СПОСОБ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2001 года по МПК H02H7/04 H02H7/45 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к релейной защите, и может быть использовано для защиты силовых трансформаторов и автотрансформаторов, установленных в энергетических системах, от повреждений, сопровождаемых различными видами коротких замыканий.

Известен способ дифференциальной токовой защиты трехфазного трансформатора, в соответствии с которым в трансформаторах тока преобразуют токи силовых цепей каждой из сторон каждой из фаз силового трехфазного трансформатора, пофазно геометрически суммируют токи всех сторон трансформатора и при превышении результирующего тока какой-либо фазы установленного порогового значения отключают силовые цепи со всех сторон трехфазного трансформатора [1]. В известном способе контролируют результирующие токи в каждой фазе, для чего необходимо использовать по крайней мере три токовых реле, что снижает чувствительность защиты вследствие значительной токовой нагрузки на токовые цепи защиты.

Известно устройство дифференциальной токовой защиты трехфазного трансформатора, содержащее установленные в каждую фазу силовой цепи на каждой стороне трехфазного трансформатора трансформаторы тока. Вторичные обмотки всех трансформаторов тока в каждой фазе соединены параллельно и включены на вход соответствующего токового реле, замыкающие контакты токовых реле включены в цепь отключения выключателей сторон трехфазного трансформатора [1]. Недостатком известного устройства является сложность и низкая чувствительность из-за большого количества установленных в нем токовых реле.

Техническим результатом предложенного изобретения является устранение указанных выше недостатков: повышение чувствительности и снижение массогабаритных показателей.

Технический результат достигается за счет того, что в соответствии со способом дифференциальной токовой защиты трехфазного трансформатора с соединением обмоток (звезда с нулевым проводом - звезда с нулевым проводом - треугольник), в соответствии с которым в трансформаторах тока преобразуют токи силовых цепей каждой из сторон каждой из фаз трехфазного трансформатора, формируют для сторон, соответствующих высшему и среднему уровням напряжения трехфазного трансформатора результирующий ток путем геометрического суммирования токов вторичных обмоток трансформаторов тока первой и третьей фаз соответствующей стороны трехфазного трансформатора со сдвинутым на 180 электрических градусов током вторичной обмотки трансформатора тока второй фазы этой же стороны трехфазного трансформатора, формируют для стороны, соответствующей низшему уровню напряжения трехфазного трансформатора результирующий ток путем геометрического суммирования тока вторичных обмоток трансформаторов тока первой фазы со сдвинутыми на 180 электрических градусов токами вторичных обмоток трансформаторов тока второй и третьей фаз, осуществляют геометрическое суммирование результирующих токов всех сторон трехфазного трансформатора, подавая результирующий ток каждой из сторон трехфазного трансформатора на соответствующую первичную обмотку, расположенную на среднем стержне трехстержневого магнитопровода насыщающегося трансформатора тока, при этом на вторичной обмотке, расположенной на одном из крайних стержней трехстержневого магнитопровода упомянутого насыщающегося трансформатора тока, обеспечивается формирование напряжения, величина которого соответствует величине результирующего магнитного потока, созданного токами его первичных обмоток, при превышении напряжения вторичной обмотки насыщающегося трансформатора тока заданного порогового уровня подают сигнал на отключение силовых цепей со всех сторон трехфазного трансформатора.

Целесообразно также результирующие токи стороны высшего и среднего уровней напряжения трехфазного трансформатора подавать на одну обмотку максимального реле тока, на другую обмотку которого подавать результирующий ток низшего уровня напряжения, при этом обеспечивают замыкающими контактами максимального реле тока блокировку подачи сигнала на отключение силовых цепей со всех сторон трехфазного трансформатора, если геометрическая сумма результирующих токов сторон низшего, среднего и высшего уровней напряжений не превышает заданный пороговый уровень.

