Protezione differenziale per trasformatori e altri prodotti per la protezione differenziale | CANWIN

Inoltre, il trasformatore può presentare diverse condizioni operative anomale, tra cui principalmente basso livello dell'olio, temperatura o pressione dell'olio elevate, alta tensione del punto neutro del trasformatore, sovraccarico, sovracorrente, sovraeccitazione, ecc.

Per monitorare guasti o condizioni operative anomale, abbiamo predisposto diverse protezioni, suddivise in protezione principale e protezione di backup, e la protezione principale è caratterizzata da un intervento rapido.

Parte 2: Protezione differenziale

La protezione differenziale longitudinale è una delle principali protezioni del trasformatore e interviene istantaneamente facendo scattare gli interruttori su ciascun lato. L'area di protezione è la parte compresa tra i trasformatori di corrente su ciascun lato della protezione differenziale, inclusi il corpo del trasformatore e le linee di derivazione tra il trasformatore di corrente e il trasformatore. Nel 2017, il limitatore di sovratensione sul lato a 35 kV del trasformatore principale n. 2 di una sottostazione a 220 kV ha subito una scarica superficiale di fase AB e il telaio del limitatore di sovratensione è stato danneggiato dalla scarica; poiché il limitatore di sovratensione a 35 kV era situato tra il trasformatore reologico e il trasformatore principale sul lato a bassa tensione di quest'ultimo, si trovava all'interno del campo di protezione differenziale longitudinale. Entrambi i gruppi di protezione del trasformatore principale sono intervenuti correttamente e il guasto è stato isolato.

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Logica di base della protezione differenziale

La protezione differenziale longitudinale del trasformatore esistente adotta un dispositivo di protezione a microcomputer, in cui la corrente di ciascuna fase entra separatamente e la protezione differenziale longitudinale viene realizzata tramite un algoritmo software. Prendiamo come esempio una fase per illustrare il principio di base della protezione differenziale longitudinale.

La corrente differenziale "percepita" dal dispositivo di protezione è la somma vettoriale delle correnti secondarie delle due bobine. Come mostrato in Figura 1, quando il sistema funziona normalmente o è in cortocircuito esterno, le correnti secondarie delle due bobine hanno la stessa intensità e polarità opposta, e la corrente differenziale è pari a 0, quindi la protezione non interviene. Come mostrato in Figura 2, quando si verifica un guasto a terra all'interno del campo di protezione, le correnti secondarie hanno la stessa intensità e polarità, e la corrente differenziale è la somma delle correnti secondarie. Quando viene raggiunto il valore di soglia della corrente differenziale, la protezione interviene.

Sulla base del metodo di connessione della bobina secondaria reologica descritto in precedenza, la protezione differenziale longitudinale aggiunge la regolazione di fase, l'eliminazione della corrente di sequenza zero e la conversione di ampiezza ai vettori di corrente sui diversi lati per formare un metodo di calcolo della corrente differenziale, e introduce quindi la curva caratteristica di frenatura del rapporto. Ciò costituisce la logica di base della protezione.

Prendendo come esempio il cablaggio YN-d11, lo schema di cablaggio e il diagramma fasoriale della corrente sono mostrati in Figura 3. Si può notare che, poiché esiste una differenza di angolo di 30° tra i fasori del lato alto e del lato basso, la somma vettoriale delle due correnti non è 0 durante il normale funzionamento ed è necessaria prima la conversione di fase. Dopo la conversione, i lati alto e basso della stessa fase hanno la stessa fase.

