автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Исследование переходных режимов и совершенствование дифференциальной защиты понижающих трансформаторов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Чувашский государственный университет имени И. Н. Ульянова

На правах рукописи

РГБ ОД

АТАМАНОВ Михаил Николаевич

> ¿..¡с,!.,

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМОВ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ПОНИЖАЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

05.14.02. — Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЧЕБОКСАРЫ 2000

Работа выполнена на кафедре "Электроснабжения промышленных предприятий" Чувашского государственного университета имени И.Н.Ульянова

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор А. М. Дмигренко

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Ю. Я. Лямец

кандидат технических наук Г. П. Могилев

Ведущая организация — ОАО "Чувашэнерго"

Зашита состоится 25 февраля 2000 г. в 14 часов в аудитории Б-20] корпуса Б на заседании диссертационного совета К 064.15. Чувашского государственного университета им. И.Н.Ульянова (428015 Чебоксары, Московский пр.,15)

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатьк учреждения, просим выслать по указанному адресу на имя ученогс секретаря диссертационного совета

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотек университета

Автореферат разослан "

2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к. т. н., доцент

ш-053.1л,, о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основной защитой трансформаторов юшностью 6,3 MB А и более является дифференциальная защита. В юследнее время как в отечественной, так и в мировой практике ¡ыявилась тенденция использования различных принципов функционирования дифференциальной защиты трансформаторов, >аботающих в различных условиях. В частности, в одну группу часто !ыделяются блочные трансформаторы электрических станций, рансформаторы связи и автотрансформаторы. В другую группу ¡ыделяются понижающие трансформаторы электрических станций трансформаторы собственных нужд как основные, так и резервные), i также понижающие трансформаторы распределительных сетей и тромышленных предприятий. Основной особенностью режимов шфференциальной защиты трансформаторов второй группы шляются переходные режимы, обусловленные двигательной тгр узкой.

В отечественной практике для защиты понижающих трансформаторов используются, в основном, электромеханические шфференциальные реле ДЗТ-11 и электронные дифференциальные эеле ДЗТ-21, РСТ-23. Электромеханические дифференциальные реле имеют начальный ток срабатывания, равный 1,5 номинального тока защищаемого трансформатора по условию отстройки от режима Зроска намагничивающего тока, и не обеспечивают необходимой чувствительности при витковых замыканиях в обмотках трансформатора. Указанные реле постепенно вытесняются электронными дифференциальными реле, использующими времяимпульсный принцип функционирования (реле ДЗТ-21) или сочетание гармонических и временных информативных признаков броска намагничивающего тока (реле РСТ-23 и др.). В последнее время в Российской Федерации получили распространение микропроцессорные реле защиты трансформаторов, например, типов SPAD 346С и RET 316 фирмы АББ. Функциональные дифференциальные блоки указанных реле обеспечивают отстройку в режиме броска намагничивающего тока за счет использования относительной амплитуды второй гармоники (за базу принимается амплитуда первой гармоники) дифференциального тока.

Использование как времяимпульсного способа функционирования, так и гармонических признаков дифференциального тока (отдельно или в сочетании с временными признаками) позволяет существенно снизить начальный ток срабатывания (до 10-20% номинального тока трансформатора) по условию отстройки от режима броска намагничивающего тока. В то же время отстройка от режима сквозных токов, возникающих в

режиме пуска или самозапуска мощных двигателей, по-прежнем представляет серьезную проблему. Исследованию переходных токо в процессе самозапуска двигательной нагрузки и токов небаланс; дифференциальных защит посвящены работы Г.Г.Гимояна В.Ф.Сивокобыленко, И.М.Постникова, А.К.Черновца Л.В.Багинского, А.Д.Дроздова, С.Л.Кужекова, В.И.Новаша Э.В.Подгорного, И.М.Сироты, Б.С.Стогния, Е.М.Ульяницкого идр Однако достаточно точного решения задачи, удовлетворяющей потребностям как современных, так и вновь проектируемы: дифференциальных защит нет.

Целью диссертационной работы является исследованш переходных режимов дифференциальной защиты понижающие трансформаторов, в основном, в режиме сквозных токов и разработк; на этой базе рекомендаций как по применению, так и пс совершенствованию их алгоритмов функционирования.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие теоретические и прикладные задачи.

1. Исследованы электромеханические характеристики нагрузка и возможное время перерыва питания. Получено аналитическое выражение для тока самозапуска нагрузки собственных нужд, позволяющее учесть сопротивление питающей сети и остаточнук ЭДС двигателей.

2. Усовершенствована математическая модель дифференциальной защиты трансформатора, позволяющая более точно учесть нелинейность характеристики намагничивания трансформаторов тока защиты.

3. Исследованы входные токи и токи небаланса дифференциальной защиты, возникающие в режиме переходных сквозных токов. На этой базе выполнен анализ принципов функционирования защиты применительно к выполнению защит понижающих трансформаторов.

4. Проведен анализ максимальных токов небаланса и выявлен гармонический состав таких токов.

5. Предложен и исследован усовершенствованный принцип функционирования дифференциальной защиты применительно к реализации на базе микропроцессорной технологии обработки информации.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались методы математического моделирования, аналитические и численные методы расчета с применением ЭВМ.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем.

1. Разработаны аналитические выражения для переходных токов резервных трансформаторов в режиме автоматического включения

резервного питания собственных нужд электрических станций, полученные с использованием методов эквивалентирования и малого параметра.

2. Выявлены переходные режимы, в которых в результате биения колебательной составляющей тока самозапуска возникают повышенные значения отношения апериодической составляющей к амплитуде колебательной составляющей.

3. Усовершенствована математическая модель функционирования групп трансформаторов тока дифференциальной защиты, на базе которой выявлено, что такие информативные признаю! переходных токов небаланса как отношение амплитуд второй и первой гармоник тока небаланса или отношение амплитуды первой гармоники к постоянной составляющей в модуле тока на выходе реального дифференцирующего звена могут быть значительно ниже, чем в режиме броска намагничивающего тока.

4. Предложена и проверена с помощью методов математического . моделирования новая функциональная схема дифференциальной зашиты применительно к реализации на базе микропроцессорных технологий.

Практическая ценность результатов работы

Разработана программа расчета сквозного тока трансформатора при электромагнитных переходных процессах, возникающих в результате самозапуска электродвигательной нагрузки. Расчет выполняется с учетом остаточной ЭДС двигателей и сопротивления внешней сети.

Получено аналитическое выражение, позволяющее с высокой точностью аппроксимировать характеристики электротехнических сталей при напряженностях магнитного поля более 100 А/м, модифицирован алгоритм поиска участка характеристики намагничиваш!Я трансформатора тока, в результате которого время ■ расчета уменьшается примерно в 2 раза.

Разработаны рекомендации по применению реле РСТ-23 для защиты трансформаторов собственных нужд электрических станций, которые позволяют в 2-3 раза снизить начальный ток срабатывания защиты по сравнению с вариантом применения реле ДЗТ-21. С учетом этого на проектируемых электрических станциях защиту таких трансформаторов целесообразно выполнить на реле РСТ-23.

Разработана новая функциональная схема дифференциальной защиты, в которой в качестве дополнительных информационных признаков используются вторая и третья гармоники модуля производной дифференциального тока. Такая функциональная схема позволяет получить более высокое быстродействие в переходных режимах по сравнению с защитой на реле РСТ-23.

Реализация результатов работы

Теоретические и практические результаты, полученные в диссертационной работе, использованы при выполнении в Чувашском государственном университете госбюджетной научно-исследовательской работы по теме "Исследование функционирования дифференциальных зашит мощных трансформаторов в переходных режимах", а также хоздоговорных работ по темам "Исследование переходных режимов и выбор уставок дифференциальной защиты блочных трансформаторов на реле ДЭТ-23" с Чебоксарской ГЭС и "Исследование и совершенствование дифференциальных зашит трансформаторов" с АО ВНИИР.

