RU2642445C2

RU2642445C2 - Device for determining turn-to-turn short circuits in power transformer windings with switching without excitation

Info

Publication number: RU2642445C2
Application number: RU2016111588A
Authority: RU
Inventors: Сакен Койшыбаевич Шерьязов; Андрей Владимирович Пятков
Priority date: 2016-03-28
Filing date: 2016-03-28
Publication date: 2018-01-25
Also published as: RU2016111588A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: device contains current transformers, included into the phase break of the power circuit of the three-phase network, connected to the electric plant. The transformers are interconnected in delta circuit on the sides of the electric plant, forming a differential protection circuit, current circuits and a differential relay with the first and second compensating and differential windings, located on the same core leg and interconnected. The polar terminals of current transformers of different phases and sides of the electric plant are connected to one differential relay. To determine the turn-to-turn short circuit in the windings of the auto-type transformer winding ends are provided. The winding ends have respective digital marking in the number of the changer taps without excitation of the power transformer and allow increasing or decreasing the transformation ratio of the auto-type transformer depending on the changer tap without excitation of the power transformer. The terminals are fitted with pads for changing the turns of the adjustable winding in the number of the transformer phases. Each pad is a metal plate of at least 2.5 mm in cross-section, attached with its one end to the terminal of the dielectric plate, and with the other end to one of the terminals of the adjustable winding of the auto-type transformer, located on the same dielectric plate. The pad is fixed on the terminals of the auto-type transformer.

EFFECT: increase in the sensitivity to turn-to-turn short circuits and elimination of the influence of higher harmonics.

2 cl, 1 dwg

Description

Настоящее техническое решение относится к области электротехники, а именно к устройствам защиты силовых трансформаторов, и может быть использовано для определения витковых замыканий в обмотках силовых трансформаторов напряжением 10/0,4 кВ и 6/0,4 кВ с переключением без возбуждения (ПБВ).This technical solution relates to the field of electrical engineering, namely, power transformer protection devices, and can be used to determine coil faults in the windings of power transformers with a voltage of 10 / 0.4 kV and 6 / 0.4 kV with switching without excitation (PBB).

Областью применения является защита силовых трансформаторов напряжением 10/0,4 и 6/0,4 кВ, эксплуатируемых в электрических сетях.The scope is the protection of power transformers with a voltage of 10 / 0.4 and 6 / 0.4 kV, operated in electrical networks.

В качестве аналога, с точки зрения конструктивного исполнения, рассматривается электромагнитное реле дифференциальной защиты РНТ-565 [Н.В. Чернобровов., В.А. Семенов. Релейная защита энергетических систем. – М.: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с.]. Реле дифференциальное без торможения, серии РНТ-565, состоящее из трехстержневого с глубоким насыщением трансформатора и исполнительного органа (реле типа РТ-40/0,2). Трансформатор имеет три первичные обмотки (рабочую и две уравнительные обмотки), одну вторичную и одну короткозамкнутую обмотку. Первичные обмотки включаются в токовые цепи релейной защиты, а вторичная обмотка питает исполнительный орган. Короткозамкнутая обмотка уменьшает трансформацию периодической составляющей тока в исполнительный орган. Ток срабатывания реле РНТ-565 регулируется изменением числа витков первичных обмоток. Токи, поступающие в первичные обмотки реле, трансформируются во вторичную обмотку, и при достижении уставки исполнительный орган срабатывает.As an analogue, from the point of view of the design, the electromagnetic relay of differential protection RNT-565 is considered [N.V. Chernobrovov., V.A. Semenov. Relay protection of energy systems. - M .: Energoatomizdat, 1998. - 800 p.]. Differential relay without braking, RNT-565 series, consisting of a three-rod transformer with deep saturation and an actuator (relay type RT-40 / 0.2). The transformer has three primary windings (working and two equalizing windings), one secondary and one squirrel-cage winding. The primary windings are included in the current relay protection circuits, and the secondary winding feeds the actuator. A short-circuited winding reduces the transformation of the periodic component of current into an actuator. The response current of the RNT-565 relay is controlled by changing the number of turns of the primary windings. The currents entering the primary windings of the relay are transformed into the secondary winding, and when the setpoint is reached, the actuator is activated.

