идеальной трансформации ТТ
:::: :ч:: o сrме:: :: ч а ::: : о с о;)ная составляю-
После начала насыщения, как правило, нельзя пренебречь влиянием
тr друr на друrа из за наличия сопротивлеиия нулевоrо провода RN Это
влияет на время поrnощения постоянной составляющей t nor и вторичные
токи после насыщении ТТ
Для закона 1 время t поr в повреЖденной (особой А) фазе воз-
растает из-за уменьщения эквивалентной активной наrрузки Т А А
R>ЭК ; R, RNINa/I2aA < R,.
rдe lNa, 1 2а А постоянные составляющие тока нулевоrо провода
и вторичноrо тока ТАА,
в иеповреЖденных фазах t поr уменьщается из-за увеличения экви
валеитной активной hзrрузки ТАв и ТАс Постоянная составляющая
вторичных токов исчезает после насыщения всех ТТ rруппы Орненти
ровочно можно оценить t поr rруппы с помощью крИВЫХ на рис 3 2,
как t поr ТА А но используя вместо R 2 . в aprYMeHTe R 2ЭК . =
; (R, 0,5RN). Козффнциент 0,5 учитывает насыщение ТТ неповреж
денных фаз
Вторичный ток иеповреЖденной фазы после насыщення rруппы ТТ
можно приближенно определять с помощпю кривых рис 3 3 без уче-
та сопротивления нулевоrо провода блаrодаря большому фазовому
сдвиrу между этим током и током нулевоrо провода Вторичныи ток
повреЖденной фазы при непрерьшном первичном токе сильно зависит
от относительноro содержания постояиной составляющей и ДJIИ ero
расчета кривые рис 3 3 неприrодны
Для. закона 2 время t nor в двух фазах, например А н В, с постоян
ной составляющей разных зНаков в первичных токах прнблизитель
но одинаково н определяется без учета RN по рис 32, так как посто
явиая составляющая тока нулевоrо провода близка к нулю Вторич-
ные токи этих фаз после насыщення ТТ сильно завнсят от относнтель
148
Horo содержания постоянной составляющей, и ДJIЯ их расчета кривые
рис 3 3 неприrодны
Трансформатор тока третьей фазы С, в которой практическн нет
постоянной составляющей, не подвержен насыщению и трансформи
рует первичный ток без замеtных поrрешностей
[рупии треУТОЛЫlИК У rруппы нз трех ТТ треуrольник возможен
Только 2-й закон нзменения первичных токов, так как ЭТа rруппа ус
танавливается в цепи сетевой обмотки, соединенной в звезду, преоб-
разовательноrо трансформатора с соединением звезда треуrольник
Схема rруппы ТТ треуrольник показана на рнс 34, а, векторная
диаrpамма переменных составляющих токов вторичной цепн при
идеальной трансформации - на рис 34, б, rде переменные составляю
щие вторичных токов при идеальной трансформации
12/ (и т)п ; 1'I]П ' /; А, В. С,
l иrА (и Т)П = J 4(/ 1Ап )' (J',c)" ,
}
(35з)
l иr в (и Т)П '" 1 нr с(и т)п ; J (1"Ап)' + 2(I;с)"
Постоянные составляющие при идеальной трансформации
12А (и т)а = I,в(и т)а ;/18. I'Са '" О, }
(3 5б)
l нr А(ит)а =21'lа, l нr В(ит)а =l нr С(ит)а = /'la
С учетом (35б) эквнвалентная аКТНвная наrрузка ТА А и ТАв.
влияющая иа время идеальной трансформации и время поrлощения
Постоянной составляющей,
R 2 Аэк = R 2 вэк = R 2ЭК = R об + 3R Hr .
поэтому t и т и t поr рассчитываются как ДJIИ оДИночноrо ТТ с относн
тел ым сопротивлени,:м вторичной цепи R 2 * = (R об + 3R иr )., H 1cp =
= 11 а W2 /1 по опнсаннои выше методике Для создания запаса прн оцен
ке селективности дифференциальной защиты можно Определять ере
мя существовання Постоянной составляющей во вторичных токах ( а
как время идеальной трансформации при увеличенин индукции дО
В, усп < Ватах. нспользуя формулу вида (34) Исследованиями на
ЭВМ установлено, что t а с ТОЧНостью до одноrо перИОда, с, можно оп
ределять по формуле
( а ; 0.02(14 8) 104/(R,эк.н,ср).
(36)
rде Н 1 ер. А/м, большее значеlше ( а соответствует вознИкновению ава
рийноro режима преобразователя после ДJIительноrо рабочеro режи
ма, размаrничнвающеrо ТТ на стороне сетевой обмотки, меНЬШее зна
149
Рис 3 5 Наибольnmй из ТреХ
фаз относительный удельный ток
наrрузки при насыщении ТТ
rpynnbl треуrольник
чение t а соответствует по-
вторному включению по-
вреЖденной выпрямитель-
ной установки
КаЖдЫЙ вторичный ток rpYnnbI, кроме 12 С, при насыщенных ТА А
и Т А в зависит от всех параметров схемы и всех первичных токов
Поэтому бьvlО выполнено на ЭВМ исследование зависимости от ука-
занных факторов в широком диапазоне их изменения значения наиболь-
шеrо из трех в фазах А В и С удельноrо относительноrо тока наrрузки
HHr* = тах {Ниr*А , HHr*B ' HHr*C ]
В качестве базовоro принят наибольший удельный ток наrрузки
(переменная составляющая) при идеальной трансформации
Ннс(н т)" = IнсА (н т)п ",,/I = I;Ап "', /I =
= I'Anw, /l = Н'АП ' (37)
еде = Н'С/Н'А" = f'C/I;An =I'C/I'An коэффициент, определяю
щий соотношение переменных составляющих первнчных токов
Полученные при измерениях значения HHr* приведены на рис 35
в виде заштрихованиых зон в зависимости от одНоrо KOMrmeKcHoro
параметра
R,эк.Н'Ап = (R об + 3R Hc ).I,An ",,/I
2 J
l1т.Н1АfIf А/м
5х/о
Как видно из рис 3 5, с увеличением комnлексноrо параметра зна
ченИе наибольшеrо относительноrо тока снижается от 1,0, стремясь к
н 1 с Н'Ап
Н,с. = ННСА(ИТ) П= Н'Ап =
(38)
Такая зависимость может быть аппроксимирована выражением вида
Н ИС ' = Н,с. + (1 H,c.)a, (39)
rде а = [(R 2эк .Н 1 Ап) изменяется от 1,0 до О
150
Если принять
а = exp( 0,69 10 S R'эк.Н'Ап),
rде Н 1Ап , А/м, то получим одиозиачные аппроксимации, показанные
на рис 3 5 сплошными лИниями Поrрешность от испоЛьзования ап-
проксимирующеro выражения наибольшая при тax = 1,0, но и в этом
случае она ие лревышает 15 %
Из (3 9) с учетом (3 8) и (3 7) вытекает расчетная формула для
наибольшеrо тока наrрузки во вторичной цепи rpYnnbI треуroльник
I ИС = [I,c + ( .J 4IiAn Ilc ' I,c)a],
w,
(3 10)
[ s (Rоб + 3R ис ) ]
а = ехр 0,69 10 I'AnW,
wPo QW 2
АIWIИЗ оолек11ПIИОC11l диффереициальиой защиты траисформатора
в особых режимах. Наиболее неблarоприятные условия для обеспече.
ния селективности дифференциальной защиты имеют место при под-
ключении ее к различным rруппам тr звезде и треуrольнику
В аварийных режимах выпрямителя для ПЛавкИ rололеда rруппа
тr звезда на стороне НН трансформатора насыщается, как правило,
в течение nepBoro же периода и после этоrо тr имеют настолько боль.
шую поrрешность, что их вторичный ток можно не учитывать Это утя-
желение расчетных условий идет в запас селективности Трансформа-
торы тока rpуппы треуrольник на стороне ВН трансформатора дс) свое-
со насыщения трансформируют в дифференциanьную защиту токи,
имеющие такую же форму. как токи в фазах преобразовательноrо
моста
После насыщения rpYnnbI треуrольник в дифференциальных токах
исчезает постоянная составляющая и форма тока может cTa'rЬ весьма
близкой к синусоидальной В этИх условиях срабатывание дифферен
циальноrо реле любоrо тИпа будет зависеть только от ero уставки Сни-
женИе уставки срабатывания до Ic з = 0,3--:-0,5I T НОМ' требуемое по ус-
ловию чувствительносrn к внутренним КЗ, ПОВЬШIает вероятность из-
лИшнеro срабатьmания защиты Излишнее срабатывание возможно,
еспИ Iс з ..; IHcw,/w" опредепяемосо по (310) В зтом cnучае задерж
ка ИЗЛишнеro срабатывания защиты с дифференциальным реле любоrо
тИпа не преВЬШIает времени насыщения rpYnnbI тт треуroльник ( а .
определяемосо по (3 6)
Расчеты времени t а rрупп тт треуrольник для BCerO парка транс-
форматоров, питающих выпрямительные установки плавки rололеда,
выполненные в 100 зеп, показали следующее У всех одноамперных
тr ( а больше времени отключения повреЖденной вьшряЫJtтельной
151
установки обычно не превышающеrо О 2 с т е больше времени ликви
дации авариииоrо режима Реле с насыщающимися трансформатора
ми тока заrрубляющиеся от апериодическои составляющеи тока
(РИТ 560 ДЗТ 10 и модернизироваииые варианты приведениые в
4 4) не срабатывают после насыщения ТТ иа стороие ни до тех пор
пока не насытятся ТТ на стороие ВН Поэтому примеиеиие этих реле
и одноамперных ТТ на стороне ВН обеспеtGIвает селективность диффе
ренциальнои защиты Реле контролирующие форму только перемен
иои составляющеи тока (с время импульсиым устроиством С тормо
жением от второи rармоники тока) например Д3Т 20 излишие срабо
тают сразу после насыщения ТТ на стороне НН Время иасыщеиия пя
тиамперных ТТ может оказаться меньUJИМ времени ликвидации ава
риииоrо режима В этом случае независимо от типа реле следует Д)1Я
обеспечения селективности Зclrрублять защиту траНСфОРМdТора от
быстродеиствующеи защиты вьшрямительнои установки на время
ступеии селективности
Насыщение маrнитопровода преобразовательноrо трансформатора
в принципе возможиое в рассматриваемых режимах приводит к ис
чезиовению постояннои составляющеи в токах питающеи стороны и ока
зывает приблизительио такое же влияние иа дифференциальиую за
l.ЮНУ траисформатора как и иасыщение ТТ этои стороны Методика
анализа поведения диффереициальнои защить! с репе РИТ и ДЗТ при
насыщении преобразовательноrо трансформатора приведеиа в 2 9
rЛАвА ЧЕТВЕРТАЯ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
ТРАНСФОРМАТОРОВ ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ ВНЕШНИЕ ПЕРВИЧНЫЕ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
41 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ОСНОВНЫЕ нАПРАВЛЕНИЯ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСфоРМАТОРОВ
При построении релеинои защиты с внешними первичными измери
тельиыми преобразователями трансформаторами тока и напряже
ния защищаемыи трансформатор рассматривается как черныи
ящик виутреииее устроиство KOToporo неизвестно а доступиы лишь
виешние выводы Такои подход является традиционным Ero реиму
щество независимое решение воп росов проектирования трансфор
матора и ero Р3 Недостатки оrраниченная чувствительность к витко
вым замыканиям и возможность отстроики ОТ режимов С насыщением
маrнитопровода трансформатора только на основе использоваНИя прин
Щf.Пов и устроиств распознавания сиrналов
152
,
Совершеиствование Р3 мощных трансформаторов имеет ближзи
шую цель удовлетворение требованиям ПУЗ [5] в частност!' обеспе
чение тока срабатывания дифференциальнои защиты менее номиналь
Horo и последующую обеспечение 100 о/о-НОИ защитоспособности и
сверхбыстродеиствия в соответствии с требованиями сформулирован
ными в rл 1
Ближаишая цель достиrается совершенствованием устроиств нахо
ДЯ1Шlхся в эксrшуатацни Способы достижения ближаишеи цели
1) уточнеиие методик выбора параметров срабатывания на основе
расчета режимов с требованием несрабатывания и исследовании пове
дения реле в этих режимах
2) модернизация устроиств РЗ находящихся в эксrтУclтации уста
;::::ои дополнительных приставок или заменои дифференциальноrо
Для достижения последующеи цели необходима разработка новых
устроиств с повышеннои эффективностью идентификации режимов
При совершенствовании дифференциальнои защиты как известно
должны решаться следующие задаtGI
1) распознавание и отстроика от БИТ и ПВ
2) отстроика от токов небаланса обусловленных насыщением ТТ
при внешиих К3 переключением ответвлении обмоток ТРclнсформа
тора в процессе эксrшуатации неточностью ураВНИВdНИЯ токов плеч
в номииалЬНОм режиме
Существует MHoro вариантов решения каЖдОИ из этих ЗdДач Их об
зор с краткои характеристикои приводится ниже
Способы распознавания БНТ
Одним из ОСновных требовании к Р3 трансформаторов является
правильное и быстрое распознаваиие БНТ Сложность этои задачи об
условлена мноrообразием возможных значении и форм тока (см rл 2)
с учетом разновремениости включения фаз и насыщения трансформа
торов тока (см rл 3)
Выбранныи СПОL.об распознавания БНТ в ЗНclчительнои мере опреде
ляет сложность защиты в целом уровень вероятностеи правильноrо
раСllознавания ток и время срабатывания защиты при внутреи
нем К3
Известные способы распознавания можно разделить на три rруппы
1) основанные на контроле при знаков (параметров ) дифференциаль
Horo тока 2) использующие одновременно ток и напряжение транс
форматора 3) использующие параметры OCHoBHoro маrнитноrо поля
и поля рассеяния
Способы 1 и rруппы наиболее просты в реализации поэтому получи
ли наиболее широкое развитие хотя устроиствcl их реализующие прии
ципиально не Moryr быть сверхбыстродеиствующими так как имеют
минимальное время распознавания около ОДJЮIО периода Объясня
153
ется это тем чrо До появления первои паузы в токе форма БИТ прак
тически не отличается от формы тока внутреннеro КЗ
Способы 2 и и особенио 3 И rрупп MorYT обеспечивать сверхбыстро
деиствие но требуют использования дополннтельных первичных пре
образователеи что снижает аппаратную надежность РЗ Основные спо
собы 3 и rруппы рассмотрены в 5 1 Здесь рассмотрим способы 1 и
и 2 и rрувп
Способы lоЙ rруппы различаются по коитропируемому идеитифика
ционному признаку дифференциальноrо тока
Значение тока используется как идентификационныИ признак в токо
вых Н дифференциальных токовых отсечках чувствнтельных к КЗ на
выводах питающеи обмоткн Отсечка может быть выполнена сверх
быстродеиствующеи и НСпOJ1ьзоваться как дополнительная ступень на
трансформаторах присоединенных к электропередаче cBepXВbIcoKoro
напряжения при УCllовни TaKoro же быстродеиствия защит друrих
зпемеитов зпектропередачи (сборных шин ЛЭП)
Отстронка по времени от БИТ мощных трансформаторов как правн
ло смысла «е имеет из за очень медленноrо затухания БИТ
Относительное содержание апериодическои составляющеи щироко
ИСПOJ1ьзуется в отече(,..твенных защитах с простыми и надежными реле
имеющими ИТf насыщающнеся трансформаторы тока (ДЗТ 1 О
РИТ 560) Однако зтот признак не обеспечивает отстроику от первич
Horo и трансформированноrо (вторичноrо) периодических БИТ что
требует увелнчения тока срабатывания по [17] до О 8 1 3 номиналь
Horo тока тарснформатора а также оБУCllовливает задержку срабатыва
ния прн большон апернодическон составляющен в токе КЗ
Относительно большое содержание второи (н более высоких в Част
ности пятои) zapMoHUKU используется наиболее широко за рубежом
ведущими фирмами ASEA (зашита типа RADSE) ВВС (зашиты типов
DIX 109 111) Reyroll Рrоtесtюп Lllшtеd (типы 4С21 4С21{ВС) и др
в отечественнон сериннои защите ДЗТ 20 а также во мноrИх раз работ
ках последнеrо десятилетия Объясняется это высокон информатив
ностью 'Jtризнака поскольку при БИТ содерЖЗIOlе 2-и rармоники по
оrнощенню к 1 и Bcerдa выще 17% [24] Однако rармоннческое тормо
жение может привести к задержке срабатываIOlЯ защиты в переходном
режиме КЗ с насыщеIOlем тr При нспользованин частотных фильтров
задержка требуется для отстроики по времеIOl от переходных процес
сов в них Усилия разработчиков направлены на совершенствоваIOlе
устроиств выявляющих указанныи признак увеличение количества ка
налов контроля этоrо признака (по полуволнам одновременио в трех
фазах) использование дополнительных признаков
Соотношение максимальных значении соседних полуволн не являет
ся достаточно информативиым признаком поскольку в токе первич
Horo периодическоro БИТ ЭТИ значения MOryT бьпь блнзки а при КЗ
с апериодическои составляющеи напротнв CШlьно разлнчаться
154
Контроль амплитуд положительноu и отрицательнои полуволн
дифференциальноrо тока одновременно в двух фазах используется
в дифференциальнон защите трансформатора входящеи в злектрон
нын комплекс CeHwa [45] Этот принцнп обеспечивает срабатыва
Юfе защиты при МКЗ Только при соединенин тr на стороне ВИ в тре
уrольЮfК Расчетным для выбора уставки защиты является режим
однофазноrо вторичноrо БИТ с наибольшеи отрицательнои полувол
нои От 3Toro же режима должно быть отстроено по уставке реле с
ИТТ Ио реле с НТТ реаrирует на среднее значение отрипательнои полу
волны а не на амrтитудное поэтому при одинаковои отстронке ОТ
БИТ ero ток срабатываЮfЯ при МКЗ должен быть приблизительно в
1 5 раза больще
Временные интервалы длнтельность пауз в кривои тока или в
кривои производнон тока на разлнчных уровнях замера длнтельность
импульсов тока длительности частеи импульса между нулем н мак
симальным значением соотношеЮfЯ указанных интервалов широко
используются в ЛОCllеднее десятИЛетне в связи с внедрением в РЗ полу
лроводниковои злементнои базы Эти признаки как и rармоническии
состав тока обеспечнвают возможно...ть СIOlжения тока срабатывания
диффереипиальнон защиты по условню отстроики от БИТ дО О 3 1
номинальноrо тока трансформатора но имеют пренмущество по бысr
роденствию распознающих устронств
Практическое применеIOlе в нашеи стране получил предложенныи
А М Дмитренко способ использующии сочеТаЮfе признаков rармони
ческоrо состава и BpeMeHHbIX ннтервалов (реле тока дифференциальные
Тнпов РСТ 15 РСТ 16 н реле входящее в состав устроистаа ЯРЭ 2201)
Реле содержит ПОCllедовательно включенные звенья реальное дифферен
цирующее (травереактор) вьшрямительныи мост фильтр пропускаю
щин постоянную составляющую усиливающин ] ю rармоЮfКУ н ослаб
ляющин 2 ю и друrие высшие rармоIOlКИ компаратор элемент задерж
кн на срабатываЮfе и выходное реле Прн отсутствин пауз в ДИфферен
циальном токе (режим BHyтpeHHero КЗ) пульсации напряжения на вы
ходе фильтра небольшие н компаратор ПОCllе срабатывания не возвра
щается Через 21 25 мс (больше периода промышленнои частоты)
срабатывает элемент задержки и выходиое реле деиствующее на отклю
чение защищаемоrо объекта Время срабатывання дифференцнальноrо
реле не превышает О 035 О 040 с при трехкратном токе срабатывания
При бросках намаrничивающеro тока нз за наличня пауз в крнвон про
дифференцированноrо диффереициальноrо тока напряжение на ВЫХО
де фильтра резко пульсирующее с промьштеннои частотои Оно превы
шает пороr срабатывания компаратора лишь часть пернода вызывая
ero срабатываIOlе только на это время Элемент задержкн н выходное
реле срабатывать не успевают Отстронка от однофазных бросков в
том числе трансформированных (без апериодическон составляющен)
обеспечивается прн максимальных значеЮfЯх тока превышающих амп
155
литуду синусоидалЬНОI о ток" срабатывания в 6 раз и более Однако
при периодических трехфазных бросках из за меньшеи длительности
пауз это отношение составляет Bcero 2 5 Поэтому ток срабатывания
реле не может быть выбран менее О 5/ т НОМ
Использование в защите трансформаторов те"'Снических средств вы
числительнои теХниКи аиалоrовои и цифровон позволяет улуч
шать характеристнки устроиств увеличивать количество используе
мых ПРllзнаков и тем самым СНИЖ31Ь вероятность ошибок прИ заданном
токе и времени срабатывания или при заданнои вероятности ошибок
улучшать эти показатели до определенных пределов Предел по току
срабатывания по условию отстроики ОТ БИТ составляет О 05 О 1 но
мииальноrо тока трансформатора При этом ток срабатывания опреде
ляется необходимостЬЮ отстронки от токов небаланса вызванных
РПИ и обусловлен использованием внешних измернтельных преобра
зователеи Предел по быстродеиствию около одиоrо периода обус
ловлен использованием только признаков тока для фиксации БИТ
В 4 3 описан способ оТНоСяЩИися к 1 и rруппе которыи основан
на контроле отклоненuя формы кривои проuзводноu дuфференцuШlЬ
HQZO тока от порождающеи синусоиды Этот способ реализован в уст
роиствах не требующих источника питания и использованных для мо
дернизации устроиств РЗ находящИХСЯ в зксмуатацни
Способы 2-41 rpупnы различаются по виду преобразования и сравне
ния сиrналов пропорциональных напряжениям и токам сторон транс
форматора
Отношение напряжения к току на питающен стороне траисфор
матора сопротивление измеряется дистанциоиным реле Дистан
циоиные реле эффективны для защиты трансформаторов от внешних
кз но к внутренннм К3 в обмотках они практически не чувствитель
ны Деиствительно мя отстронки от К3 за трансформатором должно
быть Zcp. < Х Т . При этом условии обеспечивается и отстроика от БИТ
Следовательио при внутреннем К3 реле сработает если х к. < Х Т .
