Дифференциальная защита трансформатора
2 месяца назад
2 мин.
0
Дифференциальная защита трансформатора: принцип работы, настройки и типовые ошибки
Дифференциальная защита силового трансформатора — основная быстродействующая функция релейной защиты, предназначенная для отключения внутренних коротких замыканий в зоне трансформатора. В статье разобраны принцип действия, измерительные цепи, торможение, блокировка броска тока намагничивания и практические ошибки настройки.
Что такое дифференциальная защита трансформатора
Дифференциальная защита сравнивает токи на вводах и выводах трансформатора. В нормальном режиме сумма токов (после приведения к одной стороне) близка к нулю. При повреждении внутри трансформатора возникает дифференциальный ток, по которому защита формирует команду на отключение.
Какие повреждения отключает дифференциальная защита
Дифференциальная защита трансформатора предназначена для выявления аварий внутри зоны защиты (между измерительными трансформаторами тока на сторонах трансформатора), включая:
- межфазные короткие замыкания в обмотках;
- замыкания на корпус (при наличии достаточного тока повреждения);
- повреждения в выводах и вводах, если они включены в зону;
- межвитковые замыкания (в зависимости от масштаба повреждения и чувствительности).
Важно: внешние короткие замыкания в сети не должны приводить к срабатыванию дифференциальной защиты — для этого используется торможение и корректная настройка.
Принцип работы: дифференциальный ток и ток торможения
Защита вычисляет два базовых параметра:
- дифференциальный ток — разность токов сторон (показатель внутреннего повреждения);
- тормозной ток — ток “сквозного” режима через трансформатор (показатель внешних аварий и режимов с высокими токами).
Логика уставок строится так: чем выше сквозной ток (например, при внешнем коротком замыкании), тем выше должен быть порог срабатывания по дифференциальному току. Это обеспечивает устойчивость защиты.
Измерительные цепи и требования к трансформаторам тока
Дифференциальная защита питается от трансформаторов тока на каждой стороне трансформатора (высшее/среднее/низшее напряжение). Для корректной работы критично:
- правильный выбор коэффициентов трансформации трансформаторов тока;
- правильная полярность вторичных цепей;
- допустимая нагрузка вторичных цепей (чтобы снижать риск насыщения);
- корректность соединений и отсутствие обрывов/плохих контактов.
Ошибки вторичных цепей — одна из главных причин ложных срабатываний или отказа защиты.
Компенсация коэффициента трансформации и группы соединения обмоток
Силовой трансформатор создаёт фазовый сдвиг между токами сторон из-за схемы соединения обмоток и группы соединения. Поэтому токи перед сравнением должны быть:
- приведены по коэффициенту трансформации;
- скорректированы по фазовому сдвигу;
- приведены к сопоставимым вторичным уровням трансформаторов тока.
В современных терминалах релейной защиты компенсация выполняется программно, но требует правильного ввода данных: напряжения, группа соединения, коэффициенты трансформаторов тока.
Блокировка на бросок тока намагничивания
При включении трансформатора возможно появление броска тока намагничивания, который не связан с повреждением, но способен создать значительный дифференциальный ток. Чтобы не допустить ложного отключения, применяют блокировку или распознавание режима намагничивания по признакам формы тока (в том числе по гармоническим составляющим). Практический смысл: защита должна быть чувствительной к внутренним авариям, но устойчивой к включению трансформатора.
Устойчивость при внешних коротких замыканиях и насыщении трансформаторов тока
При внешних коротких замыканиях через трансформатор протекают большие токи. В этот момент трансформаторы тока могут входить в насыщение, что приводит к искажению токов измерения и появлению “ложного” дифференциального тока.
Для устойчивости применяют:
- тормозные характеристики (зависимость порога от сквозного тока);
- дополнительные критерии блокировки/ограничения срабатывания при признаках насыщения трансформаторов тока.
Настройка дифференциальной защиты: что задают в уставках
При настройке обычно задают:
- порог чувствительности по дифференциальному току;
- параметры тормозной характеристики (как растёт порог при увеличении сквозного тока);
- параметры блокировки броска тока намагничивания;
- параметры устойчивости к насыщению трансформаторов тока.
Цель уставок: быстро отключать внутренние повреждения и не срабатывать на включения и внешние короткие замыкания.
Типовые ошибки проектирования и эксплуатации
На практике чаще всего встречаются:
- неправильные коэффициенты трансформаторов тока на сторонах трансформатора;
- перепутанная полярность вторичных цепей;
- неверно заданная группа соединения обмоток в терминале;
- недостаточная устойчивость к насыщению трансформаторов тока;
- некорректная блокировка броска тока намагничивания.
Дифференциальная защита — ключевая функция релейной защиты трансформатора, обеспечивающая минимальное время отключения при внутренних повреждениях. При корректной настройке она работает селективно и устойчиво, дополняя токовую, газовую и температурную защиты.