RU2744937C1 - Internal damage protection device for power transformers - Google Patents

Internal damage protection device for power transformers Download PDF

Info

Publication number
RU2744937C1
RU2744937C1 RU2020120456A RU2020120456A RU2744937C1 RU 2744937 C1 RU2744937 C1 RU 2744937C1 RU 2020120456 A RU2020120456 A RU 2020120456A RU 2020120456 A RU2020120456 A RU 2020120456A RU 2744937 C1 RU2744937 C1 RU 2744937C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power
voltage
determining
unit
transformer
Prior art date
Application number
RU2020120456A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Потапович Григорьев
Арсений Петрович Парфианович
Владимир Александрович Ковалев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС)
Priority to RU2020120456A priority Critical patent/RU2744937C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2744937C1 publication Critical patent/RU2744937C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/04—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for transformers
    • H02H7/045—Differential protection of transformers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Protection Of Transformers (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering. The device consists of a power transformer with an on-load tap changer (OLTC), current sensors, voltage sensors, units for determining the power of the winding bushings, a winding temperature sensor, a unit for determining power losses in the power transformer, a unit for determining a power balance, high-voltage switches and a unit for diagnosing the technical condition of the power transformer. The power transformer is connected with the on-load tap-changer by communication channels, current, voltage, winding temperature sensors and high-voltage switches. The current and voltage sensors are connected to the unit for determining the power of the winding inputs by communication channels. The current, voltage and temperature sensors of the windings are connected by communication channels with the unit for determining the power losses in the transformer. The units for determining the power and the unit for determining the power losses in the power transformer with the OLTC are connected by communication channels to the unit for determining the power balance. The high-voltage switches are connected to the power balance determination unit. The power balance determination unit is connected by communication channels to the power transformer health diagnostic unit.
EFFECT: invention provides ability to determine internal faults, thereby reducing the likelihood of faulty actuation (non-actuation) of relay protection based on the analysis of power imbalance under real conditions.
1 cl, 2 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к области электрифицированных железных дорог, и может быть использовано для защиты оборудования тяговых подстанций, а также для нетяговых потребителей.The claimed invention relates to the field of electrified railways, and can be used to protect the equipment of traction substations, as well as for non-traction consumers.

Для силовых трансформаторов тяговых подстанций переменного тока известна проблема определения внутренних повреждений с целью отключения силового трансформатора при минимальных внутренних повреждениях.For power transformers of AC traction substations, the problem of determining internal damage is known in order to disconnect a power transformer with minimal internal damage.

Известен способ защиты силового трансформатора тяговых подстанций переменного тока от внутренних повреждений [Пат. №2710023 Российская Федерация, Способ защиты силового трансформатора тяговых подстанций переменного тока от внутренних повреждений / Н.П. Григорьев, Б.Е. Дынькин, А.П. Парфианович, П.Н. Трофимович; заявитель и патентообладатель АНО «Университет», заявка №2018118911 заявл. 22.05.2018; опубл; 24.12.2019, Бюл. №33].A known method of protecting a power transformer of AC traction substations from internal damage [US Pat. No. 2710023 Russian Federation, Method of protecting a power transformer of AC traction substations from internal damage / N.P. Grigoriev, B.E. Dyn'kin, A.P. Parfianovich, P.N. Trofimovich; applicant and patentee of ANO "University", application No. 2018118911 app. 05/22/2018; publ; 12/24/2019, Bul. No. 33].

Способ защиты от внутренних повреждений силового трансформатора включающий силовой трансформатор с устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), датчики тока и напряжения и устройство РЗА.A method of protection against internal damage of a power transformer, including a power transformer with a voltage-under-load control device (OLTC), current and voltage sensors and a relay protection device.

Способ защиты от внутренних повреждений силового трансформатора заключается в следующем.The way to protect the power transformer from internal damage is as follows.

Способ защиты от внутренних напряжений силового трансформатора основан на анализе небаланса мощности, в котором предусматривается определение небаланса потребления мощности по вводам обмоток высшего и расхода по обмоткам тягового и районного напряжений и потери мощности в меди и стали расчетом при этом мощности определяются по значениям, которые измеряются трансформаторами тока и трансформаторами напряжения. При значении небаланса мощности, менее предварительно принятой уставки, отключение трансформатора не происходит. Силовой трансформатор отключается в случае превышения значения уставки.The method of protection against internal voltages of a power transformer is based on the analysis of the power imbalance, which provides for the determination of the imbalance of power consumption at the inputs of the higher windings and the flow rate for the windings of the traction and regional voltages and power losses in copper and steel by calculation, while the power is determined by the values that are measured by transformers current and voltage transformers. If the power unbalance value is less than the previously accepted setting, the transformer does not trip. The power transformer is disconnected if the setting value is exceeded.