те [с.> If(xc.+xyo) >3
При ПВЗ и МКЗ [с. < 3 (см rл 1) позтому днстанционное реле к
ним не чувствительно
ПреобfXlзование напряжения трансформатора в ток или тока в на
пряжение с помощью модели трансформатоfXl (физическои или мате
матическои нелиненнои или линеннои) н сравнение с измеренным то
ком или напряжением описано в несколькИх работах При точнон моде
ли насыщенноrо трансформатора с учетом остаточнои индукции сиrнал
в реаrирующем opraHe отсутствует если трансформатор не повреЖдеи
т е обеспечивается Структурная отстроика (см rл 5) от режима БНТ
и возмоЖНО сверхбыстродеиствие Однако практически используются
очень приближенные модели н требуется распознавание сиrналов полу
ченных с ИХ помощью поэтому возможности Э10rо способа несущест
венно превосходят возможности способов 1 и rруппы
156
Отношение напряжении сторон и отношение токов произведения то
ка и напряжения на сторонах трансформатора используются для отстрои
::::и т ебаланса обусловленноrо РПИ но малоприrодны МЯ фикса
В 4 6 опИсан новын способ ОТНОСЯЩИися ко 2 и rруппе которыи
основан на контроле лоzическоzо произведения напряжения (произ
воднои налряжения) и дuфференциалЬН020 Тока (лроизводнои тока)
в течение нескольких миллисекунд после положительноrо прираще
ния налряжения Если при зтом дифференциальныи ток отсутствует
(лоrическое произведение равио нулю) фиксируется на однн период
Возможность БИТ в противном случае внутреннее К3
Способы отстромки от токов небап_С8
Насыщение ТТ при внешних К3 особенно с большон апериоднчес
кои составляющен приводит к появлению значительных токов неба
ланса в дифференциальнои защИте трансформатора из за различия
характеристик намаrничивания разнотипных ТТ на разных стороиах
трансформатора остаточныХ нндукции rr зависящих от предшество
вавшеrо режима стороны трансформатора rрупп соедннения ТТ со
противленин меч защиты а таКже из за влнянИя на работу встроен
ных rr внешних полеи Переменная составляющая тока небаланса
обусловленноrо насыщением rr как правило по форме сильно отли
чается от синусоиды первая rармоника сдвинута по фазе относитель
но первичноrо тока насыщенноrо ТТ из за преобладания активиоro
сопротивления во вторичнои цепи появление тока небаланса после воз
никновения внешнеrо К3 происходит с задержкои на время насы
шения тт
Переключение ответвлении обмоток траисформатора в процессе
эксмуатацни и неточность уравнивания токов плеч вызывают сину
соидзльную составляющую тока небаланса совпадающую по фазе с пер
вичным током ТТ и пропорциональную этому току
Различие признаков у составляющих тока небаланса затрудняет
понск эффективноro универсальноro техническоrо средства обеспе
ЧИваюшеrо отстронку дифференциальнон защИТЫ трансформатора от
токов небаланса Отстронка по току срабатывания (заrрубление) дела
ет зашиту нечувствительнон к внутренним К3 Фнксация нскажения
формы крнвои дифференциальноrо тока используеМdЯ МЯ распознав а
нИЯ БНТ эффективна для отстроик" ОТ токов неБЗЛdнса только за
щит трансформаторов не имеющих реrулирования напряжения
Традиционным способом ОТСТРОИICИ днфференциальных реле защиты
электроустановок от токов небаланса вызванных любои причинои ив
ляется процентное торможение эаrрубление до большеrо тока сраба
тывания или блокировка в функции ОТ параметров токов плеч Иачи
ная с 20-х rOAoB прнменялись реле электромаrнитноrо и нндукцион
Horo типов с тормозными катушками защита Снменса с блокирующнм
157
реле и др Затем в 50-е roAbI ПОЯВWlись отечествеииые реле с маrнит
иым торможением а в 70 е rоДЫ полупроводниковые защиты с тор
можением выпрямленными токаМИ Совершенствование .цифферен
циальных реле с торможением продолжается до настоящеro времени
в направлении повышения устончивости распознавания внешних и
внутренних К3
С этои же целью получили развитие принципы .циффереJЩИально
фазныи сочетаиие .цифференциальиоrо TOKoBoro с .циффереJЩиально
фазиым использование фазноrо признака в устроистве торможеиия
сочетание максимальноrо TOKOBoro и .цифференциальио.фазноrо прин
ципов в устроистве блокировки при внешием К3 фиксация разновре
мениостИ увеличения токов плеч и появления .цифференциальноrо то
ка :! использовании ДИфференциапьно-фазноrо принципа разработчи
ки ие уtD:Iтьmали особенность токораспредепения в авrотрансформато
ре при К3 в последовательнои обмотке (см 1 5)
Наряду с совершенствованием способов распознавания токов неба
ланса прИ внешних КЗ и отстронки ОТ них разрабатываются способы
устранения тех или нных приtD:Iн возникновения токов небаланса Ра
д,икальным но труднореализуемым способом устранения токов неба
ланса обусловпенных насыщением ТТ явпяется применение датtD:Iков
тока с малымн поrрешностями в переходных режимах (ТТ новых ти
пов) Устранить влияние остаточных нндукции можно прнменяя тт с
малым зазором илн с подмаrничиваннем постоянным током Разрабо
таны способы и устроиства приближеннои компенсации поrрешностеи
ТТ обычноrо исполнения в переходных режимах
В 4 7 описано устроиство ПОВЬШIающее устоичивость распозна
вания виешних и внутрениих К3 разработанное по заданию lJДy ЕЭС
СССР /lJIЯ диффереициапьнои зашиты трансформатора в которои нсполь
ЗУ ;::е : :: :: пИо Ч:О с и при внешнИх КЗ и
фиксации БИТ снимает требование выбора тока срабатывання диффе
ренциальнои защиты по УCJ10ВНЮ отстронки от этИх режимов Прн этом
расчетным дпя выбора тока срабатывания станоВИТСЯ режим максИ
мальнои наrрузки По условию отстроики В этом режиме от тока не
баланса обусловленноrо преключением ответвлении обмоток транс
форматора (реrулированием напряжения под наrрузкоИ РПИ) ми
ннмальныи ток срабатывання защиты может быть прннят равным О 2
03 номинальноrо Для возможности создания защиты чувствнтепьнон
к НВЗ в трансформаторах с переплетенными обмотками необходнмо
устранить влнянне РПН на ток срабатывания защиты
Способы уменьшения влиянИЯ РПН на ток срабатывания защиты
использование чувствительнои при ставкИ включеннои на токи сим
метричиых составляющИХ нулевои или обратнои последовательности
которые малы в наrрузочном режиме следовательно мал небаланс
158
н при станках ньшолнеиных по дифференциапьиому и дифференциапь
но-фазиому принципам
использоваиие напряжении на реrулируемои и нереrулируемои сто
ронах трансформатора приращении .цифференциальноrо тока н TOKd
наrрузки для отстроики или адаптации .цифференциальнои защlПЫ
к положеиию устронства РПН
нспользование в .цифференциальнои защите не токов d мощностен
или квазимощностен поскольку Их Соотношение на сторонах транс
форматора слабо завИсИт от коэффициента трансформацин трансфор
матора В частности реле направления мощностн обратнои послеДова
тельности используемое в резервнон защите трансформатора разрабо
таннои в Новочерскасском политехническом институте помимо от
ст}Х>нки от РПН обеспечивает правильную фиксацию внутренних КЗ
в последовательнон обмотке автотрансформатора (см 1 5)
В 4 8 описано устроиство РЗ последовательноrо реrулировочноrо
трансформатора имеющеrо реrулнрованне напряження от нуля ДО но
минальноrо путем переключеlШЯ ответвленни обмоток под наrрузкон
При построеннн зтото устронства основную трудность преДСТdвляла
отстронка от РПН Использованнын в нем лринцип отстроики может
быть применен с некоторыми измененнями и до IOлнениямн в защн
те силовоro траисформатора с РПИ
Устронства РЗ разработанные rорьковским отделением ннститута
Энерrосетьпроект НовосИбнрским электротехническим институтом
и Ростовским инстнтутом ннженеров железнодорожноrо транспорта
на основе упомянутых выше способов нмеют ток срабатывання О 05
О 1 номннальноrо тока трансформатора Эти устронства нспользуют
большое колнчество признаков для распознавания режнмов н нмеют
достаточно сложные схемы построенные с Нспользованием Вычислн
тельнои техники на микрозлектроннои элементнон базе Устроиства
требуют для обеспечения аппаратнон надежности примеtlения средств
контроля исправности (снстем техническоrо диаrностировання)
Перспектнвным направлением совершенствовання РЗ знерrосистем
несмотря на известные трудностн является внедренне МУЛьтимнкро
процессорных систем которые MorYT обеспечить еднную аппаратную
базу для всех тнпов заlЦИТ повышение наДежностн Зd счет Диаrности
рования технических средств поВышенне техНнческоro совершенства
за счет раСlШlрения функции и аДdптации к первнчнон схеме и режнму
и некоторые друrие пренмущества В микропроцессорнон системе
устронства РЗ с абсолютно н селективностью входящие в ннжнюю сту
пень Выполняют самостоятельные функции н одновременно являются
Датчиками ннформацни ДПИ верхннх ступенен Поэтому внедрение
микропроцессорных систем по мнению автора не отрицает а предпола
raeT упрощение н повышение надежности устронств РЗ с абсолютнои
селективностью В частности техннческое совершенство РЗ трансфор
159
маторов от внутренних КЗ может быть значительно повышено путем
ИСПОльзоваl-ШЯ встроенных первичных измерительиых преобразовате
леи рассматрнваемых в rл 5
42 ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ СРАБАТЫВАНИЯ УСТРОЙСТВ
РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ С УЧЕТОМ nЕРЕХОДНЫХ nРОЦЕССОВ
В ТРАНСФОРМАТОРАХ
УточнеlШе методики выбора параметров срабатывания находящихся
в эксnлуатацни устроиств РЗ СИЛоВых трансформаторов позволяет в
ряде случаев дости," ближаишеи цели снизить уставку диффереициаль
иои защиты с реле РИТ 560 и Д3Т 10 До О 8 О 9/ т иом Уточнениая
методика осНовывается на учете
характеристик БИТ (см 24)
ВЛИЯния переходноro процесса в ОДИночиом ТТ при БИТ (см 3 2)
или в rруппах тт образующих дифференциальиую зашиту при
внешних К3
результатов исследования поведения реле в переходиых режимах с
ПОМОЩЬю моделен формирователен БИТ моделеи тт и моделеи
диффереициальнои зашиты при внешних К3 [31]
Параметры срабатывания УСТlIOиств РЗ СШУовых трансформаторов
использующих несовершеиные способы идентификации режимов час
то определяются условием отстронки от БИТ Кроме РЗ СШУовых транс
форматоров денствию БИТ подвержены миоrие защиты ЛЭП с ответ
влеlШЯМИ П рактическая меТодика выбора параметров срабатывзlШЯ
KOHKpeTHoro устронства РЗ достаточно проста и сводится к использо
ванию выражения вида
ином
Сб
VЗ\раеч
rде ином номииальное междуфазиое напряжение траисформатора
со стороны включеЮlЯ Сб коэффициент зиачение KOToporo берет
ся нз таблицы шуи расчеТНbIХ кривых Х раеч Эквивалентное сопlIO
тивлеlШе сети и наеыщенноrо трансформаторноrо КОМIШекса
Однако при подrотовке материалов Д)lЯ определения Сб приходит
ся зачастую выполнять большои объем исследовании Причина этоrо
большое колнчество фактоlIOВ которые MorYT оказать влияние на по
ведеиие Р3 при БИТ вид БИТ (см 2 4) величниа и форма БИТ
каждоro вида выражаемые через Xdрактеристики однофазноro БИТ
измеиение чувствительности трехфазноrо реле к БИТ при круroвои
перестановке фаз время срабатываlШЯ защиты (без выдержки вре
меlШ с выдержкои времени) начальное Состояние имеющихся в за
щите элементов с памятью (например остаточная индукция в зам
КНУТЫХ ферромаrнитных сердечниках) устав ка реле вебер ампе!>"
160
I с ,
(41)
ная характеристика ТТ и ero параметры величина и характер наrруэ
ки иа вторичнои стороне ТТ и пр
План эксперимеита состоит из следующих этапов
1) ранжирование факторов т е вьщеление rлавиых факторов су
ществеино влияющих на сиrиап в реarирующем орrаие исследуемои
защиты определяющин ero срабатывание на этом этапе проверяется
совместимость факторов и учитываются принцнпнальные своиства ие
слеi{е: ;::::; расчетноro сочетания rлавиых факторов (расчетно
ro режима БИТ) при котором чувствительность защиты к БИТ макси
мальна при этом учитываются соотношения между характеристика
ми БИТ любоrо расчетноro вида и параметрами одиофазноro БИТ
1т. А(I)
3) в расчетном режиме измеряется характеристика срабатывания
реле те завИСИМОСТЬ/m.отА(I) в условиях срабатывания реле КОТО
рая сравнивается с предельными шуи нормированными зиачеlШЯМИ
если характеристика срабатывания не захоДИТ в зону (1т. < 1т *пред
А (1) "AJ u) реле отстроеио от БИТ
В иекоторых случаях удается при испытаlШЯХ выявить характеристи
ку входноrо тока защиты мало изменяющуюся в условиях срабаты
вания реле при изменении величины и формы БИТ так иазываемыи па
раметр срабатывания КОТорыИ приблизительио пропорционален устав
ке защиты
Пер k I уст rдe k "" посr
По этому соотношению выбирается устав ка защиты при Пер соответ
ствуюшем иормированиым значениям 1т. А (1) т/Т или зиачение
Сб в (41)
Выполненное по приведеннои методике исследоваlШе поведеlШЯ ре
ле различиых типов леrло в осиову рекомендации Руководищих указа
нии по релеииои защите
Вылуск 9 Дифференциально фазная высокочастотиая защита линии
110-----330 кВ Приложение УН Расчет параметров срабатывания реле
пусковых opraнoB защиты линии с ответвлеlШЯМИ по условию отстрон
ки от броска тока намаrничивания траисформаторов (автотраисформа
торов) В ием приведеиы методика и при мер расчета параметров сра
батывания реле тока 1ила РТ -40 (или ЭТ 520) и типа РИТ 565 включен
НbIX на фазные токи реле тока тила РТ -40 и типа РИТ 560 включениых
на ток нулевои последовательности фшуыр реле lПР2 без использоВа
IШЯ и С использоваlШем тока иулевои последовательности в пусковом
opraнe реле сопротивления типа КРС 121
Выпуск 1 О Высокочастотная блокировка дистаlЩИОИНОИ и токовои
направлеинои нулевои последовательиости защит люпm 11 О 220 кВ
Приложение УН Расчет параметров срабатывания реле пусковых opra
нов 8ысокочастотнои блокировки защиты линии с ответвлениями по
161
условию отстроики от броска тока намаrничивания трансформаторов
(автотрансформаторов) В нем приведена меТОДИКа выбора парамет
ров срабатывания реле тока тНпа РТ -40 н типа РИТ 565 включенных
на ток нулевон последовательности реле сопротивления ступени дистан
ЦИоннои защиты ускоряемои с помощью высокочаС'fотнои блокнров
ки реле напряжения РИН 57 включенноro на напряжение нулевои по
следовательности а также пример расчета напряжения срабатывания
реле напряжения типа РЮI 57 по условню отстроикн от броска тока
намаrНИЧИВ3IШЯ трансформаторов
Выпуск 12 Токовая защита нулевои последовательности от замы
кании на земпю пинии 110 500 кВ Припожение V Расчет тока сра
батывания защиты по условню отстроики от броска намаrнищ..вающе
то тока трансформаторов (автотрансформаторов) тде прнведены ме
тодика и пример расчета тока срабатывания токовои защиты нулевои
поспедоватепьности с реле РТ 40 и РИТ 560
Выпуск J3 Б Релеиная защита понижающих трансформаторов и
автотрансформаторов 11 500 кВ Припожение Пl Уточнение значе
нии коэффициента отстроики k от броска намаrничивающеrо тока диф
ферендиальнои токовои защиты трансформаторов и автотрансформато
ров выполненнон с реле серии РИТ 560 или Д3Т 11
4 3 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЗМЕРИТЕльноrо ОРтАНА
РАСПОЗНАВАНИЯ БНТ
Для распознавания БИТ способами 1 и rрynпы используются нзме
риrельные opraны с однои входнон воздеиствующеи величинои диф
ференциальным током Если входная велнщ..на характернзуется одним
информационным признаком то денствне измернтельноrо opraHa зави
сит от значения этоrо признака сравниваемоrо с заданным (эталон
ным) значением уставкои Например для TOKoBoro opraнa эталонНым
значением является ток срабатьшания для opraHoB измеряющих вре
менные интервалы выдержка времени Однако анализ показывает
что для распознавания БИТ по одиои входнои величиНе как правюю
недостаточно ОДИоrо признака Предпочнение обычно отдается двум
трем а не большему щ..слу прнзнаков нз за удобства физическон реали
з3.ЦIUI измернтельноro opraHa
Объясняется это в какои то мере следующими общими соображе
нияt.DI аналоrичныt.DI нспользуемым в информационнои технике для
оценки оптимальноrо основ3IШЯ кода поскольку вектор распознава
ния можно рассматривать как кодовую комбинацию
Информационная мощность распознающето устроиства (чиспо вос
принимаемых сообщении)
N тО
(42)
162
rдe п число входных величин т число информационных призна
ков каждои величины
Сложность реализации устроиства (без учета первичных измеритель
яых преобразователеи) пропорциональна nх т
Прн заданнои информационнои мощности устроиства сложность ero
минимальна еслн
d (о х т) = О
ат
из (42)
п=
lnm
lлN
l" т
следовательно
ат
( lлN ) lлN
dm lnm
=o
(1" т) 2
a(oxт) =
откуда искомое условие
lлт=l т el те 2<т<З
Если входная возденствующая веЛИЧИна характеризуется двумя ин
формационными признаками (т = 2) то деиствне измерительноrо ор-
raHa зависит от соотношения этих при знаков выявляемоrо схемои
сравнения обычно применяемои в измерительных opraнax с двумя
входными воздеиствующими величинаМИ Примером измерительноrо
opraнa для распознаваШlЯ БИТ с одиои входнои воздеиствующен вели
щ..нои характеризуемои двумя ннформационнымн прнзнаками являют
ся устроиства сраВШlвающие содержание 2 н rармоники и деиствую
щеrо значения переменнон составляющеи диффереIЩИальноrо тока
В схемах сравнения зтих устронств рабочии ситнал Ир пропорционален
2 и rармонике 1 2r а тормознои и т 1 и rармонике 11 r ми перемен
нои составляющеи l" Разность tlИ р = Ир И Т > О воздеиствует через
нуль индикатор на устроиство РЗ предотвращая тем или иным спосо
бом ero срабатывашtе при БИТ Достоинством ЗТИХ устроиств являет
ся то что при затухании БИТ сиrнал tlИ р > О н стремится к нулю при
'БИТ ... О Это предотвращает существенную задержку срабатывания
Р3 при наложениН внутренне то К3 на БИТ при любом значении 'БИТ
на рис 4 1 с нспользованием данных табл 2 1 построены кривые нз
менения Ир.(l,,) И,,(lа) И,,(lо) и tlИр.(I" lа) Ир. (12 т)
И" (la) tlИ р . (12r 10) = Ир. (l,,) и" (10) при затухании ОДИО
фазноrо БИТ За базовые значения сиrналов принято нх значение при
1 + А 1 4 Korдa нащ..нает деиствовать устроиство Для сравнения на
рис 4 1 показаны при тех же усповнях кривые изменения Ир. (8 п ) и
163
РиС 4 1 Характеристики измерительных opraHoB раСпознавания при затухании
однофазноro Б НТ
0,2 О
1+А,отн еА
дИ ро (8 п , 8 уст ) = Ир о (8 п ) Ито (8 уст ) измерительноro opraHa, кон
тролирующеrо ОДИН информационный признак длительность паузы
8 п При затухании БИТ ДИ ро резко возрастает ЭТОТ неДОстаток обычно
стремятся компенсировать введеЮfем BToporo дополнительноrо призна-
ка 2-й rармоЮfКИ IUIИ переменной состаВЛJlЮщей, изменяющих уро
вень, на котором измеряется дnительность паузы
Автором предложеи ДИфференциальный приицип построения Изме-
рительиоro орrзна с одной входной воздействующей величиной, рас-
познающеrо БИТ по отклонению формы Кривой производной днффе
ренциальиоro тока от порож.цающей синусоиды OpraH назван детек
тором искажеЮfЯ формы тока При сииусоидальном токе любоrо зна-
чения или на иитервале синусоидально изменяющеrося тока (например,
интервал порождающей СНнусоиды БНТ) тормозной сиrнал схемы
сравнения компеНСИрует рабочий СИrнал
И Т '" Ир = kl;"ax, Ир И Т = Бu < О, ДИ р = О,
rде ';"ах максимальное значение производной тока, Би неболь
шое П8ДеЮfе напряжения, обеспечивающее надежную отстройку
На иитервалах с малой пронзводной (паузы) тормозной сиrнал нс
чезает и т О, а рабочий запомииается, поэтому выходной снrнал
ДИр = и р и т Имеет форму нмпульсов с максимальным значеннем
k, :пах и дnительностью в п Среднее значение импульса
ДИр 2: вп' ах
164
а)
<'м.
ир
"' t: " " ' ,
dU p t t
'А I
f\ f\ ,
\....----"' \,...---"'" t
Ир
1'/ L j \/ L j .
UT !VL(
dU p t n n t
6)
5)
Рис 42 Принцип действия детектора искажения фОрмы тока
а функциональная схема, б, в временчые диаrраммы при К3 и трансфор-
мированном БИТ
На рис 41 приведена кривая дИр. (в п ,:пах), построенная по дан-
ным табл 2 1 с использоваlШем в качестве базовоrо значеЮfЯ дИр
при 1 + А = 1,4 Из внда крИ1ЮЙ наrлядно следует, что дnя распознав а-
ЮfЯ БНТ, т е для фиксации дИр на выходе схемы сравнеЮfЯ, при лю.
бом возможном значеlШИ А не требуется нуль индикатор Сиrиал
р ; ес иП Но з:; :а : ;а:че а: м;:;: :::о;:; с:: :н;:;
без использования ДОПОЛlШтельноro УСlUIения, требующеro вспомо-
rатеЛьноrо источинка пнтания Энерrия снrнала, несущеrо информа
цию, поступает в устройство Р3 непосредственно нз контролируемой
цепи Если в качестве эталонноrо значения принять дИр. = 1, то избы
точныи сиrнал (ДИ р . 1) практически такой же, как в схеме с Изме-
рением второй rармоники
Варнант функциональной схемы, реализующей описанный принцип,
прнведен на рнс 42, а В каче\..- ве реальноrо дифференцирующеrо зве-
на нспользуется трансреактор ТА V ФормироваlШе рабочеrо снrнала
165
Ир осуществляется с помощью выпрямителя Вр и сrлаживающеrо
фильтра ФС (инерционное сrлаживание), а тормозноro сиrнала И Т
с помощью схемы расщепления СР и выпрямителя ВТ (безынерцион.
ное сrлаживание)
При синусоидальнои периодической составляющей дифференциаль
Horo тока 1 д (внутреннее КЗ, 11 не насыщается) выходные сиrналы
рабочеrо и тормозноrо каналов уравновешиваются Ир И т . И сиrнал
ДИ р на выходе схемы сравнения СС отсутствует при любом токе КЗ
(рис 42. б)
При искажении формы дифференциальноrо тока (БНТ. ток неба-
ланса, обусловленный Насыщением ТТ при внешнем КЗ) на выходе
схемы сравнения появляются импульсы напряжения ди р , которые
через расширитель импульсов РИ подаются на исполнительный эле
мент ИЭ. заrрубляющий дифференциальное реле Деиствие устройства
при трансформированном БНТ иллюстрируется временными диаrрам-
мами (рис 42. в) Во время импульсов первичноrо БНТ. Korna про из-
водная тока изменяется по синусоидальному закону, тормозной сиr-
нал И т уравновешивает Ир и ди р = О, 80 время пауз формируются
импульсы ди р , среднее значение которых пропорционально произ-
ведению максимальноrо значения производной дифференциальноrо
тока на длительность паузы
При внутреннем К3 с бопьшим током MorYT насыщаться ТТ диф
ференциальной защиты и форма цифференциальноrо тока будет иска
жаться При этом детектор сработает и заrрубит дифференциальное ре
ле, поэтому ток срабатывания заrрубленноrо реле должен выбираться
меньше тока, при котором происходит насыщение 11 за время, мень
шее времени срабатывания, но больше тока при максимальном БНТ
Чтобы обеспеtUlть выполнение этоrо требования, приходится. как пра-
вило, применять реле, не реаrирующее на апериодические БНТ, напри
мер реле с НТТ
В схеме рис 42, а требуется обеспечивать балансировку рабочеrо
и тормозноrо каналов при синусоидальном токе 1 Д Для этоrо нужно,
чтобы коэффициенты передачи каналов бьmи одинаковы, т е
kp = 2 = k T =
[д [Д
Чем больше звеньев входит в каналы, тем больше возможные от
клонения kp от k T . например, вследствие разброса параметров элемен
тов или иэменения температуры Поэтому детектор по предложению
В А Аллилуева бьт усовершенствован так, чтобы в собственно рабо
чий и тормозной каналы входило минимальное количество звеньев
Схема этоrо варианта детектора, принятоrо к производству в составе
описываемых ниже устройств, показана на рис 4 3 Ero принцип дей
ствия полностью соответствует описанному выше Тормозное напря
166
R1
Рис 4 3 Схема детектора искажения формы
ДН.
а функциональная сХема. б принци
пиальная СХема ее и ФС
жение И т равно, напряжению Ив на выход: трехфазноrо выпрямителя В,
и ero временные диаrраммы имеют такои же вид, как на рис 42. б. в
Рабочее напряжение Ир в режиме синусоидзльноrо тока меньше И т иа
величину прямоrо падения напряжения на диоде VDl (рис 43. б) иеза-
висимо от параметров элементов схемы Ир = И т ои При появлении
паузы напряжение и т падает, диод VDl закрывается, а Ир запоминается
схемой ФС. состоящей из Сl. Rl
Рассмотренный детектор искажения формы тока при возникновенин
БНТ выдает СИrнал ДИ р сразу после про хождения первоrо импульса
БНТ. т е дифференциальному реле. на которое воздействует детектор,
достаточно иметь задержку срабатьшания около 20 мс Меньшее вре-
мя срабатывания не может обеспечить ни один способ l-й rруппы
Для контроля исправиосrn детектора при синусоидальном токе дoc
таточио снять накладку 1 2 (рис 43. б) При этом тормозной вход СС
отключается и на выходе детектора появляется напряжение
При резком снижении тока сбросе на выходе детектора появля
ется импульс напряжения, т е детектор искажения формы тока можно
использовать для фиксации сброса тока (в качестве детектора сброса)
Если поменять местами влоды схемы сравнения рабочий канал под-
ключить к тормозиому входу сс, а тормозной канал к рабочему вхо
ду (в схеме рис 43, б поменять местаМИ R2 и Rl. С1), то напряжение
на выходе детектора будет появляться при резком увеличении набро.
се тоКа. r е ero можно использовать в качестве детектора наброса (дат.
чика при ращения тока) Детекторы сброса и наброса тока использова.
ны в схеме устройства контроля исправности токовых цепей диффе.
