Режимы перевозбуждения трансформаторов и автотрансформаторов (в
дальнейшем трансформаторов), т.е. симметричного повышения магнитной
индукции в сердечнике, могут возникать при повышении напряжения питания
или при снижении частоты напряжения. Особенности режимов перевозбуждения
трансформаторов и методы их защиты в этих режимах изложены, например, в
[1, 2].
На трансформаторах электростанций перевозбуждение наиболее вероятно в
трёх режимах холостого хода блока генератор - трансформатор:
1)
при выбеге возбуждённого генератора;
2)
при значительном повышении напряжения генератора,
возникающем вследствие неисправности в системе возбуждения (СВ) или в
результате ошибки персонала;
3)
при кратковременном повышении напряжения генератора в
момент отключения блока от сети, когда напряжение очень быстро
возрастает до уровней сверхпереходной и переходной электродвижущей силы
(ЭДС).
Для предотвращения перевозбуждения трансформаторов в режиме 1 в системах
возбуждения генераторов предусмотрена цепь гашения поля при снижении
частоты до 45 Гц. В современных СВ имеется также дополнительный канал
ограничения возбуждения по параметру
U/f, где
U и f -
соответственно напряжение статора генератора и его частота.
Ограничение напряжения турбогенераторов в режиме 2 осуществляется с
помощью защиты максимального напряжения [3], впервые предложенной
автором совместно с инженером В.М. Тарнавским [4].
Увеличение тока намагничивания трансформатора в режиме его
перевозбуждения может вызвать ложное срабатывание устройств
дифференциальной защиты трансформатора (ДЗТ).
Для устройств ДЗТ, выполненных на электромагнитном принципе (серии
РНТ-560, ДЗТ-11 и др.), срабатывание в режимах перевозбуждения
трансформаторов маловероятно из-за высокого уровня уставок этих реле,
превышающих номинальный ток трансформатора. Проблема, в основном,
касается последующих поколений устройств ДЗТ, ток срабатывания которых
существенно ниже номинального. В частности, реле типа ДЗТ-21(23), как
правило, настраиваются на ток срабатывания, равный 30% номинального тока
трансформатора [5]. В реле этого типа предусмотрено процентное
торможение, торможение с использованием время-импульсного принципа и
торможение по току второй гармоники.
Однако перед током намагничивания трансформатора, возникающим в режимах
перевозбуждения, реле типа ДЗТ-21(23) оказывается безоружным в связи с
полным отсутствием торможения. Действительно, кривая тока в этом режиме
симметрична относительно оси времени, поэтому не содержит чётных
гармоник, в том числе и второй. Нет и нулевых площадок для
время-импульсного торможения, а процентное торможение начинает
действовать только при увеличении тока выше номинального. В этих
условиях реле типа ДЗТ-21(23) "честно" сработает при увеличении тока
намагничивания трансформатора до 30% его номинального тока.
Кривая тока намагничивания в режиме перевозбуждения содержит только
нечётные гармоники, наиболее выраженная из которых - третья - может быть
задействована для торможения только в редко встречающихся случаях
включения трансформаторов тока непосредственно внутри треугольника
обмотки низкого напряжения (НН), поэтому в современных устройствах ДЗТ
для торможения используется пятая гармоника. В схеме реле типа
ДЭТ-21(23) цепь торможения пятой гармоникой нетрудно было выполнить по
аналогии с цепью второй гармоники, однако разработчики этого реле
почему-то этого не сделали.
Попутно заметим, что торможение током второй гармоники полезно только в
режимах с бросками тока намагничивания (БТН), когда кривая тока смещена
относительно оси времени, а торможение с использованием
время-импульсного принципа - только в режимах включения под напряжение
холостого трансформатора, когда в кривой тока могут появляться
бестоковые участки. Однако, если БТН возникает в режиме восстановления
напряжения после отключения близких коротких замыканий (КЗ) в питающей
сети, то в кривой тока трансформатора бестоковых пауз может не быть
из-за наличия тока нагрузки. Это относится и к так называемому
"ответному" БТН, возникающему в работающем трансформаторе при включении
под напряжение смежного трансформатора.