Достоинством способа определения внутренних повреждений силового трансформатора на основе определения небаланса мощности по вводам обмоток высшего и расхода по обмоткам тягового и районного напряжений с учетом потерь мощности в стали и меди.The advantage of the method for determining the internal damage of a power transformer based on determining the power imbalance at the inputs of the higher windings and the flow rate for the windings of the traction and regional voltages, taking into account the power losses in steel and copper.

Недостатком известного решения является не учет температуры обмоток силового трансформатора, которая влияет на сопротивления обмоток, что может приводить к погрешности при определении действительных потерь мощности в медиThe disadvantage of the known solution is not taking into account the temperature of the windings of the power transformer, which affects the resistance of the windings, which can lead to errors in determining the actual power losses in copper

Наиболее близким к заявляемому решению является устройство защиты от внутренних повреждений (дифференциальная защита) силового трансформатора тяговой подстанции переменного тока [Бей Ю.М. Тяговые подстанции / Ю.М. Бей, P.P. Мамошин, В.Н. Пупынин / учебник для вузов ж-д транспорта. - Москва: Транспорт, 1986 - 319 с.; Фигурнов Е.П. Релейная защита / Е.П. Фигурнов / учебник. В 2 ч. Ч. 1. 3-е изд., перераб. и доп.-Москва: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2009. - 415 с].Closest to the claimed solution is a device for protection against internal damage (differential protection) of a power transformer of an alternating current traction substation [Bei Yu.M. Traction substations / Yu.M. Bay, P.P. Mamoshin, V.N. Pupynin / textbook for universities of railway transport. - Moscow: Transport, 1986 - 319 p .; Figurnov E.P. Relay protection / E.P. Figurnov / tutorial. In 2 hours, Part 1. 3rd ed., Revised. and additional - Moscow: GOU "Educational and methodological center for education in railway transport", 2009. - 415 p].

Устройство защиты от внутренних повреждений (дифференциальная защита) силового трансформатора тяговой подстанции переменного тока содержит силовой трансформатор с устройством РПН, датчики тока, устройство релейной защиты и автоматики (РЗА) и высоковольтные выключатели.The protection device against internal damage (differential protection) of the power transformer of the AC traction substation contains a power transformer with an on-load tap-changer, current sensors, a relay protection and automation device (RPA) and high-voltage switches.

Силовой трансформатор с устройством РПН соединен каналами связи с высоковольтными выключателями и датчиками тока.The power transformer with the on-load tap-changer is connected by communication channels with high-voltage switches and current sensors.

Датчики тока каналами связи подключены к РЗА.The current sensors are connected by communication channels to the relay protection and automation system.

Устройство защиты работает следующим образом.The protection device works as follows.

По обмоткам силового трансформатора с устройством РПН при включенных выключателях протекают токи нагрузок, которые фиксируются датчиками тока. Устройство РЗА анализирует токи обмоток силового трансформатора с устройством РПН при внутренних повреждениях силового трансформатора, которые поступают от датчиков тока. При небалансе токов (сумма токов меньше уставки) отключение трансформатора не происходит. При внутреннем повреждении трансформатора (например, повреждение изоляции одной из обмоток) возрастает ток обмоток высшего напряжения и возникает небаланс токов. Устройство РЗА подает сигнал на высоковольтные выключатели по каналам связи для их отключения при превышении принятой уставки по небалансу токов для отключения напряжения с поврежденного силового трансформатора с устройством РПН.Load currents flow through the windings of a power transformer with an on-load tap-changer with the circuit breakers turned on, which are recorded by current sensors. The RPA device analyzes the currents of the windings of a power transformer with an on-load tap-changer in case of internal damage to the power transformer, which comes from current sensors. If the currents are unbalanced (the sum of the currents is less than the setting), the transformer does not trip. In case of internal damage to the transformer (for example, damage to the insulation of one of the windings), the current of the higher voltage windings increases and an imbalance of currents occurs. The relay protection device sends a signal to high-voltage switches via communication channels to turn them off when the accepted setting for the current unbalance is exceeded to disconnect the voltage from a damaged power transformer with an on-load tap-changer.

