Zabezpieczenie różnicowe transformatorów i inne produkty zabezpieczające różnicowo | CANWIN

Ponadto występują pewne nietypowe warunki pracy transformatora, głównie: niski poziom oleju, wysoka temperatura lub ciśnienie oleju, wysokie napięcie punktu neutralnego transformatora, przeciążenie, przetężenie, nadmierne wzbudzenie itp.

W celu monitorowania różnych usterek lub nieprawidłowych warunków pracy wprowadziliśmy różne zabezpieczenia, które dzielą się na zabezpieczenie główne i zabezpieczenie zapasowe. Zabezpieczenie główne charakteryzuje się szybkim działaniem.

Część 2: Zabezpieczenie różnicowe

Wzdłużne zabezpieczenie różnicowe jest jednym z głównych zabezpieczeń transformatora i działa natychmiastowo, wyłączając rozłączniki po obu stronach. Obszar ochronny to część pomiędzy przekładnikami prądowymi po obu stronach zabezpieczenia różnicowego, w tym korpus transformatora i przewody wyprowadzeniowe między przekładnikiem prądowym a transformatorem. W 2017 roku ogranicznik po stronie 35 kV głównego transformatora nr 2 stacji elektroenergetycznej 220 kV miał przeskok fazy AB, a obudowa ogranicznika uległa uszkodzeniu w wyniku wyładowania; ponieważ ogranicznik 35 kV znajdował się pomiędzy transformatorem reologicznym a głównym transformatorem po stronie niskiego napięcia głównego transformatora, znajdował się on w zakresie zabezpieczenia wzdłużnego. Oba zestawy zabezpieczeń głównego transformatora działały prawidłowo, a zwarcie zostało odizolowane.

01

Podstawowa logika zabezpieczenia różnicowego

Istniejące zabezpieczenie różnicowo-prądowe transformatora wykorzystuje mikrokomputerowe urządzenie zabezpieczające, a prąd każdej fazy wpływa do urządzenia zabezpieczającego. Zabezpieczenie różnicowo-prądowe realizowane jest za pomocą algorytmu programowego. Aby zilustrować podstawową zasadę działania zabezpieczenia różnicowo-prądowego, posługujemy się przykładem jednej fazy.

Prąd różnicowy „odczuwany” przez zabezpieczenie jest sumą wektorową prądów wtórnych obu cewek. Jak pokazano na rysunku 1, gdy system działa normalnie lub jest zwarty zewnętrznie, prądy wtórne obu cewek mają tę samą wartość i przeciwną biegunowość, a prąd różnicowy wynosi 0, a zabezpieczenie w tym momencie nie działa. Jak pokazano na rysunku 2, gdy w zakresie działania zabezpieczenia wystąpi zwarcie doziemne, prądy wtórne mają tę samą wartość i biegunowość, a prąd różnicowy jest sumą prądów wtórnych. Po osiągnięciu wartości początkowej prądu różnicowego zabezpieczenie działa.

W oparciu o opisaną powyżej reologiczną metodę połączenia uzwojeń wtórnych, zabezpieczenie różnicowe wzdłużne dodaje regulację fazy, eliminację prądu składowej zerowej i konwersję amplitudy wektorów prądu po różnych stronach, tworząc metodę obliczania prądu różnicowego, a następnie wprowadza charakterystykę hamowania przekładnikowego. Stanowi to podstawową logikę zabezpieczenia.

Biorąc za przykład okablowanie YN-d11, schemat okablowania i wykres fazorów prądu przedstawiono na rysunku 3. Widać, że ze względu na różnicę kątów 30° między fazorami strony górnej i dolnej, suma wektorowa obu prądów nie wynosi 0 podczas normalnej pracy i wymagana jest wcześniejsza konwersja faz. Po konwersji, strona górna i dolna tej samej fazy mają tę samą fazę.

