Задача противодействия насыщению ТТ значительно шире

Года Нудельман, к.т.н., генеральный директор ОАО «ВНИИР», профессор ЧГУ, г. Чебоксары

Станислав Кужеков, д. т. н., профессор ЮРГТУ (НПИ), г. Новочеркасск

Вопрос, затронутый в обсуждаемой статье, на наш взгляд, требует более глубокого рассмотрения. Автор статьи не предложил специальных мер по противодействию насыщению трансформаторов тока (ТТ) в переходных режимах, а говорил только о выборе нагрузки на ТТ, при которой последний не насыщается в переходном режиме.
Путем моделирования переходного режима работы ТТ при номинальном токе с максимально возможной при этом апериодической составляющей автор получил осциллограмму, иллюстрирующую возможность насыщения ТТ. Сведения, сообщенные читателям, общеизвестны и совсем не затрагивают специальных мер по противодействию насыщению ТТ в переходных режимах.
Противодействие насыщению электромагнитного ТТ в переходных режимах может достигаться не только выбором нагрузки на него, но и путем размагничивания магнитопровода, особого построения ТТ (трансформация полуволн тока), введения немагнитного зазора, применения магнитопровода с частичным зазором и др. Имеется также целый класс преобразователей тока, например, оптикоэлектронных, свободных от свойства насыщения в переходных режимах. Это фактически целое направление работ, которое пока не получило должного развития в электроаппаратостроении нашей страны.
Обеспечение правильной работы устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) при насыщении ТТ, о чем говорит автор, также является специальной задачей. В частности, в дифференциальных защитах выбор параметров тормозных характеристик производят с учетом погрешностей ТТ (тормозные характеристики в виде ломаных линий).
В ряде случаев применяют фазово е торможение или дифференциально-фазный принцип. Эту задачу решают также либо путем использования специальных алгоритмов, учитывающих особенности трансформации вторичного тока ТТ (участки достаточно точной трансформации), либо путем компенсации погрешностей ТТ. Устройства компенсации погрешностей ТТ в переходных режимах пока также не получили должного применения.

ИСТОРИЯ ВОПРОСА В СССР

Автор статьи говорит о пристальном внимании, которое за рубежом в настоящее время уделяется влиянию насыщения ТТ на работу устройств РЗА. Однако стоит отметить, что этому вопросу уделялось «пристальное внимание» в нашей стране в 60–80-х годах прошлого века. Проблемам работы ТТ в переходных режимах КЗ было посвящено большое число работ наших специалистов (И. М. Сирота, А. Д. Дроздов, В. Е. Казанский, Л. В. Багинский, В. И. Новаш и их ученики).
Этим вопросом занималась и комиссия при ГКНТ СССР по релейной защите и автоматике во главе с А. М. Федосеевым. Институтом электродинамики АН УССР и ЗЗВА (г. Запорожье) были разработаны и внедрены ТТ напряжением 750 кВ и 1150 кВ с немагнитным зазором, устойчивые против насыщения в переходных режимах.
Примерно в 1965 г. В. Е. Казанским и К. С. Дмитриевым были опубликованы универсальные характеристики ТТ с прямоугольной характеристикой намагничивания (ПХН) в установившемся режиме КЗ, положенные в основу расчета нагрузок на ТТ Э. М. Либерзоном и Е. П. Королевым. В 70-х годах прошлого века были разработаны системы универсальных характеристик ТТ в переходных режимах, опубликованные, в частности, в журнале «Электричество» и в книгах по защите шин и электродвигателей.
Хотя вопросы выбора ТТ по параметрам переходного режима не вошли в отечественные стандарты по ТТ, это не означает, что переходные режимы работы ТТ нашими специалистами не учитывались. Был разработан циркуляр по обеспечению правильной работы дифференциальной защиты с реле ДЗТ–21 пускорезервных трансформаторов собственных нужд АЭС в режимах самозапуска электродвигателей с учетом переходных режимов работы ТТ, построены обобщенные кривые токов небаланса дифференциальных защит в переходных режимах и на их основе разработаны методики расчета уставок дифференциальных защит электродвигателей с учетом переходных режимов работы ТТ, вошедшие в типовые работы проектных организаций ТЭП и ТПЭП и т.д.