Достоинство устройства защиты от внутренних повреждений (дифференциальная защита): защита может срабатывать до появления газообразования и (или) потока масла и (или) газа через газовое реле. Отключение происходит без выдержки времени, что позволяет исключить дальнейшее разрушение трансформатора и снижает ущерб от последствий повреждения трансформатора.Advantage of the protection device against internal damage (differential protection): the protection can be triggered before gas formation and (or) the flow of oil and (or) gas through the gas relay. Disconnection occurs without time delay, which prevents further destruction of the transformer and reduces the damage from the consequences of damage to the transformer.

Недостаток защиты от внутренних повреждений (дифференциальная защита) заключается в том, что токи вводов тягового напряжения распределяются в обмотках, в соотношении 2/3 тока «своего» плеча и -1/3 тока «чужого» плеча при этом не учитываются токи от потерь мощности в меди и стали.The disadvantage of protection against internal damage (differential protection) is that the currents of the traction voltage inputs are distributed in the windings, in the ratio of 2/3 of the current of the "own" arm and -1/3 of the current of the "alien" arm, while currents from power losses are not taken into account. in copper and steel.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке устройства защиты силового трансформатора при внутренних повреждениях которая позволяет определять на ранней стадии внутреннее повреждение, что снижает вероятность ложного срабатывания (несрабатывания) релейной защиты на основании анализа небаланса мощности при реальных условиях, и предотвращает тяжелые последствия и снижают ущерб от внутренних повреждениях силового трансформатора.The problem solved by the invention is to develop a device for protecting a power transformer in case of internal faults, which allows detecting an internal fault at an early stage, which reduces the likelihood of false operation (non-operation) of relay protection based on the analysis of power unbalance under real conditions, and prevents serious consequences and reduces damage from internal damage to the power transformer.

Для решения поставленной задачи устройство защиты силового трансформатора тяговых подстанций переменного тока от внутренних повреждений содержащее силовой трансформатор с устройством РПН, высоковольтные выключатели, датчики тока и напряжения, измеряющие ток и напряжение вводов обмотках высшего, тягового и районного напряжения, при этом силовой трансформатор с устройством РПН соединен каналами связи с высоковольтными выключателями, датчиками тока и напряжения и отличается тем, что устройство дополнительно снабжено датчиком температуры обмоток, блоком определения потерь мощности в трансформаторе с учетом температуры обмоток, блоком определения мощности вводов обмоток высшего, тягового и районного напряжения, блоком определения небаланса мощностей, высоковольтными выключателями и блоком диагностики работоспособности силового трансформатора, которые связаны каналами связи с трансформаторами тока, трансформаторами напряжения и высоковольтными выключателями.To solve the set task, a device for protecting a power transformer of AC traction substations from internal damage containing a power transformer with an on-load tap-changer, high-voltage switches, current and voltage sensors measuring the current and voltage of the bushings in the windings of higher, traction and regional voltage, while the power transformer with an on-load tap-changer connected by communication channels with high-voltage switches, current and voltage sensors and differs in that the device is additionally equipped with a winding temperature sensor, a unit for determining power losses in the transformer taking into account the temperature of the windings, a unit for determining the power of the winding inputs of the higher, traction and regional voltage, a unit for determining the power imbalance , high-voltage switches and a power transformer operability diagnostic unit, which are connected by communication channels with current transformers, voltage transformers and high-voltage switches.

Наличие существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».The presence of significant distinctive features testifies to the compliance of the proposed solution with the criterion of patentability of the invention "novelty".

Благодаря отличительным признакам заявляемое устройство от внутренних повреждений в силовом трансформаторе тяговых подстанций позволяет снизить погрешность в определении на ранней стадии внутренних повреждений на основе небаланса мощности нарушение работы (равного или превышающего значение срабатывания защиты ΔР* *>АРсз).Due to the distinctive features of the claimed device against internal damage in the power transformer of traction substations, it is possible to reduce the error in determining the internal damage at an early stage based on the power imbalance, disruption of operation (equal to or exceeding the protection operation value ΔP * *> AR sz )

ΔР*=Рвн-(PTH+PPH+ΔР)ΔР * = Р int - (P TH + P PH + ΔР)

PBH, PTH, PPH мощность вводов высшего, тягового и районного напряжения;P BH , P TH , P PH power of inputs of higher, traction and regional voltage;

ΔР - мощность потерь в трансформаторе.ΔР - power losses in the transformer.

Это обусловлено тем, что при синхронном измерении показателей работы силового трансформатора повышается точность определения работоспособности силового трансформатора.This is due to the fact that with synchronous measurement of the performance of a power transformer, the accuracy of determining the performance of a power transformer increases.

