Координация работы устройств РЗА с трансформаторами тока

Page 1
background image

Page 2
background image

98

СЕТИ

РОССИИ

Координация работы 
устройств РЗА 
с трансформаторами 
тока

ПРИЧИНА

 

ВОЗНИКНОВЕНИЯ

 

ПРОБЛЕМЫ

 

КООРДИНАЦИИ

 

РАБОТЫ

 

СИСТЕМ

 

РЕЛЕЙНОЙ

 

ЗАЩИТЫ

 

И

 

ТРАНСФОРМАТОРОВ

 

ТОКА

 

В

 

соответствии

 

с

 

руководящими

 

документами

 

нагрузка

 

на

 

защитные

 

трансформаторы

 

тока

 (

ТТ

), 

выпуска

-

емые

 

и

 

эксплуатируемые

 

в

 

России

выбирается

 

по

 

условию

 5–10%-

ной

 

погрешности

 

при

 

предельной

 

крат

-

ности

 

синусоидального

 

тока

При

 

этом

 

наличие

 

повышенных

 

погреш

-

ностей

 

ТТ

 

в

 

переходных

 

режимах

 

учитывается

 

с

 

помощью

 

коэффи

-

циентов

ухудшающих

 

параметры

 

срабатывания

 

устройств

 

релейной

 

защиты

Значения

 

указанных

 

ко

-

эффициентов

 

обычно

 

принимается

 

равным

 

единице

Однако

 

в

 

пере

-

ходных

 

режимах

сопровождаемых

 

глубоким

 

насыщением

 

сердечников

 

ТТ

погрешности

 

последних

 

могут

 

достигать

 80% 

и

 

более

.

В

 

последнее

 

время

 

отмечены

 

неправильные

 

действия

 

быстро

-

действующих

 

устройств

 

релей

-

ной

 

защиты

 

на

 

крупных

 

объектах

 

электроэнергетики

 

при

 

переходных

 

процессах

сопровождаемых

 

на

-

сыщением

 

сердечников

 

защитных

 

трансформаторов

 

тока

  (

ТТ

). 

Пода

-

вляющее

 

большинство

 

использу

-

емых

 

в

 

электроэнергетике

 

России

 

защитных

 

ТТ

 

основано

 

на

 

электро

-

магнитном

 

принципе

то

 

есть

 

на

 

яв

-

лении

 

электромагнитной

 

индукции

Сердечники

 

ТТ

  (

часто

 

называемых

 

индуктивными

), 

как

 

правило

из

-

готовлены

 

из

 

холоднокатаной

 

тек

-

стурованной

 

электротехнической

 

стали

 

и

 

не

 

имеют

 

немагнитного

 

за

-

зора

Такая

 

сталь

 

характеризуется

 

малыми

 

удельными

 

потерями

 

на

 

гистерезис

 

и

 

вихревые

 

токи

а

 

так

-

же

 

высокой

 

прямоугольностью

 

ха

-

рактеристики

 

намагничивания

что

 

важно

 

для

 

силовых

 

трансформато

-

ров

 

и

 

автотрансформаторов

.

Причинами

 

насыщения

 

сердеч

-

ников

 

защитных

 

ТТ

 

являются

• 

уменьшение

 

поперечного

 

сече

-

ния

 

сердечников

 

по

 

сравнению

 

с

 

выпускаемыми

 

в

 XX 

веке

;

• 

значительные

 

длины

 

контроль

-

ных

 

кабелей

 

во

 

вторичных

 

цепях

 

релейной

 

защиты

;

• 

высокая

 

прямоугольность

 

харак

-

теристики

 

намагничивания

• 

значительные

 

постоянные

 

вре

-

мени

 

затухания

 

апериодической

 

составляющей

 

и

 

кратности

 

токов

 

коротких

 

замыканий

  (

КЗ

в

 

пер

-

вичных

 

цепях

 

объектов

 

защиты

• 

наличие

 

значительных

 

началь

-

ных

 

(

остаточных

магнитных

 

индукций

 

в

 

сердечниках

 

ТТ

.

Уменьшение

 

сечения

 

сердеч

-

ников

 

ТТ

 

приводит

 

к

 

увеличению

 

рабочей

 

магнитной

 

индукции

со

-

кращению

 

интервала

 

достаточно

 

точной

 

трансформации

 

и

соответ

-

р

е

л

е

й

н

а

я

 з

а

щ

и

т

а

 и

 а

в

т

о

м

а

т

и

к

а

релейная защит

а и автома

тика

Станислав КУЖЕКОВ, д.т.н., профессор кафедры ЭСиЭЭС

Южно-Российского государственного политехнического 

университета (НПИ) им. М.И. Платова,

Андрей ДЕГТЯРЕВ, к.т.н., ведущий инженер

ООО НПФ «Квазар»


Page 3
background image

99

Рис

. 1. 

