Protecție diferențială pentru transformatoare și alte produse de protecție diferențială | CANWIN

În plus, există mai multe condiții anormale de funcționare ale transformatorului, inclusiv în principal nivel scăzut de ulei, temperatură sau presiune ridicată a uleiului, tensiune ridicată a punctului neutru al transformatorului, supraîncărcare, supracurent, supraexcitație etc.

Pentru a monitoriza diferite defecțiuni sau condiții anormale de funcționare, am configurat diferite protecții, care sunt împărțite în protecție principală și protecție de rezervă, iar protecția principală are caracteristici de acțiune rapidă.

Partea 2: Protecție diferențială

Protecția diferențială longitudinală este una dintre principalele protecții ale transformatorului, iar protecția funcționează instantaneu pentru a declanșa întrerupătoarele de pe fiecare parte. Zona de protecție este partea dintre transformatoarele de curent de pe fiecare parte a protecției diferențiale, inclusiv corpul transformatorului și liniile de ieșire dintre transformatorul de curent și transformator. În 2017, descărcătorul de pe partea de 35 kV a transformatorului principal nr. 2 al unei stații de transformare de 220 kV a avut o descărcare de fază AB, iar șasiul descărcătorului s-a defectat prin descărcare; deoarece descărcătorul de 35 kV era situat între transformatorul reologic și transformatorul principal pe partea de joasă tensiune a transformatorului principal, acesta se afla în intervalul de protecție al diferenței longitudinale. Cele două seturi de protecții ale transformatorului principal au funcționat corect, iar defectul a fost izolat.

01

Logica de bază a protecției diferențiale

Protecția diferențială longitudinală existentă a transformatorului adoptă un dispozitiv de protecție cu microcomputer, iar curentul fiecărei faze intră în dispozitivul de protecție, iar protecția diferențială longitudinală este realizată printr-un algoritm software. Luăm o fază ca exemplu pentru a ilustra principiul de bază al protecției diferențiale longitudinale.

Curentul diferențial „simțit” de dispozitivul de protecție este suma vectorială a curenților secundari ai celor două bobine. După cum se arată în Figura 1, atunci când sistemul funcționează normal sau este scurtcircuitat extern, curenții secundari ai celor două bobine au aceeași mărime și polaritate opusă, iar curentul diferențial este 0, iar protecția nu funcționează în acest moment. După cum se arată în Figura 2, când apare un defect la masă în intervalul de protecție, curenții secundari au aceeași mărime și polaritate, iar curentul diferențial este suma curenților secundari. Când se atinge valoarea de pornire a diferențialului, protecția funcționează.

Pe baza metodei de conectare a bobinei secundare reologice de mai sus, protecția diferențială longitudinală adaugă reglarea fazei, eliminarea curentului de secvență zero și conversia amplitudinii la vectorii de curent de pe diferite părți pentru a forma o metodă de calcul al curentului diferențial și apoi introduce curba caracteristică de frânare a raportului. Constituie logica de bază a protecției.

Luând ca exemplu cablajul YN-d11, schema de conectare și diagrama fazorială a curentului sunt prezentate în Figura 3. Se poate observa că, deoarece există o diferență de unghi de 30° între fazorii de pe partea înaltă și cea joasă, suma vectorială a celor doi curenți nu este 0 în timpul funcționării normale, fiind necesară mai întâi conversia de fază. După conversie, părțile înalte și joase ale aceleiași faze au aceeași fază.

