Способ отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора

Авторы патента:

H02H7/045 - дифференциальная защита трансформаторов

Владельцы патента RU 2589716:

Шестак Роман Александрович (RU)
Коробейников Борис Андреевич (RU)

Изобретение относится к области электротехники, а именно к дифференциальной защите, и может быть использовано для дифференциальной защиты трансформаторов. Техническим результатом предлагаемого способа является отстройка от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформаторов, которая в переходном процессе не вызывает замедления действия при насыщении трансформаторов тока в приделах до пятидесяти процентов токовой погрешности ТТ, а также значительное повышение чувствительности дифференциальной защиты силового трансформатора. Указанный технический результат достигается тем, что способ отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора заключается в анализе токов со стороны питания, при этом фильтрами формируют напряжения прямой, обратной и нулевой последовательностей, соответствующие симметричным составляющим токам фаз, проходящих со стороны питания энергосистемы, сравнивают значение нулевой последовательности с первым заданным значением, сравнивают отношение напряжения нулевой последовательности к напряжению обратной последовательности со вторым заданным значением, сравнивают отношение суммы напряжений обратной и нулевой последовательности к прямой последовательности с третьем заданным значением, если одновременно значение нулевой последовательности меньше первого заданного значения и при превышении двух ранее упомянутых отношений соответствующих второму и третьему заданным значениям формируется сигнал блокировки дифференциальной защиты. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к дифференциальной защите, и может быть использовано для дифференциальной защиты трансформаторов.

Короткие замыкания (КЗ) в защищаемом электрооборудовании сопровождаются переходными процессами. Переходный процесс протекает в трансформаторе и в аномальном режиме при броске тока намагничивания, возникающем при включении трансформатора на холостой ход, либо при восстановлении напряжения после отключения внешнего КЗ. В связи с этим необходимо принимать специальные меры для отстройки дифференциальных защит трансформаторов от броска тока намагничивания.

Известно несколько способов отстройки от бросков токов намагничивания.

Первый из них заключается в применении быстронасыщающихся промежуточных трансформаторов тока (НТТ), через которые включаются дифференциальные реле тока. НТТ не пропускает апериодического тока, составляющего значительную часть тока намагничивания (Чернобровое, Н.В. Семенов, В.А. Релейная защита энергетических систем - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с.). Данный способ не позволяет выполнить с помощью НТТ высокочувствительную дифференциальную защиту силовых трансформаторов. Практически принимается ток срабатывания для реле РНТ 1,3I_ном.

Второй способ, примененный в реле типа ДЗТ-21, основан на использовании различия времени Δt бестоковых пауз в дифференциальном реле при броске тока I_нам трансформатора и при токе короткого замыкания (КЗ) для блокирования действия реле (Чернобровов, Н.В. Семенов, В.А. Релейная защита энергетических систем - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с.). Но при больших кратностях тока короткого замыкания в режиме глубокого насыщения трансформаторов тока во вторичном токе могут появиться и паузы (Александров, A.M. Дифференциальная защита трансформаторов - СПб.: ПЭИПК, 2011. - 223 с.).

Третий способ состоит в отстройке тока срабатывания реле от бросков тока намагничивания по величине. Такой способ используется в дифференциальной отсечке, но он может применяться при токе КЗ, превышающем бросок I_нам (Чернобровов, Н.В. Семенов, В.А. Релейная защита энергетических систем - М.: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с.).

Известен выбранный в качестве прототипа способ отстройки от бросков тока намагничивания по содержанию второй гармоники в дифференциальном токе. Этот способ использует тот факт, что в броске тока намагничивания содержится большая доля второй гармоники (Александров, A.M. Методика расчета уставок дифференциальной защиты трансформаторов (Sepam Т87) - Сп/б.: Техническая коллекция «Schneider Electric», 2007. - 16 с.). Но при насыщении трансформаторов тока апериодической составляющей первичного тока КЗ во вторичном токе появляется существенная доля второй гармоники. Это приводит к замедлению действия защиты.

Задачей предлагаемого способа является повышение чувствительности и быстродействия разграничения броска тока намагничивания и внутреннего трехфазного, двухфазного и однофазного КЗ в дифференциальном токе, без использования сложных технических устройств.