Расчетная

 

осциллограмма

 

первичных

 (

а

), 

вторичных

 (

б

токов

 

и

 

магнитных

 

индукций

 (

в

в

 

сердечниках

 

ТТ

 

фаз

 A, B, C 

ТТ

соединенных

 

в

 

звезду

 

с

 

нулевым

 

проводом

водом

». 

При

 

значительном

 

сопротивлении

 

в

 

ну

-

левом

 

проводе

 

и

 

наличии

 

остаточной

 

магнитной

 

индукции

 

неблагоприятного

 

знака

 

имеет

 

место

 

на

-

сыщение

 

сердечника

 

ТТ

по

 

которому

 

не

 

проходит

 

ток

 

несимметричного

 

КЗ

В

 

качестве

 

иллюстрации

 

на

 

рисунке

 1 

приве

-

дены

 

результаты

 

моделирования

 

симметричного

 

нагрузочного

 

режима

 

с

 

первичными

 

токами

 

поряд

-

ка

 200 

А

переходящего

 

в

 

режим

 

однофазного

 

КЗ

 

в

 

фазе

 A 

вблизи

 

сетевой

 

подстанции

На

 

горизон

-

тальных

 

осях

 

отложены

 

значения

 

продолжитель

-

ности

 

интервалов

 

времени

 

в

 

секундах

Осцилло

-

грамма

 

показывает

что

 

благодаря

 

напряжению

 

на

 

нулевом

 

проводе

 

вторичных

 

цепей

 

ТТ

соеди

-

ненных

 

в

 

звезду

сердечник

 

ТТ

 

фазы

 B 

насытился

 

примерно

 

через

 20 

мс

 

после

 

возникновения

 

КЗ

За

 

счет

 

подпитки

 

вторичным

 

током

 

фазы

 A 

во

 

вторич

-

ной

 

цепи

 

ТТ

 

фазы

 B 

появился

 

ток

превышающий

 

ток

 

нагрузки

 

и

 

отличающийся

 

от

 

него

 

по

 

фазе

Ука

-

занный

 

ток

 

может

 

восприниматься

 

защитой

 

как

 

признак

 

КЗ

 

в

 

зоне

 

действия

.

Напряжение

 

на

 

нулевом

 

проводе

 

вторичных

 

це

-

пей

 

ТТ

соединенных

 

в

 

звезду

возникающее

 

при

 

насыщении

 

сердечников

 

последних

существен

-

ным

 

образом

 

влияет

 

на

 

правильность

 

функцио

-

нирования

 

дистанционных

 

защит

 

линий

 

от

 

одно

-

фазных

 

КЗ

 

при

 

внешних

 

КЗ

так

 

как

 

указанное

 

напряжение

 

воспринимается

 

защитой

 

как

 

признак

 

однофазного

 

КЗ

 

в

 

зоне

 

ее

 

действия

.

Неселективные

 

срабатывания

 

первых

 

ступеней

 

дистанционных

 

защит

 

при

 

КЗ

 

вне

 

зоны

 

действия

 

за

 

спиной

») 

защиты

 

могут

 

иметь

 

место

 

при

 

вклю

-

чении

 

защиты

 

на

 

сумму

 

токов

 

ТТ

 

в

 

цепях

 

выключа

-

ственно

к

 

росту

 

погрешностей

Такие

 

же

 

последствия

 

имеет

 

увеличение

 

длин

 

контрольных

 

кабелей

 

во

 

вторич

-

ных

 

цепях

 

релейной

 

защиты

.

Высокая

 

прямоугольность

 

харак

-

теристики

 

намагничивания

 

ТТ

 

приво

-

дит

 

к

 

двум

 

негативным

 

для

 

устройств

 

РЗА

 

факторам

:

• 

увеличение

 

предельной

 

остаточ

-

ной

 

магнитной

 

индукции

• 

на

 

интервале

 

насыщенного

 

состо

-

яния

 

сердечника

 

фактически

 

пре

-

кращается

 

трансформация

 

пер

-

вичного

 

тока

что

 

дополнительно

 

увеличивает

 

погрешности

 

ТТ

Рост

 

единичных

 

мощностей

 

ге

-

нераторов

 

и

 

трансформаторов

ин

-

тенсивное

 

развитие

 

сетей

 

высокого

 

и

 

сверхвысокого

 

напряжения

 

приводят

 

к

 

увеличению

 

уровней

 

токов

 

короткого

 

замыкания

  (

КЗ

), 

начальных

 

значений

 

апериодической

 

составляющей

 

и

 

по

-

стоянных

 

времени

 

ее

 

затухания

 (

в

 

пер

-

вую

 

очередь

при

 

КЗ

 

на

 

шинах

 

крупных

 

электростанций

подстанций

 

сверхвы

-

сокого

 

напряжения

 

или

 

вблизи

 

от

 

них

). 