ренциальной защиты с током срабатывания меньшим номинальноrо
( 45)
167
Принцип ДействИя детектора наброса при соответствующем кон-
структивном изменении испопьзован в защите последовательноrо pery
лировочноrо трансформатора, реаrирующей на приращение коэффи
циента трансформацин токов (см 4 8)
44 ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ РЕЛЕ РНТ -560 И Д3Т 10
С ДЕТЕКТОРОМ ИСКАЖЕНИЯ ФОРМЫ ТОКА
Применение детектора искажения (ДИ) формы тока совместно с
серийными дифференциальными реле типов РИТ-560 и Д3Т 10 мо
дернизация д;ифференциальных реле позвопяет обеспечить требуемый
ток срабатываиия дифференциальной защиты трансформатора 0,3
О,51 т НОМ и повысИть ее быстродействие в переходных режимах
Все типы серийных репе с насыщающимися трансформаторами
РИТ 560, Д3Т 10, М3Т 11 нмеют одинаковый исполнительныи opraH
реле тока РТ -40, срабатывающее при синусоидальном токе 0,16 0,17 А
и напряжении- в момент срабатывания 3,5 3,6 В Поэтому исполни
тельный элемент (ИЭ) детектора искажения (см рис 42, а и 43, а),
предотвращающий излишнее срабатывание РТ-40, также может быть
выполнен универсальным для всех типов реле Наиболее простым и
проверенным способом увеличения тока срабатывания реле с насы-
щающимися трансформаторами является щунтироваиие РТ -40 резис-
тором Подключение шунтирующеrо резистора к РТ 40 может осущест.
вляться контактными и бесконтактными ИЗ В качестве бескоитакт-
Horo ИЗ, преимущества Koroporo перед коитактными очевидны, мо-
жет применяться полупроводниковый ключ (ПК) на тр:тзисторе, ти
ристоре, симисторе Исследование Показало. что требуемые параметры
имеет ПК с ИСПОЛЬЗОВdнием симисrора КУ 208А падение напряжения
на открытом симисторе в несколько раз меньше напряжения срабаты.
вания РТ 40, что позвопяет вкпючать последовательно с симистором
переменный резистор R:П, обеспечивающий установк}' требуемоrо тока
срабатывания заrрубленноrо реле (после срабатывания ПК) Схема
приняrorо варианта ПК показана на рис 44, в При появлении напря-
жения на выходе ЛИ открывается транзистор VT и замыкает цепь уп
равпяющеrо злектродаУЭснмистора VD Если на зажимах 1O 12 реле
РИТ или Д3Т (рис 44, а. 6) есть напряжение, то симистор открыва-
ется и параллельно обмотке РТ 40 подключается цепь VD (К A) R;"
МДС срабатывания репе увеличивается в несколько раз Кратность из
меиеиия тока срабатывания реле характеризуется коэффициентом из
менения тока срабатывания
k итс = Icp2/ I CPl'
rAe 1е Рl низший ток срабатывания при К3 в защищаемой зоне, коrда
д;ифференциальный ток синусоидален и ПК не срабатывает и не заrруб.
168
IV2
12 11
Rщ
а)
а)
i н3rпКj ;;: I 10
I I
I
I
I 12
Рис 44 Схема подключения выхода ДИ к реле сернА РИТ 560 и ДЗТ 1 О
а ,ториЧJfые цепи реле РНТ560, б ВториЧНые цепи реле дзт 10 6 Прин
ЦИПИaJ1ьная схема ПОЛУПРОВОДНИКО80rо ключа с симистором
ляет реле (1с рl 0,3 0,5[ ном), 1е р2 высший ток срабатываиия
при БНf и токах небаланса, обусловленных насыщением ТТ пр виеш
них К3, Korдa срабатывает ПК н заrрубляет реле (lc р2 '" 1 21T НО м)
Расчет токов срабатывания lс рl и 1 ср 2 см }{}fже
Коэффициент k и т с МО,ЖНО реrулировать перемещi.ЫМ резистором
R:П дО k и т с с:; 5 При бопьших значениях k и т с характеристики от
стройки реле от апериодической составляющей н коэффициент Надеж-
ности срабатывания заrрубленноrо репе снижаются, поэтому не реко
мендуется принимать k и т с > 5 Кроме TOro, при малых R:П точиость
установки [с р2 сильно понижается
На вход детектора искажения ли подается дифференциальныи TO
1 Д В дифференциальных защитах с реле РИТ и Д3Т нет электрическои
д;ифференциальной цепи, так как в самих реле осуществляется маrНИТ
ное суммирование и выравнивание МДС токов плеч Однако в реле
РНТ имеется цепь, по которой протекает ток, пропорциональиый диф
:!::!: ь :y Oe B: ::" е;; чн Ь о : О:::н: :::о;б;
можно включить в цепь коротко замкнутых обмоток, параметры ко
торых ОД;Инаковы у всех типов реле серии РНТ 560 Поэтому пара метры
трансреактора и ДИ в целом ОД;Инаковы для всех типов реле серии
РИТ 560 Схема подключения ДИ к реле РИТ 560 nоказана на рис 45
rAe приведеиа функциональная схема модернизированноrо реле
169
Рис 45 Схема реле РИТМ 560
РНТ РНТМ 560 КромеДИв
корпус репе РНТ дополдн
тельно встраивается детек
тор уровняДУ представляю
щии собои ПОlIOrовыи зле
мент Входным элементом
ДУ является трансреактор
ТА V2 включаемыи на
ток плеча дифферендналь
нои защиты Выход ДУ
подключается к ПК
как и ли (по схеме ИЛИ) Если значедне (уровень) тока плеча пре
высит заданное зиачеtше на выходе ДУ появляется сиrнал вызываю
щии срабатывадне ПК и заrрубледне реле РНТ Введедне ДУ позволяет
использовать РНТМ дЛЯ диффереиднальнои защиты трансформаторов
с РПН в КОТОlIOи ВО'1можно протекание при внешних К3 зиачительных
синусоидальных токов небаланса Korдa ДИ не деиствует Совместиое
применениеДИиЛУпозволяет иметь lс рl О з о 51 т ном
Лабораторные и системные испытания опытных образцов реле РНТМ
а также положительиыи опыт ЭКСlUlуатации с 1977 r подтвердили их
работоспособиость в аиормальиых и аварииных режимах работы не
ТОЛЬКО трансформатоlIOВ но и друrих электроустановок элеКТlIOстаи
дни и подстаидии Реле РНТМ прошло конструкторскую проработку на
Чебоксарском электроаппаратном заводе и введеио в ЭКСlUlуатацию
в диффереидиальных защитах трансформаторов мощных злектродии
rателеи энерrоблоков и сборных шин
В реле серии ДЗТ 1 О нет цепи с дифференднальным током позто
му формирование сиrиала пропордноиальиоrо дифференциальиому
току должно осуществляться во входном элементе ДИ трансре
акторе ТА V Суммирование и выравиивадне МДС токов плеч может
осуществляться в ТА V точно так же как в Д3Т 10 но это усложияет
конструкдню первичнои обмотки ТА V Позтому бьvJO решено прнме
нять в ли дЛЯ ДЗТ 1 О rрубое выравднвадне ВЫПОЛднв ТА V снесколь
кими отводами Схема подключения ДИ к реле ДЗТ 10 показана на
рис 46 Отвод ТА V для подключедня каждоro плеча диффереидиаль
иои защиты выбирается по условию обеспечения с помощью ДИ ТОЛЬ
ко отстроики ОТ БИТ при включедни трансформатора с любои сторо
ны т е по условию обеспечедня селективности ли и ДЗТ (ди должеи
быть чувствительнее ДЗТ) rрубое выравиивадне ие позволяет лредъ
являть к ДИ требование распознавания токов небаланса обусловлеи
ных насыщением ТТ при внеШЮiх К3 из за синусоидальноrо небаланса
в ннтервалах идеальнои трансформаднн тт Отстроика от внеШlШХ КЗ
170
Рис 46 Схема реле ДЗТМ 10
осуществляется блаrодаря
маrюпному торможению ис
пользуемому в ДЗТ 1 О
Доя дифференднальных за
щит с реле серии РИТ 560 и
ДЗТ 10 уже находящихся в
ЭКСIUlуаrации разработано ус
rанавливаемое дополнительно
бесконтактное УСТlIOиство
(УБ) для заrрублення реле при
искажении формы дифференциальноrо тока. Конструкторская разработ
ка УБ для серИИlюrо внедрения выполнена ЦПКБ ПО Союзэнерrоавrо
матИка по задаlШЮ ЦДУ ЕЭС СССР Промышленные ислытаlШЯ выпол
нили ЦНИЭЛ И ЦСРЗА ПЭО Донбассзнерro Устроиства опытно про
мыII.V1еннои партии выпущеинои Рижским опытным заводом ПО Союз
знерrоавтоматика успещно эксплуатируются в Ростовэнерrо [46]
Краткое описаlШе УБ н схем ero подключеlШЯ к реле РНТ и Д3Т раз
личных типов приведено юt:же
Реле РИТМ РНТ и ДЗТ с УБ имеют существенно меньшую задержку
срабатывания при внутреннем К3 с апериодическои составляющеи
чем реле РНТ и ДЗТ блаrодаря меньшему току срабатывадня при виут
реннем К3 Реле с НТТ реаrирует на значение отрицательнои полувол
ны тока увеличивающеися в течение переходноro процесса К3 позта
му условия срабаrываюt:я наступают тем раньще чем меньше ток сра
баТ З:н::шее ПОВЬШIеlШе устоичивости быстlIOТЫ срабатываlШЯ диф
ференциальнои защиты при внутренних К3 может быть достиrнуто за
счет использования в рассмотренных дифференциальных реле не элекr
ромеханическоrо а полупроводниковоrо исполнительноrо opraнa
Устройство бесконтактиое (УБ) Н а з н а ч е н и е Устроиство бес
контактное является приставкои к реле серии РИТ и Д3Т и предназна
чено для повышения чувствительности и селективносТИ дифферен
циальных защит силовых трансформаторов (автотрансформаторов)
энерrоблоков мощных злектродвиrателеи и сборных шин
При н ц и п Д е и с т в и я В переходном и установившемся режи
мах внешнеrо К3 пусках и самозапусках электродвиrателеи возмож
но насыщеюt:е трансформаторов тОКа что СОПlIOвождается увеличением
их поrрешности В этих режимах как и при бросках намаrничивающеrо
тока диффереJЩИальныи ток в цепи защиты имеет ярко выраженную
несинусоидальность формы В режимах внутреинеrо КЗ дифференциаль
171
ныи ток npt: поrpeшностях трансформаторов тока не превышающих
1 o 1 5 % практически синусоидапен
Устроиство бесконтактное автоматически изменяет ток срабатыва
ния реле увеличивая ero в требуемое число раз при внешних К3 со
провождающихся протеканием несинусоидальных токов небаланса
при полнои поrрешности наиболее наrруженноrо трансформатора тока
(в устаиовившемся режиме КЗ) изменяющеися в диапазоне от 5 до
75 % и при бросках намаrничивающеrо тока Это позволяет повысить
чувствительность реле пpt: внутренних К3 K()rAa дифференциальныи
ток практически синусоидален
Устроиство УБ состоит из схемы выявления несинусоидальности и
полупроводниковоrо ключа ПК которыи срабатывая подключает пе
ременныи резистор параллельно исполнительному opraHY реле РИТ
или Д3Т При синусоидальнои форме первичноrо тока BHyrpeHHero
КЗ и поrрешности трансформаторов тока не превышающеи Е = 20%
ПК не срабатывает и реле работает с высокои чувствительностью При
большои кратности тока BHyтpeHHero КЗ возможна поrрешность Е >
> 20 % и срабатывание ПК но при этом ток в реле превышает увеличен
ныи ток срабатывания и задержки срабатывания реле не происходит
Принципиальная схеме УБ приведена на рис 47 Входным эле мен
том УБ является трансреактор ТА Vl первичная обмотка KOToporo под
ключается в цепь короткозамкнутои обмотки реле РНТ (WJ<3 W КЗ )
ИЛИ к рабочим обмоткам реле ДЗТ Схемы подключения УБ по казаны
на рис 48 Трансреактор ТА VI предназначен для преобразования диф
ференциальноro тока в напряжение пропорциональное производнои
ЭТоro тока
Напряжение с ВЫХода ТА V 1 поступает на схему расщепления состоя
щую из конденсаторов Сl сз и резисторов R2 R3 тде оно из однофаз
Horo преобразуется в трехфазное Затем выпрямляется трехфазным
выпрямителем на диодах VD9 VD14 и подается на инерционное звено
состоящее из конденсатора С4 резистора R4 н стабиnитрона VD15
Это звено предназначено для задания пороrа чувствительности УБ и
исключения изпищнеrо срабатывания УБ в режиме BHYTpeHHero КЗ
при полнои потрещности ТТ к которому подключено реле РНТ Д3Т
€" 20%
При ХТ2 в положении Работа (соединены зажимы 2 и 3) напряжение
с конденсатора С4 через диод V D16 поступает на базу транзистора VТ1
и через диод VD17 на ero эмиттер к которому подключено инерцион
ное звено С5 R5
При синусоидальном токе на входе УБ напряжение на конденсаторе
С4 практически постоянное и к транзисторному переходу база змиттер
приложено запирающее напряжение равное прямому падению напряже
ния на диоде VD17 Транзистор VTl закрыт и напряжение на рези сто
ре R7 равно нулю УБ не срабатывает
172
t:;
УБ
РНТ
УБ
13 8неШНЯFl
це"6
дзт 11
УБ
8нешн""
цепь
д)
Рис 4 8 Схемы ПОДключения УБ
в режиме ВнешНеrо К3 при насыеIolии трансформаторов тока н в
режиме броска намаrНИ1.Пiвающеrо ТОКа ВХОДНОИ ТОК УБ имеет ярко
выраженную несинусоидальность В каЖдОМ периоде изменеIOlЯ тока
есть промежутки ВремеЮf в течение которых производная ТОКа близ
ка к нулю(лаузы) Во время паузы снижается напряжение ТА Vl н про
ИСХОДИТ разряд конденсаторов С4 н с5 Поскольку постоянная време
Юf цепи с5 R5 больше посrояннои времеЮf цепи С4 R6 ТО конденса
тор С4 разряжается быстрее По истечеmrn определенноrо промежутка
времени напряжение на конденсаторе С5 (змиттере VTI) станет бопь
ше чем напряжение на резнеторе R6 (базе VТ1) н к переходу змнт
174
УБ
8нешнЯЯ
цепь
УБ
8неш няя
цепь
дл 1З,
дл 1f
УБ
8нешнЯя
цепь
Д3Т 13/Z
Д3Т 1З/З,
дл 1J/f
е)
к реле РИТ и дзт разлиЧНЫХ типов
rер--база транзистора VTl будет приложено отпирающее напряжеIOlе
Транзистор VTl открывается и на резистор R7 подается напряжение
с конденсатора с5 Длительность импульса напряжеIOlЯ на резисторе R 7
зависит от длительности паузы
Расширитель нмпульсов состояшИИ из конденсатора С6 Д)loдa VD18
транзистора VТ2 н резнсторов R8 R9 RlO преобразует импульсное
напряжение на резисторе R 7 в постоянное напряжение на входе полупро
BOДlDfKOBoro ключа состоящеl о ИЗ конденсатора С7 резисторов Rll
R12 транзисторов VT3 VT4 выпрямительноro моста VD19 и снмисто
ра VD20 Если напряжение на входе полупроводниковоrо ключа превы
175
сит "ОJIOТ ero срабатываШlЯ, то транзисторы VT3 и VT4 открываются.
НапряжеШlе, припоженное к контактам 8 и 9 УБ, через выпрямитель.
НЫЙ мост VD19 и открытый транзистор VT4 Подается на управляющий
электрод симистора VD20. Симистор открывается и подключает резис.
тор R 13 параллепьно контактам 8 и 9 УБ.
При значительном увеличении напряжения на входе расширителя
импульсов увели\Швается падение иалряжеШlЯ на резисторе R 9 и тран
зистор Vr] открывается подключая параллельно конденсатору С6
резистор R8 тем самым уменьшая постоянную времени разряда С6
Это позволяет уменьшить время возврата УБ в исходное состояние
IрИ исчезновении несинусоидальности BxoAHoro дифференциальноrо
тока
В УБ используются оrраниtUlтели напряжения которые предназна
чены для зашиты элементов схемы от перенапряжении ОrраниtUlтель
напряжения состоящни из стабилитронов VD1 VD8 и резистора R1
служит для зашиты элементов входных цепеи УБ Оrраничитель На
пряжения выполненнын на стабизитроне VD15 служит для зашиты
транзисторов VT1 и VrJ ОrраШlчитель напряжеШlЯ СОСТОяшии из
встречно включенных стабилитJIOНОВ VD21 и VD 7 2 обеС'пе\Швает за
щиту транзисторов VT3 и VT4 и симистора VD20
С х е м ы п о Д к л ю ч е н и я УБ к р е л е РНТ и Д3Т раз л и ч
н ы х т и п о в (см рис 48) Подключение УБ к реле РНТ или Д3Т
заключается в присоедииении выходных ВЫВОДОВ 8 9 и входных ВЫ
водов 1 2 б 7 14 13 УБ к соответствующим выводам реле
Выходные выводы 8 9 УБ должны присоединяться к выводам реле
так чтобы полупроводииковыи ключ после сраба тыанияя ШУНТИJIOвал
ИСПОЛШlтельныи opraH РТ те к выводам 12 10 реле РИТ всех типов
и реле Д3Т11 Д3Т11/2 Д3Т11/3 к выводам 15 14 реле Д3Т13
Д3Т 14 к выводам 20 17 реле Д3Т 13/2 Д3Т 13/3 Д3Т 13/4
Входные выводы УБ должны присоед;иняться к выводам реле так
чтобы обеспечивалась селективность УБ и реле т е УБ бьmо чувстви
тельНее реле при несинуооидальном входном токе со стороны каждо
ro плеча
1с УБ < 1с р
следовательно
f с УБ F с Р
<
WУБ w p
откуда
Fc УБ
WУБ > Wp
Fc Р
(43)
176
Таблица 4.1
KoHт8Klы УБ 1 13 2 13 6 17 7 13 14 13
Число витков обмотки TpaHC 96 48 24 12
реактора
УстановлеlПfЫЙ ток срабатывания 03 06 12 24 48
УБ А
тде WУБ tUlсло витков первичнои обмотки транс реактора ТА V 1 УБ
wp tUlсло ВИТКОВ первичнои обмотки реле включеннои последова
тельно с WУБ FсУБ МДС надеЖНоrо срабатывания УБ с учетом
Осиовнои И дополнительнои поrрешносrен тока срабатывания УБ
F с Р МДС срабатывания реле РИТ Д3Т
Поскольку Fc Р = 100 А а FсУБ < 30 А то из (43) следует расчет
ная формула
WУБ ;;. +wp
Выбор входных выводов (h.OHTaKToB) УБ для подключеШlЯ к реле
производится по табл 4 1
При подключеШlИ УБ входными выводами в цепь короткозамкиу
тои обмотки РИТ (W кз W кз ) условие селективности имеет вид
IсУБ < l(кэ) еР
rдe l(кэ)еР ток в короткоэамкнутои обмотке при срабатывании РНТ
КОJIOткозамкиутая обмотка ведет себя как вториtUlая обмотка транс
форматора тока позтому по известнои МДС первичиых обмоток РНТ
в условиях срабатываШlЯ r с р = 100 А можно определить
l(кэ)еР= = =037A
w кз + w K3 90 + 180
В соответствии с таблицеи следует ПОЮlючать УБ контактами 1 13
в цепь коротко замкнуто и обмотки реле РИТ любоro типа независимо
от установлеИНОfО на нем tUlсла витков первичных обмоток
Схема подключения УБ к реле серии РНТ показана на рис 4 8 а
До подключеШlЯ следует перестзвить одну из секции короткозамкну
тои обмотки реле с вывода 9 на друroи вывод например 3 движок
переменноrо резистора R кз включенноrо в цепь короткозамкнутои
обмотки перевести в ПоложеШlе соответствуюшее минимальному
оопротивлеШlЮ резистора или закоротить резистор
Схема подключеиия УБ к реле типа Д3Т 11 показана на рис 48 б
Внешияя цепь идушая на вывод 3 реле переключается на вывод 13 УБ
177
Определение 1 ro ВЫВода УБ подключенноrо к выводу 3 реле, осуще-
ствляется с использованием табл 4 1 и формулы
WУБ > + (W yp + Wp)тax,
rде (W yp + W p ) тах большее из 'illсел витков уравнительной и рабо
чей обмоток, установленных в каком либо плече защиты
Схема подключения УБ к реле тИпа Д3Т 11/2 показана на рис 4 8, в
Внешняя цепь, идущая на ВЬШОД 4 реле, переключается на ВЫВОД 13 УБ
Определение 1 то и k ro выводов УБ, подключаемых соответственно
к выводу 2 репе (который отключается от вывода 4 реле) и к выво
ду 4 реле, осуществляется с использоваlПfем таблицы и формул
W, УБ >= 1 Wyp тах'
WkУБ >= Wp,
rде W yp тах большее из чисел витков уравнительных обмоток WI ур
и W2 ур' установленных на реле, W p 'illсло витков рабочей обмотки
Схема подключения УБ к реле типОВ Д3Т-ll/3, Д3Т 11/4 показа-
на иа рис 48, 2 Перемычка между выводами 2. 4. 6 реле снимается,
внешияя цепь, идущая к этим ВЫВодам, переключается на вывод 13 УБ
Определение 1 ro, k-ro и l-ro выводов УБ, подключаемых соответствен
но к выводам 6. 4 и 2 реле, осуществляется с использованием табл 4 1
и формул 1 1 1
W,УБ > WЭр, WkУБ > W2р, W/УБ > W1р, (44)
rде Wзр' W2p, WI Р числа витков рабо'illХ обмоток реле в порядке их
увеличения
Схема подключения УБ к репе типОВ Д3Т 13, Д3Т 14 показана на
рис. 48, д Внешняя цепь, ндущая на вывод 9 реле, переключается на
вывод 13 УБ Определение 1 ro вывода УБ, подключаемоro к выводу 9
реле, осуществляется с использованием табл 4 1 н формулы
W , УБ >= + (W p ДО" + W p осн)тах,
rдe (W p дои + W p оси) тах большее из чисел витков дополнительиои
и основиой рабо'illХ обмоток реле, установленных в каком либо плече
защиты
Схема ПОдКЛючения УБ к реле тилов Д3Т 13/2, Д3Т 13/3, Д3Т 13/4
показз.иа на рис 4 8, е Перемычка между выводаМИ 7, 9. 11 реле сни
178
мается, внешняя цепь, идущая к этим выводам, nереключается на вы
вод 13 УБ Определение 1 ro, k ro и 1 ro ВЫВОДОВ УБ, подключаемых
соответственно к вьшодам 11. 9. 7 репе, осуществляется с использова-
нием табл 41 и формул (44)
Расчет токов срвбатывания рвяе РНТМ н Д3ТМ
Диффере!щиальная защита трансформатора (автотраисформатора),
Выполненная на дифференциальных реле с детектором Искажения фор
мы тока, имеет две уставки Дифференциальная защита срабатывает с
первой (низшей) уставкой [с з1, если цель шунтирующеrо резистора
R:П, включаемоrо параллельно обмотке исполнитеЛhноrо opraнa ре-
ле РТ 40, разомкнута Срабатывание диффере!щиальной защиты с вто-
рой (высшей) уставкой [с 32 происходит В том случае, коrда замыка-
ется цепь ШУНТИрующеrо резистора, и он подключается параллельно
обмотке реле РТ 40
Реле РИТ с УБ У ставки дифференциальиой защиты трансформатора
(автотрансформатора) с реле типа РНТ, снабженным УБ, выбираются
в следующем по рядке
1 Первая уставка защиты [с 3 I nервоначально принимается
Iе Эl = (0,з 0,5)Iт НОМ'
rде [т НОМ номиналЬный ток защищаемоrо трансформатора (авто-
трансформатора), соответствующий НоминальНой мощности трансфор-
матора (для трехобмоточноrо трансформатора и трансформатора с
расщепленными обмотками он соответствует номинальной мощности
наиболее мощной обмотки) и проходной мощности автотранс
форматора
2 Вторая уставка защиты [с 32 определяется по методике расчета
реле РИТ, изложенной в [17), из условий отстройки от nepeMeHHoro
тока в реле при БИТ и от максимальноrо nepeMeHHoro тока небалан-
са при Виешнем К3
3 Низший и высшИй токи срабатывания реле [с рl (2) paCC'illTbIB3
ются ло формуле
I epl (2) = Ie,1(2)k ex /Kf,
(45)
rде К 1 коэффициент трансформации трансформаторов тока на тои
стороне защищаемоrо трансформатора (автотрансформатора), для ко-
торой подсчитан ток срабатывзlПfЯ защиты, kcx коэффициент, учи
тываюЩИИ схему соединения ТТ при соеДИнеlПfИ в звезду kcx = 1, при
соедииении в треуrольник kcx = VЗ'
4 Числа витков рабочей и уравнительных обмоток реле РИТ onpe
деляются в соответствии с методикой [17] исходя из значения тока
срабатывания реле [с рl Если полиоrо числа Витков обмотки из прово-
да требуемоrо диаметра (допускающеrо длительное протекание тока
179
при номннальном режиме трансформатора) не достаточно /IlIЯ установ-
ки Ic pl' ТО ПРИХОДИТСЯ увеличивать lc рl до значения, реализуемоrо
на данном (модерннзнруемом) тнпе реле РИТ, нлн сннжать МДС сраба-
тывания реле F с р IШже 100 А путем увеличеlШЯ сопротивления R ш
