Содержание к диссертации
Введение Ю
B.I. Актуальность проблемы Ю
8.2. Общая характеристика проблемы и методов ее решения 16
8.3. Общая характеристика работы 20 Глава первая. Внутренние короткие замыкания
1.1. Виды внутренних коротких замыканий 26
1.2. Неполное витковое замыкание
1.2.1. Общие сведения 33
1.2.2. Схема замещения и методика расчета НВЗ 34
1.2.3. Обобщение результатов расчета НЮ 39
1.3. Полное витковое и межкатушечное замыкания 41
1.3.1. Общие сведения и результаты расчета 41
1.3.2. Схема замещения трансформатора при КЗ в обмотке и учет трехфазноети 46
1.3.3. Токораспределение в автотрансформаторе при КЗ в
последовательной обмотке 51
1.4. Циркулирующие токи в обмотках трансформаторов при внутренних коротких замыканиях 57
1.4.1. Общие сведения 57
1.4.2. Циркулирующий ток в обмотке с вводом в середину 58
1.4.3. Циркулирующие токи в трансформаторах с расщепленными обмотками 66
1.5. Учет активного сопротивления обмоток трансформатора
и сопротивления дуги 79
1.5Л. Эквивалентная постоянная времени силового тран
сформатора для расчета тока короткого замыкания 79
1.5.2. Влияние электрической дуги в обмотке трансформатора на величину и форму аварийного тока - з
1.6. Оценка допустимого времени срабатывания релейной защиты трансформатора при внутреннем КЗ 87
1.6.1. Оценка времени перегорания проводника при КЗ в обмотке трансформатора 88
1.6.2. Влияние времени отключения КЗ на устойчивость электропередачи 90
1.7. Требования к чувствительности и быстродействию релейной защиты при внутренних КЗ трансформаторов 92
1.8. Выводы по главе первой 93
Глава вторая. Бросок намагничивающего тока и перевозбуждение силового трансформатора 96
2.1. Общие сведения о БНТ и ПВ 96
2.2. Параметры трансформатора для расчета БНТ
2.2.1. Индуктивность обмоток насыщенного трансформатора 101
2.2.2. Остаточная индукция в магнитопроводе трансформатора 101
2.3. Математическая модель трансформатора для расчета и формирования БНТ 117
2.3.1. Математическая модель трехфазного трансформатора при БНТ 117
2.3.2. Расчетные виды БНТ 124
2.4. Обобщенная кривая затухания тока включения и ее применения 134
2.4.1. Обобщенная кривая затухания тока включения 138
2.4.2. Применение обобщенной кривой для расчета токов включения силовых трансформаторов и трансформаторных комплексов 143
2.4.3. Применение обобщенной кривой для экспериментального определения параметров силового трансформатора с насыщенным магнитопроводом 155
4 2.5. Воспроизведение (моделирование) БНТ для испытания релей ной защиты 159
2.5.1. Электронная модель на АВМ 159
2.5.2. Резисторно-диодные модели 161
2.5.3. Реакторно-тиристорная модель 166
2.5.4. Трансформаторные модели 168
2.5.5. Сравнение моделей- формирователей БНТ 171
2.5.6. Воспроизведение напряжения на реле при БНТ 174
2.6. Выводы по главе второй 175
Глава третья. Особые режимы преобразовательных трансформаторов
3.1. Общие сведения 178
3.2. Установившиеся токи особых аварийных режимов
1 3.2.1. Однократный режим 185
3.2.2. Длительный режим замыкания "полюс-фаза" выпрямителя без насыщения трансформатора 190
3.2.3. Замыкание "фаза-земля" без насыщения трансформатора 198
3.2.4. Установившиеся токи особых аварийных режимов при насыщении трансформатора 202
3.3. Переходный процесс при насыщении трансформатора 206
3.4 Выводы по главе третьей 211
Глава четвертая. Переходные процессы в трансформаторах тока при особых условиях 212
4.1. Общие сведения 212
4.2. Переходный процесс в трансформаторах тока при БНТ 2 4.2.1. Время идеальной трансформации 219
4.2.2. Время поглощения апериодической составляющей трансформатором тока 220
4.2.3. Характеристики вторичного тока после насыщения ТТ 221
4.2.4. Учет влияния переходного процесса в ТТ при БНТ на параметры релейной защиты 223
-5 4.2.5. Воспроизведение вторичного БНТ при насыщении ТТ 225
4.3. Вторичные токи ТТ в особых режимах преобразовательного
трансформатора 226