Значения

 

указанной

 

постоянной

 

вре

-

мени

 

при

 

КЗ

 

на

 

выводах

 

мощных

 

гене

-

раторов

 

и

 

на

 

сборных

 

шинах

 

крупных

 

электростанций

 

может

 

достигать

 0,3 

с

Это

 

приво

-

дит

 

к

 

повышению

 

вероятности

 

насыщения

 

сердеч

-

ников

 

ТТ

.

Исследования

выполненные

 

во

 

ВНИИЭ

 [1], 

по

-

казали

что

 

вероятность

 

получения

 

больших

 

на

-

чальных

 

значений

 

апериодической

 

составляющей

 

не

 

превышает

 0,1. 

Однако

 

в

 

указанных

 

работах

 

данные

 

получены

 

по

 

электрической

 

сети

 

в

 

целом

без

 

акцентирования

 

внимания

 

на

 

повреждения

происходившие

 

вблизи

 

крупных

 

электростанций

В

 [2], 

признавая

 

полезность

 

и

 

важность

 

вышеука

-

занных

 

результатов

было

 

отмечено

что

 

при

 

КЗ

 

на

 

линиях

 

вблизи

 

крупных

 

электростанций

 

вероят

-

ность

 

насыщения

 

ТТ

 

и

 

уровень

 

токов

 

КЗ

 

выше

чем

 

дает

 

статистический

 

анализ

До

 

конца

 XX 

века

 

в

 

России

 

ТТ

 

с

 

сердечниками

 

из

 

электротехнической

 

стали

не

 

имеющими

 

не

-

магнитного

 

зазора

в

 

основном

 

удовлетворяли

 

условиям

 

эксплуатации

Это

 

подтверждено

 

мно

-

голетними

 

статистическими

 

данными

 

ОРГРЭС

 

о

 

незначительном

 

числе

 

случаев

 

неправильной

 

работы

 

устройств

 

релейной

 

защиты

 

и

 

автомати

-

ки

  (

РЗА

). 

По

 

этой

 

причине

 

стандарт

 IEC 60044-2, 

нормирующий

 

требования

 

к

 

ТТ

 

в

 

переходных

 

ре

-

жимах

в

 

нашей

 

стране

 

не

 

был

 

принят

.

НЕСЕЛЕКТИВНЫЕ

 

ДЕЙСТВИЯ

УСТРОЙСТВ

 

РЗА

 

ПРИ

 

НАСЫЩЕНИИ

 

ТТ

 

В

 

связи

 

с

 

распространением

 

быстродействую

-

щих

 

цифровых

 

защит

 

в

 

настоящее

 

время

 

в

 

ряде

 

случаев

 

наблюдаются

 

неселективные

 

действия

 

защит

 

сборных

 

шин

 

и

 

ошиновок

 

при

 

насыщении

 

ТТ

включенных

 

по

 

схеме

 «

звезда

 

с

 

нулевым

 

про

-

 

(

а

 

(

б

 

(

в

kA

A

A

A

A

T

T

T

0.3

0.2

0.1

0

-0.1

-0.2

-0.3

55.85

44.62

33.4

22.18

10.96

-0.25

-11.47

2.08

1.39

0.69

-1E-6

-0.69

-1.39

-2.08

2.08

1.19

0.30

-0.59

-1.48

-2.37

-3.26

56.65

45.16

33.67

22.17

10.68

-0.80

-12.30

2.14

1.70

1.25

0.81

0.37

-0.06

-0.50

1.96

1.75

1.53

1.32

1.10

0.89

0.68

0  0.025 0.05 0.075  0.1 0.125 0.15

kA

kA

i

1A

i

1B

i

1C

В

A

В

B

В

C

0.4

0.1

0

-0.2

-0.4

8

6

4

2

0

-2

0.025  0.05  0.075 

0.1  0.125  0.15

0 0.025 0.05 

0.075 0.1 0.125 

0.15

0.99

0.77

0.55

0.34

0.12

-0.08

-0.30

i

2

А

i

2B

i

2C

i

N

 2 (35) 2016


Page 4
background image

100

СЕТИ РОССИИ

телей

 

полуторной

 (3/2) 

схемы

 

коммутации

 

распреде

-

лительного

 

устройства

 (

рисунок

 2

а

). 

