ИДЗ 6

Индивидуальное задание №6
УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ УСТАВОК ЦИФРОВОЙ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА
(ДЗТ)
на примере микропроцессорного
шкафа ШЭ 2607 производства ООО НПП «ЭКРА»
1. Рассчитайте и покажите на схеме (рис. 1) стрелками мгновенные направления первичных и вторичных токов в обмотках и в плечах дифференциальной защиты для какоA B C
го-либо момента времени
при заданном повреждении. Замыкание происхоTA1
дит в зоне действия защиты на стороне обмотки
Шкаф 2607
ВН или на стороне НН
(таблица 1).
Трансформатор имеет питание со
nт
стороны той обмотки, где нет КЗ.
Предполагается, что вторичные
токи с обеих сторон идеально
сбалансированы.
TA2
Рис. 1. Трехфазная схема замещения
Двухобмоточного трансформатора
nт – коэффициент трансформации nт = Uвн/ Uнн
2. Рассчитайте тормозной
IТ* и дифференциальный
IΔ* токи в заданных ре-
жимах (таблица 2).
3. Рассчитайте параметры характеристики срабатывания цифровой дифференциальной защиты (рис. 2) трансформатора в о.е.:
Iср,0 – начальный ток срабатывания,
В – точка излома характеристики срабатывания,
Iотс – ток дифференциальной отсечки,
IНТ* – ток начала торможения,
К = tg(α) – коэффициент торможения.
1
IΔ *
Iотс
срабатывания диф. отсечки, если I Δ * >Iотс
Срабатывание
при
I1* < B или I2* < B
зона срабатывания
α
Icp,0
зона несрабатывания
IHT* = 1
В
IT*
Рис. 2. Характеристика срабатывания цифровой дифференциальной защиты
IТ* – тормозной ток, IΔ* – дифференциальный ток,
4. Постройте в масштабе (о.е.) характеристику срабатывания, отметьте на
плоскости точки с координатами (IΔ*; IТ*), соответствующие заданным в
п.2 режимам. Определите, какому режиму соответствует каждая точка:
нормальному режиму, внешнему замыканию или внутреннему замыканию.
Таблица 1
Вар.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Sт МВА
Uвн, кВ
Uнн, кВ
125
160
200
400
630
250
160
250
400
630
160
1000
250
125
400
242
230
347
347
525
525
242
347
525
525
230
347
330
347
242
15.75
10,5
20
18
18
15,75
13,8
18
20
18
11
24
11
13,8
20
Место
КЗ
ВН
НН
ВН
НН
ВН
НН
ВН
НН
ВН
НН
ВН
НН
ВН
НН
ВН
Вид КЗ
К(2)АВ
К(2)АВ
К(2)ВС
К(2)СА
К(2)СА
К(2)АВ
К(2)АВ
К(2)АВ
К(2)ВС
К(2)СА
К(2)СА
К(2)АВ
К(2)АВ
К(2)АВ
К(2)ВС
( 3)
I КЗ
,А
1192
2010
1998
4662
5540
1100
1900
2500
3000
5500
1608
8300
2620
1450
7630
( 3)
I КЗ
– ток внешнего КЗ на стороне ВН или НН.
2
Таблица 2
вариант
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Режим 1
Режим 2
Режим 3
I1 , А
I2 , А
I1 , А
I2 , А
I1 , А
I2 , А
894еj–10
14560еj–15
715еj5
7278еj15
1550еj60
19410еj200
925еj2
18470еj145
603еj20
43990еj-7
523еj10
13200еj190
1998еj–10
1332еj–3
832еj-45
11550еj10
23090еj170
22230еj145
400еj-10
1998еj5
1040еj5
7506еj155
23090еj15
32330еj170
266еj12
799еj-12
1109еj20
5197еj183
17960еj158
80830еj30
413еj–20
649еj–30
36660еj3
12050еj145
522еj-30
535еj–5
16500еj138
33470еj12
55еj6
611еj25
2749еj168
12050еj200
874еj–10
15240еj150
166еj5
2406еj135
541еj60
32080еj70
704еj9
901еj–10
19630еj155
40410еj5
748еj–6
1247еj-50
34640еj10
40410еj120
660еj-150
554еj150
18480еj20
18190еj-10
1206еj10
13440еj35
764еj15
16800еj192
844еj60
20160еj200
3827еj–30
787еj–3
416еj40
50520еj45
24930еj165
9937еj55
1331еj5
874еj–6
395еj–15
14430еj170
19680еj12
10460еj150
3328еj–5
524еj60
135еj12
33680еj2
18370еj200
3660еj158
1240еj–3
17320еj175
1908еj5
23090еj195
2862еj6
17320еj20
Методические указания к выполнению
Дифференциальной токовой защитой должны оборудоваться трансформаторы мощностью 4 МВА и более. Защита реагирует на междуфазные КЗ.
i1
Цифровая
обработка
сигналов
I1
I2
Расчет
IΔ и IТ
IΔ
IТ
Откл.
IΔ
IТ
Запрет
откл.
i2
Рис. 3. Упрощенная структурная схема ДЗТ
Принцип действия дифференциальной защиты одинаков при любой технической
реализации защиты (электромеханические реле, статические реле, цифровые защиты,…) и основан на сравнении токов одноименных фаз обмоток ВН и НН.
Очень упрощенная структурная схема цифровой ДЗТ представлена на рис. 3.
Алгоритм работы можно описать так:
 аналоговые сигналы i1, i2 преобразуются в комплексные величины I1,
I2 ,
3
 рассчитываются тормозной IТ* и дифференциальный IΔ* токи,
 анализируется попадание точки с координатами (IΔ*; IТ*) в ту или
иную область характеристики срабатывания,
 принимается решение о срабатывании или несрабатывании защиты.
1. Пусть произошло КЗ между фазами В и С на стороне обмотки НН, тогда, согласно условиям задачи, источник питания (Система 1) подключен со стороны
обмотки ВН.
Cистема 1
A
1
3