Istnieją dwie metody konwersji faz. Jedna oparta jest na stronie Y, tak aby faza prądu po stronie d była zgodna z fazą prądu po stronie Y. W tym celu stosuje się tzw. „gwiazdę kątową”. Najczęściej stosowaną metodą ochrony gwiazdy kątowej jest Narui Jibao RCS-978 itp. Wzór konwersji jest następujący:

Drugi opiera się na stronie d, dzięki czemu faza prądu po stronie Y jest zgodna z fazą po stronie d, co określa się mianem „kąta obrotu gwiazdy”. Większość istniejących zabezpieczeń wykorzystuje metodę kąta obrotu gwiazdy, a wzór przeliczeniowy wygląda następująco:

Eliminacja prądu składowej zerowej ma na celu zapobieganie nieprawidłowemu działaniu wzdłużnego zabezpieczenia różnicowego. W przypadku okablowania YN-d, gdy zwarcie doziemne występuje poza stroną wysokiego napięcia, prąd składowej zerowej płynie po stronie wysokiego napięcia Y, ale po stronie niskiego napięcia d nie występuje prąd składowej zerowej, a prądy składowej zerowej po obu stronach nie mogą się zrównoważyć, co powoduje awarię zabezpieczenia różnicowego. W trybie konwersji „kąt obrotu gwiazdy” różnica między dwoma prądami po przesunięciu fazowym po stronie Y odfiltrowuje prąd zerowy, więc nie ma potrzeby podejmowania żadnych działań. W trybie konwersji „kąt-gwiazda” kompensacja prądu składowej zerowej jest przeprowadzana na wektorze prądu po stronie Y, a wzór kompensacji jest następujący:

Ze względu na różnicę w przekładni transformatora i przekładni reologicznej po obu stronach, amplituda wtórna prądu różnicowego po obu stronach transformatora nie może być taka sama podczas normalnej pracy ani w przypadku zwarcia zewnętrznego. W tym momencie konieczne jest przeprowadzenie konwersji amplitudy, przyjęcie wartości prądu po jednej stronie jako odniesienia, obliczenie współczynnika równowagi po drugiej stronie na podstawie napięcia po obu stronach i współczynnika reologicznego, a następnie pomnożenie prądu po drugiej stronie przez współczynnik równowagi, tak aby wewnętrzne obliczenie przepływu różnicowego urządzenia wynosiło 0.

Aby dodatkowo zwiększyć czułość działania w przypadku zwarć wewnętrznych i niezawodnie uniknąć asymetrii prądu w przypadku zwarć zewnętrznych, wzdłużne zabezpieczenie różnicowe wykorzystuje element różnicowy z charakterystyką hamowania przełożenia. Oś pionowa krzywej hamowania przełożenia to prąd różnicowy, oś pozioma to prąd hamowania, górna część krzywej to obszar działania, a dolna – obszar hamowania. Istniejące charakterystyki dzielą się głównie na dwa typy: dwusegmentowe z linią przerywaną i trójsegmentowe z linią przerywaną.

Dwusegmentowa krzywa hamowania linią przerywaną jest pokazana na lewym rysunku 4. Krzywa może być typu ABC przechodząca przez początek układu współrzędnych lub typu ABD, która nie przechodzi przez początek układu współrzędnych. Większość urządzeń jest typu ABC.

Trójsegmentowa krzywa hamowania z linią przerywaną jest pokazana na rysunku 4 po prawej stronie. Można ją podzielić na dwa typy: linia pozioma dla odcinka AB i linia ukośna dla odcinka AB. Urządzenia z linią poziomą w odcinku AB obejmują Guodian Nanzi PST-1200U, ABB RET-316, Xuji WBH-801 i SEL-387, a urządzenia z linią ukośną w odcinku AB obejmują Sifang CSC-326, Shenrui PRS-778 i South Swiss RCS-978.

02

Jak sprawdzić zabezpieczenie różnicowe

Weryfikacja zabezpieczenia różnicowego wzdłużnego przeprowadzana jest zgodnie z charakterystyką hamowania przełożenia, zabezpieczenie powyżej krzywej działa, a zabezpieczenie poniżej krzywej nie działa:

1) Wybierz punkt. Wybierz 3-5 punktów do weryfikacji zabezpieczenia różnicowoprądowego wzdłużnego. Pierwszy punkt jest wybierany na osi pionowej na rysunku 4, aby zweryfikować minimalny prąd roboczy Iop.min; drugi i trzeci punkt są wybierane w punkcie przegięcia, aby zweryfikować prąd punktu przegięcia Ires; dodatkowo wybierz punkt na każdym zboczu, aby zweryfikować zbocze.

2) Oblicz wartość. Oblicz prąd rozruchowy, współczynnik równowagi i równowagę po każdej stronie transformatora; następnie oblicz amplitudę prądu i kąt fazowy po każdej stronie każdego punktu kontrolnego, zgodnie z krzywą hamowania przekładni urządzenia.

3) Sprawdź krzywą. Zastosuj metodę zmiennej stałej, aby ustalić natężenie prądu w jednym punkcie kontrolnym i zmienić natężenie prądu w drugim, tak aby przesuwać punkt kontrolny w górę i w dół do obszaru działania i hamowania, aby sprawdzić, czy urządzenie zabezpieczające działa prawidłowo.

