Автоматическое тестирование трехфазных дифференциальных защит с помощью комплексов РЕТОМ-61/71

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):

1. Меню и панель управления быстрого доступа.
2. Окно с отображением защищаемого трансформатора.
3. Таблицу условий проверки, где задаются типы КЗ, стороны повреждений и количество проверяемых точек.
4. Поле настройки входного контакта, по которому будет фиксироваться срабатывание защиты, и ограничений по тормозному и дифференциальному току.
5. Вкладки выбора теста (снятие тормозной и временной характеристик, проверка гармоник) с графиком результатов проверки.
6. Таблицу проверяемых точек и результаты проверки.

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

Настройка параметров объекта

Во вкладке «Параметры объекта» задаются:

• векторная группа – группа соединения обмоток силового трансформатора, из которых можно выбрать любую возможную,
• число обмоток – число проверяемых обмоток силового трансформатора (можно проверить только по двум обмоткам),
• тормозная формула – формула, по которой рассчитывается тормозной ток в защите (рис. 6),
• коэффициент К – коэффициент в тормозной формуле,
• уставка по времени срабатывания – время срабатывания защиты, которое, как правило, минимальное,
• соединение – соединение обмоток силового трансформатора, соответствующее выбору группы соединения в поле Векторная группа,
• направление – направление соединения обмоток силового трансформатора, зависящее от выбора в поле Векторная группа,
• напряжение – напряжение на первичной и вторичной обмотках силового трансформатора,
• мощность – мощность силового трансформатора,
• первичный ток ТТ – номинальный первичный ток ТТ (не расчетное значение),
• вторичный ток ТТ – номинальный вторичный ток ТТ (не расчетное значение),
• соединение ТТ – соединение обмоток измерительных трансформаторов тока,
• направление ТТ – направление соединения обмоток измерительных трансформаторов тока,
• кам. согласования – коэффициент согласования токов ТТ с номинальным током защиты (программа рассчитывает его автоматически),
• номинальный ток – номинальный ток защиты (терминала),
• фильтр Io – учет наличия фильтра нулевой последовательности в защите,
• опорная обмотка – обмотка, относительно которой будет производиться расчет.

Рис. 6. Виды тормозных формул

Настройка параметров характеристики

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

Настройка параметров гармоник

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:

• соединение обмоток силового трансформатора Y/Δ-11;
• подключение измерительных ТТ – Y/Y;
• мощность силового трансформатора 50 МВА;
• напряжение ВН – 110 кВ, НН – 10 кВ;
• первичный ток ТТ - ВН: 400 А, HH: 3000 А;
• вторичный ток трансформатора 5 А.

Параметры защиты следующие:

• формула расчета тормозного тока - , коэффициент K = 2;
• время срабатывания защиты 50 мс;
• форма тормозной характеристики с двумя участками торможения;
• тормозная характеристика: Iд = 0,3; Кторм.2 = 0,4; Iт пересечения 2 = 0,5; Кторм.3 = 0,8; Iт пересечения 3 = 3.

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.

Заключение

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.

Литература

1. Чернобровов Н.В. Релейная защита 5-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1974. - 680 с.
2. Руководство пользователя «Комплекс программно-технический измерительный РЕТОМ™- 61» RU.БРГА.61000-02 90

Медяков Е.А.
НПП «Динамика»
г. Чебоксары
Сентябрь 2019