Основная защита силового трансформатора

Блок микропроцессорной релейной защиты БМРЗ-ТД-10−30−21 ДИВГ.648 228.070−03 (в дальнейшем — блок) предназначены для выполнения функций основной быстродействующей дифференциальной защиты, измерения и сигнализации двухобмоточных и трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов (АТ) с напряжением стороны высшего напряжения (ВН) до 220 кВ включительно.

Питание блока может производиться от источника постоянного, выпрямленного или переменного тока с номинальным напряжением 220 В (диапазон изменения напряжения оперативного питания от 88 до 264 В).

Функциональные возможности Блок применяется в схемах трехфазного подключения трансформаторов тока (ТТ) по схеме звезда, независимо от схемы соединения обмоток силового трансформатора. Допускается использовать двухфазное подключение ТТ только для обмоток силового трансформатора, соединенных по схеме «треугольник», при этом ТТ подключаются к фазам A, C, на вход блока фазы B должен быть подан в противофазе суммарный ток фаз A и С. За положительное направление токов сторон принимается направление токов в сторону защищаемого объекта (силового трансформатора или автотрансформатора). Все подключения ТТ должны обеспечивать подачу вторичных токов положительного направления на входы блока.

В блоке предусмотрена компенсация поворота фазы при различных комбинациях соединений обмоток защищаемого объекта — операция «цифровой треугольник», включаемая автоматически для требуемой стороны при задании уставкой соответствующей группы соединения обмоток трансформатора В блоке производится цифровое выравнивание токов сторон, благодаря чему не требуется применения промежуточных трансформаторов (автотрансформаторов) тока.

Блок обеспечивает учет положения устройства регулирования под нагрузкой (РПН), что позволяет снизить составляющую тока небаланса, обусловленную влиянием РПН трансформатора, и повысить чувствительность дифференциальной защиты с торможением.

В блоке производится удаление токов нулевой последовательности для любых обмоток силового трансформатора, соединенных по схеме «звезда», что предотвращает излишнее срабатывание ДЗТ и дифференциальной токовой отсечки при внешних однофазных замыканиях на землю.

В блоке предусмотрена вызывная сигнализация, срабатывающая при возникновении небаланса токов плеч дифференциальной защиты, что позволит осуществлять контроль состояния измерительных токовых цепей и трансформаторов тока.

Блок обеспечивает защиту общей обмотки автотрансформатора от перегрузки. Значение тока общей обмотки АТ вычисляется математически, что не требует установки дополнительного ТТ в нейтрали АТ Блок обеспечивает хранение двух независимых программ уставок защит и автоматики. Выбор программы 2 осуществляется при подаче входного дискретного сигнала «Программа 2» .

Функции защиты:

• 1) Дифференциальная токовая отсечка (ДТО) предназначена для быстрого и селективного отключения КЗ (со значительным дифференциальным током) в зоне действия защиты. ДТО срабатывает без применения блокировок, дополнительных торможений, выдержек времени. Срабатывание ДТО происходит при превышении дифференциальным током заданной уставки IДТО. Возврат ДТО происходит при снижении дифференциального тока с учетом коэффициента возврата, задаваемого уставкой Kв ДТО. ДТО является вспомогательным элементом основной защиты трансформатора и должна всегда применяться совместно с функцией ДЗТ. Функция ДТО может быть введена в действие программным ключом S910.
• 2) Дифференциальная токовая защита с торможением (ДЗТ). Функция ДЗТ может быть введена в действие программным ключом S920. Защита предназначена для быстрого и селективного отключения КЗ (с дифференциальным током малой кратности) в зоне действия защиты. В ДЗТ используется торможение от сквозного тока, протекающего через защищаемый объект, осуществляется эффективная блокировка при бросках тока намагничивания. Срабатывание ДЗТ происходит при превышении дифференциальным током значения, определяемого по характеристике ДЗТ (рисунок 25). Возврат происходит при снижении дифференциального тока с учетом коэффициента возврата.

