Дифференциальная защита трансформатора

Лабораторная работа №4

Цель работы: целью работы является изучение дифференциальной защиты трансформатора.

4.4. Общие сведения

Для защиты трансформаторов от коротких замыканий (КЗ) между фазами, на землю и от замыканий витков одной фазы широкое распространение получила дифференциальная защита. Принцип действия дифференциальной защиты трансформаторов, также как и дифференциальной защиты линий и шин, основан ан сравнении величины и направления токов до и после защищаемого элемента (в данном случае трансформатора). При внешнем КЗ и нагрузке токи с обоих концов трансформатора направлены в одну сторону, и находятся в определенном соотношении, равным коэффициенту трансформации трансформатора. При КЗ в трансформаторе токи направлены встречно от шин к месту повреждения. В первом случае защита не должна действовать, во втором – должна работать. С учетом этого и выполняется схема защиты.

Измерительные трансформаторы тока, питающие схему, устанавливаются с обеих сторон защищаемого трансформатора. Дифференциальное реле включается параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока. Для того, чтобы защита не работала при нагрузке и внешних КЗ, необходимо уравновесить вторичные токи в плечах защиты так, чтобы ток в реле, равный их разности, отсутствовал. Это является условием селективности защиты при внешних КЗ.

В дифференциальной защите линий первичные токи в начала и в конце защищаемого участка одинаковы, поэтому для выполнения условия селективности достаточно иметь равенство коэффициентов трансформации трансформаторов тока. Иное положение имеет место в дифференциальной защите трансформаторов. Первичные токи обмоток трансформатора не равны по величине и в общем случае не совпадают по фазе.

В трансформаторе с соединением обмоток звезда-треугольник первичные и вторичные токи отличаются по величине и фазе. В трансформаторе с соединением обмоток звезда-звезда токи различаются только по величине.

Выравнивание первичного и вторичного токов защищаемого трансформатора с соединением обмоток звезда-треугольник по фазе осуществляется соединением в треугольник вторичных обмоток трансформаторов тока, устанавливаемых со стороны звезды силового трансформатора. Соединение в треугольник обмоток трансформаторов тока должно точно соответствовать соединению в треугольник обмоток силового трансформатора. Трансформаторы тока, расположенные на стороне треугольника силового трансформатора, соединяются в звезду.

Выравнивание величин вторичных токов в плечах дифференциальной защиты достигается подбором коэффициентов трансформации трансформаторов тока дифференциальной защиты и параметров специально для этой цели устанавливаемых трансформаторов или автотрансформаторов.

Величина тока небаланса в дифференциальной защите трансформаторов оказывается обычно большей, чем в дифференциальной защите линий и шин, что объясняется наличием дополнительных составляющих в токе небаланса. Еще одним фактором, влияющим на работу дифференциальной защиты, являются броски тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение.

Применение быстронасыщающихся трансформаторов (БНТ) позволяет выполнить простую и быстродействующую дифференциальную защиту, надежно отстроенную от токов небаланса и бросков токов намагничивания.

В дифференциальных защитах, установленных на трансформаторах с регулированием напряжения под нагрузкой или многообмоточных трансформаторах с несколькими питающими обмотками, токи небаланса в установившемся режиме имеют значительную величину. В этих случаях дифференциальная защита с реле, включенными через БНТ, получается малочувствительной. Чувствительность дифференциальной защиты в указанных случаях может быть повышена путем применения дифференциальных реле с торможением.

В данном эксперименте моделируется трансформатор (см. рис), обмотки которого могут иметь схему соединения звезда-звезда или звезда-треугольник. Одна сторона трансформатора подключена к источнику питания, другая – к нагрузке. С обеих сторон трансформатора включены измерительные трансформаторы тока и трехполюсные выключатели. Существует возможность устраивать короткие замыкания на выводах трансформатора и на шинах нагрузки.

На компьютере с помощью специальной программы моделируется дифференциальная защита трансформатора. Защита настраивается под нужное соединение и напряжение обмоток силового трансформатора. Также защита может работать с торможением от тока внешнего КЗ или без него. При срабатывании защита воздействует на оба выключателя.

При правильно собранной схеме и корректно выбранных уставках защита должна срабатывать при замыкании в ее зоне действия и не должна действовать при КЗ на выводах нагрузки.

4.2. Электрическая схема соединений

4.3. Перечень аппаратуры

Обозначение	Наименование	Тип	Параметры
G1	Трехфазный источник питания	201.2	400 В ~; 16 А
А1, A2	Модель линии электропередачи	313.2	400 В ~; 3 ´ 0,5 А
А3, A5, A8, A9	Трехполюсный выключатель		400 В ~; 10 А
A4	Трехфазная трансформаторная группа	347.1	3 х 80 В×А; 230 (звезда) / 242, 235, 230, 126, 220, 133, 127 В
А6	Активная нагрузка	306.1	220/380 В; 50Гц; 3´0…50 Вт;
А7	Индуктивная нагрузка	324.2	220/380 В; 50Гц; 3´0…40 Вар;
А10, A11	Блок измерительных трансформаторов тока и напряжения	401.1	600 В / 3 В (тр-р напряж.) 0,3 А / 3 В (тр-р тока)
A12	Терминал		6 розеток с 8 контактами; 6´8 гнезд
A13	Блок ввода/вывода цифровых сигналов		8 входов типа «сухой контакт»; 8 релейных выходов
А14	Коннектор		8 аналог. диф. входов; 2 аналог. выхода; 8 цифр. входов/ выходов
А15	Персональный компьютер		IBM совместимый, Windows 9*, монитор, мышь, клавиатура, плата сбора информации PCI 6024E

4.4. Описание электрической схемы соединений

Активная и индуктивная нагрузки А6 и А7 подключены к трехфазному источнику питания G1 через последовательно соединенные линии электропередачи А1 и А2, трехполюсные выключатели А3 и А5 и трехфазную трансформаторную группу А4, первичная обмотка которой соединена в звезду, а вторичная (регулируемая) может соединяться как в звезду (вариант 1), так и в треугольник (вариант 2).