Техническим эффектом предлагаемого способа является отстройка от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформаторов, которая в переходном процессе не вызывает замедления действия при насыщении трансформаторов тока в приделах до пятидесяти процентов токовой погрешности ТТ, а также значительное повышение чувствительности дифференциальной защиты силового трансформатора.

Указанный технический результат достигается тем, что способ отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора заключается в анализе токов со стороны питания, отличающийся тем, что фильтрами формируют напряжения прямой, обратной и нулевой последовательностей, соответствующие симметричным составляющим токам фаз, проходящих со стороны питания энергосистемы, сравнивают значение нулевой последовательности с первым заданным значением, сравнивают отношение напряжения нулевой последовательности к напряжению обратной последовательности со вторым заданным значением, сравнивают отношение суммы напряжений обратной и нулевой последовательности к прямой последовательности с третьем заданным значением, если одновременно значение нулевой последовательности меньше первого заданного значения и при превышении двух ранее упомянутых отношений соответствующих второму и третьему заданным значениям формируется сигнал блокировки дифференциальной защиты.

В предлагаемом способе в качестве фильтров могут использоваться любые аналоговые или цифровые фильтры, формирующие три симметричные составляющие - прямую, обратную и нулевую, которые поступают на делители симметричных составляющих, а с них сигналы поступают на компараторы, которые сравнивают содержание нулевой последовательности относительно обратной последовательности, а также содержание обратной и нулевой последовательности относительно прямой последовательности, компаратор нулевой последовательности сравнивает содержание этой последовательности с заданным значением, все три компаратора выдают сигнал на логический оператор И, который определяет переходный процесс в трансформаторе: бросок тока намагничивания или КЗ.

Структурная схема на фигуре, иллюстрирующая работу дифференциальной защиты трансформатора по предлагаемому способу, содержит следующие устройства:

ТА1, ТА2, ТА3 - вторичные обмотки трансформаторов тока;

I_A, I_B, I_C - первичные токи соответствующих фаз, приходящие со стороны питания энергосистемы;

I_a, I_b, I_c ^_ вторичные токи соответствующих фаз трансформаторов тока;

1, 2, 3 - фильтр прямой, обратной и нулевой последовательности соответственно, формирующие сигналы U_вып.1, U_вып.2, U_вып.0;

4 - сумматор обратной U_вып.2 и нулевой U_вып.0 последовательности, формирующий сигнал U_Σ;

5 - делитель нулевой последовательности U_вып.0 на обратную последовательность U_вып.2, формирующий сигнал U_D1;

6 - делитель суммы обратной U_вып.2 и нулевой U_вып.0 последовательностей на прямую последовательность U_вып.1, формирующий сигнал U_D2;

7 - компаратор, сравнивающий значения нулевой последовательности U_вып.0 с уставкой по этому критерию U_уст.1;

8 - компаратор, сравнивающий значения содержания нулевой последовательности U_вып.0 относительно обратной последовательности U_вып.2 с уставкой по этому критерию U_ycт.2;

9 - компаратор, сравнивающий значения содержания суммы обратной U_вып.2 и нулевой U_вып.0 последовательностей относительно прямой последовательности U_вып.1 с уставкой по этому критерию U_уст.3;

10 - логический оператор И, формирующий сигнал о блокировании дифференциальной защиты силового трансформатора.

