Реализация релейной защиты автотрансформатора АОДЦТН-160000/500/220 на базе терминалов «Бреслер ТТ2108. 13» и «Бреслер ТЛ2606. 13»

1. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ИССЛЕДУЕМОЙ СЕТИ

3.1 Исходные данные для расчета

3.2 Расчет параметров схемы замещения исследуемой сети

4. РАСЧЕТ УСТАВОК ЗАЩИТ

4.1 Выбор уставок дифференциального органа с торможением

4.2 Дистанционная защита автотрансформатора

5. ВЫВОДЫ

6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

7. ПРИЛОЖЕНИЕ

1. Задание на курсовое проектирование Выбор устройства релейной защиты и автоматики рассматриваемого объекта Расчет уставок основных и резервных защит Оценка произведенных расчетов и выбранной защиты

2. Постановка задачи Автотрансформатор представляет собой сосредоточенный элемент электроэнергетической сети, предназначенный для организации связи электроэнергетических систем. В отличие от трансформатора, автотрансформатор помимо электромагнитной связи между обмотками имеет и гальваническую.

Согласно ПУЭ (Правила устройств электроустановок) для автотрансформаторов должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

1) многофазных замыканий в обмотках и на выводах;

2) однофазных замыканий в обмотках;

3) витковых замыканий в обмотках;

4) токов в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями;

5) токов в обмотках, обусловленных перегрузкой;

6) понижения уровня масла;

7) частичного пробоя изоляции вводов 500 кВ;

8) однофазных замыканий на землю в сетях 3−10 кВ с изолированной нейтралью, если трансформатор питает сеть, в которой отключение однофазных замыканий на землю необходимо по требованиям безопасности.

Рекомендуется, кроме того, применение защиты от однофазных замыканий на землю на стороне 6−35 кВ автотрансформаторов с высшим напряжением 220 кВ и выше.

На сегодняшний день существует множество хорошо зарекомендовавших себя фирм, предлагающих микропроцессорную релейную защиту автотрансформатора. Рассмотрим некоторые из них.

1) Научно-производственный центр «Энергоавтоматика» предлагает терминал «МикроСЗР 13Х» (Х=1 — дифференциальная защита трансформатора, Х=2 — резервные защиты трансформатора). К основным особенностям следует отнести возможности конфигурирования логики, создания для измерительных органов защит характеристик срабатывания любой конфигурации и сложности, изменять конфигурацию и уставки защит в фоновом режиме работы терминалов без их отключения и вывода из работы. Передача всех изменений параметров измерительных органов (передача новой конфигурации) осуществляется единовременно, за время перехода на новые значения не превышающее 100 мс.

2) Научно-производственное предприятие ЭКРА поставляет в качестве комплекта релейной защиты автотрансформатора: шкаф защиты автотрансформатора ШЭ2607 42 043 и шкаф резервной защиты автотрансформатора 2710 572.

3) Научно-технический центр «ГОСАН» обладает микропроцессорным модулем защит автотрансформатора БИМ2020Р22/2030Р22/2120P22/2130P22.

4) Научно-технический центр «Механотроника» предлагает шкаф защиты трансформатора ШЗТ-МТ-022. Шкаф содержит три цифровых терминала: БМРЗ-ТД — терминал дифференциальной защиты трансформатора; БМРЗ-ТР-ВНтерминал резервных защит и автоматики стороны высшего напряжения (ВН); БМРЗ-ТР-СНтерминал резервных защит и автоматики стороны среднего напряжения (СН).

5) Siemens обладает защитой трансформатора SIPROTEC 7UT633. Данная защита интересна тем, что дополнительно в ней предусмотрен высокочувствительный вход по току, который может быть использован для определения небольших токов утечки.

6) «Исследовательский центр «Бреслер» выпускает шкаф защиты трансформатора Бреслер ШТ 2108. Шкаф содержит три цифровых терминала: Бреслет ТТ 2108.13 — основная защита трансформатора; ТОР-200Л — комплект автоматики и управления выключателя 110−220 кВ и резервных защит; ТОР-200Р — комплект автоматического регулирования напряжения трансформатора.

Все перечисленные защиты удовлетворяют требованиям, которые предъявляет ПУЭ к релейной защите автотрансформатора.

В связи с тем, что автор данной работы является сотрудником ООО «Исследовательский центр «Бреслер» и заинтересован в дальнейшем становлении и продвижении предприятия на рынке аппаратуры релейной защиты, для организации защиты рассматриваемого автотрансформатора выбран шкаф защиты трансформатора Бреслер ШТ 2108.

Целью данной работы является произвести расчет уставок выбранной защиты, если потребуется внести предложения по улучшению функционирования защиты.

3. Расчет параметров исследуемой сети

3.1 Исходные данные для расчета автотрансформатор защита сеть релейный Автотрансформаторы широко применяются на гидроэлектростанциях. На практике получила распространение схема, когда гидрогенератор подключен к автотрансформатору, который в свою очередь обеспечивает связь с системой (ВН) и питает нагрузку (СН) (Рисунок 1). В подобных схемах применяются автотрансформаторы, так как установка трехобмоточного трансформатора привела бы к неоправданному увеличению затрат на сооружение и обслуживание данного сетевого района.

Рисунок 1. Схема исследуемой сети

Зададимся исходными данными для дальнейших расчетов.

3.2 Расчет параметров схемы замещения исследуемой сети Расчет будем вести в относительных единицах.