Токи фаз первичной и вторичной обмоток трехфазной трансформаторной группы А4 фиксируются с помощью измерительных трансформаторов тока блоков А11 и А10 соответственно.

Трехполюсные выключатели А8 и А9 включаются как короткозамыкатели в указанные на электрической схеме соединений точки.

Вторичные обмотки трансформаторов тока блоков А10 и А11 подключены к аналоговым входам коннектора А14, соединенного гибким шлейфом с платой ввода/вывода PCI6024E персонального компьютера А15.

Розетки «УПР.» трехполюсных выключателей А3 и А5 гибкими кабелями подключены к розеткам терминала А12, гнезда которого соединены с гнездами блока А13 ввода-вывода цифровых сигналов согласно электрической схеме соединений.

4.5. Указания по проведению эксперимента

• Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

• Соедините гнезда «ТК» источника A1.

• Соедините гнезда защитного заземления " " устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» источника G1.

• Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений (вариант 1).

• Переключатели режимов работы трехполюсных выключателей А3 и А5 установите в положение «АВТ.»., выключателей А8 и А9 – в положение «РУЧН.». Номинальное вторичное фазное напряжение трехфазной трансформаторной группы А4 выставьте равным, например 230 В. Параметры линий электропередачи А1 и А2 переключателями установите, например, следующими: R = 200 Ом, L/R_L=1,2/32 Гн/Ом, С1=С2=0 мкФ. Величины обеих нагрузок переключателями выставьте равными 100 % во всех трех фазах.

• Включите источник G1. О наличии напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

• Включите выключатели «СЕТЬ» выключателей А3, А5, А8, А9 блока А13 ввода-вывода цифровых сигналов.

• Приведите в рабочее состояние персональный компьютер А15, войдите в соответствующий каталог и запустите прикладную программу «Дифференциальная защита трансформатора.exe».

• Задайте уставки защиты, нажав на соответствующую виртуальную кнопку; например, используйте уставки, заданные по умолчанию. Обратите внимание, что схема соединения обмоток трансформатора и его вторичное напряжение в окне задания уставок защиты должны соответствовать аналогичным параметрам, реально присутствующим в схеме.

• Начните запись, введите защиту.

• Смоделируйте короткое замыкание вне зоны действия дистанционной защиты, включив выключатель А9.

• Через 0,5-1 секунду отключите выключатель А9, выведите защиту, остановите запись. Проанализируйте записанные программой токи защиты.

• Вновь начните запись, введите защиту.

• Смоделируйте короткое замыкание в зоне действия защиты, включив выключатель А8.

• После срабатывания защиты проанализируйте состояние схемы и записанные программой осциллограммы токов.

• Измените вторичное напряжение трансформаторной группы А4, в окне задания уставок защиты измените значение соответствующего поля ввода. Повторите эксперименты.

• Соедините вторичную обмотку трехфазной трансформаторной группы А4 в треугольник (согласно электрической схеме соединений, вариант 2).

• Соответствующим образом измените уставки защиты.

• Повторите эксперименты.

• При работе с программой следует пользоваться ее возможностями:

• Масштабирование осциллограмм производится путем нажатия на графике левой клавиши мыши и, не отпуская ее, перемещения манипулятора слева направо и сверху вниз. Возврат к начальному масштабу осуществляется обратным перемещением манипулятора – справа налево и снизу вверх.

• Двигать график осциллограмм относительно осей координат можно путем нажатия и удержания на нем правой кнопки мыши и ее одновременного перемещения в нужную сторону.

• Для удобства определения значений величин по графикам на экране отображаются текущие координаты указателя мыши.

• На экране также отображается состояние выключателей А3 и А5.

• Программы позволяет моделировать дифференциальную защиту с торможением от тока внешнего короткого замыкания.

• Погрешность трансформаторов тока можно задать в главном меню программы в пункте «Настройки».

• Запись электромагнитных процессов в схеме производится программой в циклический буфер. Параметры буфера, а именно его полную длину и длину «эпилога» (фактически – время записи после свершения интересующего события, в данном случае – срабатывания защиты) можно изменять в пункте меню «Настройки». Например, если срабатывание защиты ожидается через 0,1 секунду после начала короткого замыкания, то для того, чтобы увидеть предаварийный режим, режим короткого замыкания и режим после отключения повреждения длину буфера в целом можно принять равной 5 секундам, а длину эпилога (по сути, это длина записи режима после отключения КЗ) – 0,5–1 секунде.

• По завершении экспериментов отключите источник G1 и выключатели «СЕТЬ» блоков А3, А5, А8, А9, А13.

4.6. Контрольные вопросы

1. Назначение и принцип действия дифференциальной защиты трансформаторов.

2. Типы применяемх дифферециальных реле.

3. Назначение обмотки торможения в реле типа ДЗТ

4. Чем достигается компенсация сдвига токов по фазе?

5. Чем достигается компенсация первичных токов?

6. Что такое ток небаланса?

7. Мероприятия для предупреждения ложного срабатывания защиты от токов небаланса.

4.7. Библиографический список

1. А.М. Федосеев. Релейная защита электрических систем. М.: Энергия, 1977.

2. Н.В. Чернобровов. Релейная защита. М.: Энергия, 1971.

3. Руководящие указания по релейной защите, вып. 6 изд. М.: Энергия, 1966.

Дата добавления: 2014-11-06