В последнем случае нужно нзменнть козффнциент FсУБ/ Fcp в фор
муле (4 З) Иноrда возможио сннженне К 1 н обеспеченне требуемото
/с.эl по (45) пр" большем lc Р.' т е меньшем числе ВИТКОВ обмотки
реле
После определеlШЯ чисел ВИТКОВ рабочих н Уравнительных обмо-
ТОК реле РИТ рассчитывается ТОК небаланса l 'б. уточняется суммарный
ток иебаланса и корректируется выбранный ранее ТОК срабатывания
защиты 1 с 32 Н соответствующий ему ВЫСШИЙ ток срабаТЬШ8IШЯ реле
Iс р2
5 Определенные указанным путем токи срабатывзlШЯ реле прове-
ряются на соответствие следующим условиям
k итс = ICp2/lcpl .. 5,
Iс рl > lиб сии'
(46)
(47)
rде lНб сии расчетное значение синусоидальноrо тока небаланса, обус
ловленноro ретулнрованнем КОЗффlЩИента трансформацин трансформа-
тора и неточностью выравнивания токов JUIеч в режиме внешнеrо К3
В случае невыполнення условий (4 6), (4 7) следует увелнчить значе-
ние lc рl И повторно провести выбор чисел ВИТКОВ обмоток РИТ Уело
вне (47) /IlIЯ трансформаторов с РПИ, как правило, несовместнмо с
требованием чувствительности защиты к внутренним К3 Поэтому ДЛЯ
защиты трансформаторов (автотрансформаторов) с РПИ следует прн-
менять реле РИТМ илн ДЗТ с УБ
Реле РИТМ Уставкн Iс э1 н Iс э2 ДИфференциальной защнты трансфор-
матора (автотрансформатора) с реле тнпов РИТМ затрубляющимися
при БИТ и внешних К3, выбираются в изложенном выше порядке
Отличие заключается в ТОМ, что условие (47) не проверяеrся для внеш
Hero К3, пр" котором ТОК К3 протекает по IUIечу, rде включен детек
тор уровня ДУ
Если ДУ включен на стороне, rne у защищземоrо трансформатора
нет источников питания, то ero ТОК срабатывания 1 с Д У выбирается по
условию отстройки от тока меча в форсированном режиме на этой
сто роне
lсду > lHrтax
Если ДУ включен на стороне. тде у ззщищаемоrо трансформатора
есть источник питания, то ero ток срабатывания выбирается по условию
Iсду = kOTC/ c р2'
(48)
180
:б:; а=И ' o ТО;: IФ : д Т;;;нЙо: 'е/ду2 ВЫСШИЙ ток
ВыполнеlШе условня (48) обеспечивает надежное срабатывание реле
прн внутреннем КЗ с током как меньшим, так и бопьшим lc ДУ Ус
ловие (47) лрн протеканни тока ло плечу с ДУ проверяется не в режи-
ме внешнеrо КЗ, а при токе, соответствующем уставке Iс ДУ
"Реле ДЗТ с УБ. Прнмененне реле ДЗТ.j О с матнитным торможением
от roка ОДИоrо плеча обеспечивает отстройку от токов небаланса при
внещннх КЗ диффереIO\Нальных защнт двухобмоточных трансформа-
торов с РПИ, трехобмоточных транСформаторов с РПИ лрн односто
роннем питании, автотрансформаторов с иеиспользуемой стороной ИН
илн С односторонним пнтанием Поэтому прн подключеннн УБ к ДЗТ-I0
выбор уставок Iс 31 И Iс з2 отлнtsается от paccMoTpeHнoro первым слу
чая подключения УБ к РИТ тем, что lc з2 выбнрается только по уело
вию отстройки ОТ nepeMeHHoro Тока в репе при БИТ и не требуется про-
верка выполнения условня (47)
Расчеты показали, что параметры диффереlЩИальных защит на реле
РИТМ н на реле ДЗТ 1 О с УБ практнческн одинаковы
45 УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ИСПРАВНОСТИ ТОКОВЫХ ЦЕПЕЙ
ЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ
Дифференциальные защнты с модернизированнымн реле, нмеющие
ток срабатываlШЯ lc 31 < lT НОМ' MorYT ложно срабатывать при повреж
денни токовых цепей Возможность повреждення тоКовых цепеи диф
ференциальной защиты необходимо учитывать прн выполненин нх из
алюминиевоro или бнметаллическоrо провода
С целью исключення ложноrо срабатывания предложено устройство
контроля для применения совместно с модернизированнымн реле всех
тнпов, описанных в 44 Срабатывание устройства контропя происхо
дит только при повреждении токовых цепей защнты н приводит к за-
rрублению защиты до тока срабатывания 1 с З2' большеrо чем номиналь-
ный ток трансформатора, и подаче сиrнала Этим предотвращается лож
ное срабатывание диффереlЩИальной защиты, но она не выводится из
работы, поэтому повреждеlШе токовых цепей может быть устранено
в удобное для энерrоснстемы время
Устройство контроля выполнено на той же элементной базе, что и
детекroр искажеlШЯ формы тока ДИ Основными функциональнымн
элементами устройства контроля являются детекторы сброса н набро
са nepeMeHHoro тоКа lU1еч защнты (см 4 3) Общие элементы детек
торов сброса н наброса, осуществляющие преобразованне nepeMeHHoro
тока lU1еча в постоянное напряженне, совмещены Сокращения ДС н ДfI
означают детектор сброса н наброса напряжения пропорциональноrо то
ку lU1еча
Иа рнс 4 9 приведена функцнональная схема усrРОИСIва с реле ДЗТ
и УБ для дифференциальнон защиты одной фазы трехобмоточноrо
181
Рис 4 9 Схема модернизированноro реле и устройства контроля исправности то
ковых цепей дифференциальной защиТЫ
трансформатора (с тремя мечами) на которон к УСТРОНСТВУ контроля
относятся следующие элементы Т ALl Т АLЗ промежутоtfilые транс
форматоры тока меч включенные в цепи рабочих обмоток реле
W, р Wз р СР1 СРЗ схемы расщеллення аналоrичные СР в УБ
в1 ВЗ трехфазные выпрямителн ДСl дсз детекторы сброса
ДНl днз детекторы наброса МСС максиселектор сброса состоя
щии ИЗ трех диодов МСН максиселектор наброса сосrоящии нз трех
диодов сск схема сравнения устронства контроля на одном тран
зисторе как и в УБ пкп полупроводниковыи ключ с памятью
например тиристор включенныи выводами анод катод в цепь меЖдУ
182
' о t
==i::==
'
UB1 h
U tE to t
82
И ДС1
"'
::[t =t= =t:
и.CC I
... =+=
иCCK I
"Ll== I
uпкпt I
I I
а) О) 8) j
Рис 410 Временные дИаrраммы напряжений lIа ВЫХОДе элементов устройства
: : ;:H C;: : ;: ТОКОВЫХ цепей дифференциальной защиты двухобмоточ
а повреждение токовой цепи б внутренее К3 в внеШНее К3
выпрямителем В и пол} проводниковым ключом ПК УБ СК
мент сиrнализации срабатывания устроиства контроля
Рассмотрим работу устроиства с использованием временных диаr
рамм приведенных на рис 4 1 О для двухобмоточноrо трансформато
ра (с целью упрощеlШЯ)
В уста ювившемся режиме сиrнЗJ ы на выходе детекторов сброса
и наброса отсутствуют (на рис 410 при t < t o Идс! ИДН! ИдС2
ИДН2 О)
При пов реждении токовых цепеи дифференциальнои защИТЫ
(рис 410 а) происходит сброс тока какоrолибо плеча при отсутст
вии наброса тока в друrих мечах и увеличение дифференциальноrо
тока При этом появляется импульс напряжения на выходе детектора
сброса поврежденноrо IU1еча и максиселектора сброса ИДС1 Имсс
т е на рабочем входе схемы сравнеIOlЯ сск а на выходах детекторов
наброса ДН1 ДН2 и максиселектора Idброса МСН т е на тормозном
входе схемы сравнения сиrнал отс\' Н.. твует Поэтому на выходе схе
'Мы сравнения появляется сип J юд деиствием KOToporo срабаты
нает полупроводниковыи ключ с памятью ПКП например тиристор
и напряжеIOlе Ив с выхода выпрямителя В пропорциональное диф
ференЩlальному току подается через элемент сиrнализации ск на по
ЛУl1роводIOlКОВЫИ ключ пк Срабатывание ПК УБ вызывает заrруб
ление реле до тока срабатывания большеrо чем номииальныи ток транс
форматора но оно не выводится из работы Срабатывание ск сиrиализи
рует о повреждении цепеи дифференЩlальнои защиты
При отключении трансформатора с какои либо стороиы так же
как при обрыве токовои цепи дифферешщальнои защиты происходит
срабатывание соответствующеrо детектора сброса максиселектора
сброса схемы сравнеIOlЯ сск но срабатываIOlе полупроводниковоrо
ключа с памятью ПКП и элемента сиrнализации ск ие происходит из за
отсутствия диффереициальноrо тока и следовательно напряжеIOlЯ на
выходе выпрЯlWIтеля В
При внутреннем К3 (рис 410 б) возможен сброс тока в мече со
стороны трансформатора не имеющеИ источников питания Одиако при
этом происходит наброс тока в мечах сторон с источиИками питания
максиселектор наброса фо рмирует тормознои сиrнал на выходе бло
ка сравнеIOlЯ сск сиrнал отсутствует Реле не заrрубляется
При внешнем К3 (рис 4 1 О в) сиrнал на выходе блока сравнеиия
сск также отсутствует из за наброса тока в плечах по которым про
текает ток К3
Предложенное устроиство контроля может применяться не ТолЬко
с модерIOlзированными дифференциальными реле имеющИМИ элек
тромеханическин исполнительныи opraH но и с реле имеющими по
лупроводниковыи исполнительныи opraH поскольку оно не наклады
Вает оrраничении на быстродеиствие реле (при [с Р 20 МС) И на ero
чувствительность (при [с.,' ;;. О ит ном)
184
46 СВЕРХБЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЕ Устройство
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ
ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ НАПРЯЖЕНИЕ ТРАНСФОРМАТОРА
Модернизированные реле с детектором ИскаженИя формы тока име
ют время срабатывания более 20 мс как и все известные реле ислоль
зующие для распознавания БНТ признаки тока Однои из Возможнос
теи обеспечеиия сверхбыстродеиствия (времени срабатывания менее
5 мс) является дополнительное использование ДЛя распознавания БНТ
призиаков напряжеIOlЯ трансформатора
Автором предложеи способ основанныи на выявлеIOlИ интервала
времени превыщающеrо 26 мс (см 2 6) между моментом вклю
чения трансформатора под напряжение и моментом появления БНТ
В течение этоrо интервала времеIOl происходит увеличеIOlе индукции
ио трансформатор еще не насыщен и ток намаrниtfiiвания близок к
нулю В ДЗЛьнеишем трансформатор насыщается и возникает импульс
БИТ При внутреинем К3 в трансформаторе ток появляется одновре
менио с подачеи иапряжения По этому признаку можно в течение не
скольких МШIЛисекунд после подаtПi напряжения на трансформатор
осуществить идентификацию БНТ и в rYTpeHHero К3 и таким образом
повысить быстродеиствие устроиства диффереициальнои защиты
На рис 4 11 приведеиа Функциональиая схема устроиства исполь
зующеro напряжение трансформатора для распознавания БНТ и внут
рениеrо К3
НапряжеIOlе ит Подается на вход промежуточноrо трансформатора
иалряжеIOlЯ TVL от первичноrо измерительноrо преобразователя иапря
жения траисформатора напряжения или eMKOcTHoro делителя напряже
IOIя с любои стороны защищаемоro трансформатора Требование к точ
иости преобразователя напряжения не предъявляется так как исполь
Рис 4 11 Функциональная схема устройства ИСПользующеrо Нdлряже не Тр.! с
форматора для распознавания БНТ н в yTpeHHero КЗ
185
зуется rрубыи признак при ращения напряжения на значительную ве
личину, коrда возможно возникновение БНТ Выделение сиrнала, мак
симальное значение KOToporo пропорционально приращению напря
жения осуществляется с помощью преобразовательноrо блока ПЬ Н
и реальноrо дифференцирующеrо звена Д3 Блок ЛБ и спужит дпя
преобразования nepeMeHHoro напряжения в выпрямленное и фильтра
ции (сrпаживания) сиrнала В состав ПЬ Н входит двухполупериод
ный выпрямитель и сrпаживающии фильтр Дифференцирующее зве
но ДЗ формирует сиrнал и 1 толькО при положительном приращении
(увеличении) напряжения В состав ДЗ MorYT входить, в частности,
дифференцирующая RC цепочка и диод В установившемся режиме
и при снижении напряжения на защищаемом трансформаторе и 1 = О
НапряжеЮlе и 1 подается на прямои вход элемента ЗАПРЕТ 3
Если напряжеЮlе И2 на инверсном входе 3 отсутствует в течение не
KOToporo интервала времеЮl, то на выходе 3 появляется импульс на
пряжения ИЗ Расширитель импульса РИ увеличивает длительиость им
пульса до 20 25 мс ин Напряжение Ин' являющееся выходным сиr
налом канала напряжения через схему ИЛИ подается на управляю
щий вход полупроводниковоrо ключа ПК Ибл Напряжение Ибл вызы
вает срабатывание ПК, которыи откпючает (бпокирует) или заrрубпя
ет реаrирующий opraH РО устройства защиты
Кроме каиала напряжения, формировать ИБЛ может канал детекто
ра искажения формы диффереlЩиальноrо тока ли. устройство и рабо
та KOToporo рассмотреНЫ в 4 3, 4 4
Если Ибл = О, то РО срабатывает за несколько миллисекунд при
увеличенни диффереНIЩальноrо тока 1 д выше nopora срабатывания
Сиrнал в РО проходит по основному каиалу состоящему из проме
жуточиоro трансформатора тока Т AL преобразоватепьноrо бпока ЛБ д
noporoBoro орсана ПО, полупроводниковоrо ключа ПК и реаrирующе
ro орrаиа РО Преобразовательный бпок ЛБ Д служит дпя преобразова
ния переменноrо тока в выпрямленное напряжение, ero коррекции
и фильтрации В состав ПБ д входит двуxnолупериодиыи выпрямитель
и корректирующий фильтр с наrрузкой Основной каиал представляет
собои быстродеиствующее чувствительное токовое реле, не отстроен
ное от БНТ Отстройка от БНТ достиrается управлением от канала на
пряжения и детектора искажений
Рассмотрим работу устроиства в режимах БИТ и BHYTpeHHero К3
с помощью BpeMeHHbix диаrрамм приведенных на рис 4 12
При включении трансформатора на холостои ход (рис 412, а) сиr
иал от TVL через ПЬ Н и ДЗ поступает на прямои вход элемента ЗА
ПРЕТ Иt Сиrнал от TAL через ПЬ д поступает на инверсный вход эле
мента 3АПРЕТ и2 только через 3 5 мс Это время определяет дпи
тельность импульса напряжения ИЗ на выходе 3 Напряжение после рас
ширителя импульса Ии через элемент ИЛИ во:щействует на управляю
щий вход ПК в течение 20 25 мс, ПК срабатывает и разрывает основ
186
: : ,
и: Щ
! / .
" ) i и, " и, t
"А: ! rUA ' t
· и. л !
t иро !
- I
"р
"'; и
иро l
о
а)
о)
Рис 4 12 Временные диаrраммы работы устройства
а бросок намаrничиваюЩеro тока б внутреннее К3
ной канал УСТРОИС'Iва защиты (или заrрубляет ero), чем предотвраща
ется срабатывание РО в течеЮlе nepBoro периода В следующие периоды
напряжение Ии на выходе РИ становится равным нулю, но срабатыва
ние РО не происходит блаrодаря деиствию детектора искажения формы
дифференциальноro тока ди формирующеrо напряжение u ДИ на вхо
де элемеита ИЛИ, который продолжает удерживать ПК в сработавшем
состоянии до затухания БНТ Юlже уставки ПО
При включении трансформатора с виутренним К3 (рис 412, б)
диффереlЩИальныи ток 1 д появляется одновременно с напряжением
ИТ поэтому напряжения Иl и И2 на прямом и инверсном Входах эле
мента ЗАПРЕТ появляются практически одновременно и импульс напря
жения на входе и выходе РИ не ВОЗЮlкает, ПК не деиствует иРа сраба
тывает через несколько миллисекунд после включения (см ИРО) На
сыщение трансформаторов тока диффереНIЩальной защиты не влияет
на работу устройства при внутреннем К3 (пунктирные кривые на
рис 4 12 б), так как срабатывание РО происходит до насыщения ТТ
187
Наложение БНТ на ток BHYTpeHHero К3 не приводит к задержке сраба
тывания РО еu1И ток К3 достаточен ДJ1я срабатывания устроиства
Схема рис 4 11 является частью устроиства (,верхбыстродеиствую
щеи дифференциальнои защиты трансформаТОРd Дополнительно в
устроиство защиты должны быть введены блоки обеспечивающие
о rстроику от тока небаланса при внешних К3
47 УСТРОЙСТВО ДЛА БЛОКИРОВКИ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА
С ТРАНСФОРМА ТОРАМИ ТОКА НОВЫХ ТИПОВ
Трансформаторы тока новых типов разрабатываются с целью умень
шения поrрешностеи трансформации тока в переходных режимах К3
Наибольшее развитие в СССР получили тт новых типов трансформи
рующие без существенных ИСКdжении периодическук- составляющую
первиtfifоro тока даже при максимально возможнои апериодическои
составляющеи К ним относятся тr с немаrниrными зазорами СМош
ными ИЛИ частичными С сердеtfifиками из специальных материалов
каскадные с фильтром в цепи первиtfifои обмотки или предвключен
ными воздушными ТТ Особенностью этих тr является поrлощение
ими апериодическои составляющеи тока через 1 5 2 периода после
возникновения К3
Применение ТТ новых типов на напряжениях 500 кВ и Выше целе
сообразно )JJ1Я защит линии и шин но не позволяет выполнить диф
ференциальную защиту силоВых трансформаторов на серииных реле
РНТ и Д3Т если со стороны низшеrо и среднеrо напряжении установ
Лены ТТ обыtfifоrо типа Причина этоrо становится яснои из рассмот
рения идеализированных кривых токов (рис 4 13) однои фазы диф
ференциальнои защиты с двумя ОДИНdКОВЫМИ rруппами соединения
ТТ одна из которых состоит из тт HOBoro типа а друrая обычноrо
В режимах К3 с постояннои составляющеи в первиtfifом токе 1, (внеш
нее К3 рис 4 13 а и БНТ рис 4 13 б) во вторичном токе тт но
BOfO типа '2И т Она практически отсутствует Нет постоянно и состав
ляющеи и в дифференциальном токе 1 д при Внешнем К3 ПО(..ле НаСЫ
щения ТТ обычноrо типа (вторичныи ток этоrо тт '20 Т показан
щтриховкои) и при БНТ Поэтому реле не заrрубляются и MorYT срабо
тать излишне Этот вывод подтверждают и осциллоrраммы токов диф
ференциальнои зашиты с различными rруппами соединения тт одна
ИЗ которых приведена lIа рис 414 Опасность излишнеrо срабатыВа
нин усуrубляется высокои кратностью дифференциальноrо тока при
внешнем К3 Это не позволяет использовать заrрубление реле с по
мощью детектЩ'а искажения формы тока при k и т с .. 5 (см 44)
а требует блокировки Jащиты (k и т с :;;:: (0) Применение же блоки ров
ки недопустимо 110 условию обеспечения срабатывания при внутрен
нем К3 и питании со стороны ТТ обычноrо типа
188
/"'(" /
'2"'A 1"
ш, .J ш,
а)
о)
Рис 4 13 ИдеалИJИРОВdНные кривые ТОКОВ дифференциальной защиты с ТТ ново
[О И обычноrо ТИПОВ
а внешНее К3 б БИТ
'tZ H тА
1\/\/\/\/\/\/\
vvvvvv'
vv v v v v
'де
'АВ
'ДА
1..20 тС
{20Т8
t20TA
Рис 414 (kцил ЮfрdМма токов дифференциальной защиты с ТТ HOBoro и обычно
roтиповприв н ешнемтрехфаЗНОМК3(Т t 01ст кз 7R 2 05R 10 %)
Нами была исследована на ЭВМ ВОзможность распознавания внеш
них К3 при Питании со стороны ТТ HOBoro типа и внутренних К3 при
питании со стороны тт обычноru типа 110 различным признакам диф
ференциальноrо ТOKd для защит с одинаковыми и разными rруппами
соединения ТТ Сравнивались следующие признаки разность ампли
туд положительнои и отрицательнои полуволн разность ДЛительное
теи ПоложитеЛьнои и отрицательнои полуволн оТноситеЛьное содержа
189
Рис 415 Схема блокирующеro устройcnra к дИфференциальной заЩИТе с ТТ
HOBoro н обычноro mпов
нне второй rармоники, .цлительность паузы в производной на разных
уровнях замера, отноше1Ше и разность средневыпрямленных значе-
ний производных полуволн В результате было установлено, что при
нзменении параметров режимов в реальных диапазонах (кратностей
тока К3. постоянных времени первичной цепи, уrлов включения, велн
чин н характера наrрузки 11) ннтервалы изменения каждоrо из пере
'Df",ленных признаков в двух указанных режимах существенио накла
дываются друr на друrа Это требует использования .цля распознава.
ния режимов не одноrо, а нескольких признаков Такими признака
ми MorYT быть .цлительность паузы в производной дифференциаль-
Horo тока t п и значение тока плеча с 11 HOВOro типа 1 2н Т
Блокировка, срабатывающая при выполнении двух условий
t n > t c н 1 2и r > 1 2с , (49)
будет препятствовать нзлишнему срабатыванию защиты с серийнымн
реле при внешних К3 и питаюt:И; со стороны 11 HOBoro типа, а также
при БИТ с 310Й стороны И не будет срабатывать при внутренних К3
при пнтанин только со стороны 11 обычноrо тнпа 1 2н Т < 1 2с . при пн-
тании со стороны ТТ HOBoro тнпа н двустороннем t п < ( с
Функциональная схема блокирующеrо устройства, срабатывающеrо
при выполнении условий (49), показана на рис 415 Устройствовклю
чается в схему дифференциальной защиты Д3 своими входами рабоче-
[о ТА Vl н тормозноro ТА V2 каналов и выходом Схема каЖдоrо кана
ла содержнт те же звенья, что детектор искажения формы тока
рис 4 2, а
Работа блокирующеrо устройства при питаннн транe<foрмзтора со
стороны ТТ HOBoro типа ТАи Т поясняется временными диаrрзм-
мами на рис 416, а в режиме внешнето К3 и БИТ (пунктир),
на рис 4 16, б в режиме внутренне то К3
190
{ 1н т
tlHTh f\
"' t\7' { V
lVrV1Vr 1 v V V \j
" "Y\Aт
Urtшlli И Т !
I!UP [ ' J I!UP f
I I I I
L J L
а) J)
:: ;6 Идеализированные BpeMeHH e дИаrраммы работы блокирующеro уст
а внешнее К3 (Б НТ). б внутреJПIее К3
на рабочий вход схемы сравнеюt:я поступает вьmрямлеmюе, сrлажен-
ное фипыром ФС иапряжение и р Если в производной диффереlЩИапь.
ното тока нет пауз (t n < t c внутреннее К3, рис 416, б), то напряже.
ние тормозною канала И т , сrnаженное блarодаря применению схемы
расщепления СР. уравновешивает въmрямленное напряжение ИР' и бло-
кирующее устроиство не срабатывает Если же в производной диф-
ференциапьното тока есть паузы (tn > t c рис 416, а), то напряже.
ние и т имеет форму импульсов, близких к прямоуroльным во время
пауз в напряжении И т преобладает ИР' н блокирующее устройство сраба-
тывает. шунтируя полупроводниковым ключом ИК обмотку исполни-
тепьното opraнa диффереlЩИапьной защиты
Средиее значение импульсов АИр = Ир и т пропорционально произ-
ведению тока меча 1 2н т на .цлительность паузы в производной диф-
191
ференциальноro тока 10 Условие срабатывания бпокирующеrо уст
ройства
/2Н Tt o /2c t c
реализует одновремеиио оба условии распозиаваиии (49)
При питании трансформатора с нескольких сторон, а не только со
стороны ТТ HOBoro ТИПа, в режиме внутренне! о К3 невозможно сраба.
