Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Дифференциальная токовая защита (ДЗТ) -- основная быстродействующая защита силовых трансформаторов. Она действует без выдержки времени при всех видах коротких замыканий в обмотках и на выводах трансформатора. Согласно ПУЭ (гл. 3.2), продольная дифференциальная защита должна предусматриваться на одиночно работающих трансформаторах мощностью 6,3 МВА и более, а также на трансформаторах меньшей мощности (но не менее 1 МВА), если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности или МТЗ имеет выдержку времени более 0,5 с. Коэффициент чувствительности ДЗТ при КЗ на выводах должен быть не менее 2,0 (таблица требований к чувствительности защит, п. 4, ПУЭ 3.2).
Дифференциальная защита основана на сравнении токов, входящих в защищаемый элемент и выходящих из него. Трансформаторы тока (ТТ) устанавливаются со всех сторон защищаемого трансформатора. Дифференциальный ток Id определяется как геометрическая сумма вторичных токов всех плеч:
Зона действия дифференциальной защиты ограничена местами установки трансформаторов тока. В неё входят: обмотки и магнитопровод трансформатора, ошиновка от ТТ стороны ВН до ТТ стороны НН, а также выводы трансформатора.
Силовой трансформатор имеет ряд особенностей, отличающих его ДЗТ от дифференциальной защиты генератора или линии:
1. Различие коэффициентов трансформации ТТ. Токи на сторонах ВН и НН различаются в соответствии с коэффициентом трансформации силового трансформатора. Необходимо приведение (выравнивание) вторичных токов к одному уровню.
2. Фазовый сдвиг токов. При соединении обмоток трансформатора по схеме Y/Δ-11 токи на сторонах ВН и НН сдвинуты на 30 электрических градусов. В электромеханических защитах это компенсировалось схемой соединения ТТ (если обмотка трансформатора -- «звезда», то ТТ соединяются в «треугольник», и наоборот). В микропроцессорных терминалах компенсация выполняется программно.
3. Ток намагничивания. В обмотке со стороны питания протекает ток намагничивания, отсутствующий в других обмотках. В нормальном режиме он составляет 0,5--3 % номинального тока (для трансформаторов 110 кВ по ГОСТ 12965). Однако при включении ненагруженного трансформатора (бросок тока намагничивания -- БНТ) он может достигать (6--8) Iном, что создаёт ложный дифференциальный ток.
4. Регулирование напряжения (РПН). Изменение коэффициента трансформации при переключении РПН нарушает баланс токов в плечах защиты, создавая дополнительный ток небаланса.
Расчётный максимальный ток небаланса складывается из трёх составляющих:
Для повышения чувствительности и надёжности дифференциальной защиты применяется принцип торможения. Тормозной ток Iт формируется из токов плеч защиты и характеризует режим нагрузки или внешнего КЗ. Защита срабатывает, если дифференциальный ток Id превышает ток срабатывания, определяемый тормозной характеристикой.
Характеристика состоит из нескольких участков:
Начальный ток срабатывания Id0 (горизонтальный участок) рекомендуется не более 0,3 Iном.тр для обеспечения чувствительности к межвитковым замыканиям.
Бросок тока намагничивания (БНТ) при включении ненагруженного трансформатора создаёт в дифференциальной цепи ток, по амплитуде достигающий (6--8) Iном. Этот ток содержит значительную долю второй гармоники (100 Гц при частоте сети 50 Гц), что отличает его от тока при внутреннем КЗ.
Критерий блокировки:
При включении трансформатора содержание 2-й гармоники в БНТ составляет 40--70 %, что значительно превышает порог блокировки. При внутреннем КЗ содержание 2-й гармоники обычно менее 5--7 %, и блокировка не срабатывает.
Дифференциальная токовая отсечка (ДТО) -- грубая ступень дифференциальной защиты, работающая без торможения и без блокировки по гармоникам. Она обеспечивает быстрое срабатывание при тяжёлых внутренних КЗ, когда возможно глубокое насыщение ТТ.
Поскольку ДТО не имеет блокировки от БНТ, её уставка должна быть заведомо выше амплитуды броска тока намагничивания. Время срабатывания ДТО -- минимальное (один-два периода промышленной частоты, то есть 20--40 мс).
В микропроцессорных терминалах (ЭКРА серии 217, ABB RET670, Siemens 7UT85/86) выравнивание амплитуд и компенсация фазового сдвига выполняются программно. Это устраняет необходимость подбора витков реле и схемного соединения ТТ в «треугольник».
1. Определяются номинальные первичные токи на каждой стороне трансформатора: Iном = Sном / (√3 · Uном).
2. Вводятся коэффициенты трансформации ТТ для каждой стороны.
3. Терминал автоматически рассчитывает коэффициенты приведения (выравнивания) токов.