На

 

рисунке

  2

б

 

приведены

 

упрощенные

 

кривые

 

первичных

 

i

11 

, i

12

 

и

 

вторичных

 

i

21 

, i

22 

токов

 

ТТ

 

TA

1, 

TA

2, 

соответственно

и

 

тока

 

во

 

входной

 

цепи

 

защиты

 

i

2

Σ

 

при

 

однофазном

 

КЗ

Кривые

 

вторичных

 

токов

 

по

-

строены

 

при

 

допущении

что

 

ТТ

 

имеют

 

идеальные

 

прямоугольные

 

характеристики

 

намагничивания

а

 

нагрузка

 

на

 

ТТ

 

имеет

 

активный

 

характер

Видно

что

 

в

 

интервале

 

насыщенного

 

состояния

 

сердечника

 

второго

 

ТТ

 

TA

2 (

t

s

 – 

t

0

(1)

ток

 

во

 

входной

 

цепи

 

защиты

 

изменил

 

направление

 

на

 

противоположное

Указан

-

ный

 

импульс

 

тока

 

воспринимается

 

дистанционной

 

защитой

 

как

 

признак

 

КЗ

 

в

 

зоне

 

действия

.

Описанные

 

случаи

 

показывают

что

 

наряду

 

с

 

апе

-

риодической

 

составляющей

 

в

 

токе

 

КЗ

 

и

 

остаточной

 

индукцией

 

в

 

сердечниках

 

ТТ

 

на

 

поведение

 

быстро

-

действующих

 

устройств

 

РЗА

 

существенное

 

влия

-

ние

 

оказывают

 

группы

 

соединения

 

ТТ

Это

 

объяс

-

няется

 

появлением

 

напряжения

 

на

 

нулевых

 

проводах

 

вторичных

 

цепей

 

ТТ

соединенных

 

в

 

звезду

а

 

также

 

перераспределением

 

на

 

интервалах

 

насыщенного

 

состояния

 

сердечников

 

ТТ

 

токов

 

во

 

вторичных

 

их

 

це

-

пях

включенных

 

на

 

сумму

 

токов

Наиболее

 

просты

-

ми

 

способами

 

исключения

 

неправильных

 

действий

 

РЗА

 

в

 

указанных

 

случаях

 

являются

:

• 

отказ

 

от

 

соединения

 

вторичных

 

обмоток

 

ТТ

 

в

 

звезду

;

• 

переход

 

на

 

цифровую

 

сборку

 

вторичных

 

токов

 

одиночных

 

ТТ

 

в

 

терминале

 

защиты

  (

аналогично

 

отказу

 

от

 

схемы

 

соединения

 

в

 

треугольник

);

• 

контроль

 

направленности

 

фазных

 

токов

 

во

 

вто

-

ричных

 

проводах

 

одиночных

 

ТТ

Обеспечение

 

правильного

 

функционирования

 

устройств

 

релейной

 

защиты

 

в

 

переходных

 

режимах

 

может

 

быть

 

достигнуто

 

несколькими

 

способами

:

1. 

Применение

 

новых

 

преобразователей

 

тока

не

 

имеющих

 

повышенных

 

погрешностей

 

в

 

переход

-

ных

 

режимах

.

2. 

Разработка

 

усовершенствованных

 

алгоритмов

 

функционирования

 

устройств

 

РЗА

учитываю

-

щих

 

наличие

 

повышенных

 

погрешностей

 

у

 

экс

-

плуатируемых

 

ТТ

 

в

 

переходных

 

режимах

 

при

 

наличии

 

в

 

первичном

 

токе

 

апериодической

 

со

-

ставляющей

 

и

 

остаточных

 

магнитных

 

индукций

 

в

 

сердечниках

 

ТТ

.

ПРИМЕНЕНИЕ

 

НОВЫХ

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

 

ТОКА

Очевидно

что

 

производители

 

новых

 

преобра

-

зователей

 

тока

основанных

 

на

 

электромагнитном

 

принципе

для

 

использования

 

в

 

системах

 

РЗА

долж

-

ны

 

учитывать

что

 

их

 

изделия

 

могут

 

иметь

 

погреш

-

ности

не

 

превышающие

 5–10% 

при

 

предельной

 

кратности

 

синусоидального

 

тока

однако

 

не

 

должны

 

иметь

 

погрешностей

вызывающих

 

неправиль

-

ные

 

действия

 

РЗА

 

при

 

наличии

 

в

 

токе

 

апериоди

-

ческой

 

составляющей

 

и

 

остаточной

 

магнитной

 

индукции

 

в

 