Основными недостатками аналога являются его узкое предназначение для дифференциальной защиты только одной фазы трансформатора; нечувствительность к межвитковым замыканиям в обмотках; при изменении коэффициента трансформации силового трансформатора (после переключения ступени ПБВ) отсутствие возможности осуществлять подстройку реле в процессе эксплуатации трансформатора.The main disadvantages of the analogue are its narrow purpose for the differential protection of only one phase of the transformer; insensitivity to interturn short circuits in the windings; when changing the transformation ratio of the power transformer (after switching the stage of the safety switch), the inability to adjust the relay during operation of the transformer is not possible.

Также из существующего уровня техники известно устройство - блок реле ДЗ-2, включающее в себя три реле сопротивления [А.П. Удрис. Панель релейной защиты ЭПЗ-1636 для ВЛ-110-220 кВ. - М.: НТФ «Энергопрогресс, 2000. - 100 с.]. Реле сопротивления, состоящее из исполнительного органа, тормозного и рабочего контуров, трансформатора напряжения, трансреактора тормозного и рабочего контуров, трансреактора подпитки и контура подпитки. Трансреактор тормозного и рабочего контура имеет две первичные и две вторичные обмотки. Первичные обмотки подключаются к вторичным цепям трансформаторов тока. Первичные обмотки имеют три отвода. Регулировка тока точной работы осуществляется ступенчато изменением числа витков первичных обмоток трансреактора тормозного и рабочего контура. Регулировка осуществляется путем соединения вторичной обмотки трансформаторов тока с одним из отводов с помощью металлической накладки.Also, from the existing level of technology, a device is known - a relay unit DZ-2, which includes three resistance relays [A.P. Udris. EPZ-1636 relay protection panel for VL-110-220 kV. - M .: NTF "Energoprogress, 2000. - 100 p.]. Resistance relay, consisting of an executive body, brake and working circuits, voltage transformer, brake transformer and working circuits, make-up transreactor and make-up circuit. The brake and working circuit transreactor has two primary and two secondary windings. The primary windings are connected to the secondary circuits of current transformers. Primary windings have three taps. Adjustment of the current of accurate operation is carried out stepwise by changing the number of turns of the primary windings of the brake transreactor and the operating circuit. Adjustment is carried out by connecting the secondary winding of the current transformers to one of the taps using a metal plate.

Недостатком таких реле является их узкое предназначение для дистанционной защиты ВЛ-110-220 кВ и невозможность использования в схемах дифференциальных защит трансформаторов.The disadvantage of such relays is their narrow purpose for distance protection of VL-110-220 kV and the inability to use transformer differential protection in circuits.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для дифференциального фильтра токов обратной последовательности трехфазной электрической установки (патент RU 2137277 МПК H02H 3/347, H02H 3/34). Дифференциальный фильтр токов обратной последовательности трехфазной электрической установки содержит включенные в рассечку фаз силовой цепи трехфазной сети, подключенной к электроустановке, трансформаторы тока, соединенные между собой по схеме треугольника по числу сторон электроустановки, образующие дифференциальную схему защиты, токовые цепи и дифференциальное реле с первой и второй уравнительными и дифференциальной обмотками, расположенными на одном стержне магнитопровода и соединенными между собой, при этом полярные выводы трансформаторов тока разных фаз и сторон электроустановки подключены к одному дифференциальному реле, причем дифференциальная токовая цепь первой фазы соединена с первым выводом первой уравнительной обмотки дифференциального реле, второй фазы - с третьим выводом второй уравнительной обмотки дифференциального реле, третьей фазы - с шестым выводом дифференциальной (рабочей) обмотки дифференциального реле.Closest to the claimed technical solution is a device for differential filter of currents of the reverse sequence currents of a three-phase electrical installation (patent RU 2137277 IPC H02H 3/347, H02H 3/34). The differential filter of the reverse sequence currents of a three-phase electrical installation contains phase transformers of the power circuit of a three-phase network connected to the electrical installation, current transformers connected to each other according to the triangle diagram by the number of sides of the electrical installation, forming a differential protection circuit, current circuits and a differential relay with the first and second equalizing and differential windings located on the same core of the magnetic circuit and interconnected, while the polar terminals current transformers of different phases and sides of the electrical installation are connected to one differential relay, and the differential current circuit of the first phase is connected to the first terminal of the first equalizing winding of the differential relay, the second phase to the third terminal of the second equalizing winding of the differential relay, the third phase to the sixth terminal of the differential (operating ) winding differential relay.