Неожиданным результатом является то, что постоянный контроль небаланса мощностей силового трансформатора обеспечивает определениеAn unexpected result is that the constant monitoring of the power imbalance of the power transformer provides the determination of

условий, при которых выполнение внепланового ремонта восстанавливает работоспособность силового трансформатора.conditions under which the execution of unscheduled repairs restores the operability of the power transformer.

Эффект неожиданности заключается в том, что небаланс мощности (ΔР*) менее значения срабатывания защиты (ΔРсз) и превышает нормируемое значение (ΔРнорм) для определенных условий (ΔРнорм ≤Δ Р* ≤ ΔРсз) (например, превышение выше нормируемого значения влажности трансформаторного масла) обеспечивает получение информации о необходимости выполнение ремонта силового трансформатора (например, сушка масла).The effect of surprise is that the imbalance power (? P *) is less tripping value (? P cs) and exceeds the rated value (? P standards) for certain conditions (.DELTA.P standards ≤Δ P? P * ≤ cs) (e.g., the excess above the rated values moisture content of transformer oil) provides information on the need to repair the power transformer (for example, oil drying).

Устройство защиты от внутренних повреждений силового трансформатора тяговых подстанций переменного тока иллюстрируется чертежом.The protection device against internal damage of the power transformer of the AC traction substations is illustrated in the drawing.

На фиг.1 представлен силовой трансформатор с устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) 1, датчики тока 2, датчики напряжения 3, блоки определения мощности вводов обмоток 4, датчик температуры обмоток 5, блок определения потерь мощности в силовом трансформаторе 6, блок определения баланса мощности 7, высоковольтные выключатели 8 и блок диагностики технического состояния силового трансформатора 9.Figure 1 shows a power transformer with a voltage regulator under load (OLTC) 1, current sensors 2, voltage sensors 3, units for determining the power of the winding inputs 4, winding temperature sensor 5, a unit for determining power losses in a power transformer 6, a unit for determining a balance power 7, high-voltage switches 8 and a power transformer technical condition diagnostics unit 9.

Силовой трансформатор с устройством РПН 1 соединены каналами связи датчиками тока 2, напряжения 3, температуры обмоток 5 и высоковольтными выключателями 8.The power transformer with the on-load tap-changer 1 are connected by communication channels by sensors of current 2, voltage 3, temperature of windings 5 and high-voltage switches 8.

Датчики тока 2 и напряжения 3 подключены к блоку определения мощности вводов обмоток 4 каналами связи.Current sensors 2 and voltage 3 are connected to the unit for determining the power of the winding inputs by 4 communication channels.

Датчики тока 2, напряжения 3 и температуры обмоток 5 соединены каналами связи с блоком определения потерь мощности в трансформаторе 6.Sensors of current 2, voltage 3 and temperature of windings 5 are connected by communication channels with the unit for determining power losses in the transformer 6.

Блок определения мощности 4 и блок определения потерь мощности 6 в силовом трансформаторе с РПН подключены к блоку определения баланса мощности 7 каналами связи.The unit for determining the power 4 and the unit for determining the power losses 6 in a power transformer with an on-load tap-changer are connected to the unit for determining the power balance by 7 communication channels.

Высоковольтные выключатели 8 соединены с блоком определения баланса мощностей 7.High-voltage switches 8 are connected to the power balance determination unit 7.

Блок определения баланса мощностей 7 каналами связи подключен к блоку диагностики работоспособности силового трансформатора 9.The power balance determination unit by 7 communication channels is connected to the power transformer 9 operability diagnostic unit.

Устройство защиты от внутренних повреждений силовых трансформаторов следующим образом.Internal damage protection device for power transformers as follows.

По вводам обмоток силового трансформатора с устройством РПН 1 при включенных выключателях 8 протекают токи нагрузок, которые фиксируются датчиками тока 2 во времени. Напряжение вводов высшего, среднего и низшего напряжения контролируется датчиками напряжения 3 во времени. По каналам связи значения токов вводов и напряжения поступают в блок определения мощностей вводов обмоток 4 высшего, тягового и районного напряжения силового. В блоке определения потерь мощности в трансформаторе 6 определяются сопротивления обмоток с учетом действительного температурного коэффициента по датчику температуры 5, и ступени РПН, определяющей коэффициент трансформации силового трансформатора с устройством РПН 1.Load currents flow through the inputs of the windings of the power transformer with the on-load tap-changer 1 with the switches 8 turned on, which are recorded by the current sensors 2 in time. The voltage of the high, medium and low voltage inputs is monitored by voltage sensors 3 in time. Through the communication channels, the values of the currents of the inputs and voltages are fed to the unit for determining the powers of the inputs of the windings 4 of the higher, traction and regional power voltage. In the block for determining the power losses in the transformer 6, the winding resistances are determined taking into account the actual temperature coefficient according to the temperature sensor 5, and the on-load tap-changer stage, which determines the transformation ratio of the power transformer with the on-load tap-changer device 1.