Работает заявленный способ отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора следующим образом: вторичные токи I_a, I_b, I_c трансформаторов тока ТА1, ТА2, ТА3 соответствующих фаз поступают на входы фильтров токов симметричных составляющих: прямой последовательности (1), обратной последовательности (2) и нулевой последовательности (3), которые позволяют получить на выходе соответствующих фильтров сигналы U_вып.1, U_вып.2 и U_вып.0, пропорциональные амплитудам симметричным составляющим токов соответствующих последовательностям: прямой, обратной и нулевой. Далее напряжения обратной последовательности U_вып.2 и нулевой последовательности U_вып.0 суммируются в сумматоре 4. В делителе 5 происходит деление напряжений нулевой последовательности U_вып.0 на обратную последовательность U_вып.2, а в делителе 6 происходит деление суммарного напряжения обратной и нулевой последовательности U_Σ на напряжение прямой последовательности U_вып.1. В компараторе 7 сравнивается значение нулевой последовательности U_вып.0 с уставкой U_уст.1 содержания нулевой последовательности. В компараторе 8 сравниваются отношение нулевой последовательности U_вып.0 к обратной последовательности U_вып.2, полученное от делителя 5, с уставкой U_уст.2 содержания нулевой последовательности относительно обратной последовательности. В компараторе 9 сравниваются отношение суммарного напряжения обратной и нулевой последовательностей U_Σ к прямой последовательности U_вып.1, полученное от делителя 6, с уставкой U_уст.3 содержания суммы обратной и нулевой последовательностей относительно прямой последовательности. Если одновременно U_вып.0<U_уст.1, U_D1>U_уст.2 и U_D2>U_ycт.3, то на логическом операторе И (10) формируется сигнал о блокировании дифференциальной защиты.

Из опытных данных, проведенных авторами данного способа для силовых двухобмоточных трансформаторов при любом броске тока намагничивания, в зависимости от остаточного магнитного потока и момента включения под напряжение установлено минимальное значение отношения суммы обратной и нулевой последовательности к прямой, которое представляет собой величину U_уст.3. В свою очередь для трехфазного короткого замыкания это отношение близко к нулю в режимах, когда измерительные трансформаторы тока не насыщены, то есть в синусоидальном режиме. Но, как известно, трансформаторы тока в переходных режимах могут находиться в режиме насыщения. Так в режиме коротких замыканий погрешность трансформаторов тока может достигать 50 и более процентов. Так, экспериментально установлено, что максимальное значение отношения суммы обратной и нулевой последовательности U_Σ к прямой U_вып.1 при максимальной погрешности трансформатора тока до 50 процентов меньше U_уст.3. Таким образом, если отношение U_Σ/U_вып.1≤U_уст.3 то это означает, что переходный процесс - это трехфазное короткое замыкание. Если же это отношение больше данной уставки, то это третье обязательное условие наличия броска тока намагничивания.

При выполнении одновременно трех обязательных условий наличия броска тока намагничивания логический оператор И (10) формирует сигнал на блокировку дифференциальной защиты силового трансформатора.

При погрешностях трансформаторов тока более 50 процентов в переходных процессах будут происходит лишь замедления действия защиты в режимах коротких замыканиях. Длительность замедления будет зависеть от степени насыщения сердечников измерительных трансформаторов тока.

Таким образом, заявляемый способ отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора позволяет разграничить токи короткого замыкания и бросок тока намагничивания без замедления ее действий. Это позволяет повысить быстродействие дифференциальной защиты силового трансформатора, а также значительно увеличить ее чувствительность.

Способ отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора заключается в анализе токов со стороны питания, отличающийся тем, что фильтрами формируют напряжения прямой, обратной и нулевой последовательностей, соответствующие симметричным составляющим токам фаз, проходящих со стороны питания энергосистемы, сравнивают значение нулевой последовательности с первым заданным значением, сравнивают отношение напряжения нулевой последовательности к напряжению обратной последовательности со вторым заданным значением, сравнивают отношение суммы напряжений обратной и нулевой последовательности к прямой последовательности с третьем заданным значением, если одновременно значение нулевой последовательности меньше первого заданного значения и при превышении двух ранее упомянутых отношений соответствующих второму и третьему заданным значениям формируется сигнал блокировки дифференциальной защиты.

Изобретение относится к устройствам релейной защиты силовых трансформаторов. Технический результат - возможность установки тока срабатывания защиты в четыре и более раз меньше, чем у электромагнитных реле, при регулировании напряжения трансформатора под нагрузкой до ±12,5%.

Устройство дифференциальной защиты силового трансформатора // 2497256

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для релейной защиты трансформаторов от коротких замыканий (КЗ), и может быть использовано для защиты двухобмоточных и трехобмоточных силовых трансформаторов.

Способ и защитное устройство для формирования сигнала ошибки, который указывает неисправность обмотки в трансформаторе // 2482587

Дифференциальная отсечка трансформатора // 2402851

Изобретение относится к электротехнике, к релейной защите силовых трансформаторов распределительных сетей. .

