Силовой трансформатор – один из важнейших элементов в цепи передачи и распределения электроэнергии. Как и другие элементы данной цепи (генератор, ЛЭП, сборные шины), он нуждается в защите от аварийных режимов, влияющих на его работоспособность и функциональность. Для этих целей предусмотрена дифференциальная защита.
Дифференциальная защита отличается абсолютной селективностью и высокой скоростью срабатывания (без дополнительной выдержки времени). Она устанавливается в качестве основной для защиты трансформаторов и автотрансформаторов, но также может использоваться для защиты генераторов, генераторных блоков, двигателей, воздушных линий электропередач и сборных шин (ошиновок). Защита может быть как однофазной, так и трехфазной [1].
В данной статье рассмотрим проверку трехфазных дифференциальных защит трансформаторов (ДЗТ), выполненных на микропроцессорной базе, а также возможность проверки дифзащит других элементов энергосистемы.
В линейке испытательных приборов серии РЕТОМ для этих задач как нельзя лучше подходят испытательные комплексы РЕТОМ-61 (рис. 1) и РЕТОМ-71 (далее РЕТОМ-61/71), оснащенные двумя независимыми трёхфазными источниками тока. Проверка осуществляется с помощью программы «Проверка ДЗТ», входящей в комплект поставки данных комплексов и позволяющей автоматизировать процесс тестирования терминалов дифференциальных токовых защит трансформаторов различных производителей.
Рис. 1. Испытательный комплекс РЕТОМ-61
Рассмотрим подробнее принцип работы данной программы и особенности её настройки.
Программа позволяет снимать тормозную характеристику дифференциального органа, временную характеристику, проверять органы блокировки при бросках тока намагничивания (БТН) и блокировки при перевозбуждении. При проверке имитируются различные виды коротких замыканий: замыкания между обмотками, на землю и на выводах.
В программе предоставлена возможность задания формы тормозной характеристики по точкам, а также большое количество вариантов формул расчета тормозного тока, на основе которых происходит выдача токов с помощью РЕТОМ-61/71(подробнее см. ниже).
Проверка блокировки органа дифференциальной защиты по гармоникам позволяет задавать любую комбинацию до 20-й гармоники, что дает возможность проверить орган блокировки при намагничивании по 2-й гармонике, а также блокировку при перевозбуждении трансформатора по 5-й гармонике.
Прямое сравнение токов в обмотках силового трансформатора невозможно по причине разных коэффициентов трансформации измерительных ТТ и сдвига фаз. Для правильной работы необходимо выполнить амплитудное и фазное согласование. Оно выполняется в программе автоматически при выборе группы соединения обмоток силового трансформатора, мощности, напряжений на высокой и низкой стороне, а также коэффициентов трансформации измерительных ТТ и схемы их подключения.
В нагрузочном режиме через защиту будут протекать дифференциальный ток небаланса. При протекании сквозных токов повреждения произойдет насыщение ТТ, что приведет к резкому увеличению дифференциального тока. Таким образом, область, лежащая ниже тормозной характеристики, соответствует режиму работы, когда отсутствуют внутренние повреждения, в этой области защита срабатывать не должна. Область, лежащая выше тормозной характеристики, представляет собой повреждение в защищаемом объекте (зона срабатывания защиты) (рис. 2).
Время-токовая характеристика снимается при одном значении тормозного тока, что позволяет оценить зависимость быстродействия защиты от степени тяжести внутреннего повреждения объекта (рис. 3).
Главное окно программы содержит (рис. 4):
Рис. 2. Характеристика работы защиты
Рис. 3. Время-токовая характеристика защиты
Рис. 4. Главное окно программы «Проверка ДЗТ»
Рассмотрим настройку программы более подробно. Для этого в меню необходимо выбрать «Настройки», после чего откроется соответствующее окно, состоящее из трех вкладок, где задаются параметры объекта (трансформатора), параметры характеристики, параметры гармоник (рис. 5) [2].
Рис. 5. Окно настройки программы
Во вкладке «Параметры объекта» задаются:
Рис. 6. Виды тормозных формул
После задания параметров защищаемого трансформатора необходимо параметрировать тормозную характеристику (рис. 7). Для этого в соответствующей вкладке выбирается форма характеристики (рис. 8) и задаются её параметры (рис. 9), основываясь на уставках, приведенных в терминале и параметрах защиты в руководстве по эксплуатации к терминалу ДЗТ.