Esistono due metodi di conversione di fase, uno basato sul lato Y, in modo che la fase della corrente sul lato D sia coerente con la fase della corrente sul lato Y, denominato "stella angolare", la protezione a stella angolare più comune è Narui Jibao RCS-978 ecc., la formula di conversione è:

L'altro si basa sul lato d, in modo che la fase corrente del lato Y sia coerente con quella del lato d, denominata "angolo di rotazione a stella". La maggior parte dei dispositivi di protezione esistenti adotta il metodo dell'angolo di rotazione a stella e la formula di conversione è:

Lo scopo dell'eliminazione della corrente di sequenza zero è prevenire il malfunzionamento della protezione differenziale longitudinale. Nel caso di un cablaggio YN-d, quando si verifica un guasto a terra al di fuori del lato ad alta tensione, la corrente di sequenza zero scorre sul lato Y ad alta tensione, ma non è presente sul lato d a bassa tensione, e le correnti di sequenza zero su entrambi i lati non possono essere bilanciate, causando il malfunzionamento della protezione differenziale. Nella modalità di conversione "angolo di rotazione a stella", la differenza tra le due correnti dopo lo sfasamento sul lato Y ha filtrato la corrente zero, quindi non è necessario intervenire. Nella modalità di conversione "angolo-stella", la compensazione della corrente di sequenza zero viene eseguita sul vettore di corrente del lato Y, e la formula di compensazione è:

A causa della differenza nel rapporto di trasformazione del trasformatore e nel rapporto di trasformazione reologica di ciascun lato, l'ampiezza secondaria della corrente differenziale su ciascun lato del trasformatore non può essere la stessa durante il normale funzionamento o in caso di guasto esterno. In questo caso, è necessario eseguire una conversione di ampiezza, prendere come riferimento il valore della corrente su un lato, calcolare il coefficiente di bilanciamento sull'altro lato in base alla tensione su entrambi i lati e al rapporto reologico, e moltiplicare la corrente sull'altro lato per il coefficiente di bilanciamento, in modo che il flusso differenziale calcolato internamente dal dispositivo sia pari a 0.

Al fine di migliorare ulteriormente la sensibilità di intervento in caso di guasti interni e di evitare in modo affidabile la corrente sbilanciata dovuta a guasti esterni, la protezione differenziale longitudinale adotta un elemento differenziale con una curva caratteristica di frenatura a rapporto. L'asse verticale della curva di frenatura a rapporto rappresenta la corrente differenziale, l'asse orizzontale la corrente di frenatura, la parte superiore della curva rappresenta l'area di intervento e la parte inferiore l'area di frenatura. Le curve caratteristiche esistenti si dividono principalmente in due tipi: a due segmenti e a tre segmenti.

La curva di frenatura a due segmenti con rapporto spezzato è mostrata nella figura a sinistra della Figura 4. La curva può essere di tipo ABC, che passa per l'origine, o di tipo ABD, che non passa per l'origine. La maggior parte dei dispositivi è di tipo ABC.

La curva di frenatura a tre segmenti con rapporto spezzato è mostrata nella figura a destra della Figura 4, che può essere suddivisa in due tipologie: una con linea orizzontale per il segmento AB e l'altra con linea obliqua per il segmento AB. Le apparecchiature con linea orizzontale nella sezione AB includono Guodian Nanzi PST-1200U, ABB RET-316, Xuji WBH-801 e SEL-387, mentre le apparecchiature con linea obliqua nella sezione AB includono Sifang CSC-326, Shenrui PRS-778 e South Swiss RCS-978.

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Come controllare la protezione differenziale

La verifica della protezione differenziale longitudinale viene effettuata in base alla curva caratteristica di frenata del rapporto; la protezione si attiva al di sopra della curva, mentre al di sotto non si attiva.

1) Scegliere un punto. Selezionare 3-5 punti per la verifica della protezione differenziale longitudinale: il primo punto viene selezionato sull'asse verticale della Figura 4 per verificare la corrente operativa minima Iop.min; il secondo e il terzo punto vengono selezionati sul punto di flesso per verificare la corrente del punto di flesso Ires; inoltre, scegliere un punto su ciascuna pendenza per verificare la pendenza.

2) Calcolare il valore. Calcolare la corrente di avviamento, il coefficiente di bilanciamento e il bilanciamento di ciascun lato del trasformatore; quindi calcolare l'ampiezza della corrente e l'angolo di fase di ciascun lato di ogni punto di controllo in base alla curva di frenatura del dispositivo.