сердечнике

Указанные

 

требования

 

должны

 

распространяться

в

 

первую

 

очередь

на

 

ТТ

используемые

 

в

 

схемах

 

релейной

 

защиты

 

генерато

-

ров

блоков

 

генератор

-

трансформатор

сборных

 

шин

 

и

 

ошиновок

 

высокого

 

и

 

сверхвысокого

 

напряжения

 

крупных

 

электростанций

а

 

также

 

в

 

цепях

 

основных

 

защит

 

и

 

первых

 

ступеней

 

резервных

 

защит

 

на

 

пере

-

дающих

 

концах

 

линий

 

электропередачи

подключен

-

ных

 

к

 

шинам

 

этих

 

электростанций

На

 

подстанциях

 

высокого

 

и

 

сверхвысокого

 

напряжения

находящих

-

ся

 

на

 

значительном

 

удалении

 

от

 

крупных

 

электро

-

станций

уровень

 

токов

 

КЗ

 

и

 

значения

 

постоянных

 

времени

 

затухания

 

апериодических

 

составляющих

 

не

 

всегда

 

создают

 

условия

 

для

 

глубокого

 

насыще

-

ния

 

ТТ

Для

 

таких

 

ТТ

 

может

 

отсутствовать

 

необходи

-

мость

 

в

 

нормировании

 

погрешностей

 

в

 

переходных

 

режимах

В

 

распределительных

 

сетях

 

напряжением

 

6–110 

кВ

 

кратности

 

токов

 

КЗ

 

и

 

значения

 

постоянных

 

времени

 

затухания

 

апериодической

 

составляющей

 

Т

относительно

 

невелики

Проблема

 

насыщения

 

ТТ

 

в

 

таких

 

сетях

как

 

правило

отсутствует

и

 

по

 

этой

 

причине

 

для

 

них

 

нет

 

необходимости

 

в

 

нормирова

-

нии

 

погрешностей

 

в

 

переходных

 

режимах

Следует

 

учитывать

 

также

что

 

ущерб

 

от

 

неправильного

 

дей

-

ствия

 

релейной

 

защиты

 

в

 

таких

 

сетях

 

существенно

 

ниже

чем

 

в

 

электроустановках

 

сверхвысокого

 

на

-

пряжения

.

В

 

международном

 

стандарте

 IEC 61869–2 [3] 

приведена

 

классификация

 

электромагнитных

 

ТТ

 

для

 

характеристики

 

переходного

 

режима

 

и

 

среди

 

прочих

 

указаны

 

классы

 TPX, TPY, TPZ. 

Очевид

-

но

что

 

для

 

крупных

 

электростанций

 

и

 

подстанций

 

сверхвысокого

 

напряжения

 

должны

 

выпускаться

 

ТТ

 

класса

 TPY 

или

 TPZ.

Недостатком

 

таких

 

ТТ

 

является

 

практическое

 

отсутствие

 

трансформации

 

апериодического

 

тока

необходимость

 

которой

 

обусловлена

 

возможно

-

стью

 

повреждения

 

существующих

 

автокомпрес

-

сионных

 

элегазовых

 

выключателей

не

 

способных

 

погасить

 

электрическую

 

дугу

 

отключения

 

при

 

от

-

сутствии

 

в

 

кривой

 

отключаемого

 

тока

 

переходов

 

через

 

нулевое

 

значение

Очевидно

что

 

в

 

таких

 

слу

-

чаях

 

целесообразна

 

компенсация

 

погрешностей

 

ТТ

 

по

 

апериодической

 

составляющей

что

 

существен

-

Рис

. 2. 

Релейная

 

защита

,

реагирующая

 

на

 

сумму

 

токов

:

а

схема

 

подключения

 

двух

 

одиночных

 

ТТ

 

на

 

сумму

 

то

-

ков

 

к

 

устройству

 

защиты

;

б

упрощенные

 

кривые

 

первичных

 

и

 

вторичных

 

токов

 

ТТ

 

и

 

тока

 

во

 

входной

 

цепи

 

защиты

 

при

 

однофазном

 

КЗ

 

(

а

 

(

б


Page 5
background image

101

но

 

проще

чем

 

компенсация

 

погрешностей

 

ТТ

 

с

 

сер

-

дечниками

не

 

имеющими

 

немагнитного

 

зазора

Следует

 

отметить

что

 

удовлетворение

 

требо

-

вания

 

к

 

погрешности

 

в

 

переходном

 

режиме

 

требует

 

значительного

 

увеличения

 

габаритов

 

и

 

массы

 

маг

-

нитопровода

 

ТТ

 

по

 

сравнению

 

с

 

обычным

 

ТТ

пред

-

назначенным

 

для

 

РЗА

класса

 TPX [4].