Отдельные результаты диссертационной работы использованы при разработке рекомендаций по выбору уставок микропроцессорных дифференциальных реле SPAD 346С и RET 316, выпускаемых совместным предприятием АББ Реле — Чебоксары.

Результаты работы также используются в учебном процессе по дисциплине "Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем", а также в учебных научно-исследовательских работах при подготовке бакалавров по направлению 551700 — Электроэнергетика, инженеров по специальности 100400 — Электроснабжение (по отраслям) и магистров по направлению 551300 — Электроэнергетика, электромеханика и электротехнологии по программе 551323 — Режимы работы электрических источников питания, подстанций, сетей и систем в Чувашском государственном университете.

Апробация работы. Основные положения работы и ее результаты докладывались на Всероссийских научно-технических конференциях "Проблемы электроэнергетики на региональном уровне" (г.Чебоксары, 1997 г.), "Релейная зашита и автоматическое управление электроэнергетическими системами" (г. Чебоксары, 1997 г.), на юбилейной итоговой научной конференции "Технические науки: сегодня и завтра" (г.Чебоксары, 1997 г.) и на итоговых научно-технических конференциях преподавателей Чувашского госуниверситета.

Публикации. Содержание диссертационной работы нашло отражение в 6 опубликованных работах.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, 4 главы, заключение, список использованной литературы из 50 наименований. Общий объем составляет 140 страниц текста компьютерной верстки, в том числе 57 рисунков, 32 из которых являются графиками, отражающими результаты проделанной работы, и 5 страниц списка литературы.

Краткое содержание работы Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель, задачи, научная и практическая ценность работы, аннотировано излагается содержание вопросов, рассмотренных в диссертации.

В первой главе рассмотрены виды повреждений и типы релейных защит трансформаторов, расчетные режимы и способы отстройки дифференциальных защит (ДЗ), а также наиболее широко применяемые принципы функционирования дифференциальных реле.

Основными видами повреждений трансформаторов являются многофазные и однофазные короткие замыкания (КЗ) в обмотках и на выводах. В начальной стадии возникновения аварии наиболее вероятны межкатушечное и витковое замыкания. Основной защитой от внутренних повреждений мощных трансформаторов является ДЗ. Время срабатывания современны? ДЗ на синусоидальном токе должно составлять 20-40 мс.

Расчетными режимами при выборе начального тока срабатывания являются режимы броска намагничивающего тока (БНТ) и внешнего КЗ. Кривую БНТ целесообразно представить в виде срезанной синусоиды, что позволяет такие информационные параметры режимов, как гармонический состав тока небаланса или длительность бестоковой паузы, определять с использованием аналитических выражений. В режиме БНТ относительное значение второй гармоники обычно не менее 0,15, а длительность бестоковой паузы — не менее 5 мс.

В режиме значительных кратностей переходных сквозных токов трансформатора ток небаланса обусловлен, главным образом, погрешностями трансформаторов тока (11) защиты. Переходный ток КЗ в первом приближении можно представить в виде суммы гармонической и апериодической составляющих. В случае значительной апериодической состаатяющей в максимальных токах повреждений возможны токи небаланса, превышающие приведенное ко втор1ГЧной стороне значение номинального тока трансформатора / в несколько раз.

ном г

Для защиты мощных трансформаторов (в том числе и понижающих) используется электронное дифференциальное реле ДЗТ-21. В реле применяется времяимпульсный принцип выявления БНТ с комбинацией торможения от амплитуды второй гармоники модуля производной дифференциального тока. Начальный ток срабатывания защиты составляет (0,3-0,7)/ .

Для защиты понижающих трансформаторов распределительных сетей применяется дифференциальное реле РСТ-23. В основу принципа функционирования реле положено сочетание в одном канале гармонических и временных информационных признаков. Начальный ток срабатывания рекомендуется принимать не менее

°>5/Ном-

Поскольку реле ДЗТ-21 имеет довольно сложную функциональную схему, то представляется целесообразным рассмотреть возможности реле РСТ-23 для защиты трансформаторов собственных нужд (ТСН) электрических станций (при условии снижения начального тока срабатывания менее 0,5/ном).

В микропроцессорных реле SPAD 346С и RET 316 фирмы АББ входные непрерывные сигналы преобразуются в дискретные по времени с частотой 40 выборок за период. Дальнейший анализ вторичных сигналов выполняется в цифровом виде. Функционирование данных реле базируется на основных гармониках дифференциального и тормозного токов. С целью распознавания режима БНТ используется относительная амплитуда второй гармоники тока небаланса.

Для увеличения чувствительности дифференциального реле при небольших токах повреждений тормозная характеристика реле задается нелинейной, на начальном участке которой ток срабатывания реле мало зависит от тормозного тока (электромеханические реле серии ДЗТ-11) или берется фиксированным (электронные и микропроцессорные реле). В связи с этим актуальным является исследование переходных режимов при относительно малых сквозных токах (порядка (1,5-2,0)/ном).

Во второй главе приведены характеристики механизмов собственных нужд (СН), описаны схемы их шгтания, выполнен выбор схемы замещения эквивалентного асинхронного двигателя, метода расчета электромагнитных переходных процессов и выявлен расчетный для ДЗ режим самозапуска.

В схемах СН используются асинхронные и синхронные двигатели, единичная мощность которых достигает до 4-8 МВт. При этом суммарная мощность асинхронных двигателей составляет ориентировочно 90% мощности всей нагрузки. Коэффициент загрузки кз электродвигателей неблочных электростанций составляет в среднем 0,7-0,8 , а на блочных - 0,8-0,95. Для каждой секции СН предусматривается AB Р. На блочных электростанциях с агрегатами 200 МВт и более мощность резервных ТСН примерно равна мощности рабочих.

Моделирование электромагнитных переходных процессов ТСН при самозаг.уске электродвигателей на основе уравнений Парка-Горева сильно усложняет анализ. Поэтому целесообразно применить математическую модель, основанную на методах эквивалентирования и малого параметра.

Как известно, при потере питания на шинах СН выбег двигателей идет совместно до тех пор, пока остаточное напряжение превышает 0,35£/ном. В дыбеге участвуют как асинхронные, так и синхронные двигатели. .Длительность группового выбега и скорость затухания напряжения на шинах СН получаются практически такими же, что и при использовании только асинхронных двигателей. Это позволяет в качестве нагрузки на шинах СН рассматривать только асинхронные двигатели с эквивалентными параметрами. Как показал анализ, в качестве эквивалентного двигателя СН мощных электростанций можно брать асинхронный двигатель мощностью 1000 кВт. Расчетное количество двигателей определяется суммарной мощностью нагрузки.

На электрических станциях используются, как:правило,. глубокопазные двигатели, которые имеют много контурную схему замещения роторной цепи. Это приводит к появлению при включении сверхпереходной колебательной составляющей тока статора, постоянная времени затухания которой не превышает 8 мс. Для ДЗ, как правило, первый период после включения не является расчетным, поэтому сверхпереходную составляющую тока можно не учитывать и эквивалентный асинхронный двигатель представить Т-образной схемой замещения с одной ветвью роторной цепи. Неучет сверхпереходной колебательной составляющей тока приводит к некоторому снижению начального значения при соответствующем возрастании постоянной времени затухания апериодической ■составляющей. Как будет показано ниже, проблемы отстройки ДЗ возникают примерно с третьего по пятый периоды переходного процесса. На указанном интервале времени схема замещения с одной ветвью роторной цепи обеспечивает достаточную точность.

