Моделирование дифференциальной защиты трансформатора
4.1.Цель работы: изучение принципиальной электрической схемы участка цепи, алгоритм работы защиты, электрической схемы соединений.
4.2.Основные понятия:
Продольная дифференциальная токовая защита трансформатора без выдержки времени (ДЗТ) является основной защитой трансформатора и предназначена для защиты от повреждений на выводах, ошиновке, а также от внутренних повреждений трансформаторов.
Дифференциальная защита применяется в качестве основной быстродействующей защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Ввиду ее сравнительной сложности дифференциальная защита устанавливается не на всех трансформаторах (автотрансформаторах), а лишь в следующих случаях: 1) на одиночно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6300 кВ *А и выше; 2) на параллельно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 4 000 кВ *А и выше; 3) на трансформаторах мощностью 1 000 кВ*А и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 1 с.
Ток срабатывания дифференциальной защиты рассчитывают по двум условиям:
а) отстройки от броска тока намагничивания при включении силового трансформатора
(4.1)
где Кн - коэффициент надежности для микропроцессорных реле Кн=1,1; Iном - номинальный ток силового трансформатора.
б) отстройки от тока небаланса при внешних КЗ
(4.2)
где Iнб.расч - ток небаланса, протекающий в защите при сквозном КЗ, приведенный к главным цепям.
Расчетное значение тока небаланса можно определить по формуле:
(4.3)
где Кодн - коэффициент однотипности трансформаторов тока, при защите силовых трансформаторов Кодн=1;Ка - коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей Ка=1; ε - относительная погрешность трансформаторов тока, в расчетах принимается ε=0,1; ΔUр - относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения под нагрузкой (ГОН), принимается равной половине суммарного диапазона регулирования напряжения, ΔUр=0,1; f - погрешность, обусловленная неточностью установки расчетного числа витков; Iк.макс - установившееся значение тока внешнего КЗ.
Ток срабатывания защиты выбирается по наибольшему из двух полученных значений.
Ток срабатывания реле:
(4.4)
Чувствительность дифференциальной токовой защиты определяется при коротком замыкании в пределах защищаемой зоны, когда токи КЗ имеют минимально возможные значения. Коэффициент чувствительности
где Iк - ток в реле при КЗ в зоне защиты;
Iср.р - ток срабатывания реле.
На рис.4.1. представлена принципиальная электрическая схема:
Рисунок 4.1. Принципиальная электрическая схема
Алгоритм работы защиты показан на рис.4.2.
Рисунок 4.2. Алгоритм работы защиты
При подаче напряжения на схему загорается зеленая сигнальная лампа HLG1. При нажатии на кнопку включения SB1 включаются контакторы КМ1 и КМ2 и на защищаемую линию подается напряжение. Загораются красные сигнальные лампы HLR1 и HLR2 , получая питание через контакт КМ1.2 и КМ2.2 соответственно. Зеленая сигнальная лампа HLG1 гаснет. При отпускании кнопки SB1 обмотки контакторов получают питание через нормально разомкнутый контакт контактора КМ1.1.При нажатии на кнопку SB2 контактор КМ1 и КМ2 отключается. Напряжение с линии снимается. Красные сигнальные лампы гаснут, зеленая загорается.
При коротком замыкании в т.К1 (кз в зоне действия защиты) обмотка реле тока, включенная на разность токов в начале и конце линии, получает питание, и контакт КА1.1 токового реле размыкает цепь питания контактора КМ1.
При коротком замыкании в т.К2 (кз вне зоны действия защиты) разность контролируемых токов мала, токовое реле не срабатывает. Таким образом, защита действует только при кз на защищаемом трансфоматоре.
При исчезновении напряжения питающей сети контакторы отключаются. При восстановлении напряжения в сети контакторы остаются отключенным. В эксперименте рассмотренный алгоритм реализован на основе программируемого контроллера.
4.3. Порядок выполнения работы:
· Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания (прил.1,2).
· Соедините блоки А5 и А6 шнурами питания с однофазным источником G1.
· Соедините гнезда защитного заземления « » устройств, используемых в эксперименте, с гнездом «РЕ» источника G1.
· Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.
· Коэффициент трансформации однофазного трансформатора А1 установите равным 1,1.
· Регулировочные рукоятки модели линии электропередачи А3 переведите в крайнее по часовой стрелке положение.
· Приведите в рабочее состояние персональный компьютер, запустите программу Logo!Soft Comfort V5 и введите логическую схему (рис.4.3).
· Задайте параметры блока SF001, например, такие, как указано на блок-схеме.
· Включите источник G1. О наличии напряжений на его выходе должен сигнализировать светящийся светодиод. Включите выключатели «СЕТЬ» блоков А5, А6 и P1.
· Загрузите программу в контроллер и запустите ее на исполнение.
· Нажмите кнопку «Пуск» поста управления A8. При этом контакторы А2 и А10 должны включиться.
· Нажмите кнопку «Стоп» поста управления А8. При этом контактор А2 и А10 должны отключиться.
· Вновь нажмите кнопку «Пуск» поста управления А8 и смоделируйте короткое замыкание на защищаемом трансформаторе, соединив через измеритель Р1 тока и времени точки К0 и К1 (или К2 и К3) схемы. Контакторы А2 и А10 должны отключиться, устранив короткое замыкание.
· C индикаторов измерителя Р1 считайте значения тока короткого замыкания и времени работы защиты.
· Вновь нажмите кнопку «Пуск» поста управления А8 и смоделируйте короткое замыкание вне зоны действия защиты, соединив через измеритель P1 тока и времени точки К4 и К5 схемы. Защита не должна отреагировать на это короткое замыкание. В противном случае защита по какой-то причине работает неселективно, найдите причину и устраните ее.
· C индикаторов измерителя Р1 считайте значения тока короткого замыкания и времени его существования.
· По окончании эксперимента отключите выключатель «СЕТЬ» блоков А5, А6 и Р1. Отключите однофазный источник питания G1.
Рисунок 4.3. Логическая схема и ее описание
| Блок логической схемы | Описание блока |
| AI1 | Вход аналогового датчика |
| I1 | Контакт кнопки «ПУСК» |
| I2 | Контакт кнопки «СТОП» |
| Q1 | Выход/контакт контактора |
| SF001 | Аналоговый пороговый выключатель / его контакт |