Рисунок 25 Характеристика ДЗТ

ДЗТ является одним из основных элементов основной защиты трансформатора. Характеристика ДЗТ включает три участка. Угол наклона характеристики на 1-м участке нулевой, на 2 и 3-м участках задается коэффициентами торможения КТОРМ. 2 и КТОРМ. 3. Ток торможения IТОРМ. рассчитывается как полусумма токов сторон ВН, среднего напряжения (СН) и низшего напряжения (НН) в приведении к стороне ВН.

Функциональная схема ДЗТ и ДЗО представлена на рисунке 26.

Рисунок 26. Функциональная схема алгоритмов ДЗТ, ДТО.

Функция ДЗТ использует две группы уставок срабатывания: грубые и чувствительные. Блок осуществляет работу по грубым уставкам в следующих случаях:

действующие значения всех токов сторон меньше 0,05· IН (режим холостого хода), в том числе в течение 1/3 с после прекращения указанного условия;

при отклонении фактического положения устройства РПН от расчетного более чем на 2 положения;

при включении блока в ходе загрузки и инициализации программного обеспечения.

При работе по грубым уставкам цифровое выравнивание токов сторон осуществляется с учетом номинального коэффициента трансформации силового трансформатора, вычисляемого автоматически по введенным уставкам номинальных напряжений сторон. Работа по грубым уставкам сопровождается свечением светоизлучающего диода далее светодиода «Грубые уставки» на лицевой панели блока. При работе по чувствительным уставкам производится расчет фактического коэффициента трансформации, что позволяет снизить составляющую тока небаланса дифференциального тока, обусловленную влиянием устройства РПН. Блок может учитывать работу устройств РПН с временем переключения на одно положение не менее 0,5 с, установленных на сторонах ВН, СН трансформатора или АТ, и в нейтрали АТ. Фактический коэффициент трансформации рассчитывается ступенчато, с учетом значения шага регулирования устройства РПН, задаваемого уставкой «Шаг РПН», расчет производится периодически с интервалом 1 с, что обеспечивает надёжное срабатывание защит при КЗ с малыми кратностями токов.

При наличии устройства РПН должны быть заданы уставки количества отпаек устройства РПН NСТ, значение шага (одной ступени) регулирования устройства РПН. Количество отпаек устройства РПН NСТ может иметь только нечетное значение. При наличии устройства РПН шаг регулирования не должен быть равен нулю. Если блок применяется для трансформатора без устройства РПН, то должно быть установлено количество отпаек NСТ, равное 1.

При вводе грубых и чувствительных уставок ДЗТ (Iдзт нач, Кторм. 2 и Кторм. 3) необходимо убедиться, что они удовлетворяют следующим условиям:

Iдзт нач чувств.? Iдзт нач груб.;

Кторм. 2 чувств.? Кторм. 2 груб;

Кторм. 3 чувств.? Кторм. 3 груб.

Кроме того, необходимо, чтобы выполнялись условия:

Кторм. 2 чувств.? Кторм. 3 чувств.;

Кторм. 2 груб.? Кторм. 3 груб.

В случае ввода уставок, не удовлетворяющих вышеприведенным условиям, мигает светодиод «ГОТОВ», блок выдает кратковременный выходной сигнал «Отказ БМРЗ» с индикацией на дисплее сообщения «Ошибка записи уставок» на время 5 с, после чего происходит возврат к прежним уставкам.

Блокировка срабатывания защиты при бросках тока намагничивания в условиях включения трансформатора на холостой ход и при внешних КЗ, сопровождающихся значительным насыщением первичных трансформаторов тока, осуществляется в соответствии с алгоритмом блокировки ДЗТ.

Информационный признак блокировки рассчитывается как отношение суммы действующих значений второй и четвертой гармоники к действующему значению первой гармоники дифференциального тока. При превышении уставки КИПБ и при наличии дифференциального тока, значение которого больше 0,1Iн, вырабатывается сигнал блокировки.