тывание бпокирующеrо устройства при любом искаженни формы вто-
ричноrо тока тт обычноrо типа (ТА о т), так как добавление тока '20 т
приводит К увеличению и т при том же ИР' т е препятствует срабатыва
нию блокирующеrо устройства
Одна из возможных принципиальных схем реализации бпокирующе
то устройства описаиа в [47]
При исполЬЗОвании дnи диффереициальной защиты траисформатора
с ТТ иовоro типа моцериизированных реле РИТ или Д3Т, использую-
щИХ УБ (см 44), блокировка защиты может осуществлитьси от до-
полнительноrо УБ, вход KOToporo включен во вторичную цепь ТТ ново-
ro ТИпа, накладка ХТ2 находится в попожении 1 2 (проверка) , а к за
жиму 3 ХТ2 подключеи зажим 2 ХТ2 ОСИовиото УБ (мииусовые щии
ки обоих УБ должны быть соединены), резистор RIЗ полНОСтью выве.
ден При такой схеме рабочий сиrнал схемы сравнеЮlЯ дополнитель-
Horo УБ формируется им же, а тормозной поступает от OCHoBHoro УБ,
вкпючеииото в диффереициальиую цепь
Описанные устройства обеспеtПIвают практически одинаковое функ-
циоиироваиие диффереициальиой защиты траисформатора как при ТТ
обычноrо, так и HOBoro типа
48 Устройство РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
ЛОСЛЕДОВАТЕльноrо РЕrYлиРовочноrо ТРАНСФОРМАТОРА
Релейная защита от внутренних К3 последовательноrо реrулировоч
иото траисформатора (ПРТ) обычно выполииется на реле mпа М3Т !!
с подключением ero рабочей обмотки к ТА1, установленному на пер-
вичной стороне добавочното трансформатора, а тормозной к ТА2,
встроенному со стороны выводов автотрансформатора Т к нейтрали
(рис 4 17) Ток срабатываиия реле бопьще номинальноro тока первич
ной обмотки ПРТ, что не обеспе'ПIваеr чувствительность защиты к
внутренним К3 в ero обмотках
ПреД;lОжено устройство, <...хема KOTOpOrQ приведена на рис 4 18, а,
которое также подключается к ТА1 и ТА 2. но pearHpyeT не иа значе
ния токов /1, 12, а на положительное приращение отношения /1/ /2
Это отНошение при неповрежденном ПРТ (наrрузочный режим, внеш
нее К3) пропорционально козффициенту трансформации прет =
= и рет / инн = [, не/ [2не Пrиращение козффициента трансформации
192
Рис 4 17 СХеМа ПОдкЛючения устроАства РЗ к ПРТ
HH I
I I т
, L
1 : j ТА2 .,:'
ПРТ
ТА1 '16 "2"
" r v\ 1\ , t' h 1\ /\ /
" \1i V v ' " Ь V I V V!
1/\1\, 11\/\/
\J1 V V u.д
Ц6Д
up t ЦР ! МJ'V\
е о о) t o 6)
Рис 418 Устройство релейной защиты ПОCJIедовательноro реrулировочноro траН-
сформатора I
Q "РИlщиnиальная схема, б в временные диarраммы
193
<lп per = <lU per / инн от KOTOporo должно быть отстроено устронство
соответствует переключению ПРТ На одну ступень ПОД наrрузкон
При внутреннем КЗ в ПРТ отношение 1./12 возрастает толчком
ИЗ за наложения На токи предшествующеrо режима 11Hf 12Hf TOI<OB
собственно аварииноrо режима [. ав 12ав Отношение аварИННЫХ со
ставляющих 11aB/12aB в Не'сколько раз превышаеr отношение
[1 Hr/ 12иr Минимальное значение при питании звrотрансформзrо
ра т только со стороны св
lав/12ав = пт = Иен :о- И реr
Инн Инн
Приращение отношения денствительных ТОКОВ меньше чем пт nре.l
и уменьшается с увеличением предшествующеи наrрузки Однако да
же при самых неблаrоприятНЫХ условиях (питание Т о.циостороннее.
п per в предшествующем режиме максимально аварииныи н предш т
вующин ТОКИ совпадают ПО фазе) как показали расчеты
<l (1,/12) > <lп per если 1, ав > 0251, н,
Следовательно усrроИСУ80 при всех условиях чувствительно к внут
ренним КЗ в ПРТ еслн l к . 1. ав/ l,ном > О 3 т е предложеннын прин
цип обеспечивает требуемую чувствительность РЗ последовательноrо
реrулировочноro трансформатора
Реализация принципа требует применени:я технических средств ала
лоrовои ВЪJ1D1слительнои техники (рнс 418 а) Устроиство состоит
ИЗ блоков входных преобразователен ВЛ блока деления БД диффе
ренцируюшеrо звенаДЗ н реаrнруюшеrо opraHa РО
Bxoдllыe преОбразователи формируют напряжения
"1 = k,IDz.1 + <l,
"2 = k,1Dz,1 +<l2
rдe D оператор дифференцирования
Небольшие добавочные напряжеЮlЯ ..11 и ..:12 устанавливаются та
кими чтобы их отношение соответствовало максимальному коэффи
циенту трансформации ПРТ п ре. тах
<l. ( kl" )
= иr тах
kп per тах
При отсvтствии токов (11 12 = О) напряжение "Е Л на выходе бло
ка деления равно максимально возможному в рабочих режимах значе
Юlю Введение добавО1DfЫХ напряжеЮlН ..11 и ..12 обеспечивает несраба
Тывание устроиства при подключенин иаrрузки к автотрансформато
194
ру т работающему на холостом ходу и при включении Т на холостои
ход со стороны вв или СВ При подключении наrрузки напряжение
UЕЛ может только снизиться если козффнциент трансформации ПРТ
пре. не был максимальным Дифференцируюшее звено ДЗ (рнс 4 18 а)
выделяет только положительные приращения UБД блаrодаря включе
нию Д;ИОда в обратную связь суммирующеrо УСШlителя следовательно
при снижении UБД напряжение на РО отсутствует При включении авто
трансформатора Т на холостОИ ход со стороны вн иЛН СВ при любом
п per отношение токов I1БНТ/'2БНТ < пperтax и устроиство ложно
не работает
Работа устронства прн внутреннем КЗ в ПРТ иллюстрнруется вре
менными диаrраммами (рнс 4 18 б 8) снятыми для диух кранних
случаев коrда аварииныи ток совпадает по фазе с предшествующим
(рис 4 18 б) н Korдa отстает от Hero на 900 (рис 4 18 8) CдaHr фаз
между токами 11 и 12 имеющии место при виутреннем К3 привод;ит
к тому что при 12 О ТОК 11 =1=- О и напряжение UБД в этот момент дости
raeT максимума Чувствительиость устроиства к току К3 в этом слу
чае значительно выше чем при совпадении фаз 11 и 12
rЛАВА ЛЯТАЯ
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРА
С ВСТРОЕННЫМИ пЕрвичныии ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ РАЗНЫХ ТИПОВ
5 1 ЛРИНЦИП СТРУКТУРНОЙ ОТСТРОЙКИ
Использование встроениых первичных измерительных преобразова
телен выполненных в общеи конструкции с трансформатором вместо
Шlи в дополнение к внешним первИЧНЫМ нзмерительным преобразова
телям трансформаторам тока и напряжения позволяет существе и
но повысить эффективность фуикционирования защИfЫ в осиовиом
за счет возможиосrn реализации принципа структурнои отстроики за
щиты от режимов с требованием несрабатывания
Отстронку РЗ от KaKoro лнбо режнма с требованием несрабатыва
ния предлаrается иазывать структурнон еслн прн идеальнон реализа
ции звеньев структурнон схемы устроиства РЗ сиrНал в реаrнруюш ем
opraнe в этом режиме равен нулю Оtстроику нельзя Назвать структур
нои если изменением параметров звеньев без нзменеНИЯ структуры
устроиства невозможно обеспечить нулевои сиrнал в реаrиоующем
opraHe устронства
Принциn структурнон отстроикн от виешНИХ К3 лежит в основе
дифференциальных зашнт Однако дифференциальная зашита транс
форматора структурНО ие отстроена от анормальных режимов вы
195
званных насыщеШlем маrнитопровода (см rл 2) ТОК намarничива
ния трансформатора попадает в диффереlЩИапьную цепь защиты так
же как ток внутреннеro К3 и для их идентификации требуется исполь
зоваиие ПРИНципов и устроиств распознавания сиrНалов (см rл 4)
В диффереlЩИапьнон защите трансформаторов с РПН дЛЯ отстрон
ки от внешних К3 и рабочих режимов требуется ИСПОЛьзование в струк
туре защиты устроиств самонастронки осуществляющих адаптацию
защиты к Изменению КОЗффlЩИента трансформации
Использование дополнительных устронств повышает чувствитель
ность но усложняет защиту и приводит к снижению ее быстродеиствия
В настоящее время известны и применяются токовые устроиства
р3 трансформаторов со структурнон отстронкои от анормапьных режи
мов и переключении под наrpузкои К ним относятся раздельная (само
стоятепьная) дифференцнапьная защита обмоток трансформатора
применяемая для дифференцнапьнои защиты реrупировочнои обмот
ки автотрансформатора 750 кВ и диффереlЩИапьная защита нулевои
последовательности обмоток ВН СН Недостатком этих устроиств яв
ляется оrраниченная защитоспособность онн не реаrируют на те ви
ды К3 прн которых не нарушается баланс первичных токов ТТ что
ИМеет место при наиболее распространенных видах К3 в обмотках
В3 н МК3
В опытнои ЭКСШ1уатации находятся устроиства Р3 трансформаторов
с использованием датчиков поля рассенния структурно отстроенные
от внешних К3 БИТ и ПВ но нмеюшне мертвую зону в середине вы
соты обмоток (см 5 3)
Анализ нзвестных Принципов отстроики Показывает что для до
стижения требуемых чувствительности и быстродеиствия Р3 трансфор
матора спедует идти по пути всемернои реапизации прннцнпа структур
Нои отстронки В даннои rлаве отражены результаты разработки
устроиств Р3 трансформатора имеющих структурную отстроику от ре
жимов с требованием несрабатывания для обеспечения lOOo/o-НОИ за
щитоспособности и сверхбыстроденствня Р3
52 УСТРОАСТВА РЕЛЕАНОА ЗАЩИТЫ С ДАТЧИКАМИ
НАСЫЩЕНИЯ МАrНИТОЛРОВОДА ТРАНСФОРМАТОРА
Приицип пeiicmия Существующне дифференцнапьные защиты транс
форматора еслн учитывать есо намаrНИчивающии ток резко возрастаю
щии при насыщении маrнитопровода по существу ЯВЛяются неполны
ми дифференциалЬНЫМИ Рассмотрим схему замещения мноrообмоточ
Horo трансформатора (рнс 5 1) [7 стр 123] Трансформаторы тока за
щиты ТА 1 ТАп включаются На токи вводов обмоток (питающне эле
MeHThI) а в ветви намаrничивающеrо тока LJ.l.l L Jln ТТ не включены
ТОК реаrирующеro орсана защиты равныи rеометрическои сумме то
ков тт при отсутствии К3 в обмотках не равен нулю
196
L2п f R n
ТАп
'п
L"ир п L"ип
t.цР f.pn
Рис 5 1 Схема замещения мноrообмоточноrо трансформатора сконцентричес
кими обмотками
'РО '/1Р '" о
р= 1
rде 1 РР = 1 Jl сумма намаrничивающнх токов участков маrнито
рЧ
провода намаrничивающии ток трансформатора
Отстроика от зтоrо тока при насыщении маrнитопровода в анор
мальных режимах составляет основную трудность при совершенство
вании р3 трансформаторов Чтобы дифференциальную защиту трансфор
матора из неполнои превратить в полную т е обеспечить ОТСТРОИКУ
без ухудшения свонств необходимо использовать информацию не толь
ко о токаХ вводов Но и о ero намarничивающем токе 1 Jl
Приндип денствия предложеннон автором полнои диффереlЩИапь
нои защиты иллюстрируется на упрощеннои схеме замещения однофаз
ноro двухобмоточноro трансформатора (рис 5 2) rne по казаны дат
tВIки приведенных к одиому числу внтков ТОКОВ вводов дr. ДТП
и намаrничивающеrо тока ДI'/1 бпок сравнения БС н реаrирующии ор
raн РО образуюшне дифференциапьную защиту Еспи датчики сбапан
сированы то сиrнал на выходе блока сравнения отсутствует как при
внешних К3 так и прн насыщении маrнитопровода поскольку 11 +
+'11 +'/1 О и пропордионапен току повреждения при внутреннем К3
KO I к:f я :яются лине иными звеньями реализующими диф
ференциальныи оператор D а в качестве БС используется суммирую
щии элемент то
и вых LЛ) +D. II +D'/1 D' K
В качестве датчика намarничивающеrо тока предложено испопьзо
вать датчик напряженности маrнитноrо поля (маrнитныи потенциало
197
Рис 52 Принц.ип действия полной
: :ренц.иальной заl10tты трансфор--
метр), выполненный в внде изме
рнтельной катушкн, помещеннон
внутрн обмоток защищаемоrо
трансформатора, на поверхности
стержня маrнитопровода парал
лельно ero оси
П нципиально возможно, но более сложно, НСПОльзование для ука
заннои цели маrнитодиодов Прнменение датчика Холла обеспечивает
существенно меньшую точность нзмерения намаrничивающеrо тока и
конструктивно практически нереалнзуемо в современных мощных
трансформаторах В качестве днскретноrо двухпознционноro даТЧИка
насыщения маrнитопровода может быть применен repKoH
Да":и К нзпряжеиноС1И МЗI'IПIТНоro поля Потокосцепление нзмерн
тельнои катушкн без учета наrрузкн
Ф д =k A ! Hz dz =kAaH A
rде Hz танrelЩИальная акснальная составляющая напряженностн
ма нитноro поля на поверхностн маrнитопровода н в датчике, Н д =
= ;;! Hz dz средняя напряженность на ДЛННе датчика, kд=р.оWдSд/а
: a датчика, а wд,Sд длина, число внтков, поперечное сече
Прн однородном маrинтопроводе МДС намаrинчиваиня трансформа
:: пропорциональна паденню маrнитноrо напряжения на ДЛнне дат
Fp. = iПdl = k/J Hz dz,
::: ; Ь O a эде датчика пропорциональна пронзводной намаrни
е д = dФ д =kAa dHA = dFp. = W =M
dt dt kJ dt kJ dt д dt '
w ЧИСЛО внтков обмотки. к которой приведен намаrЮl'Ufвающий
198
Прн реапьной конструкцин маrинтопровода коэффнциенты k, н
М д не являются постоянными и завнсят от ero маrнитНОro состояния
Основная задача при выборе принципа построення устройстяа защи
ты с датчиками напряженности н параметров ero элементов заключа
ется в анализе зависимости коэффициента М д ОТ конструктивных раз
меров н режима работы трансформатора
В процессе намаrничнвания маrнитопровода трансформатора нз за
ero неоднородности значение коэффициента kJ, а следовательно, М д
нзменяется Оценку 3Toro нзменения можно выполнить, еслн рассмот
ренне непрерывноrо процесса заменить аналнзом несколькНХ дискрет
ных режнмов, включая rpаничные В качестве этнх режимов выберем
следующие 1) маrнитопровод не насыщен, 2) насыщен стержень. а
ярма не насыщены, 3) насыщен весь маrнитопровод Режим 1 ните
реса не представляет, так как е д ::::::: О, в режнмах 2 и 3 задачу расче
та маrнитноrо поля в датчике можно рассматривать как линейную,
прнняв маrнитную проницаемость ненасыщенноro маrнитопровода
Il =00, насыщенноrо Il = 110
Расчетная схема ДЛЯ режима 2 прнведена на рис 5 3, rде D, А, В
диаметр, высота, толщина цилиндрнческой катушкн обмоткн транс
форматора, L высота окна маrнитопровода, а , длнна Д3'f1П1ка
н расстояние ero от оси обмоткн трансформатора Поверхности нена
сыщенных ярм заменены IШоскостями с бесконечно большон мarНИТ
ной проницаемостью Прн этом допущении, часто прнменяемом в элект
ромаrинтных расчетах трансформаторов н реакторов [7], маrинтное
поле в средней части обмотки блнзко к реальному
Диапазоны нзменения относительных значении rеометрнческих раз
меров трансформатора установлены по расчетным запискам заводов
изrотовнтелей, длнна датчика н расстояние ero от осн ПО конструк
тивныM соображениям
D/A= 0,4 1,2, В;D=0,оз 0,09, LfA=I,O I,4,
а/ А = 0,1 o 7, '/ D= 0 0,45
(5 1)
Искомой велнчином является средняя напряженность на длине дат
ЧИКа создаваемая обмоткои и ее зеркальнымн отображениямн в IШОС
костях, которыми заменены ненасыщенные ярма (рис 5 З, а)
Н д = J Hz dz
о о
По прннцнпу напожеиня рнс 5 3 а эквнвапентен рнс 5 3, б н
1 ( 0/2 L+o/2
Н д = J Hz dz + 2 J Hz dz +
о 0/2 L 0/2
) =
199
rr
l'
"
1,
I..i..
Т1
11
lL...
11
"
I.J
Ярмо
rr
l'
11
4f
1,
I..i..
Ярмо
Т1
/1
11
11
.iJ а)
Ярмо
l'
ярмо
5)
Рис 5 3 Расчетнu схема для режима 2 (насыщен стержень, а ярма Не насыщены)
= Н д , + I!.Н д = HB,(I +I!.Нд/Н д ,) =Hдsk,
(52)
rде Н AS средняя напряженность на длине датчика, Korдa насыщен
весь маrнитопровод. т е в режиме З, k = 1 + I!.Н д / Н д , козффици
еит, характеризующий увеJШчение среднем напряженности ИЗ за Toro,
ЧТО ярма не насыщены, т е в режиме 2 ПО сравнению с 3
Аксиальная составляющая напряженности маrНИТноrо поля ЦИЛИНД
рической обмотки определялась как для мНоrослойной катушки ПО
формуле
200
Hz (zM,PM) = ; Rv; Rv РмСО' а
211'тА v=l О R +pk 2RJ.PMcosa
О,5А ZM
х (
J (z M O,SA) '+ R + p.if 2R v PMco' а
O,SA +zM )
+
2 2 2 I
J (ZM+ O,SA) + Rv+ PM 2R.PMcOS а
(5 З)
rде '11' w ТОК И ЧИСЛО ВИТКОВ обмотки, т число слоев, Rv ра-
диус v-ro слоя, А Высота обмотки, РМ = r расстояние датчика
от оси обмотки
Формула (5 З) получена на основе [48, с 29З 295] Анализ резуль
татов расчета на цифровой ЭВМ среднеи напряженности по (5 З) и (5 2)
показал, что толщина обмотки В в интервале варьирования (5 1) лрак
тически не оказывает влияния на значение Н д
Зависимость относительной величины = H As / Н к . rде Н К = 'Ilw/ А
удепьная МДС обмотки, от варьируемых факторов D/ А, а/А, _/ D при-
ведена на рис 5 4 Зависимость козффициента k = нд! HдS от факто
ров Lf А. D/A, а/А, r/D илпюстрируется кривыми рис 5 5
Кривые на рис 5 4 и 5 5 обпадают особенностью они не пересек а
ются при изменении факторов в днапазонах (5 1), т е значения и
k однозначно определяются значениями o и ko при _/ D = О, которые
соответствуют установке датчика на оси обмотки Кривые на рис 5 4
и 5 5 достаточно точно описываются эмrшрическими формулами
= o +F, ( o)(r/D)',
(54)
rne
F, ( o) '" 1/0,9ЗЗtg(I,64З о),
k = ko F, (ko)(r/D)',
(55)
rne
I I5(k O 1)' приl<kо<I,I,
F, (ko) '"
З(k о 1,05) при ko;;' 1,1
Маrнитное попе на оси обмотки и значения o и ko рассчитываются
аналитически (см, например [49]) Максимальная лоrрешность расче
та при ИСпользовании (54) и (5 5) по сравнению с расчетом на цифро
вой ЭВМ по (5 З) и (5 2) не превышает 1 % Обычное представление
зависимостей и k в виде полинома факторов, получаемоrо с п мощью
полноrо факторноrо эксперимента на ЭВМ. Дает существенно б6льщую
максимальную поrрешность
Указанная высокая точность представления результатов расчета
достиrается блаrодаря использованию прииципа сочетания аналитичес
201
Рис 5 4 Влияние на сиrнал
датчика радИa1JЬНОro располо-.
жении '/ D, ОТИОQtтельной Дпи
ны а/А, reометриЧеСКИХ раз
меров обмотки трансформато
ра D/ А в режиме 3 (насыщен
весь маrнитопровод)
Koro расчета при rраиичном
значении параметра (, j D =
= О) с поспедующим введе
IIИем поправки в функции
от этоro пара метра Расчет
маrlПlТноrо ПОЛЯ на оси об-
мотки представляет со
бой аналитически решае
мую по рождающую задачу,
0,1 а rjD малый параметр
Таким образом, прин
цил обобщеlПlЯ резупыатов исследований, используемый в настояшей
работе, нашел применение и в расчете полевой задачи
По значениям и k определяется средняя напряженность на длине
даТtUlка при заданном удалении ero от оси обмотки
Н д , = /I" Н д = Ц /I'
(56)
k НА/Н'"
1,00
0,1
O,Z
O,J
Рис 55 Влияние На сиrнал датчика радиальноrо расположении '/ D, относитель-
НОЙ длины а/ А reoметриЧеСКИХ размеров обмотки трансформатора D/ А и отно
сиТеЛьной высоТЫ окна маrнитопровода L / А в режиме 2 (насыщен стержень. а
ярма не насыщены)
202
Рис 5 6 Установка датчика напряженности
и коэффициент
MA= "'A =I'WS k (57)
JJJ. о д д А
Из рассмотрения крнвых на рис 5 4
и 5 5 можно сделать вывод, что целе
сообразно использовать короткие датчики (ajA < 0,5) и уста
навЛИвать их не в масляном канале, а на внешней поверхности стержня
(r j D = тах) в отверстия между ступенчатым сечением стержня и изо
ля ионным цилиндром (рис 5 6) При зтом козффициент М д в мень
шеи степени зависит от изменения маrнитноrо состояния маrниroпрово
да (k = тzп) и от тoro, по какой обмотке, расположенной на данном
стержне, протекает намаrничивающий ток (наименьшее влияние п/ А)
НапряжеЮlе Ид на сопротивлении R H наrрузки датчика, имеющеrо
сопротивление R A и индуктивность L A , связано с ТOKOM'JJ. соотноше
нием
R H
U дP M p
д L /I'= /I' = D A /I"
p+l Д
R H + R A
(58)
: : Dflp; t;Ф:r. ;:Ь: :П :' : ж е;';яСИкМ: ;: :::':'
звену
Способы построении устройств дифференциam.иой защиты с д81Ч11-
ками напряжеииос1И Основным функциональным элементом любо
ro устройства дифференциальнои защиты является блок сравнения
(ЕС) Принцип выполнения ЕС определяет требования к датчикам
и характеристики устройства защиты в целом При использовании дат
1UfKOB напряженности сравнение сиrналов в БС может осуществлять
ся следующими способами
1) непосредственное сравнение MrHoBeHHbIx значений выходных
напряжеlПlЙ всех датчиков схема с уравновешенными напряжеlПlЯМИ,
2) аналоrоное торможение дифференциальноrо реле любоrо типа,
подключенноrо к датчикам тока, от датчика напряженности,
3) блокировка защиты любоrо типа от релейноrо блокнрующеrо
opraH3, подключенноrо к датчикам напряженности в трех фазах через
схему ИЛИ,
203
IL)
Рис 5 7 Способы подклюЧеНИЯ датчика напряженности к устройству дифферен
циальноА защиты
4) дискретное торможение диффере/щиальноrо реле в Иlrrервалы
времени коrдз маrнитопровод Насыщен
на основании приведенноrо выше анализа датчика напряженности
можно дать сравнительную оценку перечисленныx способов
В способе 1 ДЛЯ отстроики от режимов с насыщением маrнитопро
вода трансформатора требуется балансировка датчиков тока с датчи
КОМ напряженности ВЫПОЛНЯЮЩИМ функцию датчика нзмаrниtUfВаю
ще Ор:О пользовании линеиныx датчиков тока (воздушные rрансфор
маторы трансреакторы трансформаторы тока с зазором) для обес
печения балансировки требуется применение линеиных последователь
ных корректирующих звеньев (К/ КП КД на рис 5 7 а) Корректи
рующие звенья следует рассtПfтывать таким образом чтобы эквивалент
ные диффере/Щизльные операторы реализуемые корректирующими
звеньями и соответствующими датчиками ТОКОВ приведенных к од
"ому tUfслу ВИТКОВ бьти одинаковы Для п-обмоточноrо rрансфор
мзrора
D)Dk)
D.DK' = DnD K Д D
(59)
rде D n D n и] НОМ k n ТпР оператор датчика тока'п приведен
и пном Т п р+l
HOro к обмотке 1 D д оператор датчика намаrничивающеrо тока
(58) D K ) D K . D K Д операторы корректирующих звеньев
204
Условие (5 9) выполняется в частности
D n
D Kn
т/
D.