Широкое

 

применение

 

электронных

 

преобразо

-

вателей

 

тока

 

в

 

настоящее

 

время

 

затрудняется

 

от

-

сутствием

 

опыта

 

эксплуатации

.

Адаптация

 

устройств

 

РЗА

 

к

 

эксплуатируемым

 

ТТ

 

целесообразна

 

на

 

действующих

 

электростан

-

циях

 

и

 

подстанциях

так

 

как

 

при

 

этом

 

не

 

требуется

 

демонтаж

 

эксплуатируемых

 

ТТ

 

и

 

установка

 

ТТ

от

-

носящихся

 

к

 

классам

 TPY 

или

 TPZ. 

Работы

связан

-

ные

 

с

 

этим

 

способом

можно

 

разделить

 

на

 

следую

-

щие

 

группы

:

1. 

Снижение

 

нагрузки

 

на

 

ТТ

 

путем

 

увеличения

 

сече

-

ния

 

жил

 

контрольных

 

кабелей

 

или

 

применение

 

дискретных

 

ТТ

.

2. 

Разработка

 

усовершенствованных

 

алгоритмов

 

функционирования

 

устройств

 

РЗА

базирующих

-

ся

 

на

 

распознавании

 

аварийного

 

режима

 

на

 

ин

-

тервале

 

достаточно

 

точной

 

трансформации

 

ТТ

3. 

Разработка

 

усовершенствованных

 

алгоритмов

 

функционирования

 

устройств

 

РЗА

 

с

 

виртуаль

-

ной

 

компенсацией

 

погрешностей

 

ТТ

.

СНИЖЕНИЕ

 

НАГРУЗКИ

 

НА

 

ТТ

 

Недостатком

 

способов

относящихся

 

к

 1, 

является

их

 

низкая

 

эффективность

что

 

поясняется

 

рисун

-

ком

 3 [5]. 

На

 

рисунке

 

приведены

 

кривые

 

для

 

определения

 

продолжительности

 

интервала

 

достаточно

 

точной

 

трансформации

 

ТТ

 (

при

 

активном

 

характере

 

его

 

на

-

грузки

на

 

первом

 

периоде

 

КЗ

 

при

 

наличии

 

в

 

токе

 

максимальной

 

апериодической

 

составляющей

При

 

этом

 

приведенный

 

ко

 

вторичной

 

цепи

 

ток

 

в

 

первич

-

ной

 

цепи

 

ТТ

 

описывается

 

выражением

i

1

 = I

m

1

I

 

 

(exp(–t/T

1

) – cos 

ω

t),

где

 

I

m

1

I

 

— 

амплитуда

 

первичного

 

тока

приведен

-

ного

 

ко

 

вторичной

 

цепи

 

ТТ

;

T

1

 — 

постоянная

 

времени

 

первичной

 

цепи

  (

по

-

стоянная

 

времени

 

затухания

 

апериодической

 

со

-

ставляющей

 

тока

 

КЗ

);

ω

 — 

угловая

 

частота

;

t

 — 

время

.

По

 

оси

 

абсцисс

 

рисунка

 

отложен

 

параметр

(

B

s

 – 

B

r

)/

B

m

.

Приняты

 

следующие

 

обозначения

B

s

 — 

магнитная

 

индукция

 

насыщения

в

 

первом

 

приближении

 

рав

-

ная

 2 

Тл

B

r

 — 

остаточная

 

индукция

в

 

первом

 

при

-

ближении

 

в

 

наиболее

 

тяжелом

 

случае

 

равная

 1 

Тл

B

m

 — 

магнитная

 

индукция

которая

 

имела

 

бы

 

место

 

в

 

сердечнике

 

ТТ

 

при

 

отсутствии

 

насыщения

в

 

первом

 

приближении

 

при

 

загруженном

 

ТТ

 

равная

 1,8 

Тл

.

По

 

техническим

 

данным

 

ТТ

 SAS 550 (TRENCH) 

с

 

коэффициентом

 

трансформации

 2000/1 

активное

 

сопротивление

 

вторичной

 

обмотки

 

равно

 5,7 

Ом

Расчет

 

показал

что

 

при

 

кратности

 

первичного

 

тока

равной

 20, 

постоянной

 

времени

 

затухания

 

аперио

-

дической

 

составляющей

равной

 0,3 

с

и

 

нагрузке

соответствующей

 

амплитуде

 

периодической

 

со

-

Рис

. 3. 

