способ дифференциальной токовой защиты трехфазного трансформатора и устройство для его реализации
Классы МПК: | H02H7/04 схемы защиты трансформаторов H02H7/045 дифференциальная защита трансформаторов |
Автор(ы): | Шинкаренко С.М., Шинкаренко А.С. |
Патентообладатель(и): | Шинкаренко Сергей Михайлович, Шинкаренко Александр Сергеевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-09-13 публикация патента:
20.11.2001 |
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.
Рисунок 1, Рисунок 2
![способ дифференциальной токовой защиты трехфазного трансформатора и устройство для его реализации, патент № 2176123](/images/patents/295/2176123/2176123-1t.gif)
Формула изобретения
1. Способ дифференциальной токовой защиты трехфазного трансформатора с соединением обмоток![способ дифференциальной токовой защиты трехфазного трансформатора и устройство для его реализации, патент № 2176123](/images/patents/295/2176123/2176123-5t.gif)
![способ дифференциальной токовой защиты трехфазного трансформатора и устройство для его реализации, патент № 2176123](/images/patents/295/2176123/2176123-6t.gif)
Описание изобретения к патенту
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![способ дифференциальной токовой защиты трехфазного трансформатора и устройство для его реализации, патент № 2176123](/images/patents/295/2176123/2176123-3t.gif)
![способ дифференциальной токовой защиты трехфазного трансформатора и устройство для его реализации, патент № 2176123](/images/patents/295/2176123/2176123-4t.gif)
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.
Класс H02H7/04 схемы защиты трансформаторов
Класс H02H7/045 дифференциальная защита трансформаторов