Недостатком данного технического решения является отсутствие возможности выполнения оперативной подстройки реле при изменении коэффициента трансформации силового трансформатора (после переключения ступени ПБВ). Также недостатком является отсутствие отстройки устройства от тока небаланса, вызванного наличием высших гармоник тока, приводящих к ложному срабатыванию реле.The disadvantage of this technical solution is the lack of the ability to quickly adjust the relay when changing the transformation ratio of the power transformer (after switching the stage of the safety switch). Another disadvantage is the lack of detuning of the device from the unbalance current caused by the presence of higher harmonics of the current, leading to a false relay operation.

Задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, являются:The tasks to be addressed by the claimed invention are:

1. Повышение чувствительности устройства к межвитковым замыканиям в силовых трансформаторах путем оперативной подстройки устройства после переключения ступени ПБВ и определение межвитковых замыканий в обмотках силового трансформатора на ранней стадии возникновения дефекта.1. Increasing the sensitivity of the device to interturn short circuits in power transformers by promptly adjusting the device after switching the PBB stage and determining interturn short circuits in the windings of a power transformer at an early stage of a defect.

2. Исключение влияния высших гармоник на работу устройства при определении межвитковых замыканий.2. Exclusion of the influence of higher harmonics on the operation of the device when determining inter-turn faults.

Данная задача решается за счет того, что в заявляемом техническом решении, содержащем включенные в рассечку фаз силовой цепи трехфазной сети, подключенной к электроустановке, трансформаторы тока, соединенные между собой по схеме треугольника по числу сторон электроустановки, образующие дифференциальную схему защиты, токовые цепи и дифференциальное реле с первой и второй уравнительными и дифференциальной обмотками, расположенными на одном стержне магнитопровода и соединенными между собой, причем полярные выводы трансформаторов тока разных фаз и сторон электроустановки подключены к одному дифференциальному реле, в отличие от прототипа для определения межвиткового замыкания в обмотках силового трансформатора на автотрансформаторе предусмотрены выводы обмотки, имеющие соответствующую цифровую маркировку по числу ступеней ПБВ и позволяющие увеличивать или уменьшать коэффициент трансформации автотрансформатора в зависимости от ступени переключателя без возбуждения силового трансформатора, на которых по числу фаз трансформатора установлены накладки переключения витков регулируемой обмотки, каждая из которых представляет собой металлическую пластину сечением не менее 2,5 мм, прикрепленную одним концом к клемме диэлектрической пластины, а другим концом подключенную к одному из выводов регулируемой обмотки автотрансформатора, расположенного на той же диэлектрической пластине. Фиксация накладки осуществляется на выводах автотрансформатора винтовым соединением. Для исключения возникновения токов небаланса, обусловленного воздействием высших гармоник, в цепи исполнительного органа может быть использован фильтр высших гармоник. Подключение фильтра высших гармоник выполняется параллельно исполнительному органу.This problem is solved due to the fact that in the claimed technical solution containing included in the phase separation of the power circuit of a three-phase network connected to the electrical installation, current transformers connected to each other according to the triangle diagram by the number of sides of the electrical installation, forming a differential protection circuit, current circuits and differential relay with the first and second equalizing and differential windings located on the same core of the magnetic circuit and interconnected, and the polar terminals of the current transformers of the phases and sides of the electrical system are connected to one differential relay, in contrast to the prototype for determining the inter-turn short circuit in the windings of a power transformer on an autotransformer, winding conclusions are provided that have a corresponding digital marking by the number of PBB stages and allow to increase or decrease the autotransformer transformation coefficient depending on the switch stage without excitation of the power transformer, on which the switching plates are installed according to the number of phases of the transformer I have turns of an adjustable winding, each of which is a metal plate with a cross section of at least 2.5 mm, attached at one end to the terminal of the dielectric plate, and the other end connected to one of the terminals of the adjustable winding of the autotransformer located on the same dielectric plate. The lining is fixed at the terminals of the autotransformer with a screw connection. To exclude the occurrence of unbalance currents due to the influence of higher harmonics, a filter of higher harmonics can be used in the circuit of the executive body. The connection of the higher harmonics filter is performed in parallel with the actuator.