4.3.1. Группа "звезда" 227
4.3.2. Группа "треугольник" 229
4.3.3. Анализ селективности дифференциальной защиты трансформатора в особых режимах 233
4.4. Учет влияния внешних магнитных полей на работу электро
магнитных трансформаторов тока 234
4.4.1. Схема магнитной цепи ТТ с учетом влияния внешнего поля 239
4.4.2. Определение параметров расчетной схемы магнитной цепи 244
4.4.3. Электронная модель ТТ с учетом влияния внешнего поля
4.5. Выводы по главе четвертой 249
Глава пятая. Совершенствование релейной защиты трансформаторов с внешними первичными измерительными преобразователями
5.1. Анализ состояния и основные направления совершенствования
релейной защиты трансформаторов 250
5.1.1. Способы распознавания БНТ 251
5.1.2. Способы отстройки от токов небаланса 256
5.2. Выбор параметров срабатывания устройств релейной защиты
с учетом переходных процессов в трансформаторах 261
5.3. Новые способы и устройства распознавания БНТ 265
5.3.1. Принцип построения измерительного органа распознавания с одной входной воздействующей величиной 265
5.3.2. Дифференциальные реле с детектором искажения формы тока 273
5.3.3. Сверхбыстродействующее устройство дифференциальной защиты с использованием напряжения трансформатора 282
5.4. Улучшение отстройки от токов небаланса при внешних КЗ 289
6 5.4.1. Исследование поведения при токах небаланса и улучшение отстройки серийных дифференциальных реле 289
а) Поведение реле РНТ и ДЗТ при импульсных токах неба ланса 289
б) Улучшение тормозных характеристик реле ДЗТ 293
в) Предотвращение излишнего срабатывания дифференциальной защиты трансформатора при аварийных режимах подключенной к нему выпрямительной установки 295
5.4.2. Устройство для блокировки дифференциальной защиты трансформатора с трансформаторами тока новых типов 297
5.4.3. Совершенствование дифференциально-фазных устройств 303
а) Дифференциально-фазный блокирующий орган с новыми измерительными преобразователями тока 303
б) Защитный трансформатор тока с уменьшенной угловой погрешностью в переходных режимах 305
5.5. Устройства релейной защиты трансформаторов с широкой регулировкой напряжения под нагрузкой 308
5.5.1. Импульсное реле защиты преобразовательного трансформатора 308
5.5.2. Устройство релейной защиты последовательного регулировочного трансформатора 313
5.6. Выводы по главе пятой 317
Глава шестая. Релейная защита трансформаторов с встроенными
первичными измерительными преобразователями 320
6.1. Устройства релейной защиты с датчиками насыщения магнито провода трансформатора 321
6.1.1. Принцип действия 321
6.1.2. Датчик напряженности магнитного поля 324
6.1.3. Способы построения устройств дифференциальной защиты
с датчиками напряженности 332
6.2. Устройства релейной защиты с датчиками поля рассеяния 336
6.2.1. Анализ известных устройств 336
6.2.2. Измерительный преобразователь для подключения реле защиты 338
6.3. Защиты трансформатора, реагирующие на циркулирующие токи
в обмотках 344
6.3.1. Устройства для релейной защиты силового трансформа
тора, имеющего обмотку с вводом в середину 345
6.3.2 Устройства для релейной защиты трансформатора с рас
щепленными обмотками 351
6.4. Релейная защита обмоток трансформатора от неполных витко вых замыканий 357
6.4.1. Принцип действия защиты от НВЗ 357
6.4.2. Датчик циркулирующего тока с магнитным торможением 363
6.5. Выводы по главе шестой 373
Заключение 375
Список литературы 382
ПРИЛОЖЕНИЯ ( в отдельном томе)
Приложение I Анализ полученных сведений от специалистов 5
П.І.І. Вопросник для разработки, согласования и утверждения технических требований к защитной, контрольно-измерительной и диагностической аппаратуры силовых трансфор
маторов 5
П. 1.2. Анализ повреждений трансформаторов и функционирования устройств релейной защиты, контроля и диагностики трансформаторов по ответам на "Вопросник" II
Приложение 2. Реактивное сопротивление питающей сети и обмоток насыщенного трансформатора 21