Există două metode de conversie de fază, una se bazează pe partea Y, astfel încât faza curentului de pe partea D să fie consistentă cu faza curentului de pe partea Y, denumită „stea unghiulară”, cea mai comună protecție a stelei unghiulare este Narui Jibao RCS-978 etc., formula de conversie este:

Celălalt se bazează pe latura d, astfel încât faza curentă a laturii Y să fie consistentă cu cea a laturii d, denumită „unghi de rotație în stea”. Majoritatea dispozitivelor de protecție existente adoptă metoda unghiului de rotație în stea, iar formula de conversie este:

Scopul eliminării curentului de secvență zero este de a preveni funcționarea defectuoasă a protecției diferențiale longitudinale. Pentru cablarea YN-d, atunci când apare un defect la masă în afara părții de înaltă tensiune, curentul de secvență zero circulă pe partea Y de înaltă tensiune, dar nu există curent de secvență zero pe partea d de joasă tensiune, iar curenții de secvență zero de pe ambele părți nu pot fi echilibrați, astfel încât protecția diferențială va funcționa defectuos. În modul de conversie „unghi de rotație stea”, diferența dintre cei doi curenți după schimbarea de fază pe partea Y a filtrat curentul zero, deci nu este nevoie să se ia măsuri. În modul de conversie „unghi-stea”, compensarea curentului de secvență zero se efectuează pe vectorul de curent al părții Y, iar formula de compensare este:

Datorită diferenței dintre raportul de transformare al transformatorului și raportul de transformare reologică al fiecărei părți, amplitudinea secundară a curentului diferențial de pe fiecare parte a transformatorului nu poate fi aceeași în timpul funcționării normale sau în cazul unui defect extern. În acest moment, este necesar să se efectueze o conversie a amplitudinii, să se ia valoarea curentului de pe o parte ca referință, să se calculeze coeficientul de echilibrare de pe cealaltă parte în funcție de tensiunea de pe ambele părți și de raportul reologic și să se înmulțească curentul de pe cealaltă parte cu coeficientul de echilibrare, astfel încât calculul intern al debitului diferențial al dispozitivului să fie 0.

Pentru a îmbunătăți și mai mult sensibilitatea la acțiune în cazul defectelor interne și pentru a evita în mod fiabil curentul dezechilibrat al defectelor externe, protecția diferențială longitudinală adoptă un element diferențial cu o curbă caracteristică de frânare raportată. Axa verticală a curbei de frânare raportată este curentul diferențial, axa orizontală este curentul de frânare, partea superioară a curbei este zona de acțiune, iar partea inferioară este zona de frânare. Curbele caracteristice existente sunt împărțite în principal în două tipuri: tip linie întreruptă cu două segmente și tip linie întreruptă cu trei segmente.

Curba de frânare cu raport de linie întreruptă în două segmente este prezentată în figura din stânga a Figurii 4. Curba poate fi de tip ABC, care trece prin origine, sau de tip ABD, care nu trece prin origine. Majoritatea dispozitivelor sunt de tip ABC.

Curba de frânare cu raport de linie întreruptă în trei segmente este prezentată în figura din dreapta a Figurii 4, care poate fi subdivizată în două tipuri, unul este linia orizontală pentru segmentul AB, iar celălalt este linia oblică pentru segmentul AB. Echipamentele cu linie orizontală în secțiunea AB includ Guodian Nanzi PST-1200U, ABB RET-316, Xuji WBH-801 și SEL-387, iar echipamentele cu linie oblică în secțiunea AB includ Sifang CSC-326, Shenrui PRS-778 și South Swiss RCS-978.

02

Cum se verifică protecția diferențială

Verificarea protecției diferențiale longitudinale se efectuează conform curbei caracteristice de frânare a raportului, protecția de deasupra curbei funcționează, iar protecția de sub curbă nu funcționează:

1) Alegeți un punct. Selectați 3-5 puncte pentru verificarea protecției diferențiale longitudinale, primul punct este selectat pe axa verticală din Figura 4 pentru a verifica curentul minim de funcționare Iop.min; al doilea și al treilea punct sunt selectate pe punctul de inflexiune pentru a verifica curentul de inflexiune Ires al punctului de inflexiune; în plus, alegeți un punct pe fiecare pantă pentru a verifica panta.

2) Calculați valoarea. Calculați curentul de pornire, coeficientul de echilibrare și echilibrarea fiecărei părți a transformatorului; apoi calculați magnitudinea curentului și unghiul de fază al fiecărei părți a fiecărui punct de control în funcție de curba de frânare a dispozitivului.