Переходный ток самозапуска можно представить как наложение • двух токов (рнс.1): тока /^обусловленного ЭДС системы Ес и тока ¡у

обусловленного эквивалентной остаточной ЭДС двигателя Е¿в

/• = •—

где ]=А, В, С. 1 }

В процессе самозапуска приращение угловой скорости за один оборот рото[К1 составляет менее 1%, что позволяет использовать метод малого параметра, в качестве которого принимается угловое ускорение ротора. Согласно этому методу можно полагать, что в пределах каждого оборота ротора значение скорости, а,

соответственно, и скольжения 5 постоянны, а от оборота к обороту изменяют свои значения. Следует также иметь в виду, что активные сопротивления Лс, Я{ и Я '2 (рис.1) для двигателей мощностью 1000 кВт и более достаточно малы. Это позволяет учитывать их, главным образом, при вычислении постоянных времени затухания свободных составляющих токов. На основании изложенного, и полагая, что контакты высоковольтных выключателей замыкаются

одновременно, в соответствии с рис. 1, а имеем £ £

= ——соз(соГ + а у -Фх)--ш_е~[/Т со5[(1 _ 5)(й1 + а.у -91] +

X X

где а. — начальная фаза ЭДС системы; гэкв, ф1 — модуль и фаза эквивалентного сопротивления при скольжении 5; х', ф2 — модуль и фаза переходного сопротивления; Т\ Тд — постоянные времени затухания колебательной и апериодической составляющих тока.

Рис. 1. Схемы замещения для определения составляющих тока самозапуска, обусловленного ЭДС системы (а) и остаточной ЭДС двигателя (б)

Постоянные времени затухания можно находить из выражений:

Т'

(ЛГС + Х\ )хи

; + ХХ + ДГЦ

х1

(со Яг)

-1-

Та

При замыкании ключа 5 на рис. 1, б ток ^.удобно находить с использованием метода эквивалентного генератора

Е явт'

-Л'/Гр

-{е~' 1Т' соб[( 1 - 5)ш / + а ; - ф3 - у! -

-е 'СОБ(а - фз - у)}

(2)

где Е'лъщ - начальная амплитуда эквивалентной ЭДС двигателя; у-угол, на который в момент восстановления питания комплекс эквивалентной ЭДС отстает от комплекса ЭДС сети Ес Тр —

постоянная времени затухания эквивалентной ЭДС Е¿в в процессе выбега.

Комплекс эквивалентной ЭДС £"дВ легко найти, используя

данные о работе двигателя до коммутации. Величина угла у определяется с учетом угла между двумя ЭДС в момент потери питания ро и его приращения в процессе выбега ДРВЬ1б

У^О+ДРвьхб"

Для агрегатов с квадратичной зависимостью момента сопротивления от скорости вращения вала, какими являются большинство механизмов СН, ДРвыб можно найти из выражения

1п(1 + к3Аг/7>)" к3Д*/7> _

Полученные выражения для переходных токов проверялись путем сопоставления расчетных данных с осциллограммами токов в процессе самозапуска на одной из атомных станций. Начиная со

ДРвыб =

1--

второго периода переходного процесса погрешности расчета мгновенных значений токов не превышали 10%.

Для ДЗ расчетным режимом самозапуска является режим с биением колебательной составляющей тока при максимуме апериодической составляющей. С учетом этого следует рассматривать режимы самозапуска при у, кратном ж, и скольжении, близком 0,1. Э тмм условиям отвечает самозапуск агрегатов с 7^=2-2,07 с при Д*=0,226-0,234 с (уятг), 7}=2-6,21 с при Д*=0,41-0,7 с (у»3я) и 7}=2-4,83 с при Д£=0,54-0,7 с(у»5я).

Характерным режимом с биением колебательных составляющих является режим самозапуска агрегатов с Ту=4 с после перерыва питания в течение 0,56 с (рис.2). При этом к моменту АВР скольжение увеличивается до 0,1. В процессе самозапуска происходит разворот

Рис. 2. Кривые токов фаз в режиме самозапуска: 7^=4 с, Дг=0,56 с, аА=-99°

векторов ЭДС примерно нал рад в течение 5 периодов. Эквивалентная остаточная ЭДС двигателей в ходе выбега снижается до 0,61. Максимум тока возникает при включении напряжения при угле аА, равном -99°. Свободная колебательная составляющая тока переходного процесса затухает с постоянной Т\ равной 0,08 с, апериодическая -

В процессе самозапуска амплитуда колебательной составляющей до 4 периода уменьшается, а в дальнейшем происходит ее рост. Минимальное относительное значение амплитуды колебательной составляющей тока фазы А в рассматриваемом интервале времени равно 2,06. Апериодическая составляющая в этот момент равна 1,9, что составляет 0,92 от амплитуды колебательной составляющей. Отличительной особенностью тока фазы Л является ее практическая однополярность в течение первых 4 периодов после АВР.

В третьей главе рассмотрены характеристики и схемы соединения вторичных обмоток ТТ, описана математическая модель ДЗ трансформатора, на основе гармонического анализа вторичных токов выявлены наихудшие режимы для защиты.

При анализе работы ТТ целесообразно использовать обобщенные параметры: предельную кратность К10 — наибольшую кратность первичного тока, при которой полная погрешность не превышает 10%, и амплитуду удельного первичного тока в номинальном режиме.

Для анализа переходных процессов в ТТ могут применяться методы как физического, так и математического моделирования. Математическое моделирование с использованием ЭВМ позволяет в широких пределах изменять параметры ТТ и режимов работы ДЗ, обеспечивая при этом приемлемую точность расчетов.

В схемах ДЗ мощных понижающих трансформаторов используются ТТ, имеющие витой ленточный магнитопровод кольцевой формы, на котором равномерно по окружности кольца наматывается вторичная обмотка. Первичная обмотка имеет вид стержня или шины. Для таких конструкций ТТ процессы в группах с достаточной точностью описываются системой уравнений

где = - потокосцепление со вторичной обмоткой; ¿? , //■ -

индукция и напряженность магнитного поля; Н^=10щ/1 ; М= 1,

0,06 с.

(3)

i0J = ~ '2у,

3*20 = ¡2 А + Ьв + Нс>

Rq=R^ для группы ТТ звезда с нулевым проводом; М=3, R = -R^ для группы ТТ треугольник.

Численное интегрирование системы (3) выполняется методом Рунге-Кутта четвертого порядка с шагом 0,05 мс, что обеспечивает приемлемую точность расчетов.

Как известно, наибольшие погрешности ТТ возникают i переходных режимах при однополярном намагничивании магнитопроводов. В этих условиях при напряженности магнитного поля более 100 А/м можно не учитывать явление гистерезиса и i качестве расчетной зависимости B—f{H) использовать амплитудную динамическую характеристику намагничивания. С целью повышения точности расчетов предложено кривую намагничивания при напряженности магнитного поля в диапазоне от 100 до 100000 А/м аппроксимировать следующим выражением

+ В5+ ц0А'обмЯ ^ ^

где т, р - постоянные коэффициенты; ц0 - магнитная постоянная,

равная магнитной проницаемости вакуума; Вб и - базисные

значения индукции и напряженности магнитного поля; к 5 -

коэффициент, определяемый конструкцией ТТ: ^Обм=50б.\/5м' где ^обм" площадь, ограниченная вторичной обмоткой.

