Diferencialna zaščita transformatorjev in drugi izdelki za diferencialno zaščito | CANWIN

Poleg tega obstaja več nenormalnih delovnih pogojev transformatorja, vključno z nizko gladino olja, visoko temperaturo ali tlakom olja, visoko napetostjo nevtralne točke transformatorja, preobremenitvijo, prekomernim tokom, prekomernim vzbujanjem itd.

Za spremljanje različnih napak ali nenormalnih delovnih pogojev smo vzpostavili različne zaščite, ki so razdeljene na glavno zaščito in rezervno zaščito, pri čemer ima glavna zaščita značilnosti hitrega delovanja.

2. del: Diferencialna zaščita

Vzdolžna diferencialna zaščita je ena glavnih zaščit transformatorja in zaščita deluje v trenutku, da sproži stikala na vsaki strani. Zaščitno območje je del med tokovnima transformatorjema na vsaki strani diferencialne zaščite, vključno s telesom transformatorja ter izhodnimi vodi med tokovnim transformatorjem in transformatorjem. Leta 2017 je odvodnik na 35 kV strani glavnega transformatorja št. 2 220 kV transformatorske postaje imel preboj faze AB, ohišje odvodnika pa je bilo prekinjeno zaradi praznjenja; ker se je 35 kV odvodnik nahajal med reološkim transformatorjem in glavnim transformatorjem na nizkonapetostni strani glavnega transformatorja, je bil znotraj zaščitnega območja vzdolžne diference. Oba sklopa zaščit glavnih transformatorjev sta delovala pravilno in napaka je bila izolirana.

01

Osnovna logika diferencialne zaščite

Obstoječa vzdolžna diferencialna zaščita transformatorja uporablja mikroračunalniško zaščitno napravo, pri čemer tok vsake faze vstopa v zaščitno napravo, vzdolžna diferencialna zaščita pa se izvaja s programskim algoritmom. Za ponazoritev osnovnega načela vzdolžne diferencialne zaščite vzamemo primer ene faze.

Diferencialni tok, ki ga "čuti" zaščitna naprava, je vektorska vsota sekundarnih tokov obeh tuljav. Kot je prikazano na sliki 1, so sekundarni tokovi obeh tuljav enake velikosti in nasprotne polarnosti, ko sistem deluje normalno ali je v zunanjem kratkem stiku, pri čemer je diferencialni tok 0 in zaščita v tem trenutku ne deluje. Kot je prikazano na sliki 2, so sekundarni tokovi enake velikosti in polarnosti, ko se znotraj območja zaščite pojavi zemeljski stik, diferencialni tok pa je vsota sekundarnih tokov. Ko je dosežena diferencialna zagonska vrednost, se zaščita aktivira.

Na podlagi zgoraj opisane metode priključitve reološke sekundarne tuljave vzdolžna diferencialna zaščita doda fazno prilagoditev, eliminacijo toka ničelnega zaporedja in pretvorbo amplitude tokovnim vektorjem na različnih straneh, da se oblikuje metoda za izračun diferencialnega toka, nato pa se uvede krivulja karakteristike zavornega razmerja. To predstavlja osnovno logiko zaščite.

Na primeru ožičenja YN-d11 sta diagram ožičenja in diagram fazorja toka prikazana na sliki 3. Vidimo lahko, da vektorska vsota obeh tokov med normalnim delovanjem ni 0, ker je med fazorjema visoke in nizke strani kotna razlika 30°, zato je najprej potrebna fazna pretvorba. Po pretvorbi imata visoka in nizka stran iste faze enako fazo.