На рис. 10 отображена тормозная характеристика, на которой отмечены параметры, отвечающие за ее форму. Стоит отметить, что параметры Смещения и Iт пересечения не могут задаваться одновременно, т.к. они оба определяют точку начала торможения на участках. Как правило, Смещение задается у зарубежных производителей защит, а Iт пересечения – у отечественных.
Рис. 7. Окно настройки параметров тормозной характеристики
Рис. 8. Виды тормозных характеристик
Рис. 9. Параметры тормозной характеристики
Рис. 10. Тормозная характеристика и назначение её параметров
При настройке гармоник (рис.11) следует учитывать, что уставки (левая часть окна), должны задаваться в относительных единицах, а не в процентах, как это часто бывает на практике. В правой части окна на графике отображаются введенные гармоники (красным обозначается основной сигнал). Как и для тормозной характеристики, имеется возможность введения дополнительных отклонений полученного результата от уставок.
Рис. 11. Окно настройки проверки на гармоники
После настройки всех параметров надо вернуться в основное окно программы «Проверка ДЗТ», где необходимо задать тип КЗ, сторону повреждения и количество проверяемых точек тормозной характеристики. Программа предварительно рассчитает значения тормозного и дифференциального токов для каждой точки характеристики и во время проверки будет сравнивать полученные результаты с расчетными данными. По полученной информации, с учетом допустимых отклонений, программа сделает первичное заключение о состоянии проверяемой защиты. Проверка считается успешной, в случае соответствия точек срабатывания расчетным значениям с учетом допустимых отклонений (эта информация отображается в колонке «Статус»).
При необходимости можно выбрать тип проверки ДЗТ: общую проверку либо проверку параметров защиты (тормозной, временной характеристик, гармоник) по-отдельности (рис.12). Проверка параметров, в свою очередь, подразделяется на следующие виды: полная, быстрая и проверка по точкам. При выборе полной или быстрой проверок программа автоматически рассчитывает значения проверяемых точек, исходя из их количества на тормозной характеристике (для быстрой проверки максимальное количество проверяемых точек – 6). Проверка по точкам подразумевает, что пользователь самостоятельно выбирает проверяемые точки, и их количество может быть не ограничено.
Рис. 12. Выбор типа проверок
Рассмотрим пример настройки программы для проверки тормозной характеристики защиты силового трансформатора со следующими параметрами:
Параметры защиты следующие:
Введенные параметры согласно вышеуказанным данным отображены на рис. 13 и 14.
Рис. 13. Пример настройки параметров объекта
Рис. 14. Пример настройки параметров характеристики
Рис. 15. Окно программы перед началом проверки
После настройки всех параметров переходим в основное окно программы (рис. 15) и запускаем полную проверку. Результаты успешного тестирования отображены на рис. 16.
Аналогичным образом можно осуществлять проверки дифференциальных защит различных элементов энергосистемы: линий, шин, двигателей, генераторов и т.д. Однако при этом следует учитывать, что данные защиты должны быть выполнены на микропроцессорной базе, иметь тормозную характеристику и тормозную формулу из перечня, предложенного в программе. При настройке параметров защищаемого объекта также необходимо принимать во внимание следующие особенности: группы соединения обмоток – Υ/Υ, напряжения, токи, а также параметры измерительных ТТ ВН и НН должны быть равны между собой (рис. 17).
Рис. 16. Основное окно программы с результатом проверки
Рис. 17. Пример настройки параметров объекта при проверке дифференциальной защиты шин, генератора и т.д.
Совместное применение испытательного комплекса РЕТОМ-61 или РЕТОМ-71 и программы «Проверка ДЗТ» позволяет значительно ускорить процесс тестирования дифференциальных защит. Все расчеты полностью автоматизированы, от проверяющего требуется лишь задать параметры защиты, выбрать тип и сторону повреждения. По окончании испытаний пользователь получает готовый протокол.
Программа является универсальной, поскольку может использоваться как для проверки микропроцессорных ДЗТ различных производителей, так и для проверки дифференциальных защит других элементов энергосистемы.
Медяков Е.А.
НПП «Динамика»
г. Чебоксары
Сентябрь 2019