Выражение (4) содержит 3 независимых параметра, что позволяет обеспечить погрешность аппроксимации не более ±2% в диапазоне изменения Н от 100 до 100000 А/м. При использовании метода Рунге-Кутта необходима зависимость Н (5). Поскольку получить аналитическую зависимость Н(В) на основании выражения (4) не представляется возможным, то используется кусочно-линейное представление зависимости Н {В). В этом случае точность расчетов зависит от шага кусочно-линейного представления

А//. = Им ~Hi

Hi '

который должен быть небольшим. Как правило, достаточно иметь Ai7.=0,l. В этом случае наблюдаются небольшие изменения производной dB/dH от участка к участку кривой намагничивания, что практически не сказывается на точности решения дифференциального уравнения.

Наиболее подробно исследовались переходные токи ДЗ резервных ТСН мощностью 63 MB А. Со стороны высшего напряжения

т

1-

Н

Не.

n-т

моделировалось функционирование наиболее часто применяемых в ;хемах ДЗ встроенных ТТ. Со стороны низшего напряжения моделировалось функционирование шинных ТТ, например, типа ГШЛ-10 и др.

Как известно, переходные токи небаланса ДЗ могут содержать ¡начительную вторую гармонику. Однако при малых кратностях тереходных токов на входах ДЗ она может снижаться. Определенное влияние на значение второй гармоники оказывает характер изменения солебательной составляющей сквозного тока ДЗ и другие факторы. Весьма тяжелые условия для функционирования ДЗ в условиях тереходных сквозных токов могут возникать в том случае, если со ;тороны высшего напряжения используются ТТ с вторичным номинальным током 1 А. При этом ТТ со стороны высшего напряжения имеют предельные кратности Л"[0 в пределах 100-200. В го же время ТТ с вторичным номинальным током 5 А со стороны низшего напряжения имеют К{0 не более 70. В этих условиях ток небаланса ДЗ в режиме АВР СН определяется, в основном, погрешностями ТТ со стороны низшего напряжения.

Как видно из рис.3, имеются «провалы» в зависимости Наименьшее значение возникает при /сТ10НН=59: /^)от,=0,082 при У^1)Л7=5,59 А. Максиматьное значение тока небаланса в 1,8 раза превышает амплитуду /ном- Амплитуда первой гармоники, соответствующей минимальному значению составляет

примерно 40% от амплитуды тока плеча.

Рис. 3. Кривые 1(2)т* тока небаланса при АТ10ВН=200 в зависимости сгг &Г.0НН и номера условного периода

Анализ переходных максимальных токов небаланса также показал, что значение í^2)nf может иметь существенно меньшие значения, чем в режиме БНТ. С целью выявления причин этого явления моделировался максимальный ток небаланса путем представления импульса тока в виде суммы трапецеидального импульса с основаниями D и D' и импульса в виде срезанной синусоиды с основанием D\ В этом случае гармонический состав тока определяется по выражениям (за базу принята половина максимального значения результирующего импульса)

, а /л, 2(1-о) f . D' D' D' /(0). = —\р +D) + —р—^-'—г- sin---cos —

(0)" 2лv— ' — ' ' г Z?'H 2 2 2

711 1-COS —

8 a ( D £>'V 1 -a

IiWm* = —,-i COS--COS —

а)л2 7i(£>*-Z?)V 2 2

7l| 1 - COS —

(D'~ sin D')

j 2a , „ _.л 1 - a ( . D' 1 . 3D' 1(2\m* = —T7Z-(cosD — cos D )+ —-—r sin---sin-

^ 4P-D)K ,[l-cosf)^ 2 3 2 -

где a — доля амплитуды результирующего импульса, приходящаяся на импульс трапецеидальной формы.

Анализ полученных выражений показал, что возможны режимы максимальных сквозных токов, в которых вторая гармоника тока небаланса может быть менее 10%.

Как известно, в режиме БНТ в токах на входах ДЗ значение I(2)nf не менее 0,17 (лишь в отдельных случаях для трансформаторов, установленных на электрических станциях, оно может снижаться до 0,15). Значительная вторая гармоника может возникать и в переходных режимах КЗ в защищаемой зоне. Чрезмерно высокая чувствительность ДЗ по параметру I^2)nf может привести к замедлению при КЗ в защищаемой зоне.

В реле РСТ-23 в качестве информационного параметра для различения режимов используется относительная амплитуда первой гармоники I^rf (за базу принимается постоянная составляющая /0) выпрямленного тока на выходе реального дифференцирующего звена (РДЗ). Функционирование РДЗ определяется передаточной функцией

Т3р + 1

где мс.

Наиболее тяжелые условия возникают при предельных кратностях ТТ на стороне высшего напряжения 200 и низшего напряжения 46: в четвертом периоде значение может составлять 0,11 при

/0=2,88 А (рис.4). Ток небаланса, в основном, определяется погрешностями ТТ стороны низшего напряжения. Насыщение указанных ТТ наблюдается начиная с третьего периода.

Максимальные значения тока небаланса составляют: в третьем периоде — 22,6 А (3,3/^), в четвертом периоде — 17,5 А (2,5/ном). В то же время максимальное значение тормозного тока существенно уменьшается от 66 А в первом периоде до 16,8 А в четвертом периоде. Максимальное значение тока на выходе РДЗ достигает 4,75 А в третьем периоде; в дальнейшем до пятого периода происходит постепенное его уменьшение.

0,4

0.3

0.2

0,1

1 / /

| / ! / 1 _ - \ / V чИ

1 ------- \ 1

\ 1 ; I ; | ¿лонн

20

30

40

50

60

70

Рис. 4. Кривые / тока небаланса при А'10ВН=200 в зависимости от А'|0НН и яомера условного периода

Четвертая глава посвящена расширению области применения 53 на базе реле РСТ-23 и разработке новой функциональной схемы защиты применительно к реализации на базе >шкропроцессорных

технологий. Моделирование режимов функционирования защит было направлено на решение следующих задач: 1 — разработке рекомендаций по применению защиты на реле РСТ-23; 2 — определение зависимостей между обобщенными параметрами защиты, выполненной на основе предложенного принципа функционирования, по условиям быстродействия в переходных режимах.

В настоящее время на ТСН для выполнения ДЗ используется, в основном, реле ДЗТ-21. С учетом сквозных переходных токов приходится принимать либо начальный ток срабатывания защиты в пределах (0,4-0,6)^^, либо увеличивать коэффициент торможения до 0,9. Наибольшие уставки чувствительного органа реле ДЗТ-21 приходится принимать при выполнении ДЗ резервных ТСН. В случае применения реле РСТ-23 на таких объектах имеется возможность существенно снизить начальный ток срабатывания.

Ток на входе компаратора К реле РСТ-23 определяется соотношением

где /,мт — ток смещения за счет процентного торможения максимальным значением тока / ; / = к (/ —1,41/ ).

макс' см.т пер4 макс ' т.нач' Исследование функционирования чувствительного органа

защиты выполнено на основе анализа расчетных значений

коэффициента торможения, определяемого по выражению

Наиболее неблагоприятным режимом сквозного переходного тока является режим самозапуска нагрузки СН. В рассматриваемом режиме с учетом составляющей тока небаланса, вызванной регулированием напряжения трансформатора под нагрузкой, отстройка реле РСТ-23 обеспечивается при ^.нач*=:0)5 и к^-0,9. Уставка начального тока срабатывания может быть принята равной 0,3/ном-Моделировалось функционирование ДЗ на реле РСТ-23 при КЗ в защищаемой зоне. Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ принималась равной 0,1 с. Результаты моделирования при двухфазных КЗ показали, что при ^.нач*=0,5 и для исключения замедления при /кз«=9 необходимо иметь ЛГ10 более 37, что на практике во многих случаях не имеет места.