П.2.1. Оценка минимального и максимального значений реактивного сопротивления питающей сети 21
П.2.2. Статистическая оценка реактивного сопротивления питающей сети по данным некоторых энергосистем - 8 П.2.3. Индуктивность обмоток насыщенного трансформатора 29
Приложение 3. Бросок намагничивающего тока силового трансформатора 45
П.З.І. Характеристики однофазного БНТ 45
П .3.2. Оценка "помогающего эффекта" при трехфазном БНТ 51
П.3.3. Некоторые характеристики БНТ, используемые в релейнойзащите мощных трансформаторов 58
П.3.4. Расчет характеристик блока нелинейности и параметров настройки блока управления реакторно-тиристорной модели БНТ 67
Приложение 4. Перевозбуждение трансформаторов и требования к функционированию релейной защиты 73
П.4.1. Перевозбуждение и зашита от него 73
П.4.2. Требования к функционированию дифференциальной защиты при перевозбуждениях 75
П.4.3. Формирование намагничивающего тока трансформатора при его перевозбуждении 82
Приложение 5. Особые режимы преобразовательных трансформаторов 85
П.5.І. Замыкание на землю произвольной точки вентильной обмотки 85
П .5.2. Анализ поведения дифференциальной защиты с реле РНТ и
ДЗТ при насыщении трансформатора в особом режиме 87 П.5.3. Учет влияния синхронного компенсатора на токи особых режимов 91
Приложение 6. Совершенствование релейной защиты трансформаторов
П.6.1. Основные положения по оценке функционирования релейной защиты силового трансформатора с учетом переходных режимов 96
П.6.2. Устройство бесконтактное УБ. Выписка из технического описания Н
Введение к работе
B.I. Актуальность проблемы
Решениями ХХУІ съезда КПСС предусмотрено интенсивное количественное и качественное развитие электроэнергетики - одной из базовых отраслей индустрии [і] . В одиннадцатой пятилетке предусматривается строительство и ввод в действие крупных атомных, гидравлических и тепловых электростанций общей мощностью 71 млн. киловатт [2] , ввод в действие первой очереди линии электропередачи постоянного тока напряжением 1500 киловольт Экибастуз-Центр и линии электропередачи переменного тока напряжением 1150 киловольт Экибастуз-Урал. Обязательной составной частью всех этих сооружений являются мощные трансформаторы и автотрансформаторы высоких классов напряжения. С увеличением мощностей электростанций и электропередач возрастают единичные мопщости и класс напряжения трансформаторов.
Определение "мощный1 в данной работе относится к трансформаторам (автотрансформаторам) мощностью 25-63 МВ А и более, для которых в ПУЭ-76 [3], Ш-2-2І, п.4, установлена верхняя граница рекомендованных значений тока срабатывания дифференциальной защиты, помимо требования проверки чувствительности при коротких замыканиях на выводах. Трансформаторы мощностью 25-150 МВ А на электростанциях относятся к оборудованию группы Б, а мощностью 180 MB А и более - к группе А .
Статистика показывает, что с ростом класса напряжения и мощности трансформаторов растет параметр потока отказов ( по [4 J -с 0,009 1/год при НО кВ до 0,103 1/год при 500 кВ ), абсолютный и относительный народнохозяйственный ущерб от повреждений трансформаторов. Снижение ущерба от аварийных повреждений мощных трансформаторов имеет важное народнохозяйственное значение.
Возможны следующие основные взаимосвязанные направления для до-стижения этого результата (см. рис. B.I):
повышение надежности на стадиях конструирования и изготовления ;
совершенствование системы технического диагностирования (оценки состояния), способной фиксировать начальную стадию развивающихся повреждений и прогнозировать надежность трансформатора в процессе эксплуатации ;
совершенствование системы релейной защиты (РЗ), отключающей трансформатор от энергосистемы при возникновении короткого замыкания (КЗ) и действующей на отключение или на сигнал при опасных анормальных режимах ;
применение систем автоматического пожаротушения.