Кривые

 

для

 

определения

 

продолжительности

 

интервала

 

достаточно

 

точной

 

трансформации

 

ТТ

 

класса

 TPX 

на

 

первом

 

периоде

 

КЗ

ставляющей

 

магнитной

 

индукции

 

в

 

сердечнике

равной

 1,8 

Тл

остаточной

 

индукции

 

неблагоприят

-

ного

 

знака

равной

 1 

Тл

продолжительность

 

интер

-

вала

 

достаточно

 

точной

 

трансформации

 

составля

-

ет

 4,6 

мс

При

 

закороченной

 

вторичной

 

обмотке

 

ТТ

 

продолжительность

 

интервала

 

достаточно

 

точной

 

трансформации

 

на

 

первом

 

периоде

 

КЗ

 

увеличи

-

лась

 

до

 12,4 

мс

что

 

не

 

всегда

 

достаточно

 

для

 

пра

-

вильного

 

функционирования

 

существующих

 

дис

-

танционных

 

защит

.

К

 

этой

 

же

 

группе

 

относится

 

подключение

 

непо

-

средственно

 

к

 

выходу

 

ТТ

 

аналогово

-

цифрового

 

преобразователя

Такие

 

преобразователи

 

тока

 

по

-

лучили

 

в

 

литературе

 

название

 

дискретных

 

ТТ

 [6]. 

При

 

этом

 

исключается

 

значительная

 

часть

 

нагруз

-

ки

  (

контрольный

 

кабель

), 

а

 

терминалы

 

устройств

 

РЗА

 

должны

 

иметь

 

не

 

аналоговые

а

 

дискретные

 

входы

Однако

как

 

показано

 

выше

сердечник

 

ТТ

 

также

 

может

 

насыщаться

 

за

 

счет

 

наличия

 

активно

-

го

 

сопротивления

 

собственной

 

вторичной

 

обмотки

В

 

этих

 

случаях

очевидно

требуется

 

доработка

 

ал

-

горитмов

 

функционирования

 

быстродействующих

 

устройств

 

РЗА

 

с

 

целью

 

исключения

 

их

 

неселектив

-

ного

 

срабатывания

 

при

 

КЗ

 

вне

 

зоны

 

действия

.

Следует

 

отметить

 

также

 

возможность

 

насыще

-

ния

 

промежуточных

 

ТТ

 

устройств

 

РЗА

что

 

эквива

-

лентно

 

насыщению

 

основных

 

ТТ

Очевидно

что

 

для

 

промежуточных

 

ТТ

 

необходимо

 

принимать

 

меры

исключающие

 

их

 

насыщение

.

РАБОТА

 

УСТРОЙСТВ

 

РЗА

В

 

ИНТЕРВАЛЕ

 

ДОСТАТОЧНО

 

ТОЧНОЙ

 

ТРАНСФОРМАЦИИ

 

ТТ

 

С

 

целью

 

обеспечения

 

правильной

 

работы

 

диф

-

ференциальных

 

защит

 

предложено

 

и

 

используется

 

на

 

практике

 

большое

 

количество

 

способов

 

отстрой

-

ки

 

от

 

насыщения

 

ТТ

например

детектор

 

насы

-

щения

 

ТТ

описанный

 

в

 [7]. 

Известны

 

алгоритмы

с

 

помощью

 

которых

 

по

 

выборкам

 

вторичного

 

тока

 

выполняется

 

поиск

 

участков

 

достаточно

 

точной

 

 2 (35) 2016


Page 6
background image

102

СЕТИ РОССИИ

трансформации

 

первичного

 

тока

 

ТТ

 

и

 

на

 

данных

 

интервалах

 

формируются

 

выходные

 

результаты

 

(

амплитуда

 

и

 

фаза

 

первичного

 

тока

). 

При

 

этом

 

от

-

счеты

 

вторичного

 

тока

не

 

попадающие

 

в

 

указанные

 

интервалы

в

 

дальнейшем

 

не

 

используются

напри

-

мер

алгоритм

описанный

 

в

 [8].

В

 70-

х

 

годах

 

прошлого

 

века

 

подобный

 

алгоритм

 

работы

 

системы

 

управления

 

синхронизированным

 

выключателем

 

был

 

разработан

 

под

 

руководством

 

д

.

т

.

н

., 

профессора

 

Г

.

В

Буткевича

который

 

позво

-

лял

 

сформировать

 

сигнал

 

управления

 

с

 

учетом

 

на

-

личия

 

апериодической

 

составляющей

 

в

 

токе

 

корот

-

кого

 

замыкания

При

 

этом

 

по

 

величине

 

производной

 

тока

 

прогнозировались

 

его

 

амплитудное

 

значение

 

и

 

длительность

 

первого

 

полупериода

Это

 

упро

-

щает

 

вопрос

 

оценки

 

величины

 

апериодической

 

со

-

ставляющей

 

в

 

токе

 

короткого

 

замыкания

.