D K Д / I = О 1
(5 10)
Поскольку D n содержит переменныи коэффнциент М д то баланси
ровка может нарушаться Для отстроики от напряжения небаланса
требуется заrрубление реаrнрующеro ортана Заrрубление МИнималь
но при тороидальнои конструкции маrнитопровода а при обычно и
конструкции оно тем меньще чем меньще D/ А и больще L/ А
В патенте CIIIA предложено иСпользовать трансформаторы тока с
замкнутым маrнитопроводом которые предполаrаются идеальными
т е D. = k. и датчики напряжениости в режиме близком к дифферен
цирующему звену r е D n = МдР Тотда по (5 ) О) при I = 1 операторы
корректирующих звеньев D K . М д Dк.д k./p Оператор Dк.д реа
лизуется с помощью активноrо интеrратора Недостатком 3Toro предло
жения является значнтельное нарушение балансировки датчиков при
насыщении трансформатора тока апериодическои составляющеи HaMar
ничивающеrо тока и необходимость вследствие 3Toro большеrо заrруб
ления реarирующеrо opraHa чем при ИСПОльзованни линеиных датtПfков
В способе 2 как и в способе 1 требуется балансировка датчиков
однако требования к балансировке значительно ниже В этом способе
следует обеспечить выполнение условия (5 9) при МИНИмальном значе
нии М д соответствующем режиму насыщения Bcero маrнитопровода
Увеличение М д не мОжет привести к ложному срабатыванию а вызо
вет лишь замедление срабатываЮlЯ } строиства защиты при наложении
BHyтpeHHero повреждения на режим вызвавщии насыщение маrнито
про вода
Способ 3 (рис 5 7 б) реализуется проще чем способы) и 2 так как
не требуется балансировка датчика напряженности Однако он приво
дит К задержке срабатывания дифференциальнои защиты при выше
указанном наложении режимов
Способ 4 обеспечивает наибольшую чувствительность и быстроден
СIВие при минимальных требованиях к точности балансировки ди
СКреУные торможные импульсы формируются только в моменты на
сыщенноro состояния маrнитопровода специальнои пассивнои схемои
один из вариантов которон показан на рис 5 8 а Ложное срабатыва
ине от намаrничивающеrо тока преДотвращается прямоуrольными
тормозными импульсами и т максимальное значение которых пропор
ционально аМIШитуде напряжения И д датtПfка напряженности ДН В мо
менты ненасыщенноrо состояния маrнитопровода и т О и сиrнал в реа
rирующем орrзне РО пропорционален току повреждения т е намаrни
чивающии ток не оказывает влияния иа чувствительность и быстродеи
ствие защиты
205
II. A t
I\ f\ 1\ f\
\1 \J \j \j
II.c t
II. т tп Ппп
5)
Рис 5 8 Формирование тормозных импульсов от датчика напряженности
а схема б ощиллоrрамма
Полная дифференциальная защита с трансформаторамн тока вво
ДОВ И датчиками напряженности обладает структурнои отстроикои ОТ
режимов С насыщением матнитопровода трансформатора Отстроюса
ОТ ТОКОВ небаланса обусловленных реrУЛИРОВ31Пfем напряжения ПОД
наrРУЗКDН должна осуществляться обычным способом например roрмо-.
жением выпрямленными токами плеч Это оrрЗlПftUlваеr минимальныи
ТОК срабатывания значением тоКа небаланса при максимальнои наrруз
ке если Не прнменять усrРОИСIВ3 самонастроики
5.3 УСТРОЙСТВА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
С ДАТЧИКАМИ ПОЛЯ РАССЕЯНИЯ
Анализ извec'пIыx устройств При витковыx замыканиях в оБМDТ
ках трансформатора ТОК ВВода ВО MHoro раз меньше тока в ПDВреж
денных витках от KOToporo завИСИТ быстрота и объем разрушеlПfЯ
трансформатора Позтому дифференциальные защиты трансформатора
в ТОМ числе и полная использующие 'внешнюю информацию о со
стоянии трансформатора от ТТ на вводаХ имеют орrаническии недоста
ток относительно невысокую чувствительность к К3 в обмотках
Для устранения этоrо иедостатка желательно фиксировать непосред
206
ственно ток в точке повреж;цения или эффекты создаваемые этим то
КОМ ОДIПIМ из таких эффектов является резкое изменение картины
поля рассеяния
Фиксация изменения картины поля рассеяния и формирование рабо
чеrо сиrнала осуществляются с помощью индукционных датчиков вы
полняемых обычно в ВИде ПЛОСКИХ нз мерительных катушек Место ус
тановки датчиков поля рассеяния н схему их включения в защите целе
сообразно выбирать такими чтобы обеспечивалась структурная от
строика защиты от режимов неповреж;ценноro трансформатора
Устроиства защиты от внтковых замыкании с Испопьзованием дат
tUlKOB поля рассеяlПfЯ устанавливаемых вне активно и части трансфор
матора (на внутреннен поверхности бака или кожуха) предложены
и исследованы А Ф fareHoM в Челябинском полнтехническом институ
те Разработанные им устроиства установлены в опытную ЭКСIU1уата
цию на трансформаторах малои мощности В первоначальном вариан
те устроиства предиазначенном для Р3 трансформаторов с симметрич
ными обмотками имеющими равномерное распределение намаrничи
вающеи силы по высоте обмоток использован один датчик на фазу
устанавливаемыи на стеНке бака напротив середины высоты обмоток
В усовершенствованном варианте притодиом для Р3 трансформаторов
с любым распределением намаППfчивающеи силы вдоль ВЫСОТЫ обмо
ток Использованы два дaTtUlKa на фазу смещенные Apyr относительно
Apyra по высоте и сбалансированные в рабочем режиме с помощью схе
мы сравнения В обоих вар нант ах обеспеtUlвается структурная ОТ строи
ка от внешних К3 и БИТ Недостатком этих устроиств является нали
tUle мертвои зоны вблизи середины высоты обмоток
СТРУКТУОНОН отстроикои обладает разработанная в США защита от
внутренних К3 шунтовых реакторов и трансформаторов использую
щая две последовательно включенные катушки охватывающие каж;цая
соответственно верхнее и IПfжнее ярма маrнитопровода НапряжеlПfе
на выходе двух катушек пропорционально разности потоков рассеяlПfЯ
замыкающихся между ярмами При вИтковых замыкаlПfЯХ напряже
lПfе каждои катушки возрастает но их разность может быть недоста
точна для срабатывания защиты при витковых К3 в среднеи частн рабо
чих обмоток т е защита имеет мертвую зону
Устроиство Р3 трансформаторов разработанное в Японин использу
ет индукционные датtUlки установлениые меж;цу первичнои и вторич
нон обмотками н на поверхности стержня маrнитопровода Устроиство
имеет мертвую зону в середине высоты обмоток
Аварииныи сиrнал измерительнои части Р3 тем больше чем ближе
расположены ДатtUlКИ к повреж;ценным виткам Поэтому большеи
чувствительностью обладают защиты с датчиками встроенными в ак
тивную часть трансформатора а не установленные на баке Однако та
кие защиты MOryт быть реалнзованы если НХ разработку проводить
на стадни проектирования трансформатора
207
Рис 5 9 Варианты схемы измерительной обмотки
И,мерительный преобраэователь ДЛII подклIOЧeIПlll реле эaщиrw
Измерительныи преобраЗОВIlТель с датчиками поля рассеяния вблизи
поверхности маrнитопровода для ВыПОлиения высокочувствительиои
РЗ трансформатора не имеющеи мертвои 'оны разработан автором
в содружестве с ПО Запорожтраисформатор
rлавиым зпемеитом преобразователя является измерительиая об
мотка не охватывающая маrнитопровод и размещенная меЖдУ ero
стержием и рабочими обмотками иапример иа внутреинеи поверхности
иэоляционноrо цилиндра (барьера) Измерительная обмотка состоит
из rтоских измерительиых катушек соединенных в две rруппы Каж
дая rруппа структурно отстроена от потоков рассеяния неповреЖдеи
Horo трансформатооа Обе rруппы смещены друr относительно друrа
в аксиальиом направлении причем измерительные катушки каЖдОИ
[руппы расположены иесимметрично отиосительио среднеи части рабо
чих обмоток защ.ищаемоrо объекта чем и обеспечивается отсутствие
мертвои зоны Обе rруппы катушек раздепьио поключеиы через на
208
строечные потенциометры к входам промежуточноrо устроиства
максИ селектора или сумматора модулеи сиrналов
На рис 5 9 Показаны варианты измерительноrо преобразователя
в котором балансировка катушек в каЖдОИ rруппе осуществлеиа без
применения настроечноrо потенциометра Две rруппы 1 и 2 измери
тельиых Кdтушек смещены друr относитепьно друrа в аксиальиом
направлении и помещены между стержнем маrнитопровода и рабочи
ми обмотками траисформаrооа rруппа 1 состоит из измерительных
катушек 5 и 7 rруппа 2 из И.;Jмерительных катущек б и 8 В каждои
rруппе может быть и бопьше чем две измеритепьиые катушки все ка
тушки 5 8 крепятся на конструктивном эпементе 9 в качестве кото
poro может быть использован например изоляционныи цилиидр
(барьер) объекта Эпемент 9 и катvшки 5 8 показаны в развертке
rруппа 1 и 2 подключены к входам сумматора модулеи сиrиалов со
стоящеrо из двух выпрямитепеи 3 и суммирующеrо элемента 4 К вы
ходу сумматора подключается быстродеиствующии реаrирующии ор
raH (на рис 5 9 не показан)
Схемы приведениые на рис 5 9 а 2 отличаются друr от друrа
80 первых, способом соединения измерительных катушек в rруппы 1
и 2 иа рис 5 9 а в измерительные катушки 5 и 7 б и 8 соедииены
последоватепьно встречно на рис 5 9 б 2 последовательио соrлас
но во-вторых расположением каждои rрУППЫ измерительных кату
шек относительно среднеи линии N N рабочих обмоток защ.ищаемоrо
объекта иа рис 5 9 а 2 измерительные катушки однои rруппы рас
положеиы по одиу сторону от линии N N на рис 5 9 б в по разные
стороиы
Выбор конкретных пара метров измерительных катушек способа
соединения расположения относительно линии N N и rеометрических
размеров зависит от распределения радиальнои составпяющеи мar
нитнои иидукции по поверхности катушек 5 8 Эти параметры выби
раюrся такими чтобы напряжение каждои rруппы катушек в рабочем
режиме объекта бьшо близко к нулю Измерительные катушки 5 и 7
6 и 8 соедиияются встречно как иа рис 5 9 а в еспи знаки их поток о
сцеплении одииаковы и соrПасно как на рис 5 9 б 2 если знакИ их
потокосцеплении разные В свою очередь потокосцепление измеритель
нои катушки зависит от конструкции рабочих обмоток трансформа
тора Расчет распределения радиальнои составляющеи маrнитнои индук
цни по поверхности катушек при пюбои конструкции рабочих обмо
ток выполняется цифровои ЭВМ по подпроrрамме FOC разработаниои
и используемои в ПО Запорожтранформатор
Напряжение каждои rруппы измерительных катушек близко к нулю
н в друrих режимах неповрежцениоrо трансформатора иапример при
внешних К3 и бросках иамаrничи:вающеrо тока Позтому близок к иу
лю выходнои сиrнал измерительноro преобразователя так как он про
порционален сумме модулеи двух напряженин близких к нулю
209
l
I I
I I
I I
: I
I I
I I
I I
J
1
а)
п g=зс:: ея ойство РЗ трехфаЗноro трансформатора с измери
о)
При КЗ в любои точке любои обмотки трансформатора и лоявле
нии короткDз3мкнутыx ВИТКОВ картина маrниrноro поля в "ростра"
стве меЖду стержнем маrНИI0ПроВОда и рабочими обмотками суще
ственно изменяется н напряжение На выходе измерительноro преобра
зователя резко возрастает Существует возможность тoro что при К3
в какои либо точке обмотки напряжение однон rруппы измеритель
ных катушек останется блИЗКИМ к нулю Однако блаrодаря смещению
в аксиальном направлении двух rрупп катушек напряжение второ"
rруппы при ЭТОМ резко возрастает и следовательно возрастает напри
жение на выходе измерительноrо преобразовзтеля К выходу измери
rельноrо преобразовзrеля подключено реле защиты которое срабаты
вает н подает сиrнал На отключение ПDвреЖденноrо объекта
210
1
I
I
Nr
I
L
T
"1
H
I
I
Рис 5 11 Прииципиальнаи
схема устройства РЗ с иэме
рительным преобразовате
лем д.пи трансформатора
ТДЦ-400000!ЗЗО
Приицилиальная схема
односисrемноrо устрои
ства РЗ трехфазиоrо тран
сформатора малои мощ
ности С равиомерным рас
лределением МДС ло вы
соте обмоток показаиа на
рис 5 1 О а В устроистве
одинаковые rруппы из
мерительных катушек
всех фаз соединены после
довательио для снижеJIИя
напряжения небаланса
Катущки в развертке
кажДОИ фазы ие пересекаются поэтому технолоrически леrко выполни
мы например из металлическои фольrи наклеиваемои на поверхность
изоляционноrо цилиндра или путем напьmения
Если требуется повысить точность балансировки катушек каЖдОИ
rруллы можно лрименять настроечные лотенциометры (JШ) лодкл....
чаемые к началу концу и промежуточнон точке каЖдОИ rруппы кату
щек как показано на рис 5 1 О б Выходы JШ всех rруил катущек лод
ключаются к одному максиселектору МС а выход МС к реаrирую
щему opraHY РО (рис 5 1 О в)
Пример выполнения измерительноrо преобразователя дЛя РЗ транс
форматора ТДЦ400000/330 Принцилиальная схема измерительноrо
преобразователя дЛя трансформатора ТДЦ400000/330 снеравномер
ным распределением ампер-витков по высоте обмотки показана на
рис 5 11 rде 1 4 плоские измерительные катушки нанесеиные на
внутреннюю поверхность изоляционноrо цилиндра 5 представленные
в виде развертки 6 промежуточное устроиство состоящее из настро
ечных потенциометров 7 и 8 и максиселектора 9 выход Koтoporo
подключен к реле защиты 1 О со стабилитроиом 11 для оrраничения на
пряжения Измерительные катущки соединены в дие rруилы] 3 и 2 4
смещенные друr относительно друrа в аксиальном направлеmm и под
ключенные р",здельно к входам промежуточноrо устроиства 6 В каж
дои rруппе катушки расположены несимметрично относнтельно сред
211
0,05
о 8 х , ТII 0,05
Рис 5 12 Эпюры радиалЬНоЙ составляющей индукuии в рабочем реЖИме с Номи
нальнымн токами в оБМОТКdХ
Рис 5 13 Эпюры Вх при ИВ3 В ВерХНеЙ полуобмотке ВИ
нен линии N N и включены последовательно встречно. так как знаки
потокосцепления в рабочем режнме у них ОДНнаковы что видно из
рис 5 12 Такие же измерительные преобразователи установлены в фd
зах В И С Они Moryт быть подключены параллельно к одному реле за
ЩИТЫ 1 О ВоЗМО)t"IIО также последовательное соединение одинаковых
rрупп катушек всех фаз и подкпючение двух трехфазиых rрупп к од
ному максиселектору с двумя входами
на рис 5 12 по казаны эпюры радиальнои составляющеи индукции
Вх на поверхности нзоляционноro цилиндра в рабочем режиме с номи
нальНыми токами в обмотках СJUlОшная кривая прн расчеТНbIХ reo
метрических размерах обмоток ИИ и ВИ, пунктирная при максималь
но возможном отклонении в 40 мм усадки обмотки ИИ от расчетнои
Показанное на рис 5 12 расположение измерительных катушек 1 4
их схема включения и rеометрические размеры обеспечивают нулевои
сиrнал измерительноrо преобразователя внеповрежденном ТРdю..форма
торе при расчетных rеометрнчеlКИХ размерах ero обмоток Сиrнал не
баланса. вызванныи теХНОЛОfическнми отклонениями. можно при не
обходимостн скомпеисировать потенциометрами 7 и 8
Иа рис 5 13 показаны эпюры Вх прн неполных Витковых замыка
ииях (НВ3) в разных точках верхиеи полуобмотки ВН Неполиое вит
ковое замыкание между двумя параллельными проводамн из шести
характеризуется минимальными значениями токов Ниже приведены
дJ1я каждой кривои рис 5 1 3 значения ординаты точки замыкания.
212
Рис 5 14 ЗависиМосТЬ напряжения На ре и т ,8
ле от ординаты ИВЗ 10
считая от Bepxнero края обмотки
ВИ, в долях высоты полуобмот
ки ВИ, и значения тока в сети в
проценrах номинальноro тока
траисформатора
Ордината ТОЧКИ НВЗ УНВЗ. 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9
ТОК НВЗ % [иом 108 4,6 3,9 4,6 10,8
На рис 5 14 построеиа зависИмость иапряжения иа реле и р от ор
ДИнаты точкн ИВЗ Расчет напряжений каЖдОЙ из четырех катушек вы
полнился на основании эпюр Вх по формуле
и, = ",w/, f Bxdh,
!:.h
rAe l ::; 1 4 номер измерительной катушки. w = 2 ЧИСЛО витков,
/, !:.h ширииа и высота катушки
Иdпряжение I И 1 изl выходной сиrнал первой rруппы измеритель.
ных катушек 1 и 3, IU, и41 второй rруппы катушек 2 и 4, ист
иапряжеиие стабилизации стабилитроиа 11 (см рис 511)
ир=mах{lи, изl, IU' U41I, ир.;;и ст
Прнменение двух rpynn измерительиых катушек, смешенных в 8К
сиальном направлении, и максиселектора обеспечивает отсутствие меру.
вои зоны у измерительноro преобразователя
Из рис 5 14 следует, что дня обеспечеиия чувствительиости к НВ3
релейнои защиты с рассматриваемым измерительным преобразовате
лем напряжение срабатывания реле не должно превышать 3 В Напряже
ние небаланса при максимально иеблаrоприятном отклоиеиии усадок
обмоток от расчетных при номинальном токе составляет 2,1 В Чтобы
обеспечить отстрой К) от напряжения небаланса при виешнем КЗ, иеоб-
ходимо скомпенсировать сиrнал небаланса при настройке защиты по
тенциометрамн 7 н 8 нли использовать реле 10 с торможением от то
ков тт
Измернтельнын преобразователь с настроечиыми потенциометрами
может использоваться дJ1я контроля деформации обмоток по значе
нию выходноrо напряжения в рабочем режиме, т е служить целям
днаrНОСТИРОВ8ЮfЯ
Описанный измерительный преобразователь обеспечивает IOOo/o-ную
защитоспособность н предельное аппаратно реализуемое быстродейст
вие РЗ Он может быть использован для зашИТЫ сwювых трансформа
213
торов и реакторов любоrо типа и конструкции т е по принципу деи
ствия он УЮfВерсален являясь индивидуальным для объекта каждо
[о типа Поэтому проектировани:е измерительнои обмотки должно
вестись одновременно с проектированием объекта защиты
54 ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА РЕАrИРУЮЩИЕ
НА ЦИРКУЛИРУЮЩИЕ ТОКИ В ОБМОТКАХ
В I 6 была Локазана Возможность создания РЗ трансформаторов
реаrирующен на циркулирующне тОкн в обмотках сокращенно ЗТЦ
защнта трансформатора включаемая на циркулирующни ток Защн
ты типа ЗТЦ обладают структурнои Отстроикои поскопьку во всех
режимах неповрежденноro трансформатора циркулирующие токи ма
лы что специально обеспечивается при конструировании трансформа
тора В ЗТЦ Moryт использОваться универсальные ТТ обычноro испол
нения и специальные тт выделяющие циркулирующим ток Универ
сальные тт встраиваются в трансформатор вблизн выводов присо
едннеиных к зазеМЛяющему контуру установка специальных ТТ (дат
чиков циркулирующеrо тока) u;елесообразна в узлах обмоток нахо
ДИIIDIХСЯ на высоком потеJЩИале с передачеи информации на потен
циал земли по беспроводному каналу
Ниже рассматриваются варианты ЗТЦ дЛЯ трансформаторов различ
ных типов разработанные автором при участии сотрудников ПО За
порожстрансформатор' и ВИТ
УстроЙС1Ва ДЛЯ релейной эащнты СИПоВоrо траисформаroра имею
щero обмотку с вводом в середину Обмотки вышеro напряжения
современных СИЛовых трансформаторов 150 кВ и выше ВЫПолняются
с вводом в середииу т е обмотка состоит из двух полуобмоток рас
Положенных коаксиально и симметрично на одном стержне имеющих
противопопожные направления намотки и вкюченных параллельно
При симметрии всех обмоток трансформатора и маrнитнои Системы от
носителъно середины высоты обмотки с вводом в середину циркули
рующни ток в контуре попуобмоток равен нулю во всех рабочих режи
мах при внешних КЗ и при бросках намаrничивающеrо тОка блаrода
ра равенству токов верхнеи и НИжнеи полуобмоток При КЗ в пюбых
обмотках в точках не находищихся cTporo в середине их Высоты ра
венство токов полуобмоток нарушается из за ВОзникновения циркулн
рующеro тока в контуре полуобмоток Для фиксации циркулнрующеrо
тока может быть ИСПользована схема поперечнои дифференциальнон за
щиты рис 5 15 с датчиками тока 1 и 2 установленными на выводах
полуобмоток и реаrирующим орrзном Подключенным к выходам
датчиков через Суммирующии элемент 3 в котором сиrналы указан
иых датчиков вычитаются
Однако обмотки трансформатора не Moryт быть ВЫПОПнены CTporo
симметричными относнтельно середины высоты обмотки с вводом в
214
Рис 5 15 Защита типа ЗТЦ трансформатора имеющеro обмотку с ВВОДОМ в сере-
ДИН: б защита одной фазы в ОДНОOlстеМИaJI защита трех фаз
середину из-за различия конструкции обмоток разиых напряжении ои
З1lичия усадок продопьнои изоляции обмоток приводищих к разн
:сокости обмоток Маrнитиая система трансформатора при ее иасы
щенин во время БИТ тоже несимметричиа Отмеченная оСОбеННОСТ:
таисформатора приводит к необходимости заrрубления реаrирУЮЩ
r орrзна ПО услонию отстронки от тока небаланса, что приводит :и
жению чувствительности защиты и увеличению мертвои зоиы
середины высоты обмоток
215
Циркулирующии ток небаланса в однофазной схеме рис 5 15. а, б.
обусловленный разновысокостью обмоток трансформатора, в СООТф
ветствин с (1 34) пропорционален току фазы
] ) =tk]ф =Н(!1 +],), (511)
rде k коэффициент, пропорциональный относительной разнQ8ыо--
КОСТИ обмоток, знаК + или определяется знаком разиовысокости,
lф = Ь + Ь ток фазы. равный сумме первичныx токов датчиков 1 и 2
Циркулирующии ТОК небаланса нулевой последовательности в треХ ф
фазной схеме рис 5 15. в
с с
! ) = Е lШ = Е (:tk,)!ф,.
,=А ,=А
(5 12)
тде ] = А. В. С индекс фазы
Если во всех фазах трансформатора оТносительная разновысокость
обмоток одинакова, т е kA = k B == kc ==х k, то
с
] ) =Н Е lф, =fk (1, +!,).