3) Verificați curba. Aplicați metoda variabilei fixe pentru a fixa un curent în punctul de control și a modifica mărimea celuilalt curent, astfel încât să mutați punctul de control în sus și în jos, către zona de acțiune și zona de frânare, pentru a verifica dacă dispozitivul de protecție funcționează corect.

03

Componente auxiliare pentru protecție diferențială

Pentru a face protecția diferențială mai fiabilă, logica de protecție implică și componente precum pornirea, decuplarea rapidă și blocarea:

1) Element de pornire: Variabila de pornire include valoarea maximă a curentului diferențial trifazat, cantitatea de variație a curentului etc. Când variabila de pornire este mai mare decât orice valoare de pornire, dispozitivul de protecție deschide protecția diferențială.

2) Element diferențial cu declanșare rapidă: La un nivel ridicat al curentului de scurtcircuit, din cauza saturației transformatorului de curent, a doua armonică generează un cuplu de frânare imens, iar elementul diferențial refuză să se miște. Pentru a evita refuzul protecției, în dispozitiv este instalat un element diferențial cu acțiune rapidă. Când curentul de scurtcircuit atinge de 4~10 ori curentul nominal, elementul cu acțiune rapidă se deplasează rapid la priză. În plus, pentru a preveni acțiunea incorectă a protecției din cauza inconsecvenței caracteristicilor tranzitorii ale transformatoarelor de curent de pe fiecare parte atunci când există un curent de scurtcircuit mare, caracteristicile relevante ale transformatoarelor de curent de pe fiecare parte a protecției diferențiale a echipamentului principal, inclusiv transformatoarele, trebuie să fie consistente (Optsprezece contramăsuri 15.1.10). Partea de înaltă tensiune a transformatorului principal nr. 2 al unei substații este conectată la al doilea șir de cablaje 2/3, iar acest șir este conectat la o altă linie de legătură; În 2017, a apărut un defect la masă monofazat pe faza B a comutatorului din șir și două seturi de protecție diferențială pentru corpul transformatorului principal. Elementul de decuplare rapidă acționează pentru a deconecta comutatoarele de pe fiecare parte a transformatorului principal; protecția diferențială de curent divizat de pe ambele părți ale liniei de legătură întrerupe faza B a comutatorului lateral corespunzător, iar apoi reanclanșarea monofazată are loc cu succes.

3) Element de blocare a curentului de pornire: Când transformatorul de lansare și scurtcircuitul din afara zonei transformatorului sunt întrerupte, se va genera un curent de pornire de excitație imens. Pentru a preveni funcționarea defectuoasă a dispozitivului de către curentul diferențial cauzat de curentul de pornire de excitație, este configurat un element de blocare a curentului de pornire pentru protecția diferențială longitudinală, utilizând distorsiunea formei de undă (formă de undă a curentului diferențial intermitent sau asimetric), identificarea componentei armonice (conținutul armonic al celei de-a doua sau a treia armonice), identificarea fuzzy a curentului de pornire de excitație. Cu toate acestea, atunci când transformatorul este efectiv detașat, în special pentru prima detașare, protecția diferențială va continua să funcționeze defectuos din cauza demagnetizării insuficiente a corpului principal, iar conținutul armonic al curentului diferențial detașat poate fi mai mic decât pragul de blocare a componentei armonice. Pentru a elimina fundamental influența magnetismului rezidual asupra încărcării goale a transformatorului, putem lua măsuri de demagnetizare și efectua o altă încărcare goală sau putem reduce temporar pragul de blocare al celei de-a doua armonice pentru a asigura funcționarea normală a transformatorului principal.

4) Element de deconectare a CT-ului: Când faza secundară a CT-ului este deconectată, curentul diferențial este curentul de sarcină al fazei de deconectare, iar protecția poate funcționa defectuos. În acest moment, curentul de secvență zero, modificările curentului de fază, scăderea bruscă anormală a tensiunii de fază etc. pot fi utilizate pentru a evalua deconectarea CT-ului.