Технический результат обеспечивается также тем, что в устройстве дифференциальной токовой защиты трехфазного трансформатора с соединением обмоток , содержащем установленные с каждой стороны трехфазного трансформатора первую, вторую и третью группы трансформаторов тока по три трансформатора тока в каждой группе, первичные обмотки которых включены в разрыв силовых цепей соответствующих фаз со стороны высшего, среднего и низшего уровней напряжений трехфазного трансформатора, соответственно, при этом направление включения первичных обмоток трансформаторов тока относительно обмоток трехфазного трансформатора со всех сторон одинаково, а коэффициенты трансформации трансформаторов тока выбираются так, чтобы токи вторичных обмоток трансформаторов тока соответствующих фаз, установленных с двух сторон трехфазного трансформатора при номинальном режиме и отключенных обмотках третьей стороны трехфазного трансформатора были возможно ближе по величине, вторичные обмотки трансформаторов тока в каждой группе соединены параллельно, таким образом, что для сторон высшего и среднего уровней напряжения вторичные обмотки трансформаторов тока первой и третьей фаз соединены между собой одноименными выводами, а вторичные обмотки трансформаторов тока первой и второй, а также второй и третьей фаз соединены между собой разноименными выводами, а для стороны низшего уровня напряжения вторичные обмотки трансформаторов тока второй и третьей фаз соединены между собой одноименными выводами, а вторичные обмотки трансформаторов тока первой и второй, а также первой и третьей фаз соединены между собой разноименными выводами, параллельно соединенные вторичные обмотки каждой из групп соединены с соответствующей первичной обмоткой насыщающегося трансформатора тока, расположенной на среднем стержне его трехстержневого магнитопровода, при этом направления включения вторичных обмоток трансформаторов тока первой фазы всех групп относительно первичных обмоток насыщающегося трансформатора тока одинаковы, а первичные обмотки насыщающегося трансформатора тока соединены между собой одноименными выводами, вторичная обмотка насыщающегося трансформатора тока соединена со входом порогового органа, сигнал с выхода которого управляет замыкающими контактами, включенными последовательно в цепь отключения выключателей всех сторон трехфазного трансформатора.

В частном случае реализации устройства можно дополнительно повысить чувствительность защиты за счет введения максимального реле тока, первая обмотка которого включена последовательно в цепи параллельно соединенных вторичных обмоток трансформаторов тока первой и второй групп, установленных со стороны высшего уровня напряжения и со стороны среднего уровня напряжения, а вторая обмотка максимального реле тока включена последовательно в цепь параллельно соединенных вторичных обмоток трансформаторов тока третьей группы, установленной со стороны низшего уровня напряжения, при этом направления включения первой и второй обмоток относительно обмоток трансформаторов тока первой фазы соответствующих групп одинаково, замыкающие контакты максимального реле включены последовательно с замыкающими контактами, управляемыми сигналом с выхода порогового органа, в цепь отключения выключателей всех сторон трехфазного трансформатора
Коэффициенты трансформации трансформаторов тока, принадлежащих одной группе, могут быть одинаковы.

В частном случае реализации устройства коэффициенты трансформации трансформаторов тока второй и третьей фаз, принадлежащих группам, расположенным со стороны высшего уровня напряжения и со стороны среднего уровня напряжения, в два раза меньше коэффициентов трансформации трансформаторов тока первой фазы соответствующих групп, а коэффициент трансформации трансформатора тока третьей фазы, принадлежащего группе, расположенной со стороны низшего уровня напряжения, в два раза меньше коэффициента трансформации трансформаторов тока первой и второй фаз этой же группы.

Для компенсации неравенства величин токов вторичных обмоток трансформаторов тока разных групп целесообразно параллельно соединенные вторичные обмотки каждой из групп трансформаторов тока соединить с соответствующей первичной обмоткой насыщающегося трансформатора тока через соответствующий выравнивающий трансформатор или автотрансформатор.

Предложенное изобретение позволяет повысить чувствительность защиты за счет возможности использования только одного дифференциального реле в трехфазном исполнении, что делает возможным уменьшение нагрузки на токовые цепи защиты, за счет применения блокировки подачи сигнала на отключение силовых цепей замыкающими контактами максимального реле тока, а также за счет включения в каждой из групп вторичной обмотки трансформатора тока одной из фаз встречно параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока других фаз.