Срабатывание ДЗТ блокируется пофазно при появлении соответствующего сигнала блокировки по ИПБ.

3) Газовая защита (ГЗ).

Блок обеспечивает исполнение сигналов ГЗ с действием на сигнализацию по дискретному входу «ГЗ Тр. сигн.» (1-я ступень ГЗ) с выдержкой времени ТГЗсиг.

Рисунок 27. Функциональная схема алгоритма газовой защиты.

Обеспечивается исполнение сигналов срабатывания газовой защиты (ГЗ) силового трансформатора и устройства РПН на отключение по дискретным входам «ГЗ Тр. откл.», «ГЗ РПН откл.» (2-я ступень ГЗ) с выдержкой времени ТГЗоткл. Предусмотрена возможность перевода действия второй ступени ГЗ на сигнализацию при подаче входного дискретного сигнала «Перевод ГЗ на сигнал» .При срабатывании газовой защиты блок обеспечивает выдачу выходных дискретных сигналов «Работа ГЗ 1 ст.», «Работа ГЗ 2 ст.» и индикацию на светодиоде лицевой панели «Работа ГЗ» .

Блок обеспечивает запоминание срабатывания сигналов «Работа ГЗ 1 ст.», «Работа ГЗ 2 ст.» при потере питания. Время хранения информации о состоянии сигналов при отключенном оперативном токе составляет не менее 200 ч. Сброс сигналов срабатывания ГЗ производится квитированием.

4) Внешние защиты.

Блок обеспечивает действие внешних защит на отключение при введенных программных ключах S80 и S86 для дискретных входов «Внеш. защ. 1» и «Внеш. защ. 2» соответственно.

Рисунок 28. Функциональная схема алгоритмов управления выключателем — отключение.

При появлении дискретных входов «Внеш. защ. на сигн. 1» или «Внеш. защ. На сигн. 2» происходит срабатывание вызывной сигнализации.

5) Функции автоматики и управления выходными реле защит.

Блок обеспечивает выполнение функций приемника (УРОВП) и датчиков (УРОВД ВН, УРОВД СН) устройства резервирования при отказе выключателей сторон ВН и СН, а также действие УРОВ «на себя».

Рисунок 29 — Функциональная схема алгоритма УРОВ.

Ввод функции УРОВП осуществляется программным ключом S46, ввод функции УРОВД ВН — программным ключом S44, ввод функции УРОВД СН — программным ключом S45.

Пуск УРОВ происходит:

• · при срабатывании ДТО;
• · при срабатывании ДЗТ;
• · по сигналам газовой защиты на отключение «ГЗ Тр. откл.», «ГЗ РПН откл.» ;
• · по сигналам внешних защит на отключение «Внеш. защ. 1» и «Внеш. защ. 2» ;
• · по сигналу «УРОВП» от нижестоящей защиты.

Сигналы «УРОВД ВН», «УРОВД СН» выдаются с выдержкой времени ТУРОВ ВН и ТУРОВ СН соответственно, после выдачи команды на отключение выключателя при условии его неотключения. Отключение выключателей ВН и СН фиксируется по факту отсутствия тока соответствующей стороны. Признаком отсутствия токов является срабатывание всех трехфазных реле минимального тока соответствующей стороны, включенных на фазные токи. Сигналы «УРОВД ВН», «УРОВД СН» снимаются по факту снижения соответствующих токов ниже уставки IУРОВ.

При получении сигнала «УРОВП» выдается команда на отключение выключателей без выдержки времени и вызывная сигнализация.