Новая совокупность признаков, с наличием накладок, на выводах обмоток автотрансформаторов, позволяющих осуществлять оперативную подстройку устройства после переключения ступени ПБВ, обеспечивает достижение нового технического результата - повышение чувствительности устройства к межвитковым замыканиям в обмотках трансформатора с ПБВ по току обратной последовательности и обнаружение их на ранних стадиях возникновения. Наличие фильтра высших гармоник позволяет также повысить чувствительность работы устройства за счет исключения ложного срабатывания устройства при появлении высших гармонических составляющих тока.A new set of features, with the presence of overlays, on the terminals of the autotransformer windings, which allow for prompt adjustment of the device after switching the PBB stage, ensures the achievement of a new technical result - increasing the sensitivity of the device to inter-turn faults in transformer windings with PBB in the reverse sequence current and detecting them at early stages occurrence. The presence of a filter of higher harmonics can also increase the sensitivity of the device by eliminating the false response of the device when higher harmonic current components appear.

Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой изображено устройство определения витковых замыканий в обмотках силового трансформатора с ПБВ.The invention is illustrated by the figure, which shows a device for determining coil faults in the windings of a power transformer with PBB.

Устройство (фигура) содержит: фильтр высших гармоник 1, установленный параллельно в цепи исполнительного органа 3; магнитопровод 2, на котором расположен исполнительный орган 3, передающий сигнал через контакт 12 о возникновении виткового замыкания; трансформаторы тока 4 на стороне высшего напряжения (ВН) трансформатора, соединенные с накладками 6 переключения витков регулируемых обмоток автотрансформаторов 7, имеющих соответствующую цифровую маркировку по числу ступеней переключателя и позволяющих увеличивать или уменьшать коэффициент трансформации автотрансформатора в зависимости от ступени переключателя без возбуждения силового трансформатора; трансформаторы тока 5 на стороне низшего напряжения (НН) трансформатора, соединенные с автотрансформаторами 8; первая уравнительная обмотка 9, вторая уравнительная обмотка 10 и дифференциальная обмотка 11, соединенные с автотрансформаторами 7 и 8. Каждая из накладок 6, установленных по числу фаз трансформатора (фазы А, В, С), на выводах обмоток автотрансформатора, представляет собой металлическую пластину сечением 2,5 мм, прикрепленную одним концом к клемме диэлектрической пластины, другим концом подключенную к одному из выводов регулируемой обмотки автотрансформатора, расположенного на той же диэлектрической пластине. Фиксация накладки на выводах автотрансформатора осуществляется винтовым соединением.The device (figure) contains: a filter of higher harmonics 1 mounted in parallel in the circuit of the actuator 3; the magnetic circuit 2, on which the actuator 3 is located, transmitting a signal through the contact 12 about the occurrence of a coil circuit; current transformers 4 on the higher voltage (VN) side of the transformer connected to overlays 6 for switching the turns of the adjustable windings of the autotransformers 7, which are appropriately digitally marked by the number of stages of the switch and can increase or decrease the transformation coefficient of the autotransformer depending on the stage of the switch without exciting the power transformer; current transformers 5 on the low voltage side (LV) of the transformer connected to autotransformers 8; the first equalizing winding 9, the second equalizing winding 10 and the differential winding 11 connected to the autotransformers 7 and 8. Each of the plates 6, installed by the number of phases of the transformer (phases A, B, C), at the terminals of the autotransformer windings, is a metal plate with a cross section 2.5 mm, attached at one end to the terminal of the dielectric plate, at the other end connected to one of the terminals of the adjustable winding of the autotransformer located on the same dielectric plate. The lining is fixed to the terminals of the autotransformer by a screw connection.