,=А
т е получили то же соотношение, что и ДЛЯ однофазной схемы
Формирование снrнала, компенсирующеrо ТОК небаланС8 в рааrирую-
щем орrаие ВО всех режимах неповрежденноro rрансформзrора,/комп ==
== /нб. осуществляется схемой, состоящей ИЗ суммирующеrо элемента 4,
блоков настройки б, 9, 11 и блока сравнении 5, реализующей сооТно-
шение (511) на рис 515. а, б и (512) иа рис 515. в Блок настрой-
ки моделирует коэффициент t k, и состоит. например. из потенцио-
метра с переключателем полярности Реrулирование блока настройки
производнтси во времи опытов К3 иЛИ в рабочем режиме трансфор-
матора Блок сравнения осуществляет компенсацию тока небаланса
н состоит, например, из рабочей н тормозной систем
Устройство с компенсацией тока небаланса помимо cBoero ОСНОВНО
ro назиачения в РЗ трансформатора может испОЛьзоваться для диаrно-
стировавии деформалин обмоток трансформатора оосле внешних К3
Схема односистемной защиты рис S 1 S, в с двумя датчиками тока,
установленными в цепях нейтралей полуобмоток, может быть упроще-
на путем исПОЛьзования ДЛЯ компенсации такой же схемы, как на
рис S 1 S, а Компенсация будет точной при одинаковой разновысокос-
ти обмоток во всех фазах При различной разновысокости отстройка
от недокомпенсированпоrо небольшоrо небаланса осуществляется
соответствующим выбором уставки реаrирующеro opraн. Упрощен-
ная схеМа может быть эффектнвно применена для защиты блочных
трансформаторов блаrодаря ннзкому уровню ТОков внешнеrо КЗ, ес-
216
)1tj1 )1
а)
5)
Рис 5 16 Рабочие цепи эащиты типа зm с расширенной зашищаемой зоной
а, б 38111Ита одной фаЗы, в односистемная зашита ТреХ фаз
ли рассматривать срабатьmакии защиты при К3 между трансформато
ром и rеператором блока как долущенные
Одиосистемиая защита с установкой датчиков тока в цепях иуле-
вых выводов (включаемая иа циркулирующий ток нулевой последов а
тельности) лолучила название 3111Н Пример вылолнения 3'IЦН дЛИ
трансформатора 111-300000/220 лриведен ниже
Рассмотренные устройства не реаrируют на КЗ вне обмоток, напри
мер иа вводе трансформатора Чтобы включить вводы трансформатора
в защищаемую зону, достаточно один из двух датчиков тока устано
вить на вводе, как локазано на рис 5 16. а. б Коэффициент передачи
этоro датчика должен быть в 2 раза меньше, чтобы обеспечивалась ба
лансировка датчиков в установившихся режимах неповрежденноrо
т аисформатора Чтобы балансировка не нарушалась в переходных
жимах с апериодической составляющей в первичных токах, следует
217
IIрИ ИСПОЛЬJоваllИИ "роходных тт оБыиоrоo ИСlIолнения в качестве
датчиков Тока стремиться к ВЫIIОЛllеllИЮ IIриведенtlЫХ нИже СООПIO
ше нии
Из условия ровенетв. индукции в ТА 1 и ТА2 (В, = В,)
RI R 2
f/,d/= fl,dl
Wl Q) l\2Q2
rде 1) = 12 И 2 = О 5 Н) 110 условию БJJIJIiСИРОВКИ В YL таllовиВшем
ся режиме слеДОВJтелыlO
R,/R, =2Q,/Q,
(5 13)
Из УСЛОВИЯ pJBCIiCTBJ IIJllряжеllllОСТСИ оБУСЛОВЛСlIIlЫХ JllсрИодичес
КОИ СОСТJВляющеи IJСРВИЧШ)JО TOKJ (111 а =Н2а)
1,/1, =05/,/1, те 1,/1, =2
(5 14)
в IIривсдсIllIыx соотношеllИЯХ Q I н R соответствснно flЛОЩJДЬ
lIOIIсреЧНОI о сечсния МJПIИТОllрОВОДJ. СI О срсдняя ДЛИНd I.fИtло вит
ков вторичнои обмотки и СОllРОТИВЛСНИС вторичнои ЦСIIИ ТТ ИIIДСКt 1
относИтся к ТА! УtТdНОВЛСtlНОМУ 11<1 ВВОДС ИilДекt 2 к ТА2 YCTJ
lIовлешюму в ЦСНИ IIОлуобмотки
ОТКЛОНСНИС ОТ tООПЮШСllИи (5 13) (5 14) IIРИ8сдет к IIOЯВЛСIIИЮ
ОДllOllOЛЯРlюrо переходноrо ТОКа tlсБJЛdllLJ Для ИДСIIТИФИКJЦИИ рсжи
Md В :JTOM СЛУtlJе может lIотреБОВ<lТЫ..,я "РИМСllение устроиств pdCllOJHJ
ВdНИя d "ри IIевысоких требов<шиях к быстродсиствию JJIl1ИТЫ HOLTJ
ТОЧIIО установить реле с НТТ
На рис 5 16 в IIривеДСНJ CXCMJ ОД"ОtистеМIIОИ 3JЩИП I ОХВJТЫ8JЮ
щеи JdЩИIl1JСМОИ 30ll0И ВВОДЫ ВВ ТрJIIlфпРМd10РJ ври ИХ 3JМIIКJllИИ
"d JСМЛЮ
Пример ВЫПолнення ЗТЦН ДЛЯ траисформатора ТЦ 300000/220
В JdЩИТС ИtllOЛЬЗОВdlЮ ССрИИIIОС рслс Д3Т 11/3 tO lllИЖСНIIЫМИ Иlщук
ЦИСИ И МДС' Ср.1бdТЫВJIIИЯ 3J l'ICT IIСрСЮIЮ 1 IСIIИЯ ВЫХОДIIOI О рсле РТ 40
со 124 витков н.! 1I01IIIOC ЧИСЛО витков вторичнои обмотки "'2 = :200
d LОllротивления R ш t 200 IIа 124 виткd При этом МДС' <"РJБJТЫВdllИН
МОЖСТ быть LIIИЖСНd НО 40 А КОJффИiЩСIIТ ТОРМОЖСIIИН IIРJктиtlСLКИ
не ИзмеllЯСТLЯ IIрИ УIЛС СДИИIJ фJJ между рJбочим и TOpMOJlIMM Юk. I
МИ близком к нулю J IIрИ YI Л JX 6JIИJКИХ К 900 peJKO LIIИЖJСТОI
Для 80ЗМОЖНОLТИ ИСIIOЛЬЗОВJIIИН МJКСИМJJIЫlOrо IIИСЛJ ВИтков рJбо
чих обмоток и рdЗНСlIСIIИЯ ТОРМ()JIIОИ обмотки JlJ НВС ЧJ<.. ТИ в реЛС BII
1101111ЯЮТLЯ IIСРСКЛЮIfСIIИЯ IIOLlIC которых lXCMJ релс rюк 13 1111 111
рис 5 17
C'XCMJ 3JII1И rIJI IIOKJ3dllJ 11.1 рИ<.. 5 1 R В тр III<"фОРМJТОре nl OOO00/220
НУЛСВblС 8ЫВОДЫ IIОllуобмоток 8III<"I!JCIO IIJllРЯЖСIIИЯ оБЪСl{ИIIСIIЫ Н от
НСЛЫlые IIСИТрали и В КJЖДУIO ИЗ IIИХ BLТpOCHЫ ТРJllLфОРМJТОOlI ток 1
218
0123456 33195
135791113 511 6
(18)(24)
1211
[8 Ш НА
w2
10
5 7
Q.--....../
Ри,- 5 17 ('XCMd pl.ЛС ilЗТ 11/3 "01..11'" ПСpl.КЛЮЧI..ННЙ обмоток
Ри(. 5 18 Сх",мз з.НШПII ЗТШll Рdlкформ.lТОРd ТН 100000/220
219
типа ТВТ-35 (ТА 1 и ТА2) К этИм траисформаторам тока подключеиа
рабочая обмотка реле, ток в КОТОр>Й щюлорционалеи разности ТОКОВ
нейтралей полуоБМQrQК циркулирующему току нулевой лоследова
тельности
При Ijдеальной симметрии обмоток и маrЮlТолр>вода ТОКИ в ней
rралях одинаковы, их разность равна нулю и реле не работает во Всех
режимах неповрежденноrо трансформатора нормальном режиме, внеш
IDIХ КЗ, бр>сках Н3М3ПDlчивающеrо тока, лереВозбуждении В реЖИ-
ме внутреинеro К3 в любой обмотке появляется ЦИРКулирующий ток
в контуре лолуобмоток ВН, который выделяется трансформаторами
тока нейтралей и попадает в рабочую обмотку Реле срабатывает К К3
на ВЫВодах заЩИТа иечувствительна, так как при этом не нарушается
симметрия
В действительности обмотки ВН н НН трансформатора имеют не
большую разновысокость, а MarlDlTonpoBon не симметричен по ОТНО
шеlDlЮ к обмоткам Это ВЫЗыВает ток небаланса В рабочей обмотке,
отстр>йка от KOTOp>ro определяет ток срабаТhlвания защиты
Для Повьnuения чувствительности защиты применено торможение
от токов обмотки высшеrо иапряжения тех двух фаз, у коТорых раз-
НОвысокость обмоток ВН н ЮI больше, чем у третьей Поэтому тор-
мозная обмотка реле Д3Т разделена на две части При соответствую-
щем выборе тормозиых витков w; н W (см IDIже) тормозная мдс
коллииеариа рабочей мдс реле при внеШИих К3 и торможеиие эффек
тиВно
р а с ч е т пар а м е т р о В з а Щ и т ы Начальный ток срабатыва
нНя выбнрается по условию отстр>йки от тока небаланса при однофаз
ном К3 На стор>не ВН в фазе с МИнимальной несимметрией об-
моток
Измерениями в опытах К3 установлено, что зиакн разновысокоети
обмоток во всех фазах траисформатора Щ 3ОООО0{220 одниковы,
а относительные зиачеlDlЯ тока небаланса соответственно составляют
k A = lиБА{lфА = 0,66 10 ', k B = 1,18 10 ',
kC=I,044 10 '
Минимальиая неснмметрия в фазе А
Ток однофазиоrо К3 иа стороие НИ при х;; = О 25 (Х с = х;;Unн/ Sr НОМ=
= 0,25 242'{250 = 58,5 Ом) ,
и к = 12,43% (х т = и к % U H/(IOOST НОМ) = 0,1243 2<12',300 =
= 24,2 Ом)
l 1) = v'3' ивн
Х,1: + Х,1: + Х о 1: (585+ 24,2) 2 + 24,2
v'3'242
= 2,21 кА
220
Разность токов нейтралей ток небалаиса в защите
lиБА = kAI I) =0,66 10 ' 2210=14,6А
Ток в реле при K 10 = 200
1 р = 14,6{2ОО = 0,073 А
С запасом принимаем ток срабатывания реле [с р = 0,1 А Количе-
ство витков рабочей обмотки при мдс срабатывания реле F с р 50 А
w p = F с р/ lс р = 50{0,1 = 500 вит
Принимаем W p = 495 вит
В ы б о Р т о Р м о з н ы х в и т к о в В любом режиме неповреж-
деииоrо траисформатора по (5 12)
lиб = kАlфА + kвl фВ + kсlфС =
= k A ([ФА +lфВ + lфС) + tJ,kвlфВ + tJ,kсlфС,
rдe
tJ,k B =k B k4 =0,52 10 ', tJ,kc=kc kA =0,384 10 2
При всех видах Виешиих К3 без соедииеиия с землей lфА + lфВ +
+ lфС = О Ток иебаланса
lиб = tJ,kвlфВ + tJ,kсlфС'
рабочая мдс реле
Ер = lИБWР/К[О
Тормозиая МДС при торможении от токов фаэ В и С стороиы НИ
(ТТ соедииеиы в звезду)
Ет = ([фвw;+lфСW ){К[
Условие несрабатывзния реле
Fp .. kTF T ,
[де k T коэффициент торможеlDlЯ реле, <:.пределяемы по тормо ной
характеристике при совпадеиии фаз рабочеи и тормозиои МДС (", о),
откуда
(tJ,kвIФв + tJ,kсlфс)"!2.. (lфВW; + lфс w;)
К[О К[
Чтобы F р и F т совпадали по фазе, необходимо обеспечит: 0:вН03:Ои
вую пропорциоиальиость коэффициентов перед lфв и lфС 221
::::,:: т:::и:;::, н::а С учетом коэффициента запаса k зап > 1 зто
W p AkB = k T w w p дkс k T w
К/О К;' =
ф в используемом реле wp = 495 вит, k T '" 1, козффициенты транс-
ор ацин тr К /0 200/1, К/ = 1000/1, позтому
= дkB =0,52 10 2 ! =12,9
k э8п k T К/О 1 200 '
= Llkc = 0,384 10 2 =9,5
k зап k T К/О 1 200
ро О;: ::: и:эа ,: 113 H 10круrлить полученные значения в сто-
Для торможени: реле' м жно Использовать ТОКИ ТТ На стороне ВИ
соединенных в треуroльник .
lBB = (lфВ lфс)/К/, lc. = (4с lфА)!К/
При К3 без соединения с земоей .!фА =lфВ + lфс, спедоватепьно,
lc. = (21фс + lфВ )/К/
Тормозная МДС
fT = .!В. w + .!с. w = I!фВ (w + w ) + lфс(2W w )]!K/
Усповие несрабатывания репе
;:. (дkв.!фВ + дkс.!фс) "
k
" к: [lфВ (w + w ) + lфс(2W w )]
Из эrоrо неравенствз получаем ДВа уравнения
W p l1kB ::: kT(W + w ) W p дkс ::: kT(2w w ) .
К/О Kl o k эзп К/
откуда
WT
= (дkB+Llkc) =
3 k T К/О
k эап
222
= (0,52 10 2 +0,384 10 2) =746
3 1 200 "
= ! (2дkB дkc) =
k зап 3 k T К/О
= (2 0,52 10 2 0,384 10 2)!! l = 5,41
3 1 200
Приняв k зап :::: 1,2. получим w 9, w 7
Устройство релейиой защиты силовото трансформатора с расщеп-
ленными обмотками Исследование rокораспределения при внутрен
них К3 в трансформаторах с расщеменными обмотками, выполнен
ное в 1 6, позвотulО сформулировать в общем виде алrоритмы функ
ционирования релейной защиты В соответствин с этимн алrоритмами
синтезируются структурные схемы устройств защиты Для двухстерж
HeBoro п-обмоточноrо трансформатора с т нерасщеJШенными обмот
ками структурная схема устройства защнТЫ, контролирующей цирку
лирующий ток одной нерасщеJШенной обмотки, показана на рис 5 19
Трансформаторы тока 1 устанавливаются в параллельных ветвях
одной нерасщемеиной обмотКИ (1 а, 1tj) И в независнмых частях рас
щеlШенных обмоток (т + 1) п Суммирующие злементы 2Р форми-
руют сиrналы, лропорциональные разности токов частей обмоток, при
соединяются к схеме сравнення 4 через потенциометры 3, с помощью
которых устанавливается коэффициент передачи, пропорциональный
С;/ (1 = т+1, ,п), см (147), (148) Схема сравнення 4 представ
ляет собой сумматор сиrналов, пропорцнональных разностям токов
частей обмоток одной нерасщеJШенной и всех расщепленных, имею-
щий торможение от блока торможения 2Т Торможение вводится для
компенсацин сиrнала небаланса прн внешних К3, обусловленноrо неточ-
ностью выравнивання и насыщением ТТ Схема сравнения 4 воздейст
вует на быстродействующий реаrирующий opraH 5
во всех режимах, кроме BHYTpeHHero К3, сиrнал на выходе схемы
сравнения 4 отсутствует Прн БИТ и ПВ по обмоткам 1 о н 113 проте
кают одинаковые токи, разность которых равна нулю В наrрузочных
режимах и прн внешних К3 разности токов частей расщеJШенных об
моток компенсируют создаваемую ими разность токов обмоток
10 н 113
При внутреннем К3 (межвитковом, межкатушечном) в любой точ
ке любой обмотки на выходе 4 появляется сиrнал, пропорциональныи
току К3 Для отстройки от рабочих н анормальных режимов не требу
ется вводить задержку или заrрубление реаrирующеrо opraHa, поэтому
он имеет высокую чувствительность к внутренннм К3
На рис 5 20 показаны варнанты включений трансформаторов тока
для контроля разностн токов параллельных ветвей разных стержней
223
Рис 5 19 Crруктурная схема устройства заlШfТЫ двухстержневоrо трансформатора
с расщеWIенными обмотками
Рис 5 20 Варианты включеIOlЯ трансформаторов тока внерасщепленную обмот
КУ с вводом в середину
нерасщелленной обмотки с вводом в середину На рис 5 20, а трансфор
маторы 1 включаются в нулевые выводы Сиrнал на ВЫХОДе суммн-
рующеro элемента 2 пропорционален
224
1,a+lTa Ь(З lт(З =lp, +lpT'
rде lpl иl р 2 разности токов полуобмоrок
Один из тт можно включать на ввод (рис. 5 20, б), но ero коэф
фициент трансформадии должен быть в 2 раза больше, чем у ТТ в ну
левом выводе, тоrда сиrнал на выходе элемента 2 пропорционален
+([,а+Ьа+ll(З+Ь(З) ([,(З+lт(З) = ([Pl +lpT)'
как и на рис 5 20, а При таком включении зона защиты охватывает
высоковольтный ввод
УкаэаlDlЯ по составлеlDlЮ струк;rурной схемы защиты N стержнево-
ro п обмоточноrо трансформатора с расщеплением обмоток на N час
тей даны в 1 6
Защита трансформатора с расщепленными обмотками, включаемая
на циркулирующий ток нерасщеnленной обмотки и разность токов
Частей расщепленной обмотки, получила название ЗТЦР
Защита ЗТЦР может быть эффективно применена на преобразова-
тельных трансформаторах и блочных однофазных двухстержневых
трансформаторах как с боковыми ярмами, так и без них Пример вы-
лолнении ЗТЦР дJ!и трансформатора тила ОРЦ лриведен ниже
В трехфазных трансформаторах с расщепленными обмотками час-
ти расщепленнои обмотки НН располаrаются иа одном стержне одна
над друrой, соответствующие части всех фаз соединяются обыtnю в
треуroльник, обмотка ВН имеет ввод в середину (рис 5 21, а) обо-
знаtПiм верхние попуобмотки индексом а, IDIжние {3, токам обмот-
ки ВН лрисвоим индекс 1, НН индекс 2 Torдa условие балансиров-
ки ЗТЦ в каждой фазе / = А, В, С лри отсутствии КЗ имеет вид
lpO(J) = 11 а] 1,(З] + С 12 ([щ lт(З]) =0
Просуммировав дJ!и трех фаз, лолучим
С С С
L ([,а] 1,(З]) +С 12 (L Ьа] L lт(З]) =0, (515)
]=А ]=А ]=А
1 С 1 С
rдe L 1 та ] = lад, L Ь(З] l(Зд циркулируюший ТОК В об
з ] =А 3 I =А
мотках НН. соединенных в треуrолыDIK
Поскольку обмотки практически идентичны, то lад = l{3д. следо
: ;:ОИ 5 I Д п;и о э мв ь т м; : в:лж:::ин;:к р ;
225
А 8 С
1
1)
а)
,
OA
8)
стемной ЗТЦ
Рис 521 ОДНОalСтемная защита трехфазноro трансформатора с расшеnленными
обмотками
с
lpo: аlа! 11fЗJ): о
J:A
Этому условию удовлетворяют схемы, прнведенные на рИС 5 21, б. в,
выполненные с использованием ТТ с ОДНОЙ ИЛИ двумя первнчными
обмотка соответственно ПрН К3 В обмотке любой фазы, как пока-
зано в 1 6,lро : Cpl K
Пример вьтолнения ЗТЦР дЛЯ трансформатора 1ИПа ОРЦ В защи
те использовано серийное реле Д3Т 11/3 со сниженной индукцией и
МДС срабатывания и друrnмн переключениями в схеме
Рабочие обмотки реле Wl Р' W 2p ' wзr соединены последовательно,
м от ОДНОЙ НЗ Ю{Х в соответствии с расчетом сделан вывод 3 У тормоз
НОЙ обмотки сделан ВЫВОД 4
Схема защиты приведена На рис 5 22
Трансформатор типа орц с расщепленной обмоткой ни состоит
НЗ двух симметричных частей, обмотки высшеrо напряжеиия которых
(секции обмотки ВИ), выполненные с вводом в середину, соединены
параллельно В нулевых выводах секций обмотки ВИ встроены ТА]
н ТА2 типа ТВТ 35 Имеются встроенные ТАЗ и ТА4 на вводах секций
обмоткн НН
226
': ' ':iH .
8 ДЗТ I
!
9 J
Рис 5 22 Схема защиты 31ЦР трансформатора типа орц
Трансформаторы тока ТА1 н ТА2 с номннальным вторнчным током
1 А подключаются встречно к рабочей обмотке реле с числом витков
W p ВН. ТАЗ. ТА4 с номииалЬНым вторичиым током 5 А подключаются
встречио К первичной обмотке промежуточноrо трансформатора TAL.
вторичная обмотка KOTOporo с номииальНым током 1 А подключается
к рабочей обмотке реле с числом витков W e нн При этом рабочая об
мотка реле включеиа на разность разностеи токов секций ВИ и lllI
Защита струкryрио отстроена от бросков намаrннчивающеrо тока
при включеЮlЯХ трансформатора со стороиы ВИ. так как токи секций
ВН O HaKOBЫ, а в рабочую обмотку реле подается их разность Для
отстроики от периодическоrо тока небаланса при виешЮlх КЗ и трех-
стороннем питании (со стороны вн н каждой секцин НН) прнменено
торможение выпрямленными токами ТАЗ н ТА4
Р а с ч е т пар а м е т р о в з а щ и т ы Ток срабатываЮlЯ защиты
выбирается по условию чувствительиости к неполным ВИТКОВым замы.
каниям Для защищаемото трансформатора 1с 3 .. 0,о71 т НОМ : 42 А
Число вИтков рабочей обмотки стороны ВИ ПО условию обеспече
ния требуемоrо тока срабатьmаIOlЯ
WpBH;;' FcpK/o/1c3 : 50 300/42:357,
rдe Fc р : 50 А мдс срабатывания реле, К/о: 300/1 коэффици-
ент трансформации ТА 1 и ТА 2
По условню баланснровкн мдс реле от токов обмоток ВН и ни
неповрежденноrо трансформатора
=
WpHH у'з'Uнн ном KIНHKTAL
227
rде ивнном/,;3'иннном п т 3468 коэффициент трансформа
ции силовоro трансформатора К lН Н 2400 К Т 1/ 5 коэффи
циеиты трансформацин ТАЗ (ТА4) и TAL
По приведеиным двум УСЛОВИЯМ выбираются ВИТКИ возможные
к установке на реле Примем W p нн 495 (максималь юе суммар
ное число ВИТКОВ рабочих обмоток W 1 р V 2 Р и.. р) TorAa по второ
му условию
WpBH
495 34 68 2.00
2400 5
4292
Примем возможное к ycraHoBKe W p ВН 295 + 117 432 При зтих
витках выполняется условие чууствительности а относнтеЛЫIdЯ неточ
ность установки витков
ДW.