Изобретение поясняется чертежом, на фиг. 1 которого представлена схема примера выполнения устройства, реализующего способ согласно изобретению. На фиг. 2 "а", "б" и "с" чертежа представлены векторные диаграммы токов вторичных обмоток трансформаторов тока первой, второй и третьей групп соответственно для случая неодинаковых коэффициентов трансформации трансформаторов тока в каждой группе.

Устройство, реализующее способ токовой дифференциальной защиты трехфазного трансформатора, можно в частном случае выполнить в соответствии с фиг. 1. На фиг. 1 изображены: трехфазный автотрансформатор 1 со схемой соединения обмоток звезда/звезда/треугольник, в его силовые цепи фаз A, B, C на стороне высшего уровня напряжения, фаз A', B' и C' на стороне среднего уровня напряжения и фаз A'', B'' и C'' на стороне низшего уровня напряжения включены первичные обмотки трансформаторов тока 2, 3, 4 первой группы, первичные обмотки трансформаторов тока 5, 6, 7 второй группы и первичные обмотки трансформаторов тока 8, 9, 10 третьей группы, соответственно. Со стороны высшего уровня напряжения в разрыв силовой цепи установлен выключатель 11, со стороны среднего уровня напряжения - выключатель 12, со стороны низшего уровня напряжения - выключатель 13. Вторичные обмотки трансформаторов тока первой группы 2, 3, 4, установленные со стороны высшего напряжения соединены параллельно между собой и подключены через первую обмотку 19 максимального реле тока к первой первичной обмотке 15 насыщающегося трансформатора тока 14. При этом начала вторичных обмоток трансформаторов тока 2 и 4 и конец вторичной обмотки трансформатора тока 3 соединены с началом обмотки 15, концы вторичных обмоток трансформаторов тока 2 и 4 и начало вторичной обмотки трансформатора тока 3 соединены с концом обмотки 19, начало которой соединено с объединенными концами первой 15, второй 16 и третьей 17 первичных обмоток насыщающегося трансформатора тока 14. Начала вторичных обмоток трансформаторов тока 5 и 7 и конец вторичной обмотки трансформатора тока 6 соединены с началом обмотки 16, концы вторичных обмоток трансформаторов тока 5 и 7 и начало вторичной обмотки трансформатора тока 6 соединены с концом обмотки 19. Концы вторичных обмоток трансформаторов тока 9 и 10 и начало вторичной обмотки трансформатора тока 8 соединены с началом обмотки 17, начала вторичных обмоток трансформаторов тока 9 и 10 и конец вторичной обмотки трансформатора тока 8 соединены с концом второй обмотки 20 максимального реле тока, начало которой соединено с началом обмотки 19. В общем случае обмотки 19 и 20 могут отсутствовать, при этом концы вторичных обмоток трансформаторов тока 2, 4, 5, 7, 8 и начала вторичных обмоток трансформаторов тока 3, 6, 9 и 10 соединяются с общим выводом обмоток 15, 16, 17 непосредственно. Вторичная обмотка 18 насыщающегося трансформатора тока 14 соединена со входом порогового органа 21. Сигнал с выхода порогового органа 21 управляет замыкающими контактами 22. Замыкающие контакты 22 включены последовательно с замыкающими контактами 23 максимального реле тока, управляемыми его первой 19 и второй 20 обмотками, и источником постоянного напряжения 24 в цепь выключения выключателей 11, 12 и 13.

Насыщающийся трансформатор тока 14 может быть выполнен с магнитопроводом в виде трехстержневого сердечника. Его первичные обмотки 15, 16, 17 расположены на среднем стержне трехстержневого магнитопровода. В частном случае выполнения обмотки 15, 16, 17 могут иметь отпайки, с помощью которых можно менять соотношение чисел витков первичных обмоток и отстраиваться от тока небаланса. Вторичная обмотка 18 насыщающегося трансформатора тока расположена на одном из его крайних стержней и может быть выполнена с регулируемым числом витков. На другом крайнем стержне магнитопровода и на его среднем стержне можно расположить две секции короткозамкнутой обмотки. Пример выполнения насыщающегося трансформатора тока приведен в [2].

В качестве порогового органа может быть в частном случае применено дифференциальное реле тока на микросхемах, например, дифференциальное реле тока серии РСТ15, РСТ16 [3].