Может возникнуть вопрос: почему же результаты теории работы ТТ в переходных режимах не учитываются в отечественных стандартах по ТТ?
По этому поводу можно сказать следующее. Первый «шум» о насыщении ТТ в переходном режиме работы возник в 60-е годы прошлого века после случая неправильной работы дифференциальной защиты на Братской ГЭС. Была выявлена причина неправильной работы – пробой изоляции на промежуточной ступени каскадного ТТ напряжением 500 кВ, возникший вследствие волновых процессов после отключения КЗ, что было исключено путем установки разрядника на указанной ступени.
В дальнейшем насыщение ТТ в переходных режимах в ряде случаев вызывало отключения оборудования из-за неправильных действий устройств РЗА. В частности, неправильная работа дифференциальных защит имела место при переходных электромеханических процессах пуска и самозапуска электродвигателей. Следует отметить, что указанные процессы, в отличие от КЗ, не являются редкими событиями и в них более часто проявлялось влияние насыщения ТТ в переходных режимах.
Однако вводить повышенные требования к ТТ в части исключения насыщения их в переходных режимах в СССР было признано экономически нецелесообразным, так как процент правильных действий РЗА по данным ОРГРЭС был достаточно высок. Значение вероятности возникновения значительного относительного содержания апериодической составляющей в токе КЗ так и осталось предметом дискуссий. Большинство защит, исключая дифференциальные, в переходных режимах только замедляются в срабатывании на время, обычно не превышающее двух постоянных времени затухания апериодической составляющей, а не действуют неправильно.
Поэтому было принято, что в новых разработках РЗА следует учитывать насыщение ТТ в переходных режимах и, в частности, новые дифференциальные защиты должны правильно действовать при полной погрешности ТТ, равной 80%. Разработки быстродействующих дифференциальных защит шин, трансформаторов, автотрансформаторов, блоков генератор – трансформатор, генераторов и электродвигателей в СССР велись с учетом возможности полной погрешности ТТ в переходном режиме, равной 80% (ВНИИР, НПИ, НЭТИ, киевский Институт автоматики и др.).
Следует отметить, что рекомендации по выбору уставок микропроцессорных дифференциальных защит ABB, разработанные ООО «АББ Автоматизация» и ОАО «ВНИИР» с участием проф. А. М. Дмитренко (ЧГУ) с использованием опыта эксплуатации реле ДЗТ-21, учитывают существенное увеличение погрешностей ТТ в переходных режимах и обеспечивают их правильное действие при насыщении ТТ.
То, что зарубежные авторы уделяли и уделяют серьезнейшее внимание проблеме обеспечения правильной работы защит шин в условиях глубокого насыщения ТТ, подтверждается фактом разработки и применения алгоритмов, реализующих правильную работу защит с быстродействием порядка полупериода промышленной частоты в условиях, когда участки точной трансформации тока могут быть не менее 2 мс (например, защиты RED 521, REB 670). Подобные результаты обеспечивают разработки отечественной фирмы ООО «ИЦ Бреслер».

О ПОГРЕШНОСТЯХ ТТ

Приведенные автором статьи математические выражения не учитывают наличия остаточной индукции в магнитопроводе ТТ и записаны для предельного случая – активного характера нагрузки на ТТ. В этих формулах неявно выражена кратность тока КЗ, что может ввести читателя в заблуждение. Указанные выражения приведены в ряде работ отечественных авторов, включая публикации авторов данных строк. Формула на с. 67 (см. «Новости ЭлектроТехники» № 5(53) 2008. – Ред.) также общеизвестна – она представляет собой выражение для определения первого момента насыщения ТТ в переходном режиме при максимальном содержании апериодической составляющей без учета остаточной индукции в магнитопроводе ТТ.
В материале совсем не затронута закономерность трансформации вторичного тока ТТ в переходном режиме, на которой основаны алгоритмы функционирования быстродействующих дифференциальных защит многих фирм. Однако она положена в основу универсальных характеристик ТТ в переходных режимах работы, позволяющих проводить анализ поведения РЗА в переходных режимах с учетом насыщения ТТ.
По нашему мнению, не всегда можно стать на позицию автора статьи и не допускать повышенных погрешностей ТТ в переходных режимах. Это потребовало бы в большинстве случаев освоения и выпуска ТТ с сердечниками для измерений и РЗА, коэффициенты трансформации которых отличались бы в 10 и более раз. При этом возникла бы необходимость замены большого количества ТТ на действующих электростанциях и подстанциях, что представляет собой значительную технико-экономическую задачу. Поэтому должно развиваться и другое направление работ – разработка устройств РЗА, практически нечувствительных к погрешностям ТТ в переходных режимах.

ВЫВОДЫ

Задача, затронутая автором, значительно шире, чем представлена в статье. Обеспечить отсутствие насыщения электромагнитных ТТ с немагнитным зазором в магнитопроводе в переходном режиме при постоянной времени затухания апериодической составляющей, равной 0,3 с (КЗ на шинах мощных электростанций), значит выбирать сопротивление нагрузки на них примерно в 100 раз меньшее, чем по условию 10%-ной погрешности в установившемся режиме. Это определяет необходимость увеличения в 100 раз сечений жил контрольных кабелей, фактически являющихся нагрузкой во вторичных цепях ТТ. Выполнить такое условие можно далеко не всегда, о чем прямо и должен был сказать автор статьи. Правда, в ряде случаев это условие можно и реализовать, но следует ли?
Представляется также, что дифференциальная защита шин, не рассчитанная на условия работы с повышенными погрешностями ТТ в переходных режимах, вряд ли может получить широкое распространение как в России, так и в других странах.