5) Element de blocare a saturației CT: Când apare un defect extern, saturația CT va cauza funcționarea defectuoasă a protecției diferențiale, așadar dispozitivul de protecție este echipat cu un element de detectare a blocării saturației CT. Când CT este saturat, curentul diferențial apare după ce CT este saturat pentru o perioadă de timp, astfel încât dispozitivul utilizează consistența temporizării dintre curentul de frânare și curentul diferențial pentru a evalua dacă CT este saturat. În plus, pentru a minimiza impactul saturației CT asupra protecției diferențiale longitudinale a transformatorului, se utilizează transformatoare de curent cu factor limită precis (ALF) și tensiune nominală a punctului de inflexiune mai mare (18 contramăsuri 15.1.12).

Partea 3: Introducere în alte tipuri de protecție diferențială

1.

protecție diferențială laterală divizată

Protecția diferențială pe partea split este o protecție diferențială care ia înfășurarea pe partea Y a transformatorului ca obiect protejat și este compusă din primul și ultimul transformator de curent (TC) al înfășurărilor de pe fiecare parte, în funcție de fază. Luând ca exemplu faza A cu autocuplare din Figura 5, protecția este compusă din TA1A, TA2a' și TA3A. Conform legii curentului lui Kirchhoff, nu există o relație de cuplare electromagnetică între curenții de la ambele capete, astfel încât protecția nu necesită elemente de blocare a curentului de pornire, elemente de acțiune diferențială rapidă și elemente de blocare a supraexcitației. În plus, valoarea fixă ​​a curentului de funcționare al protecției diferențiale pe partea split este mai mică, iar sensibilitatea este mai mare decât cea a protecției diferențiale longitudinale. Dar dezavantajul acestei protecții este că nu poate proteja la scurtcircuitul între spire.

2.

Protecție diferențială de fază divizată

Protecția diferențială prin separarea fazelor este o protecție diferențială care ia fiecare înfășurare de fază a transformatorului ca obiect protejat și este compusă din CT-uri pe fiecare parte a fiecărei înfășurări de fază (de exemplu). Această protecție poate reflecta toate defectele unei anumite faze a transformatorului, cu excepția conductorilor de joasă tensiune, dar este necesar un element de blocare a curentului de pornire.

3.

Protecție diferențială a celulelor pe partea de joasă tensiune

Întrucât protecția diferențială cu divizare de fază nu are un interval de protecție pentru firele de conectare de pe partea de joasă tensiune, diferențialul de celulă este introdus ca un supliment la diferențialul cu divizare de fază. Protecția diferențială a comunității de joasă tensiune este compusă din transformatorul de curent intern al înfășurării triunghiulare bifazate de pe partea de joasă tensiune și transformatorul de curent care reflectă curentul diferențial al înfășurării bifazate. Element de blocare a curentului de supratensiune, dar nu răspunde la defectele spiră-spică.

4.

Protecție diferențială de secvență zero

Protecția diferențială de secvență zero constă din transformatoare de curent de secvență zero pe partea punctului neutru al transformatorului și circuite de secvență zero ale transformatoarelor de curent pe partea stea a transformatorului. Figurile 6 și 7 prezintă buclele de curent atunci când apar defecte la masă în afara zonei, respectiv în interiorul zonei. În mod similar, curenții secundari ai acestei protecții nu au o relație de cuplare electromagnetică, astfel încât dispozitivul de protecție nu necesită un element de blocare a curentului de aprindere la excitație sau un element de blocare a supraexcitației; în același timp, este mai sensibil la defectul de împământare al înfășurării transformatorului. Cu toate acestea, protecția diferențială de secvență zero poate reflecta doar defectul intern la masă al părții de înaltă și medie tensiune și nu poate proteja împotriva scurtcircuitului între spire.