Эффект насыщения трансформаторов тока известен давно, но актуальность данного вопроса остается и в настоящем времени. В данной статье рассматривается влияние насыщения ТТ, с целью исключения ложного срабатывания РЗА.

Ключевые слова: насыщение трансформаторов тока, релейная защита.

Keywords: saturation of current transformers, relay protection.

Введение

Изучение проблем быстрого насыщения трансформаторов тока (далее ТТ) в переходных режимах в нашей стране началось в 60-х годах ХХ века, однако, и в настоящем времени данный вопрос является актуальным.

Интерес к этому эффекту обусловлен влиянием его на работу устройств релейной защиты (далее РЗ). Остаточная намагниченность накапливается в процессе эксплуатации или возникает при измерении сопротивления обмоток постоянному току перед вводом в эксплуатацию и сохраняется в течение всего срока службы. В переходных режимах происходит насыщение сердечников трансформаторов тока из-за наличия остаточной намагниченности, которая достигает 86 %. В результате насыщения возникает искажение вторичного тока, которое может привести как к излишней работе РЗ, так и к увеличению времени отключения КЗ (вплоть до отказа РЗ).

Примером аварии, вызванной насыщением ТТ воздействием апериодической составляющей тока КЗ и наличием остаточного намагничивания в сердечнике ТТ, является случай ложного срабатывания устройств РЗ на ОРУ 500 кВ Ростовской АЭС в 2014 г., которая привела к отделению части ОЭС Юга от ЕЭС России;

Для изучения данного вопроса в 2017 г. ОАО «ВНИИР» были проведены испытания устройств РЗ в условиях одинаковых условиях и схемно-режимных ситуациях при насыщении трансформаторов тока при помощи программно-аппаратного комплекса моделирования энергосистем.

В ходе работ было выявлено замедленное срабатывание при внутренних КЗ следующих видов защит:

— дифференциальной защиты линии (далее ДЗЛ);

— дифференциально фазной защиты (далее ДФЗ);

— первой ступени дистанционной защиты (далее ДЗ);

— первой ступени токовой защиты нулевой последовательности (ТЗНП).

Влияние эффекта насыщения ТТ на работу устройств РЗ

Работа трансформатора тока характеризуется уравнением намагничивающих сил (1):

(1)

Выражение говорит о том, что первичный ток трансформируется во вторичную обмотку лишь частично. Часть тока используется для намагничивания сердечника ТТ. Данное явление наблюдается как в установившихся режимах, так и в переходных режимах. Из-за разницы скорости изменения апериодической и переменной составляющих, большая часть апериодической идет на насыщение сердечника, из-за чего ухудшается трансформация периодической составляющей во вторичную цепь. Это называют подмагничивающим действием. Учитывая остаточную намагниченность в сердечниках ТТ, которая сохраняется в течение длительного времени, возможен режим работы, при котором остаточный магнитный поток в сердечнике совпадает по направлению с магнитным потоком, создаваемым апериодической составляющей тока намагничивания. В результате трансформатор тока начинает работать в режиме насыщения, то есть намагничивающий ток растет существенно быстрее рабочего тока магнитного потока.

Процессы, связанные с насыщением ТТ, особенно характерны для распределительных устройств крупных электростанций и подстанций, где могут иметь место большие кратности токов короткого замыкания во вторичных цепях и постоянные времени апериодической слагающей тока повреждения могут принимать существенные значения.

В общем случае влияние насыщения сердечников ТТ на функционирование всех видов основных быстродействующих защит и быстродействующих ступеней резервных защит проявлялось в следующих видах [5]:

— замедление в срабатывании на определённый временной интервал переходного процесса;

— неселективное срабатывание при КЗ вне зоны действия защит;

— отсутствие требуемой переориентации защиты при переходе внешнего КЗ в зону действия;

— неселективное срабатывание защиты в неповреждённой фазе при насыщении ТТ, обусловленном наличием в сердечнике ТТ этой фазы остаточной магнитной индукции неблагоприятного знака и падением напряжения на нулевом проводе вторичных токовых цепей.

Выводы:

Насыщение сердечников трансформаторов тока (ТТ) может приводить к неправильным действиям и недопустимым замедлениям в срабатывании устройств РЗА объектов электроэнергетики. Необходима разработка методики испытаний устройств РЗ в условиях насыщения ТТ с использованием моделей энергообъектов, проверка в соответствии с разработанной методикой как используемых в серийных устройствах, так и модернизированных алгоритмов действия защит.

Литература:

1. Шнеерсон Э. М. Цифровая релейная защита. — М.:Энергоатомиздат, 2007.
2. ГОСТ 58669–2019 Национальный стандарт Российской Федерации Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Релейная защита. Трансформаторы тока измерительные индуктивные с замкнутым магнитопроводом для защиты. Методические указания по определению времени до насыщения при коротких замыканиях.
3. Атнишкин А. Б. Гармоническое торможение в дифференциальной защите трансформатора. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.
4. Никитин А. А. Цифровая релейная защита. Основы синтеза измерительной части микропроцессорных реле: текст лекций /А. А. Никитин// — Чебоксары: Изд-во Чуваш. Ун-та, 2014. — 240 с.
5. Годовой отчет ОАО «ФСК ЕЭС» за 2010 год [Электронный ресурс]. www.fsk-ees.ru/upload/docs/fsk_ees_ru_1108/production/im provement.html
6. Зайченко В. М. Направления развития энергетики /Чернявский А. А., Кувшинов В. В., Какушина Е. Г., Абейдулин С. А. //Энергетические установки и технологии. 2019 — Т. 5. № 3.