Работы в этих направлениях непрерывно ведутся многими предприятиями и организациями Минэлектротехпрома, Минэнерго, Минвуза и других министерств.
Эффективность системы диагностирования определяется ее комплексностью и степенью автоматизации. В эксплуатации необходимо контролировать : электрическое и механическое состояние изоляции обмоток, отводов, переключателей, магнитопроводов, конструкционных частей ; исправность схемы заземления активных частей ; характеристики трансформаторного масла; нагрев контактов и токоведущих частей; остаточные деформации и состояние запрессовки обмоток,вибрации ; возникновение неисправностей вспомогательных систем и пр. Не все из требуемых измерений можно проводить в настоящее время без вывода трансформатора из работы. Те же параметры, которые можно измерять на работающем трансформаторе, позволяют оценивать надежность с очень низкой достоверностью [5] . Несмотря на успехи в разработке методов и средств диагностирования развивающихся повреждений путем анализа растворенных в масле газов, измерения и локации частичных разрядов в условиях эксплуатации, измерения под напряжением диэлектрических характеристик, контроля теплового режима и т.д., совершенствование системы технического диагностирования, намеченное до 1990 года в "Координационном плане НИР, ОКР, внедрения защитной и диагностической аппаратуры для силовых трансформаторов" (Запорожье, 1982 г.), не может в ближайшие годы повлиять на снижение требований к системам релейной защиты и пожаротушения.
Системы автоматического пожаротушения могут запускаться от устройств релейной защиты или специальных устройств обнаружения пожара. Применение специальных устройств практически исключает излишние запуски, но создает задержку подачи управляющего воздействия. Если опыт эксплуатации покажет, что задержка будет приводить к снижению эффективности пожаротушения (это, вообще говоря, характерно для противоаварийной автоматики [б]), то может оказаться целесообразным осуществлять комбинированный запуск, используя дополнительно устройства релейной защиты от коротких замыканий, приводящих к пожарам с наибольшей вероятностью. Повышение чувствительности и быстродействия релейной защиты снижает вероятность возникновения пожара вследствие КЗ в обмотках, но практически не влияет на нее при КЗ на вводах. Поэтому от системы релейной защиты трансформатора может дополнительно потребоваться распознавание КЗ в обмотках и на вводах. Необходимость применения систем автоматического пожаротушения при КЗ в обмотках тем меньше, чем совершеннее системы технического диагностирования и релейной защиты.
Система релейной защиты трансформатора имеет два назначения: основное - автоматическое без выдержки времени отключение трансформатора от энергосистемы при возникновении внутреннего КЗ и дополнительное - сигнализация и отключение трансформатора с выдержкой времени при возникновении опасного ненормального (анормального) режима работы [7J, стр. 9. Дополнительное назначение релейной защиты соответствует основному назначению автоматической диагностики и в дальнейшем рассматриваться не будет. В данной работе не рассматриваются также устройства релейной защиты, использующие, как и устройства диагностирования, неэлектрические принципы, например, газовая защита. Неэлектрические устройства, как правило, действуют с временем, большим, чем электрические устройства достаточно совершенной основной защиты и поэтому выполняют, по-существу, функции ближнего резервирования.
Анализ повреждений трансформаторов по материалам организаций Минэнерго и Минэлектротехпрома, занимающихся исследованием при - 15 чин аварийности трансформаторов, говорит о том, что большая часть отказов трансформаторов обусловлена короткими замыканиями. Так например, BJ8J на стр. 7 приведены статистические данные по повреждениям отечественных крупных трансформаторов напряжением 220-500 кВ за 1963-1973 г.г., в которых указывается, что количество повреждений, вызванных нарушением электрической прочности, составляют 51,9 % от общего количества повреждений. Стоимость ремонта мощного трансформатора, повредившегося в результате внутреннего короткого замыкания и отключенного релейной защитой (газовой, дифференциальной или обеими), в среднем составляет 60-65$, а в некоторых случаях приближается к оптовой цене трансформатора, время аварийного ремонта [9], табл. 8-5, с. 262,и [ioj, табл.23-8, с.17,существенно превышает норму простоя в планово-предупредительном капитальном ремонте. Обусловлено это тем, что при существующей релейной защите ремонт трансформатора после внутреннего короткого замыкания требует, как правило, смены всех обмоток. При пожаре трансформатор вообще ремонту не подлежит. Кроме того, обследование поврежденных трансформаторов не выявляет первоначальную причину повреждения из-за большого объема разрушений, т.е. не позволяет внести необходимые изменения в конструкцию трансформатора, повышающие его надежность, без существенного изменения стоимости.