Теоретическое обоснование определения потерь мощности в силовых трансформаторах с устройством РПН 1 тяговых подстанций приведено ниже.The theoretical justification for determining power losses in power transformers with an on-load tap-changer 1 of traction substations is given below.

Рассмотрим расчетную схему токов и напряжений силового трансформатора тяговых подстанций на фиг. 2.Consider the design diagram of the currents and voltages of the power transformer of traction substations in Fig. 2.

Несимметричную систему векторов напряжения

Figure 00000001
обмоток АХ, BY и CZ получим в виде суммы симметричных систем напряжений прямой (U1) и обратной (U2) последовательности.Asymmetric system of stress vectors
Figure 00000001
windings AX, BY and CZ are obtained in the form of the sum of symmetrical voltage systems of the forward (U 1 ) and reverse (U 2 ) sequences.

На фиг. 2 обозначены токи обмоток высшего напряжения (

Figure 00000002
), тягового напряжения (
Figure 00000003
) и токи районных обмоток (
Figure 00000004
). Токи левого и правого плеча питания (
Figure 00000005
) ориентированы относительно напряжений плеч (
Figure 00000006
). Операторы поворота напряжения плеч (D Л, D П) учитывают вектор напряжения в фазных координатах.FIG. 2 denotes the currents of the high voltage windings (
Figure 00000002
), traction stress (
Figure 00000003
) and currents of regional windings (
Figure 00000004
). The currents of the left and right shoulder supply (
Figure 00000005
) are oriented relative to shoulder stresses (
Figure 00000006
). Operators of turning the voltage of the shoulders ( D L , D P ) take into account the voltage vector in phase coordinates.

Действительные потери мощности в стали от напряжения прямой ΔРст1 и обратной АРст2 последовательности определим по формулеThe actual power losses in steel from the voltage of the forward ΔP st1 and reverse AR st2 of the sequence are determined by the formula

Figure 00000007
Figure 00000007

Потери мощности в стали от напряжения прямой последовательности определим по формулеThe power loss in steel from the positive sequence voltage is determined by the formula

Figure 00000008
Figure 00000008

где Uном - номинальное напряжение обмотки трансформатора, кВ;where U nom is the rated voltage of the transformer winding, kV;

ΔPxx - потери холостого хода тягового трансформатора, кВт.ΔP xx - no-load losses of the traction transformer, kW.

Потери мощности в стали от напряжения обратной последовательности определим по формулеThe power loss in steel from the negative sequence voltage is determined by the formula

Figure 00000009
Figure 00000009

Определение потерь мощности в стали с учетом несимметрии напряжений повышает точность расчета до 30%.Determination of power losses in steel taking into account stress unbalance increases the calculation accuracy up to 30%.

Потери мощности в меди тяговых трансформаторов определим суммой потерь на активных сопротивлениях обмоток высшего, тягового и районного напряжений для каждой фазы по токам плеч питания тяговых нагрузок и мощности районных нагрузокThe power loss in copper of traction transformers is determined by the sum of losses on the active resistances of the windings of the highest, traction and regional voltages for each phase by the currents of the supply arms of the traction loads and the power of the regional loads

Figure 00000010
Figure 00000010

Нагрузочные потери мощности в обмотках высшего напряжения (ΔРВ) определим по формулеThe load power losses in the high voltage windings (ΔР В ) are determined by the formula

Figure 00000011
Figure 00000011

где IAX, IBY, ICZ - модуль токов обмоток высшего напряжения АХ, BY и CZ, А, соответственно;where I AX , I BY , I CZ - module of currents of high voltage windings AX, BY and CZ, A, respectively;

RB - активное сопротивление обмоток высшего напряжения с учетом температуры обмоток и ступени РПН, Ом.R B - active resistance of the high voltage windings, taking into account the temperature of the windings and the tap changer stage, Ohm.

