 |
ТРАНСФОРМАТОР ТОКА В СЕТЯХ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
ПРОТИВОДЕЙСТВИЕ НАСЫЩЕНИЮ ТТ АПЕРИОДИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ТОКА КЗ
 Отсутствие новых методик вынуждает обращаться к устаревшим, отмененным документам, которые не соответствуют современному уровню техники. с этой проблемой вынуждены сталкиваться специалисты различных направлений электротехники и электроэнергетики. Не стала исключением и область цифровой релейной защиты.
Олег Исаакович Баглейбтер полагает, что в такой ситуации разумно обратиться к современному зарубежному опыту. В частности, рекомендации по применению трансформаторов тока в сетях цифровой релейной защиты содержатся в стандарте, разработанном IEEE (международным институтом инженеров по электротехнике и электронике).
Олег Баглейбтер, к.т.н., ведущий инженер отдела РЗиА, AREVA T&D, г. Москва
В российской электроэнергетике всё более широкое распространение получают устройства релейной защиты и автоматики (РЗА) на микропроцессорной (МП) элементной базе. Такие устройства обладают рядом несомненных достоинств, однако их применение может вызывать затруднения у конечных пользователей. Причиной чаще всего является недостаточное понимание специалистами проектных, монтажно-наладочных и эксплуатационных организаций некоторых особенностей этой техники. Одна из таких особенностей - специфические требования к трансформаторам тока (ТТ) и токовым цепям.
При выборе ТТ и сечений токовых цепей многие проектные организации продолжают руководствоваться методикой, изложенной в отмененном РД 34.35.106 "Указания по расчету сечений жил контрольных кабелей в токовых сетях релейной защиты" и [1]. Данная методика, в отличие от зарубежных стандартов IEEE Std C37.110* [2] и IEC 60044-6 [3], не учитывает насыщение ТТ апериодической составляющей тока короткого замыкания, что в ряде случаев может приводить к ложному срабатыванию или отказу МП устройств РЗА.
СУЩНОСТЬ ЯВЛЕНИЯ
В зарубежной литературе влиянию насыщения ТТ апериодической составляющей на работу релейной защиты уделяется пристальное внимание [4-7]. Физически это явление заключается в накоплении магнитного потока в сердечнике ТТ, поскольку отсутствует или уменьшена полуволна обратной полярности, которая в обычных условиях перемагничивает сердечник (рис. 1).
Для расчетов использована авторская упрощенная модель трансформатора тока в среде MATLAB.
Исходные данные для моделирования:
- номинальный вторичный ток трансформатора тока IN = 5 A,
- напряжение насыщения USAT = 260 В действ. (при подаче напряжения на вторичную обмотку),
- ток насыщения I = 0,1 A действ. (при подаче напряжения на вторичную обмотку, т.е. в режиме снятия ВАХ),
- активная нагрузка R = 1 Ом.
Указанное напряжение насыщения обеспечивает линейную трансформацию тока как минимум до 200 В действ., что при нагрузке 1 Ом гарантирует кратность K = 40 без учета апериодической составляющей и остаточной намагниченности.
Для упрощения понимания процесса на трансформатор, как это показано на рис. 1, подается периодическая составляющая тока
IP = 5 A действ. втор. (т.е. номинальный вторичный ток), а также апериодическая
составляющая с максимальным значением
 .
(т.е. равным амплитуде периодической составляющей) и с постоянной времени TA = 0,3 с. Последняя соответствует X / R = 94,25 – отношению индуктивного и активного сопротивления первичной сети, которое определяет скорость затухания апериодической составляющей тока.
Таким образом, как следует из рис. 1, несмотря на малую величину тока, которая в максимуме не превышает трех значений номинального
вторичного тока, трансформатор вошел в режим насыщения.
РЕКОМЕНДАЦИИ СТАНДАРТА
В стандарте [2] содержатся следующие рекомендации по предотвращению насыщения ТТ:
Расчетный режим выбирается индивидуально для каждого типа релейной защиты. Конкретные рекомендации приведены в [2] и в целом соответствуют отечественной методике [1].
* В стандарте IEEE Std C37.110-2007, принятом взамен IEEE Std C37.110-1996, рекомендации по предотвращению
насыщения ТТ апериодической составляющей тока КЗ не изменились.
ЕСЛИ РЕКОМЕНДАЦИИ СТАНДАРТА
НЕВЫПОЛНИМЫ
На практике условие (1) часто невыполнимо, поскольку, например, для мощных генераторов отношение X / R может лежать в пределах 50-100. При этом невозможно обеспечить коэффициент запаса по насыщению, сохраняя разумное сечение токовых цепей и размеры ТТ.
Производители микропроцессорных устройств РЗА учитывают неизбежность насыщения трансформаторов тока и предлагают определенные алгоритмы, гарантирующие нормальную работу реле в этом режиме. Как правило, этим алгоритмам требуется некоторое время от момента возникновения возмущения в системе до момента насыщения ТТ.
Для оценки времени до наступления насыщения TS по фактическому коэффициенту запаса в [2] приводится следующее выражение:
Следует также упомянуть такой параметр, как напряжение точки излома Uk (knee-point voltage), которое задает границы линейной работы ТТ. В [2] напряжение точки излома определяется одним из двух способов:
- как напряжение точки характеристики намагничивания, в которой касательная составляет 45O к оси абсцисс (при логарифмическом масштабе характеристики намагничивания);
- как напряжение на выводах ТТ, увеличение которого на 10 % вызывает увеличение тока намагничивания на 50 %.
Равенство напряжений Uk нескольких ТТ особенно важно для дифференциальной защиты в случае, когда невозможно выполнить условие (1).
ВЫВОДЫ
С одной стороны, рекомендации, приведенные в [2], универсальны и позволяют обеспечить правильную работу релейной защиты, выпущенной любой компанией. С другой стороны, эти рекомендации довольно сложны для повседневного применения, а также не учитывают различные меры, принимаемые производителями для снижения требований к ТТ.
Поэтому многие компании, выпускающие МП устройства РЗА, приводят в соответствующих инструкциях индивидуальные требования к ТТ для каждого отдельного реле. В большинстве случаев соблюдение этих требований гарантирует правильную работу релейной защиты даже при высоких значениях постоянной времени первичной сети.
ЛИТЕРАТУРА
1. Королев Е.П., Либерзон Э.М. Расчеты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. - М.: Энергия, 1980.
2. IEEE Guide for the Application of Current Transformers Used for Protective Relaying Purposes: IEEE Std C37.110-1996*.
3. Instrument Transformers. Part 6: Requirements for Protective Current Transformers for Transient Performance: IEC 60044-6.
4. Cosse R.E., Dunn D.G., Spiewak R.M. CT saturation calculations - are they applicable in the modern world? // P.E. IEEE PCIC conference. - September, 2005.
5. Zocholl S.E., Smaha D.W. Current transformer concepts: [Электронный документ] - www.selinc.com/techpprs/6038.pdf.
6. Kasztenny B., Mazereeuw J., Jones K. CT Saturation in Industrial Applications - Analysis and Application Guidelines: [Электронный документ] - www.geindustrial.com/publibrary/checkout/ 38652.30055.1533.41439/generic/ctsaturation.pdf.
7. Hindle P. J. When numerical generator protection with conventional CT's may let you down // CIGRE SC 34, Colloquium, Sibiu. - September, 10-14, 2001.
| 
|
