К.т.н. Бойко С.М., Михайличенко Д.А., Гріщенко С.О. студент, Вирвикишка С.В. студент

Кременчуцький національний університет імені Михайла Остроградського

ЛАБОРАТОРНО-ДОСЛІДНИЦЬКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ДИФЕРЕНЦІЙНОГО ЗАХИСТУ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Вступ. Можливі ушкодження в трансформаторах і на їхніх з'єднаннях з комутаційними апаратами та небезпечні ненормальні режими роботи, незв'язані з ушкодженнями трансформатора чи його з'єднань, у процесі експлуатації електроенергетичної системи, обумовлюють необхідність установки на трансформаторах захисних пристроїв [1].

При цьому, у зв’язку з стрімким розвитком технічної реалізації релейного захисту та автоматики, застосування його у системах захисту, є необхідність підготовки фахівців високого рівня, що повинні вміти проектувати, обслуговувати та експлуатувати електротехнічне обладнання, що застосовується для захисту електрообладнання, розуміння процесів, володіння методами їх реалізації, ставить перед викладачами задачу розробки відповідного лабораторного обладнання, котре повинно бути інструментом для підвищення ефективності опанування студентами вище зазначених положень.

Актуальність роботи. Диференціальний захист застосовується як основний швидкодіючий захист трансформаторів і автотрансформаторів. Зважаючи на його порівняльну складність реалізації та налаштування є необхідність дослідження та практичного навчання реалізації розрахунку та налаштування диференціального захисту силового трансформатора.

Мета роботи. Метою роботи є аналіз функціональних можливостей лабораторного комплексу для дослідження диференційного захисту силового трансформатора.

Матеріал і результати досліджень. У ряді випадків, коли при наскрізних коротких замиканнях через трансформатори струму диференціального захисту проходять великі струми короткого замикання, струми небалансу, і відповідно струм спрацьовування, виходять дуже великими. При цьому диференціальний захист не забезпечує необхідної чутливості в мінімальному, а іноді і в нормальному режимах.

Спроектований лабораторний стенд, що розглядається, відповідає таким критеріям, як універсальність, має достатню технічну базу не лише для проведення лабораторних робіт, а й ознайомлення студентів із реальними технічними пристроями, що використовуються на виробництві, має можливості модульного доповнення, розширення функціональних можливостей [2, 3].

Тож, на базі лабораторного стенду реалізовано повздовжній диференціальний захист трансформатора. В схемі реалізовано коротке замикання в зоні дії диференційного захисту та наскрізне коротке замикання (поза зоною дії диференційного захисту).

Функціональна схема лабораторного комплексу представлена на рис. 1. До його складу входять наступні елементи: ТН – силовий трансформатор напруги; ПП – погоджуючий пристрій; РДЗ – реле диференційного захисту; ПДЗ – пристрій диференційного захисту;ЦАП – цифрово-аналоговий перетворювач; АЦП – аналогово-цифровий перетворювач; ЕОМ – комп’ютер; РП – робочий пристрій; Н – навантаження; ІП1-3 – пристрої, що імітують коротке замикання; А1-2, V1-2 – аналогове вимірювальне обладнання; ДС, ДН – датчики для контролю струму та напруги мережі стенда.

На базі лабораторного стенду дослідження роботи диференційного релейного захисту відбувається завдяки імітації короткого замикання, за допомогою імітуючих пристроїв в зоні дії диференційного захисту та поза зоною його дії, є можливість досліджувати аналогові пристрої релейного захисту та комп’ютеризовану систему диференційного релейного захисту, завдяки якій управління лабораторним стендом, та фіксувати результати досліджень є можливість виконувати за допомогою комп’ютеризованої системи, є можливість підключення навантаження різного типу та номіналу, що дає можливість імітувати реальні та можливі режими роботи диференційного захисту силового трансформатора та, за допомогою аналогових приладів та електронної системи збору даних, досліджувати вплив різних режимів роботи диференційного захисту при різних типах навантаження.

Лабораторний стенд є багатофункціональним і працює наступним чином. Після підключення лабораторного стенду до мережі відбувається запуск ЕОМ та програмного забезпечення, живлення силового трансформатора напруги, АЦП, ЦАП та підключення навантаження відповідного типу та необхідного номіналу.

При проходженні струму на стороні високої та низької напруги трансформатора, його значення фіксуються датчиками струму (ДС) за допомогою вимірювальних трансформаторів струму (ТС), які подають відповідний струм (тобто струм згідно їх коефіцієнту трансформації) на РДЗ та паралельно на узгоджуючий пристрій ПП в схемі з ЕОМ.

В схемі з ЕОМ сигнал з ПП надходить до аналогово-цифрового перетворювача АЦП, який і надає цифровий сигнал на ЕОМ, де відповідне програмне забезпечення дає змогу регулювати уставки струму, швидкість спрацювання та інше управління захистом.

При перевищенні допустимого струму на одній із сторін напруги трансформатора, при імітації короткого замикання за допомогою імітуючи пристроїв ІП, спрацьовує захист відповідно до встановлених уставок струму, що попередньо розраховуються.

Після знеструмлення робочого пристрою, котушки пускача, розмикаються його контакти (РП1-РП2), які відключають трансформатор від мережі.

На базі лабораторного стенду реалізовано повздовжній диференційний захист силового трансформатора. В схемі реалізовано коротке замикання в зоні дії диференційного захисту та наскрізне коротке замикання (поза зоною дії диференційного захисту).

Проводячи лабораторний експеримент є можливість візуально спостерігати показники напруги мережі, струму споживача, струму навантаження та струму небалансу.

Рисунок 1 – Структурна схема лабораторного стенду по дослідженню диференційного захисту силового трансформатора.

Також є можливість одержання та аналізу даних про показники струмів прямої, зворотної та нульової послідовності фаз А і С за допомогою додаткових пристроїв.

Схема диференційного захисту може бути реалізована на базі будь-якого реле диференційного захисту.

Є можливість налагоджування уставок реле диференційного захисту, шляхом попереднього розрахунку, за допомогою відповідної методики та вивчати різні системи диференційного захисту та їх елементи.

Проектований лабораторний стенд дозволяє проводити наступні лабораторні роботи:

– дослідження енергетичних характеристик та перехідних процесів при роботі на різне по характеру навантаження;

– дослідження диференційного захисту силового трансформатора у різних режимах роботи;

– дослідження динамічних та статичних характеристик реальних режимів роботи, шляхом імітуванням короткого замикання у в зоні та поза зоною диференційного захисту.

Висновки. Лабораторний стенд для дослідження диференційного захисту силового трансформатора підвищує якість навчання, тому що дозволяє наочно демонструвати та дослідити різні режими роботи диференційного захисту з використанням аналогових та мікропроцесорних пристроїв захисту та імітувати реальні режими роботи мережі.

Література:

1. Liamets, Y. Informational tasks of relay protection / Y. Liamets , A. Podchivaline, A. Chevelev, G. Nudelman, J. Zakonjsek // Sydney, Australia, CIGRE SC B5 Colloquium and Meeting. 2003. – Report 213.

2. Liamets, Y. Electrical power system conditions hierarchy in methodology of relay protection education / Y. Liamets, D. Kerzhaev, S. Ivanov, A. Podshivalin, J. Zakonjsek, G. Nudelman // Madrid, Spain,Colloquium SC B5 CIGRE Committee. –2007.

3. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем: Учеб. пособие для техникумов. – М.: Энергоатомиздат, 1998. – 800 c.