Действительное активное сопротивление обмотки высшего напряжения тягового трансформатора, с учетом температуры и ступени РПН определим по формулеThe actual active resistance of the high voltage winding of the traction transformer, taking into account the temperature and the tap changer stage, will be determined by the formula

Figure 00000012
Figure 00000012

где RB20 - номинальное активное сопротивление обмоток высшего напряжения, Ом;where R B20 - rated active resistance of high voltage windings, Ohm;

ΔRB20 - приращение сопротивления обмотки высшего напряжения, с учетом ступени РПН;ΔR B20 - increment of resistance of the high voltage winding, taking into account the tap changer stage;

α - температурный коэффициент сопротивления;α is the temperature coefficient of resistance;

tобм _ температура обмоток, °С.t winding _ temperature of the windings, ° С.

При изменении температуры обмоток тягового трансформатора в диапазоне от -40°С (момент включения трансформатора при температуре окружающей среды - 40°С) до +70°С расчет нагрузочных потерь без учета температурного коэффициента сопротивления дает погрешность до 27%.When the temperature of the traction transformer windings changes in the range from -40 ° C (the moment the transformer is turned on at an ambient temperature of 40 ° C) to + 70 ° C, the calculation of load losses without taking into account the temperature coefficient of resistance gives an error of up to 27%.

Модули токов обмоток АХ, BY и CZ высшего напряжения трансформатора определим по формулам:The modules of the currents of the windings AX, BY and CZ of the higher voltage of the transformer are determined by the formulas:

Figure 00000013
Figure 00000013

где

Figure 00000014
- токи тяговых обмоток;Where
Figure 00000014
- currents of traction windings;

D AX, D BY, D CZ - операторы поворота напряжения обмоток архр, bpyp и cpzp районных нагрузок соответственно; D AX, D BY, D CZ - operators of turning the voltage of the windings a p x p , b p y p and c p z p of regional loads, respectively;

Figure 00000015
- ток районной нагрузки;
Figure 00000015
- regional load current;

nT, nP - действительные коэффициенты трансформации обмоток высшего и тягового, высшего и районного напряжения соответственно.n T , n P are the actual transformation ratios of the windings of higher and traction, higher and regional voltages, respectively.

Действительные коэффициенты трансформации определим по нижеследующим формулам, с учетом номинального коэффициента обмоток высшего и тягового напряжения nТном, обмоток высшего и районного напряжения nРном и ступени РПН (ΔnT, ΔnP):The actual transformation ratios are determined by the following formulas, taking into account the nominal ratio of the windings of the higher and traction voltage n Tnom , the windings of the higher and regional voltage n Phnom and the tap changer stage (Δn T , Δn P ):

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Токи тяговых обмоток ах, by и cz определим через токи плеч и операторы поворота напряжения плеч питания:The currents of the traction windings aх, by and cz are determined through the currents of the arms and the operators of turning the voltage of the supply arms:

Figure 00000018
Figure 00000018

где

Figure 00000019
- токи левого и правого плеч питания, А, соответственно;Where
Figure 00000019
- currents of the left and right supply arms, A, respectively;

D Л, D П - операторы поворота напряжения левого и правого плеч питания в фазных координатах; D L , D P - operators of voltage rotation of the left and right supply arms in phase coordinates;

αПах, αЛах, αПсz, αПсz - коэффициенты распределения токов плеч в обмотках трансформатора. Groin α, α Lah, α Psz, α Psz - distribution coefficients shoulders currents in the transformer windings.

Определение потерь мощности в меди с учетом несимметрии токов в обмотках повышает точность расчета до 50%.Determination of power losses in copper, taking into account the unbalance of currents in the windings, increases the calculation accuracy up to 50%.

Ток районной нагрузки определим по формулеThe regional load current is determined by the formula

Figure 00000020
Figure 00000020

где PP, QP - активная и реактивная мощность районной нагрузки, кВт и кВАр;where P P , Q P - active and reactive power of the district load, kW and kvar;

UP - напряжение районной нагрузки, кВ;U P is the voltage of the regional load, kV;

kcx=3 при схеме соединения обмоток районного напряжения в "треугольник";k cx = 3 with a "triangle" connection of the district voltage windings;

Figure 00000021
при схеме соединения обмоток районного напряжения в "звезду".
Figure 00000021
with the circuit of connecting the windings of the regional voltage in a "star".

Потери мощности в обмотках тягового напряжения (ΔРТ) определим по формулеThe power loss in the traction voltage windings (ΔР Т ) is determined by the formula

Figure 00000022
Figure 00000022

где Iax, Iby, Icz, - модули токов тяговых обмоток трансформатора, А;where I ax , I by , I cz , are the modules of the currents of the traction windings of the transformer, A;

RT - активное сопротивление обмоток тягового напряжения с учетом температуры обмоток, Ом.R T is the active resistance of the traction voltage windings, taking into account the winding temperature, Ohm.