Устройство определения витковых замыканий в обмотках силового трансформатора переключением без возбуждения (фигура) работает следующим образом: токи, протекающие по вторичным обмоткам трансформаторов тока 5 стороны НН, соединенных в треугольник, поступают на автотрансформаторы 8. Токи, протекающие по вторичным обмоткам трансформаторов тока 4 стороны ВН, соединенных в треугольник, поступают на накладки 6. Положение накладок выбирается в зависимости от ступени ПБВ силового трансформатора (на фигуре представлено пять ступеней с соответствующей маркировкой -+5; +2,5; 0; -2,5; -5). Затем токи поступают на регулируемые обмотки автотрансформаторов 7, где происходит компенсация токов, вносимых изменением ступени ПБВ, и выравнивание со вторичными токами трансформаторов тока стороны НН. Вторичные токи на выходе с обмоток автотрансформаторов 7 и 8 равны между собой по амплитуде и направлены во встречном направлении. При этом токи основной частоты 50 Гц и часть высших гармоник тока, направленных встречно, подавляются, и результирующий ток небаланса каждой цепи поступает на уравнительные 9, 10 и дифференциальную 11 обмотки реле. Поскольку уравнительные 9, 10 и дифференциальная 11 обмотки расположены на одном среднем стержне магнитопровода 2 дифференциального реле, то суммарные токи в обмотках 9, 10, 11 и магнитные потоки от них в магнитопроводе реле при любых (симметричных и несимметричных) режимах равны нулю, при этом устройство не работает.The device for determining the circuit faults in the windings of a power transformer by switching without excitation (figure) works as follows: currents flowing through the secondary windings of current transformers 5 sides of LV connected to a triangle are supplied to autotransformers 8. Currents flowing through the secondary windings of current transformers 4 sides of HV connected in a triangle, go to the plates 6. The position of the plates is selected depending on the stage of the power transformer PBV (the figure shows five stages with the corresponding uyuschey marking - + 5; 2.5, 0, -2.5, -5). Then the currents are supplied to the adjustable windings of the autotransformers 7, where the currents introduced by the change in the PBB stage are compensated and aligned with the secondary currents of the LV side current transformers. Secondary currents at the output from the windings of autotransformers 7 and 8 are equal in amplitude and directed in the opposite direction. In this case, the currents of the fundamental frequency of 50 Hz and some of the higher harmonics of the current directed in the opposite direction are suppressed, and the resulting unbalance current of each circuit is supplied to equalizing 9, 10 and differential 11 of the relay winding. Since equalizing 9, 10 and differential 11 windings are located on the same middle core of the magnetic circuit 2 of the differential relay, the total currents in the windings 9, 10, 11 and magnetic flux from them in the magnetic circuit of the relay for any (symmetric and asymmetric) modes are zero, while the device is not working.