С учетом недостатков реле РСТ-23 разработана новая функциональная схема реле с использованием микропроцессорных

технологий (рис.5). В качестве рабочего сигнала используется постоянная составляющая, в качестве тормозного сигнала совместно с амплитудой первой гармонию! дополнительно используются амплитуды второй и третьей гармоник выпрямленного тока на выходе РДЗ. Ток на входе компаратора К определяется выражением

4х= 7(0)~ ^(1 )т~~ )т~ )т~ 7см.т '

Рис. 5. Функциональная схема реле, вьшолненного на базе микропроцессорных технологий

Выделение гармоник выполняется с использованием процедуры дискретного преобразования Фурье для заданного окна наблюдения. Окно наблюдения принимается равным периоду промышленной частоты. Поскольку выявление режима БНТ возможно только через время, примерно равное периоду промышленной частоты, то в структуре функционирования должен использоваться пусковой орган, который разрешает действие на срабатывание только через 20 мс после превышения тока на выходе ДВ порогового уровня компаратора К. Процентное торможение осуществляется средним значением тормозного тока, что позволяет примерно на 30-35% увеличить тормозной эффект в режимах искажения формы кривой вторичных токов при сквозных токах. С учетом изложенного

коэффициент торможения определяется по формуле

, _ 4,88(/(0) - 1(Х)т -0,5/(2)д; -0,5/(з)т -0Д84/д-нач) т " /-09/

1 ср т.нач

Для устойчивой работы защиты в переходных режима? необходимо иметь коэффициент возврата кв в пределах 0,8-0,85 Необходимое значение к обеспечивается введением после срабатывания чувствительного органа новых коэффициентов передач* тормозных сигналов: 0,5; 0,25 и 0,25, соответственно для каждой и: гармоник по порядку.

С целью ускорения защиты в режимах значительных кратносте? токов повреждений целесообразно применение принципе дифференциальной токовой отсечки. Рабочим сигналом блока отсечза принята постоянная составляющая тока на выходе выпрямителя ДВ С использованием математической модели ДЗ и получению соотношений между основными параметрами зашиты разработань: рекомендации по выбору обобщенных параметров ДЗ ТСН электрических станций с учетом отстройки от режимов сквозньо переходных токов и необходимого быстродействия при внутренни? повреждениях трансформатора. В режиме трехфазного КЗ замедление зашиты не происходит при использовании на стороне высшегс напряжения ТТ с предельной кратностью не менее 20. В режима} двухфазного и однофазного КЗ следует применять ТТ с предельным? кратностями, не менее указанных на рис. 6 и 7.

30 ;5 20 15

5 6 7 8 9 10

Рис. 6. Минимальные значения предельных кратностей ТТ, необходимые по требованиям быстродействия предложенной защиты в режиме двухфазного КЗ

50 40 30

:о ю

8 10 1: 14 16 18 20

Рис. 7. Минимальные значения предельных кратностей ТТ.

необходимые по требованиям быстродействия предложенной защиты в режиме однофазного КЗ Заключение

Основные теоретические и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. Разработана математическая модель и программа расчета переходных токов, возникающих в режиме самозапуска нагрузки СН. В соответствии с данной моделью нагрузка СН представляется в виде группы эквивалентных асинхронных двигателей одной номинальной мощности. В расчетах тока самозапуска для анализа поведения ДЗ можно не учитывать относительно быстро затухающую сверхпереходную составляющую тока.

2. Выявлены интервалы времени перерыва питания и соответствующие им интервалы значений механических постоянных времени агрегатов СН, при которых возможны повышенные отношения апериодической составляющей тока к амплитуде колебательной составляющей в течение нескольких периодов самозапуска.

3. Предложена новая аппроксимация характеристики намагничивания электротехнических сталей при напряженностях магнитного поля от 100 до 100000 А/м, на основе чего повышена точность расчетов переходных токов в труппах ТГ при однополярном намагничивании магнитопроводов.

4. Установлено, что в режиме биения колебательной составляющей тока самозапуска значение амплитуды второй гармоники тока небаланса может снижаться до 10% и менее от амплитуды первой гармоники. При определенных условиях в токе небаланса, имеющем место в режимах максимальных сквозных токов, вторая гармоника также может бьггь менее 10%.

5. Разработаны рекомендации по выбору предельных кратностей

ТТ в схеме ДЗ с применением реле РСТ-23, что позволяет получить начальный ток срабатывания защиты в пределах (0,3-0,4) 1Н0М-

6. Проведен сравнительный анализ применения процентного торможения средним и максимальным значениями тока. В результате анализа выявлено, что торможение средним значением позволяет существенно увеличить быстродействие защиты в режиме искажения формы кривой вторичного тока.

7. Разработана функциональная структура и выявлены соотношения между основными параметрами ДЗ, выполненной на базе микропроцессорных технологий. При этом в качестве рабочего сигнала используется постоянная составляющая, а в качестве тормозного сигнала - амплитуды первых трех по порядку гармоник выпрямленного тока РДЗ. Быстродействие такой защиты в переходных режимах внутренних КЗ, значительно выше, чем выполненной на реле РСТ-23.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Дмитренко А. М., Атаманов М. Н. Исследование токов переходного процесса при включении резервного трансформатора собственных нужд. // Тез. докл. юбилейной итоговой науч. конф. "Технические науки: сегодня и завтра". Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 1997. - С.96-98.

2. Дмитренко А. М., Атаманов М. Н. Моделирование режимов дифференциальных защит резервных трансформаторов собственных нужд электростанций // Тез. докл. всероссийской научно-технической конф. "Релейная защита и автоматическое управление электроэнергетическими системами". Чебоксары: Изд-во Чуваш, унта, 1997,- С.10-11.

3. Дмитренко А. М., Атаманов М. Н. Электромагнитные переходные процессы при автоматическом вводе резервного питания собственных нужд электрических станций. Проблемы электроэнергетики на региональном уровне: Межвуз. сб. науч. тр./ Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 1998.- С.13-21.

4. Дмитренко А. М., Атаманов М. Н. Токи небаланса дифференциальных защит резервных трансформаторов собственных нужд электростанций // Труды АЭН ЧР. - 1999. - №1-2. - С.48-53.

5. Дмитренко А. М., Атаманов М. Н. Гармонический анализ максимальных токов небаланса дифференциальных защит // Труды АЭН ЧР. - 1999. - №3. - С.5-7.

6. Дмитренко А. М., Атаманов М. Н. Аппроксимация характеристики намагничивания электротехнических сталей при больших напряженностях магнитного поля // Труды АЭН ЧР. - 1999.-№4. - С.28-32.

Введение.

1. Общие вопросы выполнения защит понижающих трансформаторов. Известные принципы функционирования дифференциальных защит

1.1. Аварийные режимы и виды релейной защиты трансформаторов

1.1.1. Виды повреждений и ненормальных режимов работы трансформаторов.

1.1.2. Виды релейной защиты трансформаторов.

1.2. Общие принципы функционирования дифференциальных защит трансформаторов.

1.3. Требования к чувствительности и быстродействию ДЗ.

1.4. Расчетные режимы ДЗ.

1.4.1. Режим броска намагничивающего тока защищаемого трансформатора

1.4.2. Режим внешнего КЗ.

1.4.3. Режимы переходных сквозных токов анормальных режимов

1.5. Наиболее распространенные принципы функционирования ДЗ

1.5.1. Использование апериодической составляющей тока в качестве информационного признака

1.5.2. Времяимпульсный принцип функционирования.

1.5.3. Сочетание временных и гармонических признаков

1.5.4. Некоторые принципы функционирования реле, выполненных на основе микропроцессорных технологий

1.5.4.1. БРАО 346С.

1.5.4.2. КЕТ 316.

1.6. Выводы

2. Электромагнитные переходные процессы резервного трансформатора собственных нужд при самозапуске электродвигателей секций.

2.1. Характеристика механизмов собственных нужд электрических станций, схемы питания.