4. Вводится группа соединения обмоток трансформатора (например, Y/Δ-11), и терминал программно компенсирует фазовый сдвиг 30°.
5. Проверяется обеспечение цифрового выравнивания: отношение вторичного номинального тока ТТ к номинальному току входа терминала должно быть в допустимых пределах (обычно 0,3--3,0).
Трансформатор: ТДН-16000/110
Мощность: Sном = 16 МВА
Напряжения: UВН = 115 кВ, UНН = 11 кВ
Схема соединения: Y/Δ-11
Диапазон РПН: ±16 % (на стороне ВН)
ТТ стороны ВН: Kтт.ВН = 100/5
ТТ стороны НН: Kтт.НН = 1000/5
Макс. ток внешнего КЗ (на шинах НН, приведённый к ВН): IКЗ.внеш.макс = 1200 А
Мин. ток внутреннего КЗ (двухфазное на выводах НН, приведённый к ВН): IКЗ.внутр.мин = 600 А
Терминал: ЭКРА серии 217 (ШЭ 2710)
Iном.ВН = 16000 / (√3 × 115) = 16000 / 199,2 = 80,3 А
Iном.НН = 16000 / (√3 × 11) = 16000 / 19,05 = 839,7 А
Iвтор.ВН = 80,3 / (100/5) = 80,3 / 20 = 4,015 А
Iвтор.НН = 839,7 / (1000/5) = 839,7 / 200 = 4,199 А
Цифровое выравнивание обеспечивается терминалом. Погрешность Δfвыр = 0,02.
I*КЗ.внеш.макс = 1200 / 80,3 = 14,9 Iном
Принимаем: K'пер = 1,0 (трансформатор менее 40 МВА, без реакторов); Kодн = 1,0 (разнотипные ТТ на сторонах ВН и НН); ε = 0,1; ΔUрег = 0,16; Δfвыр = 0,02.
I*нб = Kотс × (K'пер × Kодн × ε + ΔUрег + Δfвыр) × I*КЗ
I*нб = 1,2 × (1,0 × 1,0 × 0,1 + 0,16 + 0,02) × 14,9
I*нб = 1,2 × 0,28 × 14,9 = 5,0 Iном
k2 = I*нб / I*т.КЗ
Тормозной ток при внешнем КЗ (для двухобмоточного трансформатора): I*т ≈ I*КЗ = 14,9 Iном
k2 = 5,0 / 14,9 = 0,34
Принимаем k2 = 0,35 (с запасом). Значение не должно превышать 0,5.
Id0 = Kотс × (ΔUрег + Δfвыр + εизм) × Iном
Id0 = 1,2 × (0,16 + 0,02 + 0,05) × 80,3 = 1,2 × 0,23 × 80,3 = 22,2 А
В относительных единицах: I*d0 = 22,2 / 80,3 = 0,28 Iном
Принимаем I*d0 = 0,3 Iном (не более 0,3 для обеспечения чувствительности к межвитковым КЗ).
IДТО = (6--8) × Iном = 7 × 80,3 = 562 А (или 7 Iном)
Kбл = 12 % (рекомендуемое значение для ЭКРА 217).
Kч = IКЗ.внутр.мин / Iср
При Iт = 0 (одностороннее питание) ток срабатывания равен Id0 = 0,3 × 80,3 = 24,1 А.
Kч = 600 / 24,1 = 24,9
Требование ПУЭ (гл. 3.2): Kч ≥ 2,0. Условие выполнено с большим запасом.
1. Неучёт диапазона РПН. При расчёте ΔUрег принимается максимальное отклонение коэффициента трансформации от номинального. Для трансформаторов с РПН ±16 % максимальное отклонение составляет 16 %, т.е. ΔUрег = 0,16. Ошибочно принимать ΔUрег = 0,08, считая «половину от ±16 %».
2. Неправильный выбор Kодн. На сторонах ВН и НН, как правило, установлены ТТ различных типов и классов точности, поэтому Kодн = 1,0. Коэффициент 0,5 допускается только при однотипных ТТ с идентичными параметрами.
3. Завышение уставки Id0. Начальный ток срабатывания выше 0,3 Iном снижает чувствительность к межвитковым замыканиям и повреждениям в магнитопроводе.
4. Занижение уставки Kбл. Уставка блокировки по 2-й гармонике ниже 10 % может привести к ложной блокировке при внутреннем КЗ с насыщением ТТ.
5. Неучёт K'пер. Для мощных трансформаторов с токоограничивающими реакторами K'пер может достигать 1,5--2,0, что существенно увеличивает ток небаланса.
6. Отсутствие проверки чувствительности. Требование ПУЭ (гл. 3.2) Kч ≥ 2,0 обязательно к выполнению. При недостаточной чувствительности необходимо пересмотреть коэффициент трансформации ТТ или уставки.