Obstajata dve metodi fazne pretvorbe, ena temelji na strani Y, tako da je tok na strani d skladen s tok na strani Y, kar se imenuje "kotna zvezda". Najpogostejša zaščita kotne zvezde je Narui Jibao RCS-978 itd., formula za pretvorbo pa je:

Druga metoda temelji na strani d, tako da je trenutna faza strani Y skladna s fazo strani d, kar se imenuje "kot vrtenja zvezde". Večina obstoječih zaščitnih naprav uporablja metodo kota vrtenja zvezde, formula za pretvorbo pa je:

Namen odpravljanja ničelnega zaporedja toka je preprečiti napačno delovanje vzdolžne diferencialne zaščite. Pri ožičenju YN-d, ko pride do zemeljskega stika zunaj visokonapetostne strani, na visokonapetostni strani Y teče ničelni zaporedni tok, na nizkonapetostni strani d pa ni ničelnega zaporedja toka, zato ničelnih zaporednih tokov na obeh straneh ni mogoče uravnotežiti, zato bo diferencialna zaščita nedelovala pravilno. V načinu pretvorbe "kot vrtenja zvezde" razlika med obema tokovoma po faznem premiku na strani Y izloči ničelni tok, zato ni treba sprejeti nobenih ukrepov. V načinu pretvorbe "kot-zvezda" se kompenzacija ničelnega zaporedja toka izvede na vektorju toka na strani Y, formula za kompenzacijo pa je:

Zaradi razlike v transformacijskem razmerju transformatorja in reološkem transformacijskem razmerju vsake strani sekundarna amplituda diferencialnega toka na vsaki strani transformatorja med normalnim delovanjem ali zunanjo napako ne more biti enaka. V tem primeru je treba izvesti pretvorbo amplitude, vzeti vrednost toka na eni strani kot referenco, izračunati koeficient ravnovesja na drugi strani glede na napetost na obeh straneh in reološko razmerje ter pomnožiti tok na drugi strani s koeficientom ravnovesja, tako da je notranji izračun diferencialnega toka naprave enak 0.

Za dodatno izboljšanje odzivne občutljivosti v primeru notranjih napak in zanesljivo preprečevanje neuravnoteženega toka zunanjih napak vzdolžna diferencialna zaščita uporablja diferencialni element s krivuljo razmernega zaviranja. Navpična os krivulje razmernega zaviranja predstavlja diferencialni tok, vodoravna os predstavlja zavorni tok, zgornji del krivulje predstavlja območje delovanja, spodnji del pa območje zaviranja. Obstoječe karakteristične krivulje so v glavnem razdeljene na dve vrsti: dvosegmentno s prekinjeno črto in trisegmentno s prekinjeno črto.

Dvodelna prekinjena krivulja zavornega razmerja je prikazana na levi sliki slike 4. Krivulja je lahko tipa ABC, ki poteka skozi izhodišče, ali tipa ABD, ki ne poteka skozi izhodišče. Večina naprav je tipa ABC.

Na desni sliki slike 4 je prikazana tridelna prekinjena krivulja zavornega razmerja, ki jo lahko razdelimo na dve vrsti, ena je vodoravna črta za odsek AB in druga je poševna črta za odsek AB. Oprema z vodoravno črto v odseku AB vključuje Guodian Nanzi PST-1200U, ABB-jev RET-316, Xuji WBH-801 in SEL-387, oprema s poševno črto v odseku AB pa vključuje Sifang CSC-326, Shenrui PRS-778 in South Swiss RCS-978.

02

Kako preveriti diferencialno zaščito

Preverjanje vzdolžne diferencialne zaščite se izvede v skladu s krivuljo karakteristik zavornega razmerja, zaščita nad krivuljo deluje, zaščita pod krivuljo pa ne deluje:

1) Izberite točko. Izberite 3–5 točk za preverjanje vzdolžne diferencialne zaščite, prva točka je izbrana na navpični osi na sliki 4 za preverjanje minimalnega obratovalnega toka Iop.min; druga in tretja točka sta izbrani na pregibni točki za preverjanje toka pregibne točke Ires; poleg tega izberite točko na vsakem naklonu za preverjanje naklona.

2) Izračunajte vrednost. Izračunajte zagonski tok, koeficient ravnovesja in ravnovesje vsake strani transformatorja; nato izračunajte jakost toka in fazni kot vsake strani vsake kontrolne točke v skladu s krivuljo zaviralnega razmerja naprave.