2.2. Переходные процессы при групповом выбеге электродвигателей и последующем самозапуске

2.3. Выбор метода расчета электромагнитных переходных процессов при самозапуске нагрузки СН.

2.4. Выбор схемы замещения асинхронного двигателя и расчет сопротивлений.

2.5. Математическая модель схемы СН для расчета электромагнитных переходных процессов.

2.6. Расчетные условия самозапуска.

2.7. Расчет переходных токов самозапуска.

2.8. Гармонический анализ тока расчетного режима.

2.9. Выводы.

3. Математическая модель ДЗ и исследование информативных признаков реле в режиме самозапуска нагрузки СН.

3.1. Характеристики ТТ.

3.2. Схемы соединений ТТ защиты . . . . :.

3.3. Математическая модель ДЗ

3.4. Выбор эквивалентного ТТ на стороне НН.

3.5. Гармонический анализ тока небаланса

3.5.1. Режим самозапуска двигательной нагрузки.

3.5.2. Режим внеи^него КЗ.

3.6. Гармонический анализ выпрямленного тока РДЗ.

3.7. Выводы

4. Анализ и совершенствование принципов функционирования ДЗ . . . ПО

4.1. Информативные признаки, используемые в схемах 110 функционирования ДЗ

4.2. Принципы функционирования дифференциальных реле и их совершенствование.

4.3. Основные соотношения для выбранных принципов функционирования.

4.4. Анализ работы защит в расчетных режимах.

4.4.1. Режим сквозного переходного тока трансформатора.

4.4.2. Режим переходного тока внутреннего КЗ.

4.4.2.1. Расчетные коэффициенты торможения аналогового реле

4.4.2.2. Расчетные коэффициенты торможения предложенного принципа функционирования на базе микропроцессорных технологий.

4.5. Рекомендации по выбору параметров защит.

4.5.1. Защита на реле РСТ-23.

4.5.2. Защита на базе предложенного алгоритма функционирования

4.6. Выводы

Основной защитой трансформаторов мощностью 6,3 МВА и более является дифференциальная защита. В последнее время как в отечественной, так и в мировой практике выявилась тенденция использования различных принципов функционирования дифференциальных защит в зависимости от условий работы защищаемого трансформатора. В частности, в одну группу часто выделяются блочные трансформаторы электрических станций, трансформаторы связи и автотрансформаторы. В другую группу выделяются понижающие трансформаторы электрических станций (трансформаторы собственных нужд как основные, так и резервные), а также понижающие трансформаторы распределительных сетей и промышленных предприятий. Основной особенностью режимов дифференциальных защит трансформаторов второй группы являются переходные режимы, обусловленные двигательной нагрузкой.

В отечественной практике для защиты понижающих трансформаторов используются, в основном, электромеханические дифференциальные реле ДЗТ-11 и электронные дифференциальные реле ДЗТ-21, РСТ-23 и др. Электромеханические дифференциальные реле имеют начальный ток срабатывания, равный 1,5 от номинального тока защищаемого трансформатора по условию отстройки от режима броска Намагничивающего тока, и не обеспечивают необходимой чувствительности при витковых замыканиях в обмотках трансформатора. Указанные реле постепенно вытесняются электронными дифференциальными реле, использующими времяимпульсный принцип функционирования (реле ДЗТ-21) или сочетание гармонических и временных информативных признаков броска намагничивающего тока (реле РСТ-23 и др.). В последнее время в Российской Федерации получили распространение микропроцессорные реле защиты трансформаторов, например, типов SPAD 346С и RET 316 фирмы АББ. Функциональные дифференциальные блоки указанных реле обеспечивают отстройку в режиме броска намагничивающего тока за счет использования относительной амплитуды второй гармоники дифференциального тока (за базу принимается амплитуда первой гармоники дифференциального тока).

Использование как времяимпульсного способа функционирования, так и гармонических признаков дифференциального тока (отдельно или в сочетании с временными признаками) позволяет существенно снизить начальный ток срабатывания (до 10^-20% номинального тока трансформатора) по условию отстройки от режима броска намагничивающего тока. В то же время отстройка от режима сквозных токов, возникающих в режиме пуска или самозапуска мощных двигателей, по-прежнему представляет серьезную проблему. Исследованию переходных токов в процессе самозапуска двигательной нагрузки и токов небаланса дифференциальных защит посвящены работы Г. Г. Гимояна, В. Ф. Сивокобыленко, И. М. Постникова, А. К. Черновца, Л. В. Багинского, А. Д. Дроздова, С. Л. Кужекова, В. И. Новаша, Э. В. Подгорного, И. М. Сироты, Б. С. Стогния, Е. М. Ульяницкого и др. Однако достаточно точного решения задачи, удовлетворяющего потребностям как современных так и вновь проектируемых дифференциальных защит нет.

Целью настоящей работы является исследование переходных режимов дифференциальной защиты понижающих трансформаторов и разработка на этой базе рекомендаций как по применению, так и по совершенствованию их алгоритмов функционирования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие теоретические и прикладные задачи:

1. Исследовать электромеханические характеристики нагрузки и время перерыва питания, при котором возможно биение колебательной составляющей тока самозапуска, разработать математическую модель нагрузки собственных нужд для расчета электромагнитных переходных процессов, позволяющую учесть сопротивление питающей сети и остаточную ЭДС двигателей.

2. Исследовать входные токи и токи небаланса дифференциальных защит, возникающийв режиме переходных сквозных токов. На этой базе можно выполнить анализ принципов функционирования дифференциальной защиты применительно к выполнению защит понижающих трансформаторов.

3. Провести анализ максимальных токов небаланса и выявить гармонический состав таких токов. Это позволит с учетом режима переходного тока самозапуска и броска намагничивающего тока усовершенствовать принцип функционирования дифференциальной защиты трансформаторов.

4. Разработать усовершенствованный принцип функционирования дифференциальной защиты применительно к реализации на базе микропроцессорных технологий обработки информации и исследовать ее работу в расчетных режимах.

Для решения поставленных задач используются методы математического моделирования, аналитические и численные методы расчета с применением ЭВМ. Решение дифференциальных уравнений, описывающих процессы в трансформаторах тока, выполняется методом Рунге-Кутта четвертого порядка с шагом интегрирования 0,05 мс.

Результаты исследований изложены в четырех главах диссертационной работы. /U- *

В первой главе рассматриваются виды повреждений и типы релейных защит трансформаторов, общие принципы функционирования дифференциальных защит и требования к чувствительности и быстродействию. Приводятся характеристики таких расчетных режимов дифференциальной защиты трансформаторов, как режим броска ,

О«" ТЕ?» . намагничивающего тока и внешнего КЗ и возможные способы отстройки защит с учетом^ этих режимов. Особое внимание в данной главе уделяется режиму переходного тока самозапуска как одного из обязательных расчетных режимов дифференциальной защиты трансформаторов, содержащих значительную двигательную нагрузку. Заключительная часть главы посвящена обзору таких распространенных принципов функционирования, как использование апериодической составляющей тока в качестве информационного признака, времяимпульсный принцип функционирования, сочетание временных и гармонических признаков, а также принципов функционирования реле, реализованных на базе микропроцессорных технологий, в частности, SPAD 346С и RET 316.

Во второй главе приводятся характеристики наиболее мощных механизмов собственных нужд электрических станций, определяющих процесс самозапуска, описываются основные и резервные схемы их питаний. Большое внимание в данной главе уделяется выбору метода расчета и разработке математической модели нагрузки собственных нужд мощных электрических станций для расчета электромагнитных переходных процессов, имеющих место при их самозапуске. С использованием данной модели выявляются необходимые расчетные условия самозапуска, при которых возможны биения колебательной составляющей тока переходного процесса и в итоге определяются наихудшие для дифференциальных защит режимы.