Торможение необходимо для отстройки от тока небаланса при внешних КЗ. При сквозном токе КЗ погрешности ТТ создают в дифференциальной цепи ложный ток, пропорциональный току КЗ. Без торможения ток срабатывания пришлось бы устанавливать очень высоким (до 5 Iном и более), что сделало бы защиту нечувствительной к внутренним повреждениям. Тормозная характеристика позволяет снизить начальный ток срабатывания до 0,3 Iном, обеспечивая чувствительность к межвитковым замыканиям.
При внутреннем КЗ с глубоким насыщением ТТ вторичный ток искажается, и содержание 2-й гармоники в дифференциальном токе может достигать 7--10 %. Если уставка блокировки установлена слишком низкой (менее 10 %), защита будет ложно заблокирована и не сработает. Поэтому рекомендуемое значение Kбл = 10--15 %, а дифференциальная токовая отсечка (ДТО), работающая без блокировки, обеспечивает резервное срабатывание при тяжёлых внутренних КЗ.
Максимальный ток внешнего КЗ -- это ток трёхфазного КЗ на шинах НН (или СН для трёхобмоточного трансформатора), приведённый к стороне ВН. Он определяется расчётом токов КЗ с учётом мощности КЗ системы на шинах ВН и сопротивления трансформатора: IКЗ.внеш = IКЗ.сист / (1 + Xтр/Xсист), где Xтр -- реактивное сопротивление трансформатора, Xсист -- реактивное сопротивление системы. Расчёт ведётся для наибольшего режима системы.
Согласно ПУЭ (гл. 3.2, таблица требований к чувствительности, п. 4), коэффициент чувствительности продольной дифференциальной защиты трансформатора должен быть не менее 2,0 при КЗ на выводах защищаемого трансформатора. Допускается снижение Kч до 1,5 при КЗ на выводах НН понижающих трансформаторов мощностью менее 80 МВА, в режиме включения под напряжение, а также при КЗ за реактором, входящим в зону ДЗТ. Проверка выполняется для минимального тока КЗ (двухфазного при минимальном режиме системы).
Нет. Микропроцессорные терминалы (ЭКРА, ABB, Siemens) выполняют компенсацию фазового сдвига программно. Трансформаторы тока со всех сторон трансформатора соединяются в «звезду». Группа соединения обмоток силового трансформатора вводится в настройки терминала, и он автоматически выполняет необходимые преобразования. Это упрощает токовые цепи и повышает надёжность.
Блокировка по 5-й гармонике (250 Гц) предназначена для отстройки от тока, возникающего при перевозбуждении трансформатора (работа при повышенном напряжении). Перевозбуждение приводит к увеличению тока намагничивания, который содержит значительную долю 5-й гармоники (до 30--40 %). Уставка блокировки по 5-й гармонике обычно составляет 20--35 % от первой гармоники дифференциального тока.
Согласно ПУЭ (гл. 3.2), продольная дифференциальная защита предусматривается на: одиночно работающих трансформаторах мощностью 6,3 МВА и более; параллельно работающих трансформаторах мощностью 4 МВА и более; трансформаторах мощностью 1 МВА и более, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности (Kч < 2,0) или максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 с. На трансформаторах до 25 МВА допускается выполнение защиты в виде дифференциальной отсечки (без торможения), если обеспечивается требуемая чувствительность.
Настоящая статья носит исключительно ознакомительный и справочный характер. Автор и редакция не несут ответственности за последствия применения изложенной информации при проектировании и наладке устройств релейной защиты. Все расчёты уставок дифференциальной защиты трансформаторов должны выполняться квалифицированными специалистами в соответствии с действующими нормативными документами, проектной документацией и рекомендациями изготовителей оборудования. Приведённые формулы и параметры воспроизводят положения действующих нормативов и руководств изготовителей и не заменяют полный текст первоисточников.
1. ПУЭ. Правила устройства электроустановок. Издание 7-е. Глава 3.2 «Релейная защита».
2. СТО 56947007-29.120.70.099-2011. Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 13Б.
3. Рекомендации к расчёту и выбору уставок РЗА устройств серии ЭКРА 217. -- НПП «ЭКРА».
4. Чернобровов Н.В., Семёнов В.А. Релейная защита энергетических систем. -- М.: Энергоатомиздат.
5. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. -- М.: Энергоатомиздат.
6. Копьёв В.Н. Релейная защита. Проектирование. -- Томск: ТПУ.
7. IEEE C37.91-2021. IEEE Guide for Protecting Power Transformers.
8. IEC 60076. Power transformers.
9. Техническая документация Siemens SIPROTEC 5 (7UT85/86); ABB Relion (RET670).
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.