Действительное сопротивление тяговой обмотки, с учетом температуры, рассчитывается по формулеThe actual resistance of the traction winding, taking into account the temperature, is calculated by the formula

Figure 00000023
Figure 00000023

где RT20 - номинальное активное сопротивление обмоток тягового напряжения, Ом.where R T20 is the nominal active resistance of the traction voltage windings, Ohm.

Потери мощности в обмотках районного напряжения (ΔРР) определим по формулеThe power loss in the windings of the district voltage (ΔР Р ) is determined by the formula

Figure 00000024
Figure 00000024

где RP - действительное сопротивление районной обмотки с учетом температуры и ступени РПН и ПБВ, Ом, которое рассчитаем по формулеwhere R P is the actual resistance of the district winding, taking into account the temperature and step of the tap-changer and off-load tap-changer, Ohm, which is calculated by the formula

Figure 00000025
Figure 00000025

где RP20 - номинальное активное сопротивление обмоток районной нагрузки, Ом;where R P20 is the nominal active resistance of the district load windings, Ohm;

ΔRP20 - приращение сопротивления районной обмотки, с учетом ступени регулирования напряжения.ΔR P20 - increase in the resistance of the district winding, taking into account the voltage regulation step.

Суммарные потери мощности тягового трансформатора определим по формулеThe total power losses of the traction transformer are determined by the formula

Figure 00000026
Figure 00000026

Далее в блоке определения баланса мощностей 7 определяется небаланс (превышение нормируемых) действительными потерями мощности в трансформаторе по действительным условиям работы, который сравнивается с уставкой срабатывания защиты (ΔРСЗ). Превышение отклонения суммарных потерь действительных потерь (ΔРСЗ) приводит к отключению высоковольтных выключателей 8 по команде от блока определения баланса мощности 7.Further, in the block for determining the power balance 7, the unbalance (exceeding the rated ones) is determined by the actual power losses in the transformer according to the actual operating conditions, which is compared with the protection operation setting (ΔР СЗ ). Exceeding the deviation of the total losses of actual losses (ΔР СЗ ) leads to disconnection of high-voltage switches 8 on command from the power balance determination unit 7.

В блоке диагностики работоспособности силового трансформатора 9 определяется превышение нормируемых по условиям работы показателей работы силового трансформатора с устройством РПН 1 с целью определения время, по истечении которого целесообразно принимать меры направленные на восстановление работоспособности.In the diagnostics block for the operability of the power transformer 9, the excess of the operating parameters of the power transformer with the on-load tap-changer 1, which is normalized according to the operating conditions, is determined in order to determine the time after which it is advisable to take measures aimed at restoring the operability.

Claims (1)

Устройство защиты от внутренних повреждений силовых трансформаторов, содержащее силовой трансформатор с устройством РПН, высоковольтные выключатели, датчики тока и напряжения, измеряющие ток и напряжение вводов обмоток высшего, тягового и районного напряжения, при этом силовой трансформатор с устройством РПН соединен каналами связи с высоковольтными выключателями, датчиками тока и напряжения, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено датчиком температуры обмоток, блоком определения потерь мощности в трансформаторе с учетом температуры обмоток, блоком определения мощности вводов обмоток высшего, тягового и районного напряжения, блоком определения небаланса мощностей, высоковольтными выключателями и блоком диагностики работоспособности силового трансформатора, которые связаны каналами связи с трансформаторами тока, трансформаторами напряжения и высоковольтными выключателями.A device for protection against internal damage of power transformers, containing a power transformer with an on-load tap-changer, high-voltage switches, current and voltage sensors measuring the current and voltage of the bushings of the windings of higher, traction and regional voltage, while the power transformer with the on-load tap-changer is connected by communication channels with high-voltage switches, current and voltage sensors, characterized in that the device is additionally equipped with a winding temperature sensor, a unit for determining power losses in the transformer taking into account the temperature of the windings, a unit for determining the power of the winding inputs of the higher, traction and regional voltage, a unit for determining the power imbalance, high-voltage switches and a unit for diagnostics of operability power transformer, which are connected by communication channels with current transformers, voltage transformers and high-voltage switches.
RU2020120456A 2020-06-15 2020-06-15 Internal damage protection device for power transformers RU2744937C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120456A RU2744937C1 (en) 2020-06-15 2020-06-15 Internal damage protection device for power transformers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020120456A RU2744937C1 (en) 2020-06-15 2020-06-15 Internal damage protection device for power transformers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2744937C1 true RU2744937C1 (en) 2021-03-17