Возможность ложного срабатывания реле типа ДЗТ-21 в режимах
перевозбуждения трансформаторов подтверждается и практикой. Так, в 2012
г. на одной из АЭС Украины непосредственно после отключения энергоблока
мощностью 1000 МВт было зафиксировано срабатывание четырёх реле
дифференциальной защиты типа ДЗТ-21: защиты повышающего трансформатора
блока (ПТБ), защиты обоих рабочих трансформаторов собственных нужд (ТСН)
и общей защиты блока генератор - трансформатор.
Перед отключением блока турбогенератор (ТГ) работал с повышенными значениями
напряжения и тока ротора и статора, что было вызвано неисправностью в
системе возбуждения ТГ. В связи с этим сверхпереходная и переходная ЭДС
генератора были значительными, и после отключения выключателя высокого
напряжения (ВН) блока напряжение статора составило около 150% номинального,
что вызвало значительное насыщение сердечников всех трёх трансформаторов
блока.
Выводы
1.
На трансформаторах электростанций иногда возникают
различные режимы перевозбуждения, т.е. симметричного повышения магнитной
индукции в сердечнике. Это происходит, например, в результате
кратковременного повышения напряжения генератора в момент отключения
блока от сети, когда напряжение очень быстро возрастает до уровней
сверхпереходной и переходной ЭДС.
2.
В одном из таких режимов, возникших на энергоблоке АЭС
мощностью 1000 МВт, ток намагничивания повышающего трансформатора блока
достиг 57% номинального, а ток намагничивания трансформаторов
собственных нужд - 90 - 100% номинального, что вызвало ложное
срабатывание всех четырёх комплектов дифференциальных реле типа ДЗТ-21:
защиты ПТБ, защиты обоих ТСН и общей защиты блока.
3.
На основании выполненных расчётов можно сделать заключение,
что ложное срабатывание реле типа ДЗТ-21(23) возможно и при отключении
энергоблоков в нормальных режимах работы. Вероятность такого срабатывания
повышается с возрастанием переходного реактивного сопротивления
Xd
турбо- или гидрогенераторов, работающих в составе блока.
4.
Известны случаи ложного срабатывания реле типа ДЗТ-21 и в
других режимах работы трансформаторов, что приводит к заключению о
необходимости их замены на более совершенные реле (терминалы). До замены
целесообразно существенно повысить их ток срабатывания и прежде всего
минимальный ток срабатывания, соответствующий горизонтальной части тормозной
характеристики.
Список литературы
1.
Засыпкин А. С. Релейная защита трансформаторов. М.:
Энергоатомиздат, 1989.
2.
Инструкция по эксплуатации
трансформаторов. М.: Энергия, 1978.
3.
Ванин В. Н. Релейная защита блоков
турбогенератор - трансформатор. М.: Энергоиздат, 1982.
4.
Савченко Е. В. Защита максимального
напряжения турбогенераторов. - Электрические станции, 1970, № 10.
5.
Голанцов Е. Б., Молчанов В. В.
Дифференциальные защиты трансформаторов с реле типа ДЗТ-21 (ДЗТ-23). М.:
Энергоатомиздат, 1990.
6.
Голодное Ю. М. Самозапуск
электродвигателей, 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1985.
7.
Мамиконянц JI. Г.
О переходных процессах в синхронных машинах с успокоительными контурами на
роторе. - Электричество, 1954, № 7.
8.
ГОСТ 183-74. Машины электрические
вращающиеся. Общие технические условия. Межгосударственный стандарт.
9. Справочник по
электрическим установкам высокого напряжения / Алексеев С. В., Баумштейн И.
А., Либер- ман А. Я., Милов В.
С., Рапопорт М. И., Федотов И. М., Хомяков М. В.,
Царёв М. И. М.: Энергия, 1974.
10. О предотвращении ложной работы дифференциальной
защиты ДЗТ-21 пускорезервных трансформаторов собственных нужд
электростанций. Противоаварийный циркуляр № Ц-04-87 (Э).