3) Verificare la curva. Applicare il metodo a variabile fissa per fissare una corrente nel punto di controllo e modificare l'intensità dell'altra corrente, in modo da spostare il punto di controllo verso l'alto e verso il basso nell'area di azione e nell'area di frenata per verificare il corretto funzionamento del dispositivo di protezione.

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Componenti ausiliari per la protezione differenziale

Per rendere più affidabile la protezione differenziale, la logica di protezione comprende anche componenti quali avvio, frenata rapida e blocco:

1) Elemento di avviamento: La variabile di avviamento comprende il valore massimo della corrente differenziale trifase, l'entità della variazione di corrente, ecc. Quando la variabile di avviamento è maggiore di un qualsiasi valore di avviamento, il dispositivo di protezione attiva la protezione differenziale.

2) Elemento di interruzione rapida differenziale: ad un livello elevato di corrente di cortocircuito, a causa della saturazione del trasformatore di corrente, la seconda armonica genera un'enorme coppia frenante e l'elemento differenziale si rifiuta di muoversi. Per evitare il rifiuto della protezione, nel dispositivo è installato un elemento di interruzione rapida differenziale. Quando la corrente di cortocircuito raggiunge 4-10 volte la corrente nominale, l'elemento di interruzione rapida si sposta rapidamente verso l'uscita. Inoltre, per prevenire un'azione errata della protezione dovuta all'incoerenza delle caratteristiche transitorie dei trasformatori di corrente su ciascun lato in presenza di un'elevata corrente di cortocircuito, le caratteristiche rilevanti dei trasformatori di corrente su ciascun lato della protezione differenziale dell'apparecchiatura principale, compresi i trasformatori, devono essere coerenti (Diciotto Contromisure 15.1.10). Il lato ad alta tensione del trasformatore principale n. 2 di una sottostazione è collegato alla seconda stringa del cablaggio 2/3, e questa stringa è collegata a un'altra linea di interconnessione; Nel 2017, si è verificato un guasto a terra monofase sulla fase B dell'interruttore nella stringa e due gruppi di protezione differenziale per il corpo del trasformatore principale, con elemento di interruzione rapida, sono intervenuti per disconnettere gli interruttori su ciascun lato del trasformatore principale; la protezione differenziale di corrente di fase sdoppiata su entrambi i lati della linea di interconnessione ha disconnessa la fase B dell'interruttore laterale corrispondente, consentendo così la richiusura monofase.

3) Elemento di blocco della corrente di spunto di eccitazione: Quando il trasformatore di airdrop e il cortocircuito esterno all'area del trasformatore vengono interrotti, si genera un'enorme corrente di spunto di eccitazione. Per evitare che la corrente differenziale causata dalla corrente di spunto di eccitazione provochi il malfunzionamento del dispositivo, è previsto un elemento di blocco della corrente di spunto per la protezione differenziale longitudinale, utilizzando la distorsione della forma d'onda (forma d'onda della corrente differenziale intermittente o asimmetrica), l'identificazione della componente armonica (contenuto di seconda o terza armonica) e l'identificazione fuzzy della corrente di spunto di eccitazione. Tuttavia, quando il trasformatore viene effettivamente lanciato dall'aria, soprattutto al primo lancio, la protezione differenziale potrebbe comunque non funzionare correttamente a causa di una smagnetizzazione insufficiente del corpo principale e il contenuto armonico della corrente differenziale lanciata dall'aria potrebbe essere inferiore alla soglia di blocco della componente armonica. Per eliminare in modo fondamentale l'influenza del magnetismo residuo sulla carica a vuoto del trasformatore, è possibile adottare misure di smagnetizzazione ed eseguire un'altra carica a vuoto, oppure abbassare temporaneamente la soglia di blocco della seconda armonica per garantire il normale funzionamento del trasformatore principale.

4) Elemento di disconnessione del CT: Quando la fase secondaria del CT viene disconnessa, la corrente differenziale è la corrente di carico della fase disconnessa e la protezione potrebbe non funzionare correttamente. In questo caso, la corrente di sequenza zero, le variazioni della corrente di fase, l'anomala e improvvisa caduta di tensione di fase, ecc. possono essere utilizzate per valutare la disconnessione del CT.