Устройство быстрого сравнения и торможения для дифференциальной защиты трансформатора // 2370873

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам защиты силовых трансформаторов. .

Электронное устройство быстрой блокировки диффзащиты трансформатора // 2368990

Изобретение относится к электротехнике, к релейной защите силового трансформатора и может быть использовано для быстрой блокировки дифференциальной защиты при бросках тока включения, когда имеется доступ к замеру напряжения, создающего ток короткого замыкания и ток броска.

Реле для дифференциальной отсечки трансформатора // 2356153

Устройство для дифференциальной защиты трансформатора // 2356152

Способ дифференциальной защиты электроустановки // 2261510

Изобретение относится к защите электроустановок от коротких замыканий (КЗ) и, в частности к защите генераторов и/или трансформаторов. .

Дифференциальное реле // 2248655

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах дифференциальной защиты трансформаторов при коротких замыканиях в условиях возможного возникновения бросков тока намагничивания, которые возникают при включении ненагруженного трансформатора.

Устройство отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора // 2593380

Изобретение относится к области электротехники, а именно к дифференциальной защите, и может быть использовано для дифференциальной защиты трансформаторов. Техническим эффектом предлагаемого устройства является отстройка от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформаторов, которая не вызывает замедления действия при насыщении трансформаторов тока в приделах до пятидесяти процентов токовой погрешности ТТ, повышение чувствительности дифференциальной защиты по току срабатывания ниже 0,3Iном. силового трансформатора. Указанный технический результат достигается тем, что устройство отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение для дифференциальной защиты трансформатора формирует выпрямленные сигналы, пропорциональные токам прямой, обратной и нулевой последовательностей, при помощи трех вторичных шестифазных обмоток преобразователей с вращающимся магнитным полем, которые присоединяются своими первичными обмотками к датчикам тока в каждой фазе, затем выпрямленный сигнал обратной последовательности делится на выпрямленный сигнал прямой последовательности и сравнивается с уставкой содержания обратной последовательности относительно прямой последовательности, образуя при этом первый вход на схему «ИЛИ», сумма выпрямленных сигналов обратной и нулевой последовательностей делится на выпрямленный сигнал прямой последовательности и сравнивается с уставкой содержания суммы обратной и нулевой последовательностей относительно прямой последовательности, образуя при этом второй вход на схему «ИЛИ», которая выдает сигнал на отключение выключателя при превышении соответствующих уставок или выдает сигнал на блокирование срабатывания дифференциальной защиты. 1ил.

Способ дифференциальной защиты при преобразовании частоты для выходного трансформатора системы со статическим преобразователем частоты // 2598903

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности и чувствительности защиты. Согласно способу дифференциальной защиты при преобразовании частоты для выходного трансформатора системы со статическим преобразователем частоты (СПЧ) защитное устройство измеряет трехфазный ток на каждой стороне выходного трансформатора системы с СПЧ. В соответствии со схемой соединения обмоток выходного трансформатора сторона, обмотки которой соединены в треугольник, используется в качестве эталона для выполнения фазовой коррекции на стороне, обмотки которой соединены в звезду. С учетом того, что вторичные номинальные токи на каждой стороне трансформатора различны, коэффициент баланса с каждой стороны регулируется, чтобы вычислить дискретные значения корректирующего тока каждой стороны и тока небаланса. Алгоритм защиты пуска и отключения генератора, не зависящий от частоты, используется для расчета амплитудных значений корректирующего тока, тока небаланса и тормозного тока. Дифференциальная защита при преобразовании частоты для выходного трансформатора осуществляется с помощью тормозной дифференциальной характеристики в соответствии со значениями тока небаланса и тормозного тока. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ релейной защиты трансформатора // 2617714