3) Preverite krivuljo. Z metodo fiksne spremenljivke fiksirajte en tok v kontrolni točki in spremenite velikost drugega toka, da premaknete kontrolno točko gor in dol v območje delovanja in območje zaviranja, da preverite, ali zaščitna naprava deluje pravilno.

03

Pomožne komponente za diferencialno zaščito

Da bi bila diferencialna zaščita zanesljivejša, logika zaščite vključuje tudi komponente, kot so zagon, hitri izklop in zaklepanje:

1) Začetni element: Začetna spremenljivka vključuje največjo vrednost trifaznega diferencialnega toka, količino mutacije toka itd. Ko je začetna spremenljivka večja od katere koli začetne vrednosti, zaščitna naprava odpre diferencialno zaščito.

2) Diferencialni hitroodklopni element: Pri visoki ravni kratkostičnega toka zaradi nasičenosti tokovnega transformatorja drugi harmonik ustvari ogromen zavorni navor in diferencialni element se noče premakniti. Da bi se izognili zavrnitvi zaščite, je v napravo nameščen diferencialni hitroodklopni element. Ko kratkostični tok doseže 4–10-kratnik nazivnega toka, se hitroodklopni element hitro premakne proti vtičnici. Poleg tega morajo biti ustrezne karakteristike tokovnih transformatorjev na vsaki strani diferencialne zaščite glavne opreme, vključno s transformatorji, enake, da se prepreči nepravilno delovanje zaščite zaradi nedoslednosti prehodnih karakteristik tokovnih transformatorjev na vsaki strani pri velikem kratkostičnem toku (osemnajst protiukrepov 15.1.10). Visokonapetostna stran glavnega transformatorja št. 2 podpostaje je priključena na drugi niz 2/3 ožičenja, ta niz pa je priključen na drug povezovalni vod; Leta 2017 je prišlo do enofaznega zemeljskega stika na fazi B stikala v nizu in dva sklopa diferencialne zaščite za ohišje glavnega transformatorja. Hitroodklopni element deluje tako, da izklopi stikala na vsaki strani glavnega transformatorja; diferencialna zaščita z deljenim faznim tokom na obeh straneh povezovalnega voda prekine fazo B ustreznega stranskega stikala, nato pa se enofazno stikalo ponovno vklopi.

3) Element za blokiranje vzbujevalnega vklopnega toka: Ko se transformator s padcem zraka in kratek stik zunaj območja transformatorja prekineta, se ustvari ogromen vzbujevalni vklopni tok. Da bi preprečili, da bi diferencialni tok, ki ga povzroča vzbujevalni vklopni tok, povzročil okvaro naprave, je za vzdolžno diferencialno zaščito nastavljen element za blokiranje vklopnega toka, ki uporablja popačenje valovne oblike (prekinjajoča ali asimetrična diferencialna tokovna valovna oblika), identifikacijo harmonskih komponent (vsebnost drugega ali tretjega harmonika) in mehko identifikacijo vzbujevalnega vklopnega toka. Vendar pa bo pri dejanskem padcu zraka, zlasti pri prvem padcu zraka, diferencialna zaščita še vedno nehala delovati zaradi nezadostne razmagnetitve glavnega telesa, harmonska vsebnost diferencialnega toka, ki pa je lahko nižja od praga blokiranja harmonskih komponent. Da bi bistveno odpravili vpliv preostalega magnetizma na prazno polnjenje transformatorja, lahko sprejmemo ukrepe za razmagnetitev in izvedemo še eno prazno polnjenje ali začasno znižamo prag blokiranja drugega harmonika, da zagotovimo normalno delovanje glavnega transformatorja.

4) Element za odklop tokovnega transformatorja: Ko je sekundarna faza tokovnega transformatorja odklopljena, je diferencialni tok enak obremenitvenemu toku odklopne faze in zaščita lahko ne deluje pravilno. V tem primeru se lahko za presojo odklopa tokovnega transformatorja uporabijo tok ničelnega zaporedja, spremembe faznega toka, nenaden padec fazne napetosti itd.