3 nт K I
B
1
3

3 nт K I
C
2
3

3 nт K I
3
3
1 2
 1
  
nт K I
 3 3  nт K I
0
0
nт
1 3

3 nт
1 3

3 nт
2 3

3 nт
1
3
1
3
2
3
a
I K(2)  1
0
1
I K(2)  1
IA = 0
0
1
0
Рис. 4. Направления первичных и вторичных токов в обмотках и в плечах
(2)
дифференциальной защиты при K BC
Анализ распределения токов следует начинать с места КЗ. Примем полный
ток КЗ равным 1. Согласно граничным условиям для заданного повреждения
(2)
K BC
ток в фазе А со стороны НН равен нулю IА = 0. Следовательно, узел «а» на
схеме «исчезает» и можно считать, что сопротивления обмоток фаз А и В в треугольнике соединены последовательно, а сопротивление обмотки фазы С подключено к ним параллельно. Токи в обмотках на стороне треугольника определяем по правилу разброса.
При определении токов на стороне ВН необходимо учесть коэффициент
трансформации nт и коэффициент 3 , учитывающий изменение модулей токов в
фазах за счет различных способов соединения обмоток – треугольник/звезда.
Как известно, фазные и линейные токи имеют сдвиг по фазе 30 градусов.
Изменение фазы токов компенсируется за счет того, что трансформаторы токов
на стороне звезды силового трансформатора соединяются в треугольник, а со
стороны треугольника – в звезду.
4
При определении токов во вторичной цепи нужно изменить направление
стрелки на обратное и учесть коэффициент трансформации ТА – КI.
2. Разные производители цифровых ДЗТ применяют различные алгоритмы расчета тормозного и дифференциального токов. Токи рассчитываются в о.е. относительно номинальных токов обмоток. По методике, разработанной в НПП
«ЭКРА», указанные токи определяются по выражениям
I   I1  I2 – дифференциальный ток,
IТ 
I1  I2 cos( ) , – тормозной ток при –90º <φ<90 º (I, IV квадранты),
I Т  0 – при 90º <φ< 270º (II, III квадранты).
Больший по модулю ток направьте по горизонтальной оси, он должен иметь
нулевой угол, то есть угол φ следует отсчитывать от большего тока.
I2
φ
I1
I2
-φ
I1
а
б
Рис. 5. Примеры расположения векторов токов
а – при внешнем КЗ
б – при внутреннем КЗ
3. Параметры характеристики срабатывания цифровой дифференциальной защиты (рис. 2) трансформатора принимают согласно рекомендациям разработчика.
Все величины определяются в относительных единицах от базисного тока Т с
высшей стороны (номинальный ток трансформатора).
 Iср,0* = 1,1Iнб* ≈ 0,3 – начальный ток срабатывания на первом горизонтальном участке характеристики. Определяется по условию отстройки от тока
небаланса Iнб, можно изменять в диапазоне от 0,2 до 1,0. Причины возникновения тока небаланса: погрешности измерительных органов, разнотипные трансформаторы тока на сторонах ВН и НН, наличие РПН и т.д.
 IНТ* = 1 – уставку тока начала торможения (наклонного участка характеристики) примем равной единице.
 В = 2 – ток торможения блокировки, определяет переключение характеристики срабатывания ДТЗ с наклонного участка на вертикальный. Определяется исходя из отстройки от максимально возможного сквозного тока.
Если I1 ≥ В и I2 ≥ В — ДТЗ блокируется, так как это означает, что имеет
место внешнее замыкание, при котором насыщаются трансформаторы то5
ка, из-за чего дифференциальный ток через несколько миллисекунд после
КЗ увеличивается, и точка попадает в зону срабатывания.
Если I1 < В или I2 < В — ДТЗ срабатывает.
Уставка В задаётся в диапазоне от 1,5 до 3,0 от Iном.
 Iотс = 7 – уставка тока дифференциальной отсечки предназначена для исключения замедления работы ДТЗ (около 0,03–0,04 с) при больших токах
внутреннего повреждения. Отстраивается от броска тока намагничивания
и от тока небаланса при внешнем КЗ.
Уставка задаётся в диапазоне от 6,5 до 12,0 от Iном.
 К = tg(α) – коэффициент торможения, равный отношению приращения
дифференциального тока к приращению тормозного тока. Значение уставки рекомендуется рассчитывать по выражению
K  K отс
I *  I cp,0
I T*  I НТ* ,
где Котс = 1,1 – коэффициент отстройки,
IΔ* = 0,4 Iскв* – расчётный дифференциальный ток, вызванный протеканием по
защищаемому Т сквозного тока Iскв*
( 3)
I КЗ
I скв* 
– максимальное значение тока внешнего металлического КЗ, привеI ном
( 3)
дённое к номинальному току внешнего КЗ. Сторона КЗ (ВН или НН) и ток I КЗ –
заданы в таблице 1.
I Т *  I скв * ( I скв *  I * ) cos(15 ) – расчётный тормозной ток.
Уставка К задается в относительных единицах в диапазоне от 0,2 до 0,7 от Iбаз с
шагом 0,1.
6