00065
429 2
Числа ВИТКОВ тормознои обмотки выбираются по условию ОТет
ронки ОТ периодическоrо тока небd11зиса лри К3 на ОДНОН секции об
мОТкИ НН и питании со стороны НИ ТОК небаланса опредеЛSlется раз
личием поrрешиостеи ТТО и ТТнн н неточностью установки ВНТКОВ
1 нб (€+дw.)1. тах
rде € относительная поrpешность ТТ 8 устаНО8И8шемся режиме коте
рую следует принять € 003 1. пах 1930 А
Следовательно 1 нб (О 03 + О 0065) 1930 70 4 А При этом МДС ра
бочеиобмоткиF нб 1нБWрВН/КIО 704432/300 1014A
По нижнеи тормознои характеристике реле определяем тормозную
МДС обеспечивающую отстронку от тока небала .са F т > 200 А Сле
Довательно
р т
W T >
/к тах п Т К/ИН
200
1930 3468/2400
72
Принимаем w T 11 W T 13 что обеспечивает надежную отстронку от то
коВ небаланса при всех внешних КЗ
55 РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРА
ОТ НЕЛОЛНЫХ ВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ
Принцип действия защиты НеПОлt ое витковое замыканне является
иаиболее вероятным а во MHorHX конструкцнях обмоток мощных
трансформаторов едннственным ВОзможнь м видом витковоrо за
мыкання в начальнои стадии повреждения (см 1 1) Исследование
228
ДТI
От i/pyzo,o ИПН
I
r i ..,
IПрУI
'- L .J
'-: r;;1
//
IПрУI
LT.J
I
I
От i/P!lzozo ИПН
ДТ;
Рис 5 23 Функциональная схема ЗdЩИТЬ ОТ НВЗ
НВЗ позволило сделать вывод что защита непрерывных обмоток мо
жет быть чувствительиа к НБЗ если pearHpyeT на ток в точке повреж
дения или циркулирующие токи в обмотке Для 3Toro датчики тока
должны быть встроены в обмотку из параллельных проводов вблизи
ее коицов (вблизи спаев проводников ) Чтобы датчики тока имели ма
лые rабариты приемлемые для конструкции трансqюрматора иеоб
ХОДИмо измерительную часть РЗ разместить на высоком потенциале
а связь ее с исполнительным opraHoM выполнить беспроводным каИа
лом Измерительная часть при зтом Должна входить в измерительно
передающие комплекты (ИПК) нзходящиеся на потенциале соответ
ствующих точек обмотки Для уменьшения КОЛИчеСтВа информащm
передаваемои по беспроводному каналу до 1 бита необходимо чтобы
реаrИDУЮЩИИ opraH (РО) также входил в состав ИПК
Прн возникновенин НВЗ срабатывает РО oAHoro ЮIИ обоих ИПК и
подает команду на отключение трансформатора по беспроводному ка
налу связн на приемно нзмерительныи комплект (ПИК) устанзвли
Ваемыи на потенциале землн например на баке внутри трансформатора
Функциональная схема защиты однои обмотки от НВ3 соответствую
щая приведенному описанию показана на рис 5 23 В состав кзждоrо
ИПК входят комплект датчиков тока ДТ блок ("'рзвнения БС реаrи
рующии opraH РО передающее устронство ПУ В состав ПИК OAHoro
для всех защищаемых обмоток входят прнемные устроиства Пр У
(по числу защищаемых обмоток или одноrо для всех обмоток защи
229
l'l
Рис 5 24 Заumта ОТ Н8З непрерывной обмотки
а прииципиальная схема варианта ИПК б условное изображение схемы
подключения БС
щаемоrо трансформатора) лоrическии элемент ИЛИ и исполнитель
ныи opraH НО
Необходимость обеспечения высокои надежности функционирова
НИЯ ИПК требует использования ПрИН1щпа структурнои отстроики
реализуемои в частности схемои выделения циркулируюших токов
ОДИН из принципиально ВОЗМОЖНЫХ вариантов ИПК дЛЯ защиты от
НВ3 непрерывнои обмотки показан на рис 5 24 а В непрерывнои об
мотке выполнеинои ИЗ параллельныx ПроБОДОВ без rрупповои транс
ПОЗИЦИИ замыкание возможно только между краиинми параллельны
МИ ПрОБОдами 1 и IV Выделение циркулирующеrо тока в контуре ЭТИХ
ПроБОДDВ осуществляется Датчиком циркулируюшеrо тока ДЦТ пер
вичные обмотки KOToporo включены встречно Кроме ДЦТ в рабочии
канал блока сравнения БС входит вьшрямительныи мост Уп 1 и сrла
живающии фильтр ФСl Тормознои канал блока сравнения служит
для предотврашения срабатывания РО при внешних К3 и БИТ от цир
кулирующих токов вызванных не совершенством транспозиции В со
став тормозноrо канала (рис 5 24 а) осуществляющеro электричес
кое торможеmt:е входят датчик сквозноrо тока дет первиtfilые об
МОТКИ KOToporo включены соrласно выпрямительныи мост VD2 сrла
живаюIЦИИ фильтр ФС2 стабилитрон VDЗ резистор R 1 Стабилитрои
VDЗ обеспечивает отсутствие торможения при токах меньших номи
нальноrо
230
Второи ИПК с такои же схемои устанавливается вблизи BToporo
конца обмотки Чувствительность РО каждоrо ИПК должна быть Дос
таточнои для фиксации НВЗ в середине обмотки В ЭТОМ случае срабаты
вают оба ИПК При НВЗ вблизи KaKoro либо конца обмотки срабаты
вает ИПК устаиовленныи на этом конце а второи может не сработать
из за уменьшения рабочеrо сиrнала
В блоке сравиения БС сравниваются ДВа тока опаснои пары ветвеи
расположениых рядом в какои либо катушке обмотки замыкание
между которыми приводит к НВЗ Условное изображение схемы под
ключения БС к датчикам тока опаснои пары показано на рис 5 24 б
При любом типе обмотки число опасных пар
р<;;' +m(m 1)
rде т число ветвеи
Для выявлеиия опасных пар и определения числа и схемы подклю
чения БС в каЖДОМ ИПК иеобходимо рассматривать схему катушек
защищаемои обмотки В табл 5 1 в качестве примера приведены ха
рактерные схемы катушек с указанием возможных мест НВЗ и схем
подключеmt:я БС при защите обмоток непрерывноrо и переnлетенноrо
типов Буквы н к в последнем столбце обозначают начало и коиец
обмотки rдe установлены ИПК
Из рассмотрения табл 5 1 и друrих схем лрименяющихся на пракуи
ке видно что для защиты от НВЗ непрерывнои обмотки достаточно
одноrо БС в каждом ИПК Если непрерывная обмотка имеет rруппо
вую траиспозицию ТО В БС сравниваются токи краиних веrвеи однои
и друrои rрупп Для защиты от НВЗ переплетеннои обмотки в подав
ляющем большинстве случаев достаТОtfilО двух БС включаемых по схе
ме ИЛИ в каждом ИПК хотя число опасных пар проводов значитель
но больше двух Уменьшению количества БС способствует требование
к каждому ИПК обеспечения чувствительности к НВЗ только в ОДНОИ
половиие обмотки а также объединеmt:е проводов в rруппы
Защита от НВЗ не реаrирует на ПВЗ возможные в переплетеннои
обмотке из двух проводов (см п 4 табп 51 <де возможно ПВ3 16 вит
ков щювода 1 или 11) При защите от НВЗ рассматриваемым способом
расщепленнои зоны некоторых обмоток требуется подключение не
скольких БС и схема ИПК получается сложнон Однако в указанных
CJtучаях РЗ обмоток обеспечивается IUIИ ДИфференциальнои защитои
или защитами от витковых замыкании рассмотренными ранее
В блоке сравнения вместо электрическоrо торможения может приме
няться маrнитное торможение Датчик циркулирующеrо тока с маrнит
ным торможением ДЦТМ разработаннын для защиты от НВЗ описаи
ниже Простеишее передающее устронство не требующее специаль
Horo истОчника питания кроме ДЦТМ описано в [50]
:1.31
u
'"
:!
i
g
lJ
8j
.
"
;;
=1
i:
...
.. х 8
H fi 1"1
I!I"):': 0«> .. \O са....... 1IIr--
Е !j
о
? :.::
E
::E:1II8
..
р &.,.
..."...
gi
::E:.i
I
lJ
OE
'8 -:i
=e
." .... =
..- в.
"
"
'"
.... н
I J I t
' - ;;; ... 1I :;j:." .!
'" '" ........:.. : :;..
..., ..... '" ... :: .. :: ..
- -' :: ; : : ;
a "IIIt
:J! i!; s.п
8. ;g;g =",
i;! 8.!. i
8.; ii ....
H. H'
Q
:С::
:q :C
J
....!-t:<
:С
:q
i:_
=
Q
I
0""'1'
Mii:
}
::; &.:.::
1" I
-;
! :::8 8
a7[7
M:; :: III
J. s z
ми!
W . ::
'\<.:1 I I I .............
I 11 1 '" ::
...1 1 I 1
Ш '" ....$! 111111
.... :::: I I
l J l J L J
; =_.... ;!H*1i
ё " iHHii M
t:: !! ii Е t!! Н !. е '
Q
:СМ
j
O
J
""i
8 ...
v1!
.., ...
'" ..,
... '"
.. " ...
" '
!:gM! N 1
'f&..!.1 N .o :!!
:; : :q;.,, '!'
:ж: ёJ:':III:r:1'f=
I =I i =....."
I ::! : :
..
....: .... ....
""..... .... ....
: i: : I I
1 11 11 1
L J L J LJ
gG!-
8.;x gii'"
t!! HH'
ж .. N 8
il: 1
\Qf--< g
' Ш'"
1.2 '-2
Q)
4==1 "' "
'2 {
L!S
5)
PJlc 5 25 Схема диффере!:щиальноro
тr с двумя первичными обмотками
а исходная, б после разложения
второй обмотки на составные части с
ВНУТреННИМ и внешним токами
ПРИНЦИП действия защиты транс
форматора от НВЗ дЛЯ накопле
ЮfЯ опыта эксплуатации реализо
ван в устройстве радиозащиты па
раллельных ЛИНИЙ, питаемых че
рез один выключатель [50] Уст
ройство установлено в опытную
ЭКСJU1уатацию в системе Ростов
энерrо
да1'lИк циркулирующеro тока с
мarниmыМ торможением. Для вы
деления сиrнала, пропорционально
ro циркулируюшему roку в контуре,
образованном двумя параллельными ветвями 1 н 2,lu = i (1, 12)'
возмОЖНО ИСПОЛЬзОВ3Юfе следующих схем
а) ДВа двухобмотоtП-lЫХ ТА С вторичными обмотками, соединенны
ми восьмеркой,
б) два двухобмоточных трансреактора ТА V с вторичнымн обмот
ками, включенными последовательно встречно,
в) ОДИН ТА V с III-образным маrнитопроводом, имеющим неМ3f1DП
Ные зазоры в краЙЮfХ стержнях, С двумя первиtП-lыми обмотками, по
ОДНОМ в каждом окНе. н ОДНОЙ вторичной на среднем стержне,
r) один ТА или ТА V с О-образным маrнитопроводом, двумя первнч
ными обмотками в окне маПlИтопровода, включенными противопо
лярно, н одной вториtП-lой обмоткои
Перечисленные схемы первиtП-lоrо измерительноrо преобразователя
циркулируюшеrо ТОКа, отличающиеся способом BeKTopHoro суммиро
вания токов, осуществляют соответственио электрическое суммирова
ние токов н напряжеЮfН или маI'lттное суммнроваЮfе потоков или
МДС ло лервому или второму закону Кирxrофа для электрнческнх н
маrmпных цепей
Недостатком схем а, б н 8 является зна1Diтельный ток небаланса,
обусловленный нендентиtП-lОСТЬЮ характернстик маrЮfТОПРОВОДОВ двух
ТА, ТА V или стержней с зазором Неидентичность ТА лроявляется лрн
их насыщении в переходных режнмах
В схеме z одна из первиtП-lых обмоток должна выполняться петлеоб
разиой формы (рнс 5 25, а), что существенно увеличивает rабариты
лреобразователя Еени же умеиьшить радвус летлН обмотки 2, возрас
L2/2J 2l-2
234
O,5w 6
L.VJ
tf
(""v')
O,5W. а)
F 1 O,5F B R ,
6)
Рис 5 26 ДаТЧИК циркулирующеro тока
а схема конструкuии. б схема маrнитной цепи
тет ток небаланса, обусловленный внешЮfм током '2(2) ::: 212 В кон
туре, эквивалентно выделенном из контура тока'2 (рис 525, б)
Схему z можно усовершенствовать, если использовать первичные
обмоткн стержневоrо ТИПа, а маrнитопровод выполнить в форме вось
мерки с несопрнкасаюшнмися концами каждоrо участка 1 и 2, охва
тываюшеro на схеме рис 5 26, а каждыи одну обмотку Вторнчная
обмотка W B размещается симметрН1ffiО на участках 1 и 2 На рис 5 26, б
показана упрощенная схема мarЮfТНОЙ цепн дaT1DiKa, rде F 1 :::'1, F 2 :::
::: 12, F B ::: 'в W B МДС двух первнtП-Iых и вторнчной обмоток, R 1 .
R 2 , R э мarнитныe сопротивления участков 1 и 2 н зазора между не
соприкасающимися КOIщами участка
При ненасышенном маrнитопроводе F B ::: F 1 F2 :::'1 12' те в
датчнке (рнс 5 26) осуществляется суммирование МДС, как и вехе
ме z, но коиструкция даТ1Diка имеет существенно меньшие rабариты
и является симметриtП-lой, что обеспечнвает СlDfжеlDfе тока небаланса
при 11 ::: 12 Кроме тoro, потоtCи Ф 1 н Ф2, замыкаюшиеся ЧЕ'рез зазор,
Ф 1 + Ф 2 ::: Ф э , при больших токах насыщают маrЮfТОПроВОД, чем обес
печивается MarlDfrnoe торможеЮfе
Отмеченные преимущества предложенноrо даvшка обеспе1Diваются
rеометрической формой маrlDfтопровода
Самыми общимн понятиями, характеризующими rеометрнческую
форму, являются тополоrические, в частности понятие связности В то
полоrическом смысле предложенный маrЮfТОПРОВОД Нмеет трехсвяз
ную поверхность, как и тор с произвольной формой поперечноrо сече
Юfя Но у тороидзльноrо маrЮfтопровода одно окно, а у предложенно
1'0 два, но может быть н более Обычный маrЮfТОПРОВОД с двумя ок
нами, например трехстержневой, имеет пятнсвязную поверхность, с
тремя окнами семисвязную и Т Д Таким образом. предложенный
маrЮfТОПРОВОД отпичается от всех Нзвестных тем, что имеет трех
связную поверхность и несколько окон Конструктивные варнанты
датчика с этим маrнитопроводом лриведены на рнс 527, 528 Маrни
толровод 1 датчиков рнс 5 27, а б Нмеет восьмеркообразную форму
235
11I ':: = N
z
I I 6
а) о)
Рис 527 Датчик циркулирующеrо тока r двумя параллельными первичнымн об
мотками
.1
ttF:
6)
Рис 5 28 ДаТЧИК циркулирующеrо тока
а, с двумя стержневыми первичными обмотками, уrоп меЖДУ которыми 90
и 180 ,в с несколькими стрежневыми l1ервичныи обмотками
с несоприкасающимиси близлежащими симметричными точками, рас
стояние между которыми обозначено Б, и двумя окнами, через КОТО
рые пропущены две стержневые параллелъные первичные обмотки 2
Уrол между стержневыми первичными обмотками может быть любым
от О "о 1800 На рис 5 28, а, б уrол между ними 90 и 1800 На рис 5 28, в
показан датчик с несколькИми стержневыми первичными обмотками,
ПРОХОДЯЩИМИ через три окна МаrНИТQПроВОД даТtПlков рис 5 27 по
236
'"
Е
а
- -
Рис 5 29 ОбраJец мarнитопровода дцтм в рззобранНQМ виде
Рис 5 30 Характеристики срабатыв.ufИЯ РЗ С дцтм
технолоrнчностн изrотовления близок к самому простому маrнито.
проводу, собираемому из r.образных, П-образных или отдельных пря-
моуrольных rтастИН, что, однако, не очевидно Фотоrрафия образца
маrнитопровода из П образных rHYТbIx пластин в разобранном виде,
иллюстрирующая простоту сборки маrнитопровода, приведена иа
рис 5 29 При серийном нзrотовлении операция rибки пластии может
быть совмещена с их штамповкой
ДаТtПlК имеет накладную конструкцию и может устанавливаться в
Токовые цепи защищаемоrо объекта без их разборкн К вторичной об.
мотке Датчика подключен реаrирующий opraH РО, который ДОЛжен
срабатывать при НВ3 и не должен при внешних К3 и БИТ
Характеристикн срабатывания датчика (тормозные характеристики)
в относительных номинальных токах ветви для \If = О н 900 показаны
на рис 5 30
В собственно аварийном режиме ИВ3 lц* > Iск*' Т е rеометрнческое
место точек с координатами 1 Ц*, 1 СК * близко к оси ординат на рис 5 30
При номинальном токе в предшествующем НВ3 наrрузочном режиме
([e . = 1) характернстика режима НВ3 показана штрихпунктирной ли-
ниеи Из рис 5 30 следует, что во всем ДИапазоне токов наrpузкн
(ICK* 1) датчик срабатывает от lц* 0,4, что достаточно для обеспе-
чения чувствительности к ИВЗ в обмотке ВИ, СН любоrо типа При
внешнем КЗ сквозной ток резко возраСТdет и Может достИrать [СК* =
= 1 О Из за неидеальной транспозиции проводов в обмотке возрастает
циркулирующий ток, обусловленный потоком рассеяния и сдвинутый
относнтельно сквозноrо тока на уrол, близкий к 900 Зависимость
циркулнрующеrо Тока от сквозноro, соответствующая lu/ICK = 0,15,
показана пунктирной ли ией Нижняя характеристика срабатывания,
соответствующая \If = 90 , находится выше этой прямой, что обеспе.
чивает отстройку от внешнеrо К3 н БНТ без заrрубления реле до
[и ер.> 1,5
237
В датчике с маrнитным торможением совмещены функции датчи-
ка токов и блока сравнения, что упрощает схему ИПК и Повышает ее
надежность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Энерreтика СССР в 1986 1990 roдах/Под реД А А Троицкоro М Энерrо
атомиэдаТ 1987
2 Непомнящии В А Учет надежности при ороектировании энерroсистем М
Энеprия 1978
3 Федосеев А М Релейная защита злектроэнерrетических систем М Энерro
атомиздат 1984
4 Эксплуатации и соверШеНствование высоковольrnых аооа", ОВ и транс
форматоров М Энерrия 1976 (Тр ВНИИЭ Вып 49)
5 Правила устройcrва электроустановок 6-е изд М Энерroатомиздат
1987
6 lIlабад М А Защита трансформаторов распределительных сетей Л Экер
roиздат 1981
7 ЛейТес Л В Электромarнитные расчеты трансформаторов и реакторов М
Энерrия 1981
8 Вииоrpeeв М Ю Методы и алroритмы расчета иа ЭВМ распределения токов
в обмотках силоВых трансформаторов <\втореф дис канд техн наук Ново
черкасск НПИ 1985
9 Подrорныи Э В Апериодические составляющие переходноrо тока корот
Koro замыкания//Изв вузов СССР Электромеханика 1980 N6 9 С 980 987
10 Бров О Б IIIeстаперов Ю И О токах KOpoTKOro замыкания в мощных се
тяхсиanряжениемдо 1000В//Электричество 1979 N92 С 13 1773 76
11 Клвнrширн Е.А Мур Х Р Венц Е К ОбиаРУЖеНие повреждеиий в силовых
трансформаторах I/Энерreтвка за рубежом Релейная защита 1959 Вып 1 С 107
134
12 Wiszmewsk1 А Тransformatory energetyczne Jako oblekty zabezpleczane Praca
habl11tacyIna Wroclaw 1966
13 ЗалессКRй А М Электрическая дyrа отключения М Л rосэнерrоиздат
1%3
14 rarеи А.Ф rорбеико В И К анализу процессов нэrрева в замкиутом вит
ке обмотки трансформатора//И1В вузов СССР Электромеханика 1980 N6 9
С 911 914
15 Сехаров П В Проектирование электрических аппаратов М ЭнерЛIЯ 1971
16 ЗасыиКRИ А С Основные положения по оценке функционирования релей
ной защиты силовоrо трансформатора с учетом переходных режимов/Новочер
касский политехн ин т Новочеркасск 1984 Деп в Инф:> рмзнерro 30 04 84
N' 1470 эн 284
17 Руководящие указания по релейной з31lDfте Вып 13 Б Релейиая защита
поиижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110 500 кВ Расчеты
М Энерroатомиэдат 1985
1& ЭасьmКRИ А С Роrачевскии В И IIlaфнр Ю Н Циркул"рующие токи в
обмотках трансформаторов прн внутрениих коротких замыканиях//Изв вузов
СССР Электромеханика 1982 N61 С 105 108
238
19. Пвицов А.М. Схемы замещеиия двухстержневых трансформаторов с pac
щеменными обмотками//Электричество. 1981. N6 11. С. 61 6З.
20. Роэенкрои Я.К., Биманис В.В. ТемnератуРИО"'I'оковые защиты трансф:>рма
торов от аварийных и систематических переrpузок//Электротехника. 1985. NR 8.
С. 36 38.
21. OIнелЫlИков В.Я., Казаиский с.В., Ланда М.Л. Защита силовых трансфор
маторов электрических сетей при аварийных переrpузках//Электричеcrво 1985
N"8 С 4648
22 Релеинаи защита выпрямительной установки плавки rололеда А С Засып
кин А Ф Дьяков И И Левченко Б Д. Тарамалы//Электрические станции 1975
N" 11 С 78 80
23 Эпa.crольц Л Э ДиффереНJ..Ufaльиые уравиения и вариаl.UfOиное исчисле
ние М Наука. 1969
24 Дроздов А.д. Электрические цепи с ферромarnитными серде'DIИками в
ренейной эaщиre М Л Энерl'ИЯ 1965
2s Засьшкии А.С. Бердоа r В OIнеryбов А П Формирование бросков на
мamичивающero тока силовых траисформаторов для исследования репейной
зa.щиrы//Иэв вуэов СССР Электромеханика 1973 N' 8 С 877 883
26 Подroрный ЭВ КCIOнин A.r Люткевич В И Типовые кривые ДJIЯ расче
та токов ВКЛJOчения силовых трансформаторов//Нзв вузов СССР Энектромеха
ника. 1%9 N' 4 С 376 379
27 Дроздов А.д. Несимметричны:е переходные режимы в электрических си
стемах и цепях ренейной защиты Учебное пособие Новочеркасск 1977
28 ЗаСЫПКRН А.С. Бердов r В Серадин М М Примеиеиие обобщенной кри
вой затухания ДЛJI расчета токов включеиия СИЯовых трансформаторов//Энек
тричество 1978 N' 5 С 32 35
29 ЗасыпКRВ А.С Бердоа r В Количествеиная оценка UОМОl'8lOщеrо эф
фекта ДJUI расчета броска иaмarничивающero тока трехфазных силовых транс
форматоров//Изв вузов СССР Эпектромеханнка. 1970 N' 7 С 759 765
30 ЗаСЫПКRН А.С. Бердов r В Середин М М Определение параметров сИJЮ
во('о трансформатора С иасыщенным мarнитопроводом//Электричество 1975
N' 12 С 24 28
31 ЗnеlCТpll'lCCКllC цеIDI с ферромarнитныи элементами в реяеАной защи
те/Ад. Дроздов АС Засыпкин СЛ Кужеков и др М Энерroaтомиздат 1986
32 Засыпан А.С Остаточная индукция в ненarpужениых силовых трансфор
маторах после отключения от сети//Иэв вузов СССР Эяектромеханика 1977
N' 2 С 168 172
33 ЗаСЬШКRВ А.С Индуктивности обмоток насыщенных автотраисформато
ров 500 750 кВ//Изв вузов СССР Эпектромеханика. 1976 N" 11 С 1223 1230
34 Руководящие указания по релейной защите Вып 12 Токовая эащиra ну
левой последовательности от замыканий на землю линий 110 500 кВ Расчеты
М Энерrия 1980
35 1Иweчкин А.А. Исследование переходных процессов и ловышение чувст
вительиости дифференциальных защит блоков reHepaTop трансф:>рматор Авто
реф ДНс канд. техн иаук Минск 1971
36 1hrит М r Поведение репе дифференциальной защиты трансформаторов
болWllОЙ МОЩИоCl1l при бросках тока намarnичивания//Изв вузов СССР Электро
механика. 1981 N' 11 С 1238 1244
37 rpнropoB и Б Исследование потока в мarнитопроводе MOIЦНOro иarpу
_eннoro трансформатора и защита трансформаторов от перевозбуждения Ав
ТОреф дис. каид. техн иаук М 1979
38 ИИСТРУКЦИJl по эксмуатaщm трансф:>рматоров/Сост Н П Фуфурин М
Энеprия, 1978
39 БаrиНClClliI л.в., rяаэырин В Е. расчет ДоnyCl1lмоrо уровия чувcrвитель--
ности защит трансформаторов при их neревозбужденин{{Управлеиие режимами
239
и разВJПИем энерrетических систем в условuх АСУ Новосибирск 1977 С 193
20040 3асьmкин А С. Тарамалы Б Д Применение метода расчетных КрИВЫХ .ZJ
анализа переходны:х режимов МОЩНЫХ выпрямителей//Иэв вузов СССР ЭлектpI
механнка 1975 N' 8 е 860 866
41 Заcьmкии А С Бердов r в Середин М М Расчеmые кривые для опр
леиии вторичных ТОКОВ в реле при ВК1IючеНИJlх СИЛОВЫХ трансформаторов .
холостой ход/fИэв ВУЗОВ СССР Электромеханика 1971 N9 4 С 390 396
42. 3асыпкин А С Замков Е А БаршlЙ И В ТОКИ пебаланса в ДИ
циальноil защнте с реле Д3Т 11/3 rенератора//Знентрнческне станцин 1981 N'
е 60 62
43 КирсаlЮВ А r Расчет переХQДНОro процесса трансформатора тока с vwl
ТОМ внешних ИСТОЧНИКОВ мamитиоro полll.//Иэв вузов СССР ЭлектромеханIOci.
1985N'8e9397
44 КирсаlЮВ А r Аналитические формулы для: расчета AВyмepHoro М3.ПfИ1!'o
Horo поля в ненасыщенном тороидалъном мarннтопроводе//Изв вузов СССР
Электромеханик.. 1986 N' 7 е 13 19
4S Электронные устройства релейной защиты и автоматики в системах ТJI
roBOro злектроснабжения/В А. Быков В А ЗимакО8 В С ХалЬКО8 Н др ПОД
ред В Я Овласюка М Транспорт 1974
46 АлJUUlуев В А.. ЗасыПХНR А С Петров В В Дифференциальные защиты
с реле РИТ и ДЗТ и детектором искажении формы тока ТНIIa УВ//Электрические
станцнн. 1987 N' 10 е 66 9
47 Дифференциальное реле для: защиты автотрансформаторов 500 750 кВ
с трансформаторами тока HOBOro типа/А С Засыпкнн В А Aлnииуев В А rap--
маш и др I/Изв вузов СССР Электромеханика 1976 N9 7 С 774 779
48 НеАман л.р Демнрчян К.с Теоретические основы электротехники Т 2
Л Знeprня 1967
49 ЗаCltIПКНИ А С Устройства релейной зalци1'ы трансформатора с даТЧика
ми иапряженности маnllmюro поЛJil//ИЭВ вузов СССР Электромеханика 1979
N' 9 е 791 799
50 Подroриый В В Засыпки н А.с ПопереЧН8Jl дифференциальная токовая
р8ДlЮзащllТa линий электропередачи без высоковоль1ныx трансформаторов то
ка/ /ИЭ. екнц ВШ Технические науки 1985 N' 2 е 14 16