5) Elemento di blocco della saturazione del CT: Quando si verifica un guasto esterno, la saturazione del CT provoca il malfunzionamento della protezione differenziale, pertanto il dispositivo di protezione è dotato di un elemento di rilevamento del blocco della saturazione del CT. Quando il CT è saturo, la corrente differenziale si verifica dopo che il CT è stato saturo per un certo periodo di tempo, quindi il dispositivo utilizza la coerenza temporale della corrente di frenatura e della corrente differenziale per determinare se il CT è saturo. Inoltre, al fine di minimizzare l'impatto della saturazione del CT sulla protezione differenziale longitudinale del trasformatore, i trasformatori di corrente con fattore limite accurato (ALF) e tensione di punto di flesso nominale più elevata (contromisure 15.1.12, punto 18).

Parte 3: Introduzione ad altri sistemi di protezione differenziale

1.

protezione differenziale a doppio lato

La protezione differenziale a due spire è una protezione differenziale che prende come oggetto di protezione l'avvolgimento lato Y del trasformatore ed è composta dal primo e dall'ultimo trasformatore di corrente (CT) degli avvolgimenti su ciascun lato in base alla fase. Prendendo come esempio la fase autoaccoppiata A in Figura 5, la protezione è composta da TA1A, TA2a' e TA3A. Secondo la legge di Kirchhoff delle correnti, non esiste alcuna relazione di accoppiamento elettromagnetico tra le correnti alle due estremità, quindi la protezione non richiede elementi di blocco della corrente di spunto, elementi di sgancio differenziale ed elementi di blocco della sovraeccitazione. Inoltre, il valore fisso della corrente di intervento della protezione differenziale a due spire è inferiore e la sensibilità è maggiore rispetto a quella della protezione differenziale longitudinale. Tuttavia, lo svantaggio di questa protezione è che non può proteggere dai cortocircuiti tra spire.

2.

protezione differenziale a fase divisa

La protezione differenziale a sfasamento è una protezione differenziale che considera ciascun avvolgimento di fase del trasformatore come oggetto protetto ed è composta da trasformatori di corrente (CT) su ciascun lato di ogni avvolgimento di fase (ad esempio). Questa protezione può riflettere tutti i guasti di una determinata fase del trasformatore, ad eccezione dei conduttori di bassa tensione, ma richiede un elemento di blocco della corrente di spunto.

3.

Protezione differenziale delle celle sul lato a bassa tensione

Poiché la protezione differenziale a sfasamento non ha un campo di protezione per i conduttori sul lato a bassa tensione, la protezione differenziale di cella viene introdotta come supplemento alla protezione differenziale a sfasamento. La protezione differenziale del lato a bassa tensione è composta dal trasformatore di corrente interno dell'avvolgimento triangolare bifase sul lato a bassa tensione e dal trasformatore di corrente che riflette la corrente differenziale dell'avvolgimento bifase. L'elemento blocca la corrente di spunto, ma non reagisce ai guasti tra spire.

4.

Protezione differenziale di sequenza zero

La protezione differenziale di sequenza zero è costituita da trasformatori di corrente di sequenza zero sul lato neutro del trasformatore e da circuiti di sequenza zero dei trasformatori di corrente sul lato stella del trasformatore. Le figure 6 e 7 mostrano i circuiti di corrente quando si verificano guasti a terra all'esterno e all'interno della zona, rispettivamente. Analogamente, le correnti secondarie di questa protezione non presentano accoppiamento elettromagnetico, pertanto il dispositivo di protezione non necessita di un elemento di blocco della corrente di spunto di eccitazione o di un elemento di blocco della sovraeccitazione; allo stesso tempo, è più sensibile al guasto a terra dell'avvolgimento del trasformatore. Tuttavia, la protezione differenziale di sequenza zero può riflettere solo il guasto a terra interno del lato alta e media tensione e non può proteggere dal cortocircuito tra spire.