Family

ID=74874550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020120456A RU2744937C1 (en) 2020-06-15 2020-06-15 Internal damage protection device for power transformers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2744937C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114566945A (en) * 2022-03-15 2022-05-31 南京南瑞继保电气有限公司 Rapid protection method for tap switch of converter transformer

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5671112A (en) * 1996-05-13 1997-09-23 Abb Power T&D Company, Inc. Digital integrator V/Hz relay for generator and transformer over-excitation protection
CN103840431A (en) * 2012-11-23 2014-06-04 西门子（上海）电气传动设备有限公司 Transformer overtemperature protection device, and transformer and frequency converter adopting the same
RU162402U1 (en) * 2015-10-21 2016-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "АвтоматикаДон" DEVICE OF ADAPTIVE RESERVE PROTECTION OF TRANSFORMERS ON BRANCHES OF THE AIRLINE
RU2710023C2 (en) * 2018-05-22 2019-12-24 АНО "Университет" Method for protection of power transformer of ac traction substations from internal damages
RU2717029C1 (en) * 2019-07-16 2020-03-18 Илья Николаевич Джус Method for transformer protection with oltc against overheating

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5671112A (en) * 1996-05-13 1997-09-23 Abb Power T&D Company, Inc. Digital integrator V/Hz relay for generator and transformer over-excitation protection
CN103840431A (en) * 2012-11-23 2014-06-04 西门子（上海）电气传动设备有限公司 Transformer overtemperature protection device, and transformer and frequency converter adopting the same
RU162402U1 (en) * 2015-10-21 2016-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "АвтоматикаДон" DEVICE OF ADAPTIVE RESERVE PROTECTION OF TRANSFORMERS ON BRANCHES OF THE AIRLINE
RU2710023C2 (en) * 2018-05-22 2019-12-24 АНО "Университет" Method for protection of power transformer of ac traction substations from internal damages
RU2717029C1 (en) * 2019-07-16 2020-03-18 Илья Николаевич Джус Method for transformer protection with oltc against overheating

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114566945A (en) * 2022-03-15 2022-05-31 南京南瑞继保电气有限公司 Rapid protection method for tap switch of converter transformer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wiszniewski New criteria of voltage stability margin for the purpose of load shedding
Redfern et al. Protection against loss of utility grid supply for a dispersed storage and generation unit
KR101189956B1 (en) Corrective device protection
EP2302648B1 (en) Self power-acquiring quickly responsive controllable electric reactor
Gajić et al. HV shunt reactor secrets for protection engineers
EP1958308A1 (en) Method and device for fault detection in an n-winding three-phase power transformer
EP2680385A9 (en) Differential protection in electrical power networks
CN203276027U (en) Digital dynamic closed-loop test system of electricity smooth and steady supply device
RU2744937C1 (en) Internal damage protection device for power transformers
CN110703152A (en) Method for testing braking characteristic of differential protection ratio of transformer
CN110927516B (en) Power distribution network single-phase earth fault identification method and system based on grounding transformer tap grounding
CN105098725A (en) Reactive compensation device protecting method and reactive compensation device protecting system
RU2710023C2 (en) Method for protection of power transformer of ac traction substations from internal damages
CN112255566B (en) High-voltage shore power simulation ship receiving test system, device and method
CN112398093B (en) Differential protection method and device for series transformer with adaptive differential action threshold
Bunn et al. A smart supervisory system for distribution transformers
CN117148214B (en) Online monitoring method for turn-to-turn short circuit fault of dry hollow parallel reactor group of neutral point ungrounded system
Phadke et al. Power System Protection
Soliman et al. A proposed algorithm for current differential protection of delta hexagonal phase shifting transformer
Rozhkov et al. Analysis of operation features for the auxiliary transformers at power plants in non-symmetric modes
Ying et al. Influence of HVDC Reactive Power Compensation Modeling Method on Short-Circuit Current Calculation
CN113009216B (en) Device for reducing power measurement abnormity of generator
Soliman et al. A comprehensive differential protection scheme for delta hexagonal phase angle regulating transformers
RU2772289C1 (en) Method for longitudinal differential protection of a transformer
Chaturvedi et al. Power System Stability Enhancement by Simultaneous AC-DC Power Transmission