В качестве максимального реле тока может быть использовано, например, реле типа РТ-40 [4].

Пример выполнения цепи отключения выключателей приведен в [5].

Коэффициенты трансформации трансформаторов тока первой второй и третьей групп выбираются таким образом, чтобы при нормальном режиме работы геометрическая сумма токов вторичных обмоток трансформаторов тока всех групп одноименных фаз была возможно ближе к нулевому уровню. Коэффициенты трансформации трансформаторов тока в каждой группе могут быть в частном случае одинаковы. Возможно также выполнить трансформаторы тока в каждой группе с разными коэффициентами трансформации.

Дифференциальная токовая защита в соответствии с настоящим изобретением реализуется следующим образом. Трансформаторы тока 2-10 преобразуют токи всех фаз силовых цепей со всех сторон трехфазного трансформатора 1. Так как вторичные обмотки трансформаторов тока 2 и 4, 5 и 7, 9 и 10 соединены согласно параллельно, токи этих обмоток, то есть токи фазы A (Ia) и токи фазы C (Ic) трансформаторов тока первой и второй группы, а также токи фазы C (Ic) и токи фазы B (Ib) трансформаторов тока третьей группы попарно суммируются. Так как вторичные обмотки трансформаторов тока 3, 6, 8 включены встречно параллельно вторичным обмоткам других трансформаторов соответствующих групп, их токи, то есть токи фазы B (Ib) трансформаторов тока первой и второй групп, а также токи фазы A (Ia) трансформатора тока третьей группы вычитаются из соответствующих суммарных токов. На первичные обмотки 15, 16, 17 насыщающегося трансформатора тока 14 поступают результирующие токи I = Ia + Ic - Ib с соединенных параллельно вторичных обмоток трансформаторов тока первой и второй групп и результирующий ток I = Ia - Ic - Ib третьей групп соответственно.

На вторичной обмотке 14 насыщающегося трансформатора тока 18 формируется напряжение, величина которого определяется результирующим магнитным потоком, наведенным токами обмоток 15, 16, 17, который в свою очередь определяется суммой токов этих обмоток. В нормальном режиме работы сумма токов обмоток 15, 16, 17 близка к нулю, поэтому напряжение обмотки 14 не превышает уровня срабатывания порогового органа 21, при этом управляемые этим пороговым органом замыкающие контакты 22 разомкнуты, сигнал на отключение выключателей 11, 12, 13 от цепи выключения выключателей не поступает на упомянутые выключатели, и все стороны трехфазного трансформатора подключены к шинам.

Для предотвращения неправильной работы защиты при значительной величине тока небаланса, которые могут возникнуть при сквозных коротких замыканиях в устройство введено максимальное реле тока. При нормальном режиме работы геометрическая сумма токов его первой и второй обмоток, которая равна геометрической сумме токов вторичных обмоток трансформаторов тока 2 - 10 не превышает порога срабатывания максимального реле тока, поэтому его замыкающие контакты 23 разомкнуты и блокируют подачу сигнала на отключение силовых цепей трансформатора, при ложном срабатывании замыкающих контактов 22.

При возникновении повреждения, сопровождаемого коротким замыканием в силовых цепях какой-либо из сторон трехфазного трансформатора, к сумме результирующих токов сторон высшего среднего и низшего уровней напряжений добавится ток короткого замыкания, поэтому токи вторичной обмотки 18 насыщающегося трансформатора тока 14 и геометрическая сумма токов первой обмотки 19 и второй обмотки 20 максимального реле тока резко возрастут, что приведет к превышению токов на входе порогового органа 21 и тока максимального реле тока уровней срабатывания, замыканию замыкающих контактов 22 и 23 и подаче оперативного напряжения к цепям управления отключением выключателей 11, 12 и 13 силовых цепей выключателей высшего, среднего и низшего уровней напряжения, которые отключают силовые цепи всех сторон трехфазного трансформатора от шин.

Первичные обмотки 15, 16, 17 можно выполнить как с одинаковыми, так и с разными числами витков, при этом устройство будет реагировать на минимальный ток небаланса.