5) Element za blokiranje nasičenosti tokovnega transformatorja: Ko pride do zunanje napake, nasičenost tokovnega transformatorja povzroči okvaro diferencialne zaščite, zato je zaščitna naprava opremljena z elementom za zaznavanje nasičenosti tokovnega transformatorja, ki blokira nasičenost. Ko je tokovni transformator nasičen, se diferencialni tok pojavi po tem, ko je tokovni transformator določen čas nasičen, zato naprava uporabi časovno skladnost zavornega toka in diferencialnega toka za oceno, ali je tokovni transformator nasičen. Poleg tega se za zmanjšanje vpliva nasičenosti tokovnega transformatorja na vzdolžno diferencialno zaščito transformatorja uporabljajo tokovni transformatorji z natančnim mejnim faktorjem (ALF) in višjo nazivno napetostjo prevojne točke (18 protiukrepov 15.1.12).

3. del: Uvod v druge diferencialne zaščite

1.

zaščita diferenciala z deljeno stranjo

Diferencialna zaščita na razcepljeni strani je diferencialna zaščita, ki kot zaščiteni objekt uporablja navitje transformatorja na strani Y in je sestavljena iz prvega in zadnjega tokovnega transformatorja navitij na vsaki strani glede na fazo. Na primeru samodejne sklopitve faze A na sliki 5 je zaščita sestavljena iz TA1A, TA2a' in TA3A. V skladu s Kirchhoffovim zakonom o toku ni elektromagnetne sklopitve med tokovi na obeh koncih, zato zaščita ne potrebuje elementov za blokiranje vklopnega toka, diferencialnih elementov z bliskovnim delovanjem in elementov za blokiranje prevzbujanja. Poleg tega je fiksna vrednost obratovalnega toka diferencialne zaščite na razcepljeni strani nižja, občutljivost pa je višja kot pri vzdolžni diferencialni zaščiti. Slabost te zaščite pa je, da ne more zaščititi pred kratkim stikom med ovoji.

2.

Diferencialna zaščita z deljeno fazo

Fazno ločilna diferencialna zaščita je diferencialna zaščita, ki kot zaščiteni objekt upošteva vsako fazno navitje transformatorja in je sestavljena iz tokovnih transformatorjev na vsaki strani vsakega faznega navitja (na primer). Ta zaščita lahko odraža vse napake določene faze transformatorja, razen nizkonapetostnih vodnikov, vendar je potreben element za blokiranje vklopnega toka.

3.

Diferencialna zaščita celic na strani nizke napetosti

Ker diferencialna zaščita z delitvijo faz nima zaščitnega območja za priključne žice na nizkonapetostni strani, se diferencialna zaščita celic uvede kot dopolnilo k diferencialni zaščiti z delitvijo faz. Diferencialna zaščita nizkonapetostne strani je sestavljena iz notranjega tokovnega transformatorja trikotnega dvofaznega navitja na nizkonapetostni strani in tokovnega transformatorja, ki odraža diferencialni tok dvofaznega navitja. Element za blokiranje zagonskega toka, vendar se ne odziva na medovinske napake.

4.

Zaščita diferenciala ničelnega zaporedja

Ničelno zaporedna diferencialna zaščita je sestavljena iz ničelno zaporednih tokovnih transformatorjev na nevtralni strani transformatorja in ničelno zaporednih tokokrogov tokovnih transformatorjev na zvezdasti strani transformatorja. Sliki 6 in 7 prikazujeta tokovne zanke, ko se zemeljski stiki pojavijo zunaj oziroma znotraj cone. Podobno sekundarni tokovi te zaščite nimajo elektromagnetne sklopitve, zato zaščitna naprava ne potrebuje elementa za blokiranje vzbujevalnega toka ali elementa za blokiranje prevzbujanja; hkrati je bolj občutljiva na ozemljitveni stik navitja transformatorja. Vendar pa lahko ničelno zaporedna diferencialna zaščita odraža le notranji zemeljski stik na strani visoke in srednje napetosti in ne more zaščititi kratkega stika med ovoji.