03

Elementy pomocnicze do zabezpieczenia różnicowego

Aby zabezpieczenie różnicowe było bardziej niezawodne, logika zabezpieczenia obejmuje również takie elementy, jak rozruch, szybki hamulec i blokada:

1) Element początkowy: Zmienna początkowa obejmuje maksymalną wartość prądu różnicowego trójfazowego, wielkość mutacji prądu itp. Gdy zmienna początkowa jest większa od dowolnej wartości początkowej, urządzenie zabezpieczające otwiera zabezpieczenie różnicowe.

2) Element różnicowo-prądowy szybkiego wyłączania: Przy wysokim prądzie zwarciowym, z powodu nasycenia przekładnika prądowego, druga harmoniczna generuje ogromny moment hamowania, a element różnicowo-prądowy odmawia ruchu. Aby zapobiec odrzuceniu zabezpieczenia, w urządzeniu instalowany jest element różnicowo-prądowy szybkiego wyłączania. Gdy prąd zwarciowy osiągnie 4–10 razy wartość prądu znamionowego, element szybko działający szybko przesuwa się do wyjścia. Ponadto, aby zapobiec nieprawidłowemu działaniu zabezpieczenia z powodu niespójności charakterystyk przejściowych przekładników prądowych po obu stronach przy dużym prądzie zwarciowym, odpowiednie charakterystyki przekładników prądowych po obu stronach zabezpieczenia różnicowo-prądowego urządzeń głównych, w tym transformatorów, powinny być spójne (Osiemnaście środków zaradczych 15.1.10). Strona wysokiego napięcia głównego transformatora nr 2 podstacji jest podłączona do drugiego ciągu okablowania 2/3, a ten ciąg jest podłączony do innej linii łączącej; w 2017 r. wystąpiło jednofazowe zwarcie doziemne w fazie B przełącznika w szeregu i dwa zestawy zabezpieczeń różnicowych dla głównego korpusu transformatora. Szybki element wyłączający działa w celu odcięcia przełączników po obu stronach głównego transformatora; zabezpieczenie różnicowe prądu rozdzielonej fazy po obu stronach linii łączeniowej odcina fazę B odpowiedniego przełącznika bocznego, po czym następuje ponowne załączenie jednofazowe.

3) Element blokujący wzbudzenie prądem rozruchowym: Gdy transformator typu airdrop i zwarcie poza obszarem transformatora zostaną odcięte, generowany będzie ogromny wzbudzony prąd rozruchowy. Aby zapobiec awarii urządzenia spowodowanej prądem różnicowym generowanym przez wzbudzenie, w celu zabezpieczenia przed różnicą wzdłużną stosuje się element blokujący prąd rozruchowy, wykorzystujący zniekształcenie przebiegu (przerywany lub asymetryczny przebieg prądu różnicowego), identyfikację składowej harmonicznej (zawartość drugiej lub trzeciej harmonicznej) oraz rozmytą identyfikację wzbudzenia prądu rozruchowego. Jednakże, gdy transformator zostanie faktycznie zrzucony, zwłaszcza podczas pierwszego zrzutu, zabezpieczenie różnicowe nadal będzie działać nieprawidłowo z powodu niewystarczającego rozmagnesowania korpusu, a zawartość harmonicznych wzbudzonego prądu różnicowego może być niższa niż próg blokowania składowej harmonicznej. Aby całkowicie wyeliminować wpływ magnetyzmu szczątkowego na ładowanie transformatora przy pustym stanie, możemy podjąć działania rozmagnesowujące i wykonać kolejne ładowanie przy pustym stanie lub tymczasowo obniżyć próg blokowania drugiej harmonicznej, aby zapewnić normalną pracę głównego transformatora.

4) Element odłączający przekładnik prądowy (CT): Gdy faza wtórna przekładnika prądowego (CT) jest odłączona, prąd różnicowy jest prądem obciążenia odłączanej fazy, a zabezpieczenie może działać nieprawidłowo. W tym momencie prąd składowej zerowej, zmiany prądu fazowego, nienormalny, nagły spadek napięcia fazowego itp. mogą być wykorzystane do oceny odłączenia przekładnika prądowego (CT).

