Дифференциальная защита преобразовательной установки на герконах

Основными защитами трансформатора преобразовательной установки (ТПУ) являются максимальная токовая защита (МТЗ) без выдержки времени от многофазных коротких замыканий (КЗ) в обмотках и на выводах трансформатора, газовая защита (ГЗ) и токовая защита, если нет защиты от перегрузки полупроводникового преобразователя [1, с. 613]. Для защиты от внутренних повреждений силовой схемы преобразователей целесообразно использовать устройства дифференциальной защиты (ДЗ), позволяющие повысить быстродействие и увеличить чувствительность по сравнению с МТЗ. Одна из первых ДЗ преобразовательной установки была предложена еще в [2, с. 107]. Однако устройство в [2] получает информацию от металлоемких трансформаторов тока (ТТ), которые помимо больших погрешностей имеют еще ряд общеизвестных недостатков. Поэтому, как отмечалось в [3, 4, 5], одной из актуальных задач электроэнергетики в настоящее время является построение устройств релейной защиты, не использующих ТТ. Была сделана попытка построить ДЗ преобразовательной установки без ТТ на герконах [6]. Однако это устройство обладает малой чувствительностью, так как при изменении сопротивления трансформатора, вызванного работой автоматического регулятора напряжения при отклонении напряжения сети от номинального, значения токов коротких замыканий, протекающих в фазах, могут уменьшаться, а ток срабатывания защиты остается неизменным. В данной работе предлагается ДЗ преобразовательной установки на герконах, лишенная указанных недостатков.

Предлагаемое устройство (рис. 1) содержит герконы 1–4 с управляющими обмотками и герконы 5–7 без обмоток, блок 20 измерения тока в токопроводе 17, выполненный в виде моста Уистона, в одном из плеч которого находится магниторезистор, установленный в магнитном поле токопровода 17, элемент 18 ВРЕМЯ, блок 19 отстройки от броска тока намагничивания с двумя входами, один из которых инверсный, регулируемый резистор 8, исполнительный орган 9, блок 10 сигнализации, блок 21 регулирования тока срабатывания защиты. Герконы 1 и 5, 2 и 6, 3 и 7 установлены в магнитном поле токопроводов 11–13 переменного тока фаз А, В, С со стороны высшего напряжения трансформатора 14.

Устройство работает следующим образом. В режиме нагрузки преобразовательной установки магнитный поток , созданный постоянным током  в управляющей обмотке каждого из герконов, например, первого, и магнитный поток  от токов в токопроводе 11 воздействуют на геркон 1 так, что последний находится в сработанном состоянии, его контакты разомкнуты, на второй вход блока 19 отстройки от броска тока намагничивания сигнал не поступает, и исполнительный орган 9 не работает.

Рис. 1 Устройство дифференциальной защиты преобразовательной установки на герконах

При КЗ в преобразователе 15, работающем в режиме выпрямителя, ток хотя бы в одном из токопроводов 11–13 увеличивается, а в токопроводе 17 уменьшается, и магнитный поток переменного тока токопровода, воздействующий, например, на геркон 1 в одну из полуволн переменного тока, оказывается большим магнитного потока тока обмотки управления. В результате, контакты геркона 1, отпадая, замыкаются, подавая сигнал на второй вход блока 19 отстройки от броска тока намагничивания. Элемент 18 ВРЕМЯ имеет задержку времени и не успевает доработать за время замыкания контактов геркона 5, который срабатывает и отпадает в каждую полуволну переменного тока. При КЗ время, в течение которого контакты геркона 5 замкнуты, , поскольку длительность полуволны тока . Таким образом, на выходе блока 19 появляется сигнал, и исполнительный орган 9 отключает установку.

При включении трансформатора под напряжение или восстановлении напряжения после отключения внешнего КЗ происходит бросок тока намагничивания. Геркон 1, как и при КЗ, срабатывает и подает сигнал на второй вход блока 19. Так как ток намагничивания через 0,01–0,012 с после того, как он возник, близок к максимальному (он имеет в пределах периода один максимум), элемент 18 ВРЕМЯ подает сигнал на первый инверсный вход блока 19, на выходе которого сигнал снимается, и защита не работает.

При отклонении напряжения сети от номинального значения в работу вступает автоматический регулятор напряжения 22 с выходными реле. Элемент сравнения, входящий в его состав, сравнивает входное напряжение с заданной уставкой, и, в зависимости от знака отклонения от неё, подает регулятору 22 сигнал о необходимости повышения или понижения напряжения. С первого (реле «Прибавить») или со второго (реле «Убавить») выходов регулятора 22 сигнал поступает на вход блока 21 регулирования тока срабатывания защиты. При поступлении сигнала с регулятора 22, с первого или со второго выходов блока 21 регулирования тока срабатывания защиты сигнал поступает на вход блока 20 измерения тока в токопроводе 17, увеличивая или уменьшая (в зависимости от того, какое реле сработало в регуляторе 22) величину напряжения постоянного тока на его выходах 23 и 24, в результате чего изменяется и ток в обмотках герконов 1–3, чем и достигается повышение чувствительности защиты.

Таким образом, защита срабатывает при внутренних КЗ и не работает при бросках тока намагничивания, в режиме нагрузки и при внешних КЗ, а также учитывает работу регулятора 22, оперативно изменяя ток срабатывания защиты.

Экономический эффект заключается в экономии материальных ресурсов, а именно, меди и проката черных металлов, необходимых для производства трансформаторов тока, и в уменьшении средств для проведения ремонтов за счет выявления повреждений на ранней стадии.

Литература:

1.                  Андреев В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебник для вузов, 4-е изд. перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 2006. — 639 с.: ил.

2.                  Глух Е. М., Зеленов В. Е. Защита полупроводниковых преобразователей, 2-е изд.– М., Энергоиздат, 1982. — 152 с.

3.                  Дьяков А. Ф. Электроэнергетика мира в начале ХХI столетия (по материалам 39-й сессии СИГРЭ, Париж) /Дьяков А.Ф и др.//Энергетика за рубежом — 2004. — № 4–5.

4.                  Кожович Л. А., Бишоп М. Т. Современная релейная защита на базе катушки Роговского. Современные направления развития релейной защиты и автоматики энергосистем. Сборник докладов конференции, СIGRE, Москва, 2009.

5.                  Клецель М. Я. Основы построения релейной защиты на герконах. Современные направления развития релейной защиты и автоматики энергосистем. Сборник докладов конференции, СIGRE, Екатеринбург, 2013.

6.                  А.С. 1246230, СССР. Устройство для дифференциальной защиты преобразовательной установки / Клецель М. Я. — Опубл. в Б. И., 1986, № 27.