Изменяя число витков вторичной обмотки 18 трансформатора 14 можно выбирать ток срабатывания (уровень срабатывания) порогового органа.

Источники информации
1. Семенов В.А. и др. Проверка токовых цепей дифференциальных защит трансформаторов и автотрансформаторов. Бюро технической информации, Москва, 1964, с. 24-27.

2. Овчинников В. В. Реле РНТ в схемах дифференциальных защит. Москва, Энергия, 1973, с. 27-39.

3. Линт Г.Э. Серийные реле защиты, выполненные на интегральных микросхемах, Москва, Энергоатомиздат, 1990, с. 74-80.

4. Алексеев B.C. Реле защиты, Москва, Энергия, 1976, с. 97-106.

5. Чернобровов Н.В. Релейная защита, Москва, Энергия, 1971, с. 20-21.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейной защите, и может быть использовано для защиты силовых трансформаторов и автотрансформаторов с соединением обмоток , установленных в энергетических системах, от повреждений, сопровождаемых различными видами коротких замыканий. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и снижение массогабаритных показателей. Изобретение обеспечивает достижение технического результата за счет возможности использования только одного дифференциального реле в трехфазном исполнении, на первичные обмотки насыщающегося трансформатора которого подают результирующие токи вторичных обмоток трансформаторов тока всех фаз, установленных на сторонах высшего, среднего и низшего уровней напряжения трехфазного трансформатора, что делает возможным уменьшение нагрузки на токовые цепи защиты. За счет применения блокировки подачи сигнала на отключение силовых цепей замыкающими контактами максимального реле тока, а также за счет включения в каждой из групп вторичной обмотки трансформатора тока одной из фаз встречно параллельно вторичным обмоткам трансформаторов тока других фаз обеспечивается дополнительное повышение чувствительности. 2 с. и 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ дифференциальной токовой защиты трехфазного трансформатора с соединением обмоток , в соответствии с которым в трансформаторах тока преобразуют токи силовых цепей каждой из сторон каждой из фаз трехфазного трансформатора, отличающийся тем, что формируют для сторон, соответствующих высшему и среднему уровням напряжения трехфазного трансформатора, результирующий ток путем геометрического суммирования токов вторичных обмоток трансформаторов тока первой и третьей фаз соответствующей стороны трехфазного трансформатора со сдвинутым на 180 электрических градусов током вторичной обмотки трансформатора тока второй фазы этой же стороны трехфазного трансформатора, формируют для стороны, соответствующей низшему уровню напряжения трехфазного трансформатора, результирующий ток путем геометрического суммирования тока вторичной обмотки трансформатора тока первой фазы со сдвинутыми на 180 электрических градусов токами вторичных обмоток трансформаторов тока второй и третьей фаз, осуществляют геометрическое суммирование результирующих токов всех сторон трехфазного трансформатора, подавая результирующий ток каждой из сторон трехфазного трансформатора на соответствующую первичную обмотку, расположенную на среднем стержне трехстержневого магнитопровода насыщающегося трансформатора тока, при этом на вторичной обмотке, расположенной на одном из крайних стержней трехстержневого магнитопровода упомянутого насыщающегося трансформатора тока, обеспечивается формирование напряжения, величина которого соответствует величине результирующего магнитного потока, созданного токами его первичных обмоток, при превышении напряжения вторичной обмотки насыщающегося трансформатора тока заданного порогового уровня подают сигнал на отключение силовых цепей со всех сторон трехфазного трансформатора. 2. Способ дифференциальной защиты по п.1, отличающийся тем, что результирующие токи сторон, соответствующих высшему и среднему уровням напряжения трехфазного трансформатора, подают на одну обмотку максимального реле тока, на другую обмотку которого подают результирующий ток стороны, соответствующей низшему уровню напряжения, при этом обеспечивают замыкающими контактами максимального реле тока блокировку подачи сигнала на отключение силовых цепей со всех сторон трехфазного трансформатора, если геометрическая сумма результирующих токов сторон, соответствующих низшему среднему и высшему уровням напряжений, не превышает заданный пороговый уровень. 