Повышение эффективности функционирования релейной защиты трансформаторов обеспечивает экономический эффект по следующим составляющим :
уменьшение затрат на ремонт благодаря ограничению объема разрушения защищаемого трансформатора пределами 1-2 катушек, требующего при ремонте замены этих катушек, а не всех обмоток трансформатора, как при существующей релейной защите;
уменьшение затрат на транспортировку к месту ремонта и об - 16 ратно благодаря возможности во многих случаях выполнять ремонт не на заводе-изготовителе, а на ремонтных предприятиях Минэнерго ;.
уменьшение ущерба за счет сокращения времени ремонта трансформатора, времени простоя энергоблока при повреждении блочного трансформатора, а в общем случае - времени отклонения режима энергосистемы от оптимального ;
повышение максимальной мощности электропередачи или снижение объема разгрузки по условию обеспечения устойчивости при коротких замыканиях благодаря повышению быстроты срабатывания релейной защиты;
своевременное внесение изменений в конструкцию трансформатора, повышающих его надежность, благодаря возможности выявления причин повреждения при отключении трансформатора в начальной стадии возникновения КЗ , что особенно важно в период приработки уникального оборудования.
Приведенная оценка основных направлений снижения ущерба от аварийных повреждений мощных трансформаторов показывает, что совершенствование релейной защиты от внутренних коротких замыканий является актуальной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.
В.2 . Общая характеристика проблемы и методов ее решения
Релейная защита от внутренних КЗ трансформатора должна правильно функционировать в аварийных и анормальных режимах. К аварийным режимам относятся все виды внутренних КЗ, к анормальным -броски намагничивающего тока (БНТ), перевозбуждения (ПВ), внешние КЗ, в том числе особые аварийные режимы подключенных к трансформатору преобразовательных установок. В этих режимах первич - 17 ные измерительные преобразователи могут работать с большими погрешностями, что также необходимо учитывать. При определении характеристик внутренних КЗ, вообще говоря, должна решаться нелинейная трехмерная полевая задача; при исследовании анормальных режимов с насыщением магнитопроводов силовых и измерительных трансформаторов решается задача расчета переходных процессов в нелинейных магнитных и электрических цепях. Требования к функционированию РЗ (нормы функционирования) могут быть выработаны только после теоретического обобщения результатов расчетов, экспериментальных исследований и испытаний . Большое число факторов делает задачу обобщения полученных результатов достаточно сложной.
Разработка более совершенных устройств РЗ трансформатора, которые должны по-разному функционировать в труднораспознаваемых режимах, представляет собой сложную многовариантную задачу. Сложность рассматриваемой проблемы в научном отношении является причиной большого числа научных работ - многих сотен статей и изобретений, десятков кандидатских диссертаций, защищенных в нашей стране за прошедшие 10-15 лет. В их числе четыре кандидатские диссертации, выполненные при научной консультации автора инженерами Бердовым Г .В. (1971), Тарамалы Б .Д. (1975), Серединым М .М. (1979), Аллилуевым В.А. (1979). Научно-исследовательские и конструкторские работы по рассматриваемой проблеме ведутся за рубежом - в Японии, США, странах Европы.
Большое количество разработок с внедрением лишь единичных экземпляров говорит о том, что результаты научного поиска до сих пор не удовлетворяют энергетику или электротехническую промышленность. Одна из причин такого положения - стремление решить проблему путем наращивания количества используемых признаков идентификации анормальных и аварийных режимов, приводящего к усложнению устройств. Это обеспечивает повышение эффективности функционирования, но до определенного предела. При этом аппаратная надежность достигается использованием встроенных средств непрерывного диагностирования и введением аппаратурной избыточности, что еще более усложняет устройство релейной защиты в целом.