При возникновении межвиткового замыкания (замыкания двух и более витков) в одной из фаз обмоток ВН или НН силового трансформатора со стороны питаемой обмотки ВН возрастет ток обратной последовательности, в то время как на стороне НН ток останется без изменений. Появившийся ток обратной последовательности будет трансформироваться во вторичные цепи трансформаторов тока 4 стороны ВН, последовательно поступая на регулируемые обмотки автотрансформаторов 7, через накладки переключения витков 6. Поступив на уравнительные обмотки 9, 10 и дифференциальную обмотку 11, ток будет трансформироваться в цепи исполнительного органа 3. Появившийся в исполнительном органе 3 ток будет являться током небаланса и, достигнув порога уставки, приведет к срабатыванию контакта 12 исполнительного органа 3, который передает сигнал о возникновении виткового замыкания в обмотке силового трансформатора.In the event of an inter-turn short circuit (short circuit of two or more turns) in one of the phases of the high voltage or low voltage windings of the power transformer, the reverse sequence current will increase from the side of the high voltage winding, while the current will remain unchanged on the low voltage side. The reverse sequence current that has appeared will be transformed into the secondary circuits of current transformers 4 of the HV side, sequentially supplied to the adjustable windings of the autotransformers 7, through the switching overlays of 6. Turning on the equalizing windings 9, 10 and differential winding 11, the current will be transformed into the circuit of the actuator 3. The current that appears in the actuator 3 will be an unbalance current and, having reached the set threshold, it will trigger the contact 12 of the actuator 3, which is transmitted signal interturn fault occurs in the winding of the power transformer.

В процессе эксплуатации в цепи измерения могут появиться токи высших гармоник, обусловленные работой силового трансформатора в режиме насыщения или возникающие от воздействия нелинейной нагрузки потребителей, которые могут иметь в одноименных обмотках ВН и НН силового трансформатора различную амплитуду и разное направление, что обуславливает появление тока небаланса и ложное срабатывание устройства. Для подавления токов высших гармоник параллельно исполнительному органу установлен фильтр высших гармоник 1. При изменении коэффициента трансформации силового трансформатора персонал, производящий переключения, должен накладки 6 подключить на выводы автотрансформатора 7, соответствующие положению ступени ПБВ трансформатора.During operation, higher harmonics currents may appear in the measuring circuit due to the operation of the power transformer in saturation mode or arising from the influence of a non-linear load of consumers, which may have different amplitudes and different directions in the windings of the high voltage and low voltage transformers, which causes the appearance of an unbalance current and false operation of the device. To suppress currents of higher harmonics, a filter of higher harmonics 1 is installed in parallel with the actuator. When changing the transformation ratio of the power transformer, the switching personnel must connect plates 6 to the terminals of the autotransformer 7 corresponding to the position of the transformer safety switch stage.

Использование устройства позволяет повысить чувствительность и выявлять витковые замыкания на ранней стадии развития дефекта, что, в свою очередь, повышает надежность электроснабжения потребителей и существенно снижает трудозатраты и затраты на материал при ремонте поврежденных обмоток.Using the device allows you to increase the sensitivity and detect coil faults at an early stage of the development of the defect, which, in turn, increases the reliability of power supply to consumers and significantly reduces labor and material costs when repairing damaged windings.

Claims

1. The device for determining the winding short circuits in the windings of a power transformer with switching without excitation contains the phase transformers of the power circuit of a three-phase network connected to the electrical installation, current transformers connected to each other according to the triangle diagram by the number of sides of the electrical installation, forming a differential protection circuit, current circuits and differential relay with the first and second equalizing and differential windings located on the same core of the magnetic circuit and interconnected, and The terminal leads of current transformers of different phases and sides of the electrical installation are connected to one differential relay, characterized in that to determine the inter-turn short circuit in the windings of the power transformer on the autotransformer, winding leads are provided that have the corresponding digital marking by the number of stages of the switch without excitation of the power transformer and allowing to increase or decrease autotransformer transformation coefficient depending on the switch stage without excitation of power t transformer, on which, according to the number of phases of the transformer, overlays for switching the turns of the adjustable winding are installed, each of which is a metal plate with a cross section of at least 2.5 mm, attached at one end to the terminal of the dielectric plate, and the other end connected to one of the terminals of the adjustable winding an autotransformer located on the same dielectric plate.

2. The device according to claim 1, characterized in that in order to exclude the occurrence of unbalance currents caused by the action of higher harmonics, a filter of higher harmonics is installed in parallel with it in the circuit of the actuator.