В третьей главе рассматриваются характеристики, обобщенные параметры и схемы соединений трансформаторов тока для выполнения защит. Приводятся краткие характеристики методов анализа процессов в трансформаторах тока -эквивалентных синусоид, физического и математического моделирования - их достоинства и недостатки. Подробно рассматривается математическая модель дифференциальной защиты трансформатора, как наиболее перспектмная для достижения поставленной цели. В заключительной части главы исследуются информативные признаки дифференциальных защит трансформаторов в режиме ввода резервного питания двигательной нагрузки: рассматриваются зависимости относительных амплитуд второй гармоники тока небаланса (за базу принята амплитуда первой гармоники тока) и первой гармоники выпрямленного дифференциального тока (за базу принята постоянная составляющая) от обобщенных параметров трансформаторов тока защиты. В результате выявляются наихудшие режимы для дифференциальных защит, использующих данные информативные признаки.

Четвертая глава посвящена совершенствованию дифференциальной защиты понижающих трансформаторов на реле РСТ-23 и разработке новой функциональной схемы защиты применительно для реализации на базе микропроцессорных технологий. В начальной части главы рассматриваются информативные признаки переходных токов небаланса и возможности их применения для реализации защит на аналоговом реле и реле, выполненном на базе микропроцессорных технологий. На основе проведенного анализа разрабатывается функциональная схема микропроцессорного реле, выделение гармоник в котором осуществляется с использованием дискретного преобразования Фурье. Моделирование режимов работы защит направлены на решение следующих задач: 1 - разработке рекомендаций по применению защиты на реле РСТ-23; 2 — определение по условиям быстродействия и зависимостей между обобщенными параметрами защиты, выполненного на основе предложенного принципа функционирования.

Практическая ценность результатов работы заключается в разработке программы расчета сквозного тока трансформатора, возникающего при электромагнитных переходных процессах в результате самозапуска электродвигательной нагрузки. Расчет выполняется с учетом изменения комплекса эквивалентной остаточной ЭДС двигателей и сопротивления внешней сети.

В настоящее время для защиты трансформаторов собственных нужд электрических станций используется дифференциальная защита на реле ДЗТ-21, начальный ток срабатывания которого увели чивартсядо"0,6 и более от номинального тока трансформатора. Загрубление защиты приводит к резкому ч ° $ ^ ? Р увеличению объема разрушений при авариях и значительно возрастает ; вероятность возникновения пожаров. С .утето^режимов переходных процессов ' и^бетсяГвозможность существенного увеличения чувствительности защит таких объектов, например, применение реле РСТ-23 с учетом необходимых минимальных предельных кратностей трансформаторов тока позволит в несколько раз снизить начальный ток срабатывания защиты.

В аналоговых дифференциальных защитах, как правило, используются не более 2 информативных признаков режимов, что не позволяет добиться необходимого быстродействия при значительных кратностях токов повреждений. Возможность применения микропроцессорных технологий для выполнения дифференциальных защит позволяет увеличить количество 0

5««Г ^¿^х/аМ и/? ( используемых признаков режимов, что в итоге сказывается увеличениекг чувствительности защиты. Такая защита, выполненная на основе рекомендаций по выбору параметров с учетом отстройке от режимов сквозных переходных токов и необходимой чувствительности при внутренних повреждениях обладает достаточным быстродействием и практически полной селективностью.

Диссертация содержит введение, 4 главы, заключение, список использованной литературы из 50 наименований. Общий объем составляет 140 страниц текста компьютерной верстки, в том числе 57 рисунков, 32 из которых являются графиками, отражающими результаты проделанной работы, и 5 страниц списка литературы.

4.6. Выводы

1. Максимальный импульс тока небаланса целесообразно представлять в виде суммы двух импульсов: симметричного трапецеидального и срезанной синусоиды. Это позволяет для расчета гармонических составляющих результирующей кривой использовать метод наложения. Как показывают расчеты, по сравнению с режимом БНТ доля второй и третьей гармоник в данном режиме значительно меньше.

2. При проектировании ДЗ ТСН электрических станций во многих случаях предпочтительнее применение реле РСТ-23, чем ДЗТ-21. Это упрощает защиту и позволяет уменьшать начальный ток срабатывания. Для защиты на реле РСТ-23 построены кривые зависимостей минимальных значений предельных кратностей ТТ стороны ВН защищаемого трансформатора, необходимые по условиям быстродействия.

3. С целью получения более быстродействующей (в условиях переходных процессов) защиты целесообразно использование в качестве рабочего сигнала постоянной составляющей, а в качестве тормозного - амплитуд первых трех по порядку гармоник выпрямленного тока На выходе РДЗ. Выделение гармоник в этом случае целесообразно выполнить на основе процедуры дискретного преобразования Фурье.

4. Значение предельной кратности ТТ на стороне ВН желательно иметь не менее 20. В этом случае в режиме трехфазного КЗ быстродействие защиты на основе предложенной функциональной схемы обеспечивается при любых кратностях токов. В режиме двухфазного КЗ наихудшие условия возможны при кратностях тока от 6 до 9; в режиме однофазного КЗ — от 9 до 18.

5. Получены кривые зависимостей постоянной составляющей выпрямленного тока на выходе РДЗ в худших для ДЗ условиях протекания максимальных сквозных токов защищаемого трансформатора в режимах двухфазного и трехфазного КЗ. Данные кривые представлены в виде

134 зависимостей отношения /то*Дотс от предельных кратностей ТТ на сторонах защищаемого трансформатора. Использование полученных графиков позволяет учесть возможные погрешности преобразования первичного тока в зависимости от максимальных сквозных токов конкретно для каждого объекта защиты и тем самым снизить уставку грубого органа защиты.

6. Графики зависимостей минимальных значений Кщ от кратностей токов двухфазного и однофазного КЗ позволяют спроектировать защиту, отвечающую требованиям быстродействия. Срабатывание такой защиты при любых /кз* обеспечивается в течение 1-^2 периодов с момента возникновения повреждения.

Заключение

Основные теоретические и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. Разработана математическая модель и программа расчета переходных токов, возникающих в режиме самозапуска нагрузки СН. В соответствии с данной моделью нагрузка СН представляется в виде группы эквивалентных асинхронных двигателей одной номинальной мощности. В расчетах тока самозапуска для анализа поведения ДЗ можно не учитывать относительно быстро затухающую сверхпереходную составляющую тока.

2. Выявлены интервалы времени перерыва питания и соответствующие им интервалы значений механических постоянных времени агрегатов СН, при которых возможны повышенные отношения апериодической составляющей тока к амплитуде колебательной составляющей в течение нескольких периодов самозапуска.

3. Предложена новая аппроксимация характеристики намагничивания электротехнических сталей при напряженностях магнитного поля от 100 до 100000 А/м, на основе чего повышена точность расчетов переходных токов в группах ТТ при однополярном намагничивании магнитопроводов.

4. Установлено, что в режиме биения колебательной составляющей тока самозапуска значение амплитуды второй гармоники тока небаланса может снижаться до 10% и менее от амплитуды первой гармоники. При определенных условиях в токе небаланса, имеющем место в режимах максимальных сквозных токов, вторая гармоника также может быть менее 10%.

5. Разработаны рекомендации по выбору предельных кратностей ТТ в схеме ДЗ с применением реле РСТ-23, что позволяет получить начальный ток срабатывания защиты в пределах (0,3-0,4)/ном.

6. Проведен сравнительный анализ применения процентного торможения средним и максимальным значениями тока. В результате анализа выявлено, что торможение средним значением позволяет существенно увеличить быстродействие защиты в режиме искажения формы кривой вторичного тока.