Длительность

 

интервала

 

достоверной

 

транс

-

формации

 

ТТ

 

на

 

первых

 

периодах

 

переходного

 

процесса

 

может

 

снижаться

 

до

 2–5 

мс

что

 

составля

-

ет

 15–25 % 

от

 

длительности

 

периода

 

тока

 

частоты

 

50 

Гц

Таким

 

образом

в

 

течение

 15–18 

мс

 

за

 

период

 

тока

 

при

 

насыщении

 

сердечника

 

ТТ

 

в

 

устройстве

 

релейной

 

защиты

 

информация

 

о

 

первичном

 

токе

 

фактически

 

отсутствует

а

 

само

 

устройство

 

должно

 

быть

 

заблокировано

Реализация

 

второго

 

способа

 

возможна

 

на

 

практике

если

 

цифровые

 

устройства

 

РЗА

 

построены

 

на

 

базе

 

быстродействующих

 

про

-

цессоров

 

с

 

частотой

 

дискретизации

 

не

 

ниже

 20 

кГц

.

ВИРТУАЛЬНАЯ

 

КОМПЕНСАЦИЯ

 

ПОГРЕШНОСТЕЙ

 

ТТ

Сущность

 

способа

 

заключается

 

в

 

вычислении

 

по

 

выборкам

 

вторичного

 

тока

 

дискретных

 

значений

 

намагничивающего

 

тока

суммировании

 

полученно

-

го

 

тока

 

со

 

вторичным

 

током

 

ТТ

 

и

соответственно

получении

 

приведенного

 

ко

 

вторичной

 

цепи

 

пер

-

вичного

 

тока

Следует

 

подчеркнуть

что

 

условием

 

достаточно

 

точной

 

реализации

 

виртуальной

 

компенсации

 

по

-

грешностей

 

ТТ

 

является

 

наличие

 

трансформации

 

тока

 

на

 

интервале

 

насыщенного

 

состояния

 

сердеч

-

ника

 

ТТ

что

 

является

 

ограничением

 

способа

.

В

 

общем

 

случае

 

целесообразно

 

формировать

 

приведенный

 

ко

 

вторичной

 

цепи

 

суммарный

 

пер

-

вичный

 

ток

 

ТТ

Известны

 

работы

 

в

 

этом

 

направ

-

лении

в

 

частности

 [9]. 

Однако

 

в

 

указанной

 

работе

 

не

 

учитывается

 

влияние

 

на

 

работу

 

ТТ

 

остаточной

 

магнитной

 

индукции

что

 

не

 

всегда

 

приемлемо

и

 

по

 

этой

 

причине

 

способ

 

нуждается

 

в

 

доработке

Следует

 

отметить

 

также

что

 

применение

 

ради

-

кальных

 

мер

связанных

 

заменой

 

установленных

 

ранее

 

ТТ

 

на

 

действующих

 

крупных

 

электростанци

-

ях

 

и

 

на

 

ряде

 

подстанций

 

сверхвысокого

 

напряже

-

ния

 

сопряжено

 

со

 

значительными

 

материальны

-

ми

 

затратами

По

 

этой

 

причине

 

для

 

действующих

 

крупных

 

электростанций

 

и

 

подстанций

 

с

 

уже

 

уста

-

новленными

 

на

 

них

 

ТТ

по

 

существу

 

относящихся

 

к

 

классу

 TPX, 

целесообразно

 

провести

 

разработ

-

ки

 

микропроцессорных

 

защит

использующих

 

усо

-

вершенствованные

 

алгоритмы

базирующиеся

 

на

 

адаптации

 

устройств

 

РЗА

 

к

 

ТТ

не

 

имеющим

 

немаг

-

нитного

 

зазора

 

в

 

магнитопроводе

.

ВЫВОДЫ

1. 

Наличие

 

в

 

переходных

 

режимах

 

погрешностей

существенно

 

превышающих

 10%, 

у

 

ТТ

 

с

 

сердечни

-

ками

не

 

имеющими

 

немагнитного

 

зазора

должно

 

учитываться

 

при

 

разработке

 

алгоритмов

 

современ

-

ных

 

устройств

 

РЗА

 (

дифференциальных

 

и

 

первых

 

ступеней

 

резервных

 

защит

 

элементов

 

крупных

 

электростанций

 

и

 

в

 

ряде

 

случаев

 

подстанций

 

сверх

-

высокого

 

напряжения

), 

получающих

 

информацию