Автором реализуется новый подход к решению проблемы, который заключается в следующем - задачи релейной защиты должны учитываться на стадии проектирования трансформаторов и решаться совместно энергетиками и трансформаторостроителями. Межотраслевая творческая кооперация позволяет изменить качественно структуру релейной защиты, резко упростить ее, повысить эффективность функционирования и одновременно аппаратную надежность за счет незначительного изменения конструкции трансформатора, практически не требующего затрат, если выполняется на стадии проектирования трансформатора. Этот подход является проявлением тенденции, подчеркнутой на ХХУІ съезде КПСС : "Тесная интеграция науки с производством - настоятельное требование современной эпохи Hfl] , стр. 44 .
Локальные абсолютно селективные устройства РЗ трансформаторов, разработанные автором с участием сотрудников ПО Запорожтрансфор-матор и конструкторов ВИТ, обладают на порядок более высокой чувствительностью и быстродействием, чем существующие устройства.. С точки зрения перспективы развития автоматизации и релейной защиты энергосистем и перехода на микропроцессорную базу, они: лред-назначены для нижней ступени подсистемы противоаварийной автоматики и , выполняя самостоятельные функции, одновременно будут служить датчиками информации для верхних ступеней.
При разработке норм функционирования релейной защиты силового трансформатора, которые ранее отсутствовали, автор учитывал мнения специалистов и организаций, занимающихся эксплуата - 19 цией, наладкой, проектированием, разработкой релейной защиты трансформаторов, а также специалистов и организаций, эксплуатирующих, разрабатывающих и испытывающих силовые трансформаторы . Для выяснения этих мнений в 1980 году был разослан "Вопросник" (см.приложение П.І.І) 65-ти организациям Минэнерго, Минэлектро-техпрома и Минвуза; получено 15 ответов, анализ которых приведен в приложении П Л .2.
Многие вопросы, отраженные в диссертации, разрабатывались по заданию производства : Новочеркасского электровозостроительного завода (НЭВЗ), ВГПИ и НИИ "Энергосетьпроект", ВГПИ "Теплоэлек-тропроект", Ставропольэнерго, Днепроэнерго, Краснодарэнерго, ПО Запорожтрансформатор, ЦДУ ЕЭС СССР, Всесоюзного научно-исследовательского института релестроения (ВНИИР). Значительная часть диссертации выполнена в соответствии с решением Научно-технической комиссии ГКНТ СМ СССР "0 планах научно-исследовательских работ в области релейной защиты и линейной автоматики на 1976-1930 г.г.? утвержденным 12.03.76 Зам .Председателя тов. Алексенко Г.В. ( по научно-технической проблеме 0.01.06 ГКНТ). На основании письма ГКНТ №11-9 от 7.01.1977 Главным управлением НИР Минвуза РСФСР письмом № II-35-17/II-18 от 09.03.77 было дано указание Новочеркасскому политехническому институту о выполнении работ по важнейшей тематике, куда вошли :
1.1. Исследование переходных процессов в дифференциальных защитах с новыми трансформаторами тока ;
1.2. Разработка усовершенствованных защит трансформаторов.
Ответственным исполнителем и руководителем указанных работ был автор.
Конструкторская разработка и внедрение новых защит трансформатора, реагирующих на циркулирующие токи и реагирующих на изменение поля рассеяния на поверхности стержня, а также разработка на их
- 20 основе устройств диагностирования деформации и смещения обмоток предусмотрены в "Координационном плане НИР ,0КР, внедрения защитной и диагностической аппаратуры для силовых трансформаторов" (Запорожье, 1982 г.).
Большое внимание в своей научно-исследовательской работе автор уделял внедрению ее результатов в промышленность. Это направление работы весьма актуально, поскольку, как было отмечено на ХХУІ съезде партии : "Решающий ,наиболее острый участок сегодня - внедрение научных открытий и изобретений " [і] , с. 43 . Однако, описание экспериментов и испытаний новых устройств РЗ в энергосистемах не вошло в данную работу из-за ограниченности ее объема, даны лишь ссылки на опубликованные результаты.