Команда отключения выдается одновременно на выходные реле «Откл. 1″ ,» Откл. 2″, «Откл. 3», «Откл. 4», «Откл. 5» и удерживается до отключения выключателей, определяемому по снижению токов всех сторон ВН, СН, НН ниже уставки IУРОВ. Уставкой ТОТКЛ может быть задано время дополнительного удержания команды отключения. Любое из реле «Откл. 1», «Откл. 2», «Откл. 3», «Откл. 4» или «Откл. 5» может быть задействовано для выдачи сигнала на отключение выключателя питающей стороны по высокочастотному (ВЧ) каналу.

Функции сигнализации.

Блок обеспечивает формирование выходного сигнала «Вызов» .

Рисунок 30. Функциональная схема алгоритма формирования сигнала «Вызов» .

При срабатывании выходного реле «Вызов» горит светодиод «ВЫЗОВ» на лицевой панели блока.

Сигнал «Вызов» выдается в следующих случаях:

при срабатывании ДТО или ДЗТ;

при отключении по сигналам «Внеш. защ. 1», «Внеш. защ. 2», «ГЗ Тр. откл.», «ГЗ РПН откл.» или «УРОВП» ;

при подаче сигналов «Внеш. защ. на сигн. 1», «Внеш. защ. на сигн. 2» или «ГЗ Тр. сигн.» ;

при срабатывании защиты от перегрузки общей обмотки АТ;

при формировании сигнала «УРОВД» ;

при превышении в течение более 10 с любым из дифференциальных токов уставки сигнализации небаланса;

при обнаружении неисправности блока.

Возврат сигнала «Вызов» производится квитированием.

Квитирование сигнализации производится нажатием кнопки СБРОС на пульте блока в режиме управления «Местное», подачей соответствующей команды по каналу связи в режиме управления «Дистанционное» или подачей входного дискретного сигнала «Квитирование» независимо от режима управления.

Рисунок 31 — Функциональная схема алгоритма квитирования.

Вспомогательные функции.

Измерение параметров сети. Блок обеспечивает измерение или вычисление:

токов фаз IA, IB, IC сторон ВН, СН и НН;

дифференциальных токов IdA, IdB, IdC;

токов торможения ITA, ITB, ITC (только при использовании программы «МТ Реле Монитор» или АСУ) частоты F.

На дисплее в подменю «ПАРАМЕТРЫ СЕТИ» отображаются действующие значения первой гармонической составляющей фазных токов сторон ВН, СН и НН во вторичных значениях. Значения дифференциальных токов фаз А, В и С отображаются в кратностях к номинальному току стороны ВН силового трансформатора.

Измерение частоты производится при значениях фазных токов, превышающих 0,2 IПТН. В том случае, когда все токи имеют значение ниже указанного, на дисплей выводится надпись «F=???» .

Регистрация параметров аварий. Блок обеспечивает регистрацию параметров девяти отключений. Параметры аварий отображаются на дисплее в подменю «АВАРИИ» .

Осциллографирование аварийных событий. Блок фиксирует 15 осциллограмм мгновенных значений, каждая длительностью 2,1 с: 0,2 с до срабатывания защиты (предыстории) и 1,9 с аварийного процесса. В каждой осциллограмме фиксируется девять аналоговых и 48 дискретных сигнала.

Пуск осциллографа происходит по факту срабатывания защит блока, а также при подаче команды из программы «МТ Реле Монитор», по каналам АСУ, при подаче сигнала на дискретный вход «Пуск ОСЦ» .

Состав регистрируемых аналоговых сигналов:

фазные токи стороны ВН (IA ВН, IВ ВН, IC ВН);

фазные токи стороны СН (IA СН, IВ СН, IC СН);

фазные токи стороны НН (IA НН, IВ НН, IC НН).

Состав регистрируемых дискретных сигналов содержится в файле осциллограммы аварийного события.

Связь с ПЭВМ и АСУ. В блоке предусмотрена возможность подключения ПЭВМ в соответствии со стандартами RS-232 или USB, а также включение блока в АСУ в качестве подсистемы нижнего уровня. Подключение к АСУ осуществляется в соответствии со стандартом RS-485.