5) Element blokujący nasycenie przekładnika prądowego (CT): W przypadku wystąpienia zwarcia zewnętrznego, nasycenie przekładnika prądowego (CT) spowoduje nieprawidłowe działanie zabezpieczenia różnicowego, dlatego urządzenie zabezpieczające jest wyposażone w element blokujący nasycenie przekładnika prądowego (CT). W przypadku nasycenia przekładnika prądowego (CT), prąd różnicowy pojawia się po pewnym czasie nasycenia przekładnika, dlatego urządzenie wykorzystuje spójność czasową prądu hamowania i prądu różnicowego do oceny nasycenia przekładnika prądowego. Ponadto, aby zminimalizować wpływ nasycenia przekładnika prądowego na wzdłużne zabezpieczenie różnicowe transformatora, stosuje się przekładniki prądowe o dokładnym współczynniku granicznym (ALF) i wyższym znamionowym napięciu punktu przegięcia (18 punktów 15.1.12).

Część 3: Wprowadzenie do innych zabezpieczeń różnicowych

1.

zabezpieczenie mechanizmu różnicowego z podziałem bocznym

Zabezpieczenie różnicowe po stronie rozdzielonej to zabezpieczenie różnicowe, które jako obiekt ochrony przyjmuje uzwojenie Y transformatora i składa się z pierwszego i ostatniego przekładnika prądowego uzwojeń po każdej stronie, zgodnie z fazą. Biorąc za przykład fazę samosprzęgającą A na rysunku 5, zabezpieczenie składa się z TA1A, TA2a' i TA3A. Zgodnie z prawem prądowym Kirchhoffa nie występuje związek sprzężenia elektromagnetycznego między prądami po obu stronach, więc zabezpieczenie nie wymaga elementów blokujących prąd udarowy, elementów różnicowych o działaniu migowym i elementów blokujących przewzbudzenie. Ponadto stała wartość prądu roboczego zabezpieczenia różnicowego po stronie rozdzielonej jest niższa, a czułość jest wyższa niż w przypadku zabezpieczenia różnicowego wzdłużnego. Wadą tego zabezpieczenia jest jednak to, że nie może ono chronić przed zwarciem międzyzwojowym.

2.

Zabezpieczenie różnicowe z rozdzieloną fazą

Zabezpieczenie różnicowo-prądowe z rozdzieleniem faz to zabezpieczenie różnicowe, w którym chronione jest każde uzwojenie fazowe transformatora. Składa się ono z przekładników prądowych po każdej stronie każdego uzwojenia fazowego. (przykład). Zabezpieczenie to może odzwierciedlać wszystkie uszkodzenia danej fazy transformatora, z wyjątkiem przewodów strony niskiego napięcia, ale wymagany jest element blokujący prąd udarowy.

3.

Zabezpieczenie różnicowe ogniw po stronie niskiego napięcia

Ponieważ zabezpieczenie różnicowo-prądowe z rozdzieleniem fazy nie obejmuje zakresu ochrony przewodów doprowadzających po stronie niskiego napięcia, zabezpieczenie różnicowo-prądowe ogniw jest wprowadzane jako uzupełnienie zabezpieczenia różnicowo-prądowego z rozdzieleniem fazy. Zabezpieczenie różnicowo-prądowe wspólnoty strony niskiego napięcia składa się z wewnętrznego przekładnika prądowego trójkątnego uzwojenia dwufazowego po stronie niskiego napięcia oraz przekładnika prądowego odzwierciedlającego prąd różnicowy uzwojenia dwufazowego. Element blokujący prąd udarowy, ale nie reaguje na zwarcia międzyzwojowe.

4.

Zabezpieczenie różnicowe składowej zerowej

Zabezpieczenie różnicowo-prądowe składowej zerowej składa się z przekładników prądowych składowej zerowej po stronie neutralnej transformatora oraz obwodów przekładników prądowych składowej zerowej po stronie gwiazdy transformatora. Rysunki 6 i 7 przedstawiają pętle prądowe odpowiednio w przypadku zwarć doziemnych poza strefą i wewnątrz strefy. Podobnie, prądy wtórne tego zabezpieczenia nie wykazują sprzężenia elektromagnetycznego, więc urządzenie zabezpieczające nie wymaga blokady prądu udarowego wzbudzenia ani blokady przewzbudzenia; jednocześnie jest bardziej wrażliwe na zwarcie doziemne uzwojenia transformatora. Zabezpieczenie różnicowo-prądowe składowej zerowej może jednak odzwierciedlić jedynie wewnętrzne zwarcie doziemne po stronie wysokiego i średniego napięcia i nie chroni przed zwarciem międzyzwojowym.