7. Разработана функциональная структура и выявлены соотношения между основными параметрами дифференциальной защиты, выполненной на базе микропроцессорных технологий. При этом в качестве рабочего сигнала

136 используется постоянная составляющая, а в качестве тормозного сигнала -амплитуды первых трех по порядку гармоник выпрямленного тока РДЗ Быстродействие такой защиты в переходных режимах внутренних КЗ. значительно выше, чем выполненной на реле РСТ-23.

1. Засыпкин А. С. Релейная защита трансформаторов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 240 с.

2. Андреев В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учеб. для вузов по спец. "Электроснабжение" М.: Высш. шк., 1991. - 496 с.

3. Федосеев А. М., Федосеев М. А. Релейная защита электроэнергетических систем: Учеб. для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1992. - 528 с.

4. Федосеев А. М. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей: Учеб. пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат,1984. 520 с.

5. Шабад М. А. Защита трансформаторов распределительных сетей. Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. - 136 с.

6. Правила устройства электроустановок / Минэнерго СССР М.: Энергоатомиздат, 1986. - 648 с.

7. Гельфанд Я. С. Релейная защита распределительных сетей. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 368 с.

8. Дмитренко А. М. Об использовании пауз для отстройки дифференциальных защит от переходных токов небаланса // Электричество. -1979. №1. - С.55-58.

9. Кужеков С. Л., Чмыхалов Г. Н., Цыгулев Н. И., Змльберман В. А., Хаймов Г. М., Шейнкман А. Г. Влияние переходных процессов на поведение дифференциальной защиты трансформаторов // Электричество. 1993. - №7. -С.9-16.

10. Байтер И. И., Богданова Н. А. Релейная защита и автоматика питающих элементов собственных нужд тепловых электростанций. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 110 с.

11. Голодное Ю. М. Самозапуск электродвигателей. М.: Энергоатомиздат,1985. 136 с.

12. Баков Ю. В. Проектирование электрической части электростанций с применением ЭВМ: Учеб. пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1991. -272 с.

13. Электрическая часть станций и подстанций: Учеб. для вузов / А. А. Васильев, И. П. Крючков, Е. Ф. Наяшкова и др.\ под ред. А. А. Васильева. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 576 с.

14. ОйрехЯ.А., Сивокобыленко В. Ф. Режимы самозапуска асинхронных электродвигателей. М.: Энергия, 1974. - 95 с.

15. Слодарж М. И. Токи при самозапуске асинхронных двигателей// Электрические станции. 1971. - №4. - С.40-42.

16. Дмитренко А. М. Отстройка дифференциальных защит трансформаторов от токов небаланса при внешних коротких замыканиях // Электричество. 1991. - №12. - С.21-26.

17. Реле защиты. М.: Энергия, 1976. - 464 с.

18. Дмитренко А. М. Реле дифференциальной защиты высоковольтных двигателей и понижающих трансформаторов // Электрические станции. -1983. №12. - С.56-59.

19. Реле защиты. Многофункциональное дифференциальное реле типа SPAD 346С. FDD Network Control & Protection, 1994. - 12 с.

20. Модуль дифференциального реле SPCD 3D53. АББ реле-Чебоксары. -FDD Network Control & Protection, 1997. 58 с.

21. Дифференциальное реле RET 316. FDD Network Control & Protection, 1994. - 38 с.

22. Черновец А. К. Электрическая часть АЭС (переходные процессы в системах электроснабжения). Л.: Изд-во ЛПИ, 1980. - 84 с.

23. Черновец А. К., Федотов А. М. Математическое моделирование системы собственных нужд электрических станций с использованием многоконтурных схем замещения асинхронных двигателей. Изв. вузов. Энергетика. 1978. - №10. - С. 10-15.

24. Ульянов С. А. Электромагнитные переходные процессы. М.: Энергия, 1970. - 519 с.

25. Гамазин С. И., Садыкбеков Т. А. Переходные процессы в системах электроснабжения с электродвигательной нагрузкой. Алма-Ата: Гылым, 1991. - 302 с.

26. Веников В. А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах: Учеб. для электроэнергет. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1985. - 536 с.

27. Нейман Л. Р., Демирчян К. С. Теоретические основы электротехники: В 2-х т. Учеб. для вузов. Том 1. Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. -536 с.

28. Гимоян Г. Г. Особенности максимальной защиты асинхронных двигателей с частыми включениями и пртивовключениями // Электричество. -1972. №12. - С.23-26.

29. Постников И. М. Обобщенная теория и переходные процессы электрических машин: Учеб. для вузов. М.: Высш. шк., 1975. - 319 с.

30. Сивокобыленко В. Ф., Павлюков В. А. Метод эквивалентирования и расчета короткого замыкания в системе асинхронных машин // Электричество. 1979. - №1. - С.45-50.

31. Сыромятников И. А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей / Под ред. Л. Г. Мамиконянца. М.: Энергоатомиздат, 1984. -240 с.

32. Сивокобыленко В. Ф., Совпель В. Б., Павлюков В. А. Метод определения эквивалентных параметров машин переменного тока. Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1975. - №2. - С.93-97.

33. Микляев М. С., Гаинцев Ю. В., Чубарян А. Т., Семиков А. П., Коннов В. С. К определению схем замещения и характеристик асинхронных двигателей по данным заводских испытаний // Электротехника. 1987. - №5. -С.24-28.

34. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения/ Под редакцией И. А. Баумштейна, С. А. Бажанова. М.: Энергоатомиздат, 1990. -768 с.

35. Теоретические основы электротехники. В 3-х ч. 4.1. Атабеков Г. И. Линейные электрические цепи: Учеб. для вузов. М.: Энергия, 1978. - 592 с.

36. Трансформаторы тока / В. В. Афанасьев, Н. М. Адоньев, В. М. Кибель и др. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние. 1989. - 416 с.

37. Королев Е. П., Либерзон Э. М. Расчеты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. М.: Энергия, 1980. - 208 с.

38. Аллилуев В. А. Моделирование переходных процессов в дифференциальных токовых защитах // Электричество. 1996. - №6. - С.39-41.

39. Дмитренко А. М. Учет переходных процессов при выборе параметроввремяимпульсных дифференциальных защит трансформаторов• , )автотрансформаторов)//Электричество. 1995. - №1. - С.28-33.

40. Дмитренко А. М., Атаманов М. Н. Токи небаланса дифференциальных защит резервных трансформаторов собственных нужд электростанций // Труды АЭН ЧР. 1999. - №1-2. - С.48-53.

41. Алексеев В. Г., Гельфанд Я. С. Сравнение алгоритмов отстройки дифференциальных защит трансформаторов от броска намагничивающего тока// Электричество. 1993. - №11. - С.38-42.

42. Дмитренко А. М., Атаманов М. Н. Гармонический анализ максимальных токов небаланса дифференциальных защит // Труды АЭН ЧР. -1999. №3. - С.5-7.

43. Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1970. - 720 с.

44. Неклепаев Б. И., Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.141

45. Дмитреико А. М., Атаманов М. Н. Аппроксимация характеристики намагничивания электротехнических сталей при больших напряженностях магнитного поля // Труды АЭН ЧР. 1999. - №4. - С.28-32.142

46. МАТЕРИАЛЫ О ВНЕДРЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ1. УТВЕРЖДАЮ

47. Проректор по учебной работе

48. Чуваию^й#о=ЕО£ударственного1. Н. Ульяноват В. Арсентьева1. АКТ О ВНЕДРЕНИИ

49. Проректор по научной деятельности Чувашского государственного университета им. И. Н. Ульянова1. АКТ О ВНЕДРЕНИИ