Диференціальний захист трансформатора та інші продукти диференціального захисту | CANWIN

Крім того, існує кілька аномальних робочих умов трансформатора, головним чином включаючи низький рівень оливи, високу температуру або тиск оливи, високу напругу в нейтральній точці трансформатора, перевантаження, перевантаження по струму, перезбудження тощо.

Для моніторингу різних несправностей або аномальних робочих умов ми встановили різні захисні механізми, які поділяються на основний захист та резервний захист, причому основний захист має характеристики швидкої дії.

Частина 2: Диференціальний захист

Поздовжній диференціальний захист є одним з основних захистів трансформатора, і захист спрацьовує миттєво, вимикаючи вимикачі з кожного боку. Зона захисту - це частина між трансформаторами струму з кожного боку диференціального захисту, включаючи корпус трансформатора, вивідні лінії між трансформатором струму та трансформатором. У 2017 році розрядник на стороні 35 кВ головного трансформатора № 2 підстанції 220 кВ мав перекриття фази AB, і шасі розрядника було виведено з ладу внаслідок розряду; оскільки розрядник 35 кВ був розташований між реологічним трансформатором та головним трансформатором на стороні низької напруги головного трансформатора, він знаходився в межах діапазону захисту від поздовжнього різу. Два комплекти захисних пристроїв головного трансформатора спрацювали правильно, і несправність було ізольовано.

01

Основна логіка диференціального захисту

Існуючий поздовжній диференціальний захист трансформатора використовує мікрокомп'ютерний захисний пристрій, і струм кожної фази відповідно надходить на захисний пристрій, а поздовжній диференціальний захист реалізується за допомогою програмного алгоритму. Розглянемо одну фазу як приклад для ілюстрації основного принципу поздовжнього диференціального захисту.

Диференціальний струм, який «відчувається» захисним пристроєм, є векторною сумою вторинних струмів двох котушок. Як показано на рисунку 1, коли система працює нормально або має зовнішнє коротке замикання, вторинні струми двох котушок однакові за величиною та протилежні за полярністю, а диференціальний струм дорівнює 0, і захист у цей час не спрацьовує. Як показано на рисунку 2, коли в межах діапазону захисту виникає замикання на землю, вторинні струми однакові за величиною та полярністю, а диференціальний струм дорівнює сумі вторинних струмів. Коли досягається значення диференціального запуску, спрацьовує захист.

На основі вищезгаданого методу реологічного з'єднання вторинної обмотки, поздовжній диференціальний захист додає фазове регулювання, усунення струму нульової послідовності та перетворення амплітуди до векторів струму з різних боків для формування методу розрахунку диференціального струму, а потім вводить криву характеристики коефіцієнтного гальмування. Це складає основну логіку захисту.

Візьмемо для прикладу підключення YN-d11, схема підключення та діаграма вектора струму показані на рисунку 3. Видно, що оскільки між векторами високої та низької сторін існує різниця кутів 30°, векторна сума двох струмів не дорівнює 0 під час нормальної роботи, і спочатку потрібне перетворення фази. Після перетворення висока та низька сторони однієї фази мають однакову фазу.

Існує два методи перетворення фази, один з яких базується на стороні Y, завдяки чому фаза струму на стороні d узгоджується з фазою струму на стороні Y, що називається "кутовою зіркою". Найпоширенішим захистом кутової зірки є Narui Jibao RCS-978 тощо. Формула перетворення така:

Інший метод базується на стороні d, завдяки чому фаза струму сторони Y узгоджується з фазою сторони d, що називається "кут повороту зірки". Більшість існуючих захисних пристроїв використовують метод кута повороту зірки, а формула перетворення така:

Метою усунення струму нульової послідовності є запобігання неправильному спрацьовуванню поздовжнього диференціального захисту. У випадку з'єднання YN-d, коли замикання на землю виникає поза межами сторони високої напруги, струм нульової послідовності протікає на стороні високої напруги Y, але на стороні низької напруги d струм нульової послідовності відсутній, і струми нульової послідовності з обох сторін неможливо збалансувати, тому диференціальний захист вийде з ладу. У режимі перетворення "кут повороту зірки" різниця між двома струмами після фазового зсуву на стороні Y відфільтровує нульовий струм, тому не потрібно вживати жодних заходів. У режимі перетворення "кут-зірка" компенсація струму нульової послідовності виконується на векторі струму на стороні Y, а формула компенсації така:

Через різницю в коефіцієнті трансформації трансформатора та реологічному коефіцієнті трансформації кожної сторони, вторинна амплітуда диференціального струму на кожній стороні трансформатора не може бути однаковою під час нормальної роботи або зовнішнього замикання. У цьому випадку необхідно виконати перетворення амплітуди, взяти значення струму з одного боку як орієнтир, розрахувати коефіцієнт балансу з іншого боку відповідно до напруги з обох боків та реологічного коефіцієнта, і помножити струм з іншого боку на коефіцієнт балансу, щоб внутрішній розрахунок диференціального потоку пристрою дорівнював 0.