Автор является учеником проф., д.т.н. Дроздова А.Д., который в течение 20 лет оказывал решающее влияние на формирование взглядов автора и методологии, нашедших отражение в данной работе.
В.З. Общая характеристика работы
Цель работы. Повышение технического совершенства релейной защиты от внутренних коротких замыканий мощных трансформаторов, находящихся в эксплуатации и проектируемых для энергосистем, на основе теоретического обобщения результатов исследований аварийных и анормальных режимов трансформатора, процессов во внешних и встроенных первичных измерительных преобразователях и устройствах релейной защиты в этих режимах.
Теоретические результаты и новиз н а .
I. Впервые установлены существенные для релейной защиты мощного трансформатора детерминированные связи : между током короткого замыкания и циркулирующими токами в обмотках трансформаторов различных типов; между местом короткого замыкания в обмот - 21 ках автотрансформатора и направлением аварийных составляющих тока на его сторонах; между энергией электрического поля обмотки трансформатора в момент отключения от сети и остаточной индукцией в магнитопроводе.
2. Выявлены, обоснованы и представлены в виде норм функционирования границы количественных характеристик анормальных и аварийных режимов трансформатора, определяющие качественно различный характер функционирования релейной защиты.
3. Предложен и разработан новый метод обобщения результатов исследований существенных для релейной защиты переходных процессов в нелинейных цепях энергосистем, основанный на использовании асимптотического представления по малому параметру.
4. Сформулирован принцип структурной отстройки релейной защиты трансформатора от режимов с требованием несрабатывания и разработаны новые способы его реализации, обеспечивающие качественный скачок технического совершенства релейной защиты трансформаторов.
Практическая.ценность .
1. Обобщенное представление результатов исследований легло в основу простых и надежных инженерных методик, позволяющих достоверно рассчитывать параметры срабатывания устройств релейной защиты трансформатора с учетом переходных режимов и оценивать принципы построения этих устройств.
2. Новые способы и устройства распознавания аварийных и анормальных режимов трансформатора обеспечили возможность повышения технического совершенства релейных защит, находящихся в эксплуатации, путем их модернизации, и разработки новых более совершенных релейных защит с внешними первичными измерительными преобразователями.
3. Выявление новых закономерностей и детерминированных связей между возникновением короткого замыкания в обмотках и его проявлениями позволило создать на основе принципа структурной отстройки релейную защиту с встроенными первичными измерительными преобразователями для вновь проектируемых мощных трансформаторов, обладающую 100%-ной защитоспособностыо и сверхбыстродействием.
4. Народнохозяйственная значимость работы заключается в эффективном снижении ущерба от аварийных повреждений мощных трансформаторов и повышении надежности работы энергосистем.
Реализация результатов работы.
Рекомендации и методика выбора параметров срабатывания устройств релейной защиты по условию отстройки от броска намагничивающего тока использованы в Руководящих указаниях по релейной защите, выпуски 9,10,12.
"Основные положения по оценке функционирования релейной защиты силового трансформатора с учетом переходных режимов" согласованы с головными НИИ Минэлектротехпрома и Минэнерго СССР в качестве материала, дополняющего технические требования к устройствам релейной защиты силовых трансформаторов и автотрансформаторов мощностью 25 MB А и более классов напряжения НО кВ и выше.
Уточнение технических требований к защите преобразовательных трансформаторов" одобрено ГлавНИИпроектом Минэнерго СССР и рекомендовано к использованию при разработке защит электропередачи постоянного тока "Экибастуз-Центр".
По рекомендациям работы выполнена реконструкция нулевых выводов генераторов Днепровской ГЭС-2 им. В.И.Ленина .
Устройство бесконтактное" /БУ/, являющееся универсальной полупроводниковой приставкой к реле РНТ-560 и ДЗТ-І0 и обеспечивающее повышение технического совершенства эксплуатируемых релейных защит силовых трансформаторов, блоков генератор-трансформатор, сборных шин и мощных электродвигателей, внедрено в серийное про - 23 изводство на Рижском заводе "Энергоавтоматика". Расчетная экономическая эффективность от внедрения 100 шт. УБ в энергосистемах - 64,7 тыс.руб.