Изобретение относится к области электроэнергетики и направлено на построение универсальной защиты трансформатора, использующей имеющуюся информацию в максимально полном объекте. Поставленная задача решается путем использования моделей обмоток трансформатора, а также моделей его магнитопровода. Задействуется информация о наблюдаемых токах и напряжениях всех обмоток, а также априорная информация о параметрах обмоток и магнитопровода. Аварийное состояние трансформатора распознается по критерию адекватности моделей реальному объекту. Способ защиты включает наблюдение отсчетов токов и напряжений, их интерполяционное преобразование в непрерывные входные величины, используемые в моделях, формирование двумерных выходных сигналов, на плоскостях отображения которых задают области срабатывания релейной защиты. Новыми являются операции преобразования входных величин вплоть до формирования выходных сигналов. Первые обмотки - те, модели которых должны быть задействованы в начале преобразований. Входные токи и напряжения этих моделей преобразуются в производную потоков стержней, на которых располагаются первые обмотки. Модели других обмоток используются иначе. Для них входными величинами становятся производные магнитных потоков и собственные токи, а выходными - напряжения на зажимах. Формируют разностные напряжения, указывающие несоответствие между напряжениями, полученными в результате наблюдения объекта и путем его моделирования. Аналогично используют модели независимых контуров магнитопровода, в которых определяются падения магнитных напряжений. Один путь их определения - через потоки стержней. О неадекватности модели и объекта судят как по электрическим, так и магнитным разностным напряжениям. Двумерные электрические и магнитные сигналы образуются из разностных и базовых напряжений. Характеристики срабатывания защиты задают на плоскостях отображения двумерных сигналов. 10 ил.

Устройство релейной защиты для ближнего резервирования защит автотрансформатора // 2639314

Использование: в области электротехники. Технический результат - предотвращение ущерба от невосстанавливаемого повреждения автотрансформатора вследствие длительного протекания через автотрансформатор тока короткого замыкания, возникшего на стороне низшего напряжения и в условиях отказа в срабатывании основной или резервной релейной защиты автотрансформатора. Устройство релейной защиты для ближнего резервирования защит автотрансформатора содержит измерительный орган - реле тока, вход которого подключен к трансформатору тока, трансформатор тока включен в общие части обмоток высокого и среднего напряжения фаз автотрансформатора, а выходами измерительный орган - реле тока последовательно соединен с органом выдержки времени и исполнительным органом, выходы которого соединены со схемами управления выключателей автотрансформатора на сторонах высокого, среднего и низшего напряжения. В случае, когда требуется повышенная селективность, в устройство релейной защиты для ближнего резервирования защит автотрансформатора введены второй измерительный орган, который выполнен в виде реле минимального напряжения, и логический элемент «И» с двумя входами, причем вход второго измерительного органа подключен к трансформатору напряжения на стороне низшего напряжения автотрансформатора, а выход соединен с одним из входов введенного логического элемента защиты «И», другой вход которого соединен с выходом первого измерительного органа - реле тока, при этом выход логического элемента «И» соединен с входом органа выдержки времени. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Катушка дифференцирующего индукционного преобразователя тока // 2643160

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкции дифференцирующих индукционных преобразователей тока (ДИПТ), и предназначено для измерения тока в проводниках высоковольтных электроэнергетических систем. Катушка охватывает изолятор ввода в какое-либо электрооборудование: выключатель, силовой трансформатор или другое. Шина ввода является проводником, по которому проходит измеряемый ток. Катушка ДИПТ содержит несущий тороид, выполненный на основе эластичной трубки из диэлектрического материала, стыковочные поверхности которой плотно соединены одна с другой при установке катушки ДИПТ на соединительную втулку изолятора ввода. N одинаковых секционных круговых соленоидов имеют однослойные обмотки. Обмоточные соединители с разъемными контактами и (n-1) соединительных муфт выполнены из жесткого изоляционного материала и прикреплены к несущему тороиду. Каждая из соединительных муфт снабжена двумя имеющими форму кругового цилиндра шипами, первый шип m–й муфты плотно соединен с цилиндрическим отверстием каркаса m–го соленоида, а второй шип m–й муфты - с цилиндрическим отверстием каркаса (m+1)–го соленоида. Секционные муфты равномерно распределены вдоль осевой линии несущего соленоида. Обратный провод проходит внутри катушки через сквозные цилиндрические каналы соединительных муфт в направлении, обратном по отношению к продольной осевой линии катушки. Начало обратного провода подключено к концу обмотки n–го соленоида. Начало обмотки первого соленоида и конец обратного провода соединены с зажимами катушки. Технический результат состоит в снижении стоимости ДИПТ путем упрощения технологии изготовления и монтажа. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.