Для подальшого покращення чутливості спрацьовування у разі внутрішніх замикань та надійного запобігання незбалансованому струму зовнішніх замикань, поздовжній диференціальний захист використовує диференціальний елемент з характеристикою коефіцієнтного гальмування. Вертикальна вісь кривої коефіцієнтного гальмування – це диференціальний струм, горизонтальна вісь – струм гальмування, верхня частина кривої – це область спрацьовування, а нижня частина – область гальмування. Існуючі характеристичні криві в основному поділяються на два типи: двосегментні з ламаною лінією та трисегментні з ламаною лінією.

Двосегментна ламана крива гальмування показана на лівому рисунку рисунка 4. Крива може бути типу ABC, що проходить через початок координат, або типу ABD, що не проходить через початок координат. Більшість пристроїв мають тип ABC.

На правому рисунку рисунка 4 показано трисегментну ламану лінію гальмування, яку можна поділити на два типи: горизонтальна лінія для сегмента AB, а коса лінія для сегмента AB. Обладнання з горизонтальною лінією в секції AB включає Guodian Nanzi PST-1200U, ABB RET-316, Xuji WBH-801 та SEL-387, а обладнання з похилою лінією в секції AB включає Sifang CSC-326, Shenrui PRS-778 та South Swiss RCS-978.

02

Як перевірити диференціальний захист

Перевірка поздовжнього диференціального захисту проводиться відповідно до кривої коефіцієнтного гальмування, захист вище кривої спрацьовує, а захист нижче кривої не спрацьовує:

1) Виберіть точку. Виберіть 3-5 точок для перевірки поздовжнього диференціального захисту, перша точка вибирається на вертикальній осі рисунка 4 для перевірки мінімального робочого струму Iop.min; друга та третя точки вибираються на точці перегину для перевірки струму точки перегину Ires; крім того, виберіть точку на кожному нахилі для перевірки нахилу.

2) Обчисліть значення. Обчисліть струм пускового значення, коефіцієнт балансу та баланс кожної сторони трансформатора; потім обчисліть величину струму та фазовий кут кожної сторони кожної контрольної точки відповідно до кривої гальмування коефіцієнта дії пристрою.

3) Перевірте криву. Застосуйте метод фіксованої змінної, щоб зафіксувати один струм у контрольній точці та змінити величину іншого струму, щоб переміщувати контрольну точку вгору та вниз до області дії та області гальмування, щоб перевірити, чи захисний пристрій працює правильно.

03

Допоміжні компоненти для диференціального захисту

Щоб зробити диференціальний захист надійнішим, логіка захисту також включає такі компоненти, як пуск, швидке відключення та блокування:

1) Пусковий елемент: Пускова змінна включає максимальне значення трифазного диференціального струму, величину зміни струму тощо. Коли пускова змінна перевищує будь-яке пускове значення, захисний пристрій розмикає диференціальний захист.

2) Диференціальний швидкодіючий елемент: При високому рівні струму короткого замикання, через насичення трансформатора струму, друга гармоніка генерує величезний гальмівний момент, і диференціальний елемент відмовляється рухатися. Щоб уникнути відмови захисту, у пристрої встановлено диференціальний швидкодіючий елемент. Коли струм короткого замикання досягає в 4~10 разів номінального струму, швидкодіючий елемент швидко переміщується до розетки. Крім того, щоб запобігти неправильному спрацьовуванню захисту через невідповідність перехідних характеристик трансформаторів струму з кожного боку при великому струмі короткого замикання, відповідні характеристики трансформаторів струму з кожного боку диференціального захисту основного обладнання, включаючи трансформатори, повинні бути узгоджені (Вісімнадцять контрзаходів 15.1.10). Високовольтна сторона головного трансформатора № 2 підстанції підключена до другої лінії 2/3 проводки, а ця лінія підключена до іншої з'єднувальної лінії; У 2017 році сталося однофазне замикання на землю на фазі B вимикача в ланцюжку, і два комплекти диференціального захисту для корпусу головного трансформатора. Елемент швидкого вимикання спрацьовує для відключення вимикачів з кожного боку головного трансформатора; диференціальний захист від розщеплення фазного струму з обох боків лінії зв'язку відключає фазу B відповідного бокового вимикача, після чого відбувається однофазне повторне вмикання.