Модернизированное реле РНТМ выпущено опытно-промышленной партией Чебоксарским электроаппаратным заводом и установлено в эксплуатацию на Краснодарской ТЭЦ для дифференциальной защиты силовых трансформаторов, блоков генератор-трансформатор, сборных шин 220 кВ и мощных электродвигателей. Расчетный экономический эффект, утвержденный ЦДУ ЕЭС СССР, от внедрения годового выпуска 500 шт. реле составляет 1,585 млн.руб.
Защита трансформаторов с выпрямительными установками для плавки гололеда эксплуатируется в Ставропольэнерго на пяти подстанциях 330 кВ. Действительный экономический эффект на каждой подстанции - 20 тыс.руб.
Поперечная дифференциальная радиозащита двухцепной ЛЭП, выполненная по принципу защиты от неполных витковых замыканий в обмотке трансформатора, внедрена в опытную эксплуатацию в РЭУ Гроз-энерго. Годовой экономический эффект - 14,85 тыс.руб.
Установка защит типа ЗТЦ, реагирующих на циркулирующие токи в обмотках трансформатора, предусмотрена в проектах трансформаторов ТДЦ-400000/330 , ОРЦ-4І7000/ЇІ50,ОДЦНП-320000А 750. Трансформатор ТДЦ-400000/330 изготовлен по измененному проекту в 1982 году Запорожским трансформаторным заводом, прошел испытания и установлен на Славянской ГРЭС Донбассэнерго. Защиты типа ЗТЦ включены в состав "Комплектных устройств релейной защиты блоков генератор-трансформатор с генераторами единой серии", разрабатываемых ВНИИР по заявке Минэнерго СССР. Годовой экономический эффект от применения релейной защиты ЗТЦ на 17-ти блочных трансформаторах электростанций, согласованный с Главтехуправлением и утвержденный ГлавНИИцроектом Минэнерго СССР,составляет 633,8т.руб.
Основные положения, которые выносятся на защиту:
I. Методы теоретического обобщения исследований аварийных и анормальных режимов для разработки требований к техническому совершенству релейной защиты мощных трансформаторов энергосистем: математические модели трансформатора для расчета внутренних коротких замыканий различных видов, а также модели трансформатора и трансформаторных комплексов для расчета и формирования бросков намагничивающего тока;
методы определения параметров трансформатора, используемых в расчетах аварийных и анормальных режимов ;
метод обобщенного представления результатов исследования переходных процессов в нелинейных цепях энергосистем при насыщении силовых трансформаторов, трансформаторных комплексов, трансформаторов тока и при аварийных режимах преобразовательных установок, основанный на использовании решения порождающей задачи и асимптотики по малому параметру ;
методика исследования поведения реле различных типов и выбора параметров срабатывания по условию отстройки от броска намагничивающего тока ;
обоснование норм функционирования релейной защиты мощных трансформаторов энергосистем.
2. Новые, существенные для релейной защиты закономерности и детерминированные связи между внутренним коротким замыканием и его проявлениями в виде :
увеличения циркулирующих токов в обмотках трансформаторов различных типов ;
перемены знака аварийной составляющей тока на стороне СН автотрансформатора при коротком замыкании в последовательной обмотке;
изменения картины поля рассеяния вблизи поверхности стержня трансформатора.
3. Новые способы и устройства повышения технического совершенства релейной защиты трансформаторов различных типов с внешними первичными измерительными преобразователями.
4. Новые способы и устройства релейной защиты трансформатора, обеспечивающие 100%-ную защитоспособность и сверхбыстродействие, на основе реализации принципа структурной отстройки и использования встроенных первичных измерительных преобразователей :
датчиков напряженности магнитного поля на поверхности стержня;
измерительной обмотки радиальной составляющей поля рассеяния между поверхностью стержня и обмотками трансформатора;
датчика циркулирующего тока с магнитным торможением;
трансформаторов тока обычного типа, встраиваемых на выводах обмоток трансформатора в контур циркулирующего тока .