3. Устройство дифференциальной токовой защиты трехфазного трансформатора с соединением обмоток , содержащее установленные с каждой стороны трехфазного трансформатора первую, вторую и третью группы трансформаторов тока по три трансформатора тока в каждой группе, первичные обмотки которых включены в разрыв силовых цепей соответствующих фаз со сторон, соответствующих высшему, среднему и низшему уровням напряжений трехфазного трансформатора соответственно, при этом направление включение первичных обмоток трансформаторов тока относительно обмоток трехфазного трансформатора со всех сторон одинаково, а коэффициенты трансформации трансформаторов тока выбираются так, чтобы токи вторичных обмоток трансформаторов тока соответствующих фаз, установленных с двух сторон трехфазного трансформатора при номинальном режиме и отключенных обмотках третьей стороны трехфазного трансформатора были возможно ближе по величине, отличающееся тем, что вторичные обмотки трансформаторов тока в каждой группе соединены параллельно, таким образом, что для сторон соответствующих высшему и среднему уровням напряжений вторичные обмотки трансформаторов тока первой и третьей фаз соединены между собой одноименными выводами, а вторичные обмотки трансформаторов тока первой и второй, а так же второй и третьей фаз соединены между собой разноименными выводами, а для стороны, соответствующей низшему уровню напряжения, вторичные обмотки трансформаторов тока второй и третьей фаз соединены между собой одноименными выводами, а вторичные обмотки трансформаторов тока первой и второй, а так же первой и третьей фаз соединены между собой разноименными выводами, параллельно соединенные вторичные обмотки каждой из групп соединены с соответствующей первичной обмоткой насыщающегося трансформатора тока, расположенной на среднем стержне его трехстержневого магнитопровода, при этом направления включения вторичных обмоток трансформаторов тока первой фазы всех групп относительно первичных обмоток насыщающегося трансформатора тока одинаковы, а первичные обмотки насыщающегося трансформатора тока соединены между собой одноименными выводами, вторичная обмотка насыщающегося трансформатора тока соединена со входом порогового органа, сигнал с выхода которого управляет замыкающими контактами, включенными последовательно в цепь отключения выключателей всех сторон трехфазного трансформатора. 4. Устройство дифференциальной токовой защиты по п.3, отличающееся тем, что введено максимальное реле тока, первая обмотка которого включена последовательно в цепи параллельно соединенных вторичных обмоток трансформаторов тока первой и второй групп, установленных со стороны соответствующей высшему уровню напряжения и со стороны соответствующей среднему уровню напряжения, а вторая обмотка максимального реле тока включена последовательно в цепь параллельно соединенных вторичных обмоток трансформаторов тока третьей группы, установленный со стороны соответствующей низшему уровню напряжения, при этом направления включения первой и второй обмоток относительно обмоток трансформаторов тока первой фазы соответствующих групп одинаково, замыкающие контакты максимального реле включены последовательно с замыкающими контактами, управляемыми сигналом с выхода порогового органа, в цепь отключения выключателей всех сторон трехфазного трансформатора. 5. Устройство дифференциальной токовой защиты по п.3 или 4, отличающееся тем, что коэффициенты трансформации трансформаторов тока, принадлежащих одной группе одинаковы. 6. Устройство дифференциальной токовой защиты по п.3 или 4, отличающееся тем, что коэффициенты трансформации трансформаторов тока второй и третьей фаз, принадлежащих группам, расположенным со стороны, соответствующей высшему уровню напряжения, и со стороны, соответствующей среднему уровню напряжения, в два раза меньше коэффициентов трансформации трансформаторов тока первой фазы соответствующих групп, а коэффициент трансформации трансформатора тока третьей фазы, принадлежащего группе, расположенной со стороны соответствующей низшему уровню напряжения, в два раза меньше коэффициента трансформации трансформаторов тока первой и второй фаз этой же группы. 7. Устройство дифференциальной защиты по любому из пп.3-6, отличающееся тем, что параллельно соединенные вторичные обмотки каждой из групп трансформаторов тока соединены с соответствующей первичной обмоткой насыщающегося трансформатора тока через соответствующий выравнивающий трансформатор тока или автотрансформатор тока.