3) Елемент блокування пускового струму збудження: Коли трансформатор з пусковим струмом та коротке замикання поза зоною трансформатора відключаються, генерується величезний пусковий струм збудження. Щоб запобігти несправності пристрою внаслідок диференціального струму, спричиненого пусковим струмом збудження, для поздовжнього диференціального захисту встановлюється елемент блокування пускового струму, який використовує спотворення форми сигналу (періодичну або асиметричну форму сигналу диференціального струму), ідентифікацію гармонійної складової (вміст другої або третьої гармоніки), нечітку ідентифікацію та ідентифікацію пускового струму збудження. Однак, коли трансформатор фактично скидається, особливо під час першого скидання, диференціальний захист все одно працюватиме несправно через недостатнє розмагнічування основного корпусу, а гармонійний склад диференціального струму скидання може бути нижчим за поріг блокування гармонійної складової. Щоб принципово усунути вплив залишкового магнетизму на порожній заряд трансформатора, можна вжити заходів щодо розмагнічування та виконати ще один порожній заряд або тимчасово знизити поріг блокування другою гармонікою, щоб забезпечити нормальну роботу головного трансформатора.

4) Елемент відключення трансформатора струму: Коли вторинна фаза трансформатора струму відключена, диференціальний струм дорівнює струму навантаження фази відключення, і захист може вийти з ладу. У цей час для оцінки відключення трансформатора струму можна використовувати струм нульової послідовності, зміни фазного струму, аномальне раптове падіння фазної напруги тощо.

5) Елемент блокування насичення трансформатора струму: У разі зовнішнього замикання насичення трансформатора струму призводить до несправності диференціального захисту, тому захисний пристрій оснащений елементом блокування виявлення насичення трансформатора струму. Коли трансформатор струму насичується, диференціальний струм виникає після того, як він перебуває в насиченні протягом певного періоду часу, тому пристрій використовує узгодженість часу гальмівного струму та диференціального струму для визначення того, чи насичений трансформатор струму. Крім того, щоб мінімізувати вплив насичення трансформатора струму на поздовжній диференціальний захист трансформатора, трансформатори струму мають точний граничний коефіцієнт (ALF) та вищу номінальну напругу точки перегину (18 контрзаходів, пункт 15.1.12).

Частина 3: Вступ до інших диференціальних захистів

1.

захист диференціала з розділеною стороною

Диференціальний захист з роздільною стороною — це диференціальний захист, який захищається на обмотці Y трансформатора та складається з першого та останнього струмових трансформаторів обмоток з кожного боку відповідно до фази. На прикладі самозв'язку фази A на рисунку 5 захист складається з TA1A, TA2a' та TA3A. Згідно із законом Кірхгофа, між струмами на обох кінцях немає електромагнітного зв'язку, тому захист не вимагає елементів блокування пускового струму, диференціальних елементів швидкої дії та елементів блокування перезбудження. Крім того, фіксоване значення робочого струму диференціального захисту з роздільною стороною нижче, а чутливість вища, ніж у поздовжнього диференціального захисту. Але недоліком цього захисту є те, що він не може захистити від міжвиткового короткого замикання.

2.

Диференціальний захист з розділенням фаз

Диференціальний захист з розділенням фаз – це диференціальний захист, який приймає кожну фазну обмотку трансформатора як об'єкт захисту та складається з трансформаторів струму з кожного боку кожної фазної обмотки (наприклад). Цей захист може відображати всі несправності певної фази трансформатора, крім виводів низьковольтної сторони, але потрібен елемент блокування пускового струму.

3.

Диференціальний захист комірок на стороні низької напруги

Оскільки диференціальний захист з розділенням фаз не має діапазону захисту для підвідних проводів на стороні низької напруги, диференціальний захист комірки вводиться як доповнення до диференціального захисту з розділенням фаз. Диференціальний захист низьковольтної сторони складається з внутрішнього струму струму трикутної двофазної обмотки на стороні низької напруги та струму струму, що відображає диференціальний струм двофазної обмотки. Елемент блокування пускового струму, але не реагує на міжвиткові замикання.

4.

Захист від диференціального зчеплення нульової послідовності

Диференціальний захист нульової послідовності складається з трансформаторів струму нульової послідовності на стороні нейтральної точки трансформатора та кіл нульової послідовності трансформаторів струму на стороні зірки трансформатора. На рисунках 6 та 7 зображено петлі струму, коли замикання на землю виникають поза зоною та всередині зони відповідно. Аналогічно, вторинні струми цього захисту не мають електромагнітного зв'язку, тому захисний пристрій не потребує елемента блокування пускового струму збудження або елемента блокування перезбудження; водночас він більш чутливий до замикання на землю обмотки трансформатора. Однак диференціальний захист нульової послідовності може відображати лише внутрішнє замикання на землю з боку високої та середньої напруги та не може захистити від міжвиткового короткого замикання.