Выберем базисные условия:

;;; ;

Расчет параметров схемы замещения линии электропередач (ЛЭП) В связи с тем, что целью данной работы не является проектирование сетевого района, зададимся усредненными параметрами линий. По таблице 7.39 «Расчетные характеристики воздушных линий 220−1150 кВ со сталеалюминевыми проводами» (см 3)

ЛЭП 500 кВ

;

;

;

;

;

ЛЭП 220 кВ

;

;

;

;

;

;

Расчет параметров схемы замещения автотрансформатора В каталожных данных автотрансформатора задается его проходная мощность, т. е та мощность, которая может быть передана электромагнитным (типовая) и электрическим путем.

;

;

;

;

;

С учетом РПН при крайнем положении:

При положении -12.36%

При положении +12.36%

Активное сопротивление автотрансформатора учитывать не будем, так как оно очень невелико.

Расчет параметров схемы замещения трансформатора

;

;

;

;

Расчет параметров схемы замещения генератора Рассчитаем переходную ЭДС генератора при номинальном режиме работы:

;

.

Рассчитаем сверхпереходную ЭДС генератора при номинальном режиме работы:

;

.

Система Приведем сопротивление системы к базисным условиям:

;

;

Нагрузка Пусть трансформатор в максимальном режиме работы загружен на 50%, а в минимальном на 40%. Примем, тогда рассчитаем параметры нагрузки.

;

;

Учтем ЭДС нагрузки, как ЭДС обобщенной нагрузки.

Исходя из полученных результатов составим схему замещения (Рисунок 2):

Рисунок 2. Схема замещения прямой последовательности исследуемой сети

4. Расчет уставок защит Произведем расчет следующих защит автотрансформатора: продольной дифференциальной защиты, дистанционной защиты.

4.1 Выбор уставок дифференциального органа с торможением Рабочие величины дифференциального органа с торможением рассчитываются следующим образом. Дифференциальный ток Iдиф рассчитывается как сумма токов плеч основной гармоники I1, I2 и I3 соответствующего канала ДЗТ:

.

Входной ток, равный току плеча с максимальным модулем, выходной и тормозной токи определяются следующим образом:

где ц — угол между входным Iвх и выходным Iвых токами.

Дифференциальную защиту трансформаторов необходимо отстраивать от максимального тока небаланса, а также от броска тока намагничивания (БТН). Отстройка от токов небаланса производится, как правило, за счет выбора уставок тормозной характеристики (ТХ). Отстройка от режимов БТН обеспечивается с помощью торможения от блокировки по второй гармонике и блокировки по форме тока.

Тормозная характеристика состоит из двух участков (см. рисунок) и характеризуется следующими уставками:

· начальный дифференциальный ток срабатывания Iдиф. нач (DZT_sIdiff);

· начальный тормозной ток Iторм, нач (DZT_sIbias);

· коэффициент торможения Kторм (DZT_sKbias);

· тормозной ток блокировки Iблок (DZT_sIblk).

Также для дифференциального органа с торможением следует задать уставку блокировки по второй гармонике (BH2_sKh2h1).

Рисунок 3. Тормозная характеристика дифференциальной защиты трансформатора Уставки характеристики отстраиваются от тока небаланса. Относительный ток небаланса в общем виде может быть определен как сумма трех составляющих, которые обусловлены погрешностями трансформаторов тока, неучетом рабочего ответвления РПН и погрешностью выравнивания токов плеч в терминале защиты:

где kпер — коэффициент, учитывающий переходный режим (наличие апериодической составляющей тока);

е — относительное значение полной погрешности трансформаторов тока, соответствующее установившемуся режиму КЗ или качаний, которое для упрощения расчета принимается равным 0.1;

?Uрег — погрешность, обусловленная регулированием напряжения под нагрузкой на сторонах защищаемого трансформатора и принимаемая равной половине используемого диапазона регулирования;

fвыр — погрешность выравнивания токов плеч в терминале защиты, следует принимать равным 0.03.

Начальный дифференциальный ток срабатывания выбирается по условию отстройки от тока небаланса в нормальном режиме работы трансформатора:

где kотс = 1.2 1.5 — коэффициент отстройки, учитывающий ошибки расчета и необходимый запас, выберем среднее значение из представленного диапазона kотс =1.35;

Iнб.расч* - расчетный ток небаланса, определяемый по формуле где kпер принимается равным 1.0;

Примем, используемый диапазон регулирования напряжения под нагрузкой составляет, следовательно Начальный тормозной ток выбирается из диапазона:

.

Уставка принимается равной минимальному значению для пускорезервных трансформаторов и трансформаторов, на которых возможно несинхронное АВР. В остальных случаях уставка может быть принята равной 1.0.

Для рассматриваемого случая выберем

Коэффициент торможения может быть определен по выражению:

где kотс = 1.2 — коэффициент отстройки;

Iнб.расч* - расчетный ток небаланса, который определяется по выражению при kпер = 2.0.

Для отстройки дифференциального органа от БТН, а также для дополнительного торможения защиты в режиме внешнего КЗ предусмотрена блокировка по второй гармонике, которая реагирует на отношение модуля второй гармоники дифференциального тока к модулю основной гармоники. Уставку BH2_sKh2h1 рекомендуется принять равной 14%.

Произведем проверку чувствительности защиты. Для этого проведем трехфазное короткое замыкание на стороне низшего напряжения (устройство РПН находится в нейтральном положении, режим максимальных нагрузок):

;

Рисунок 4. Рассчитанная тормозная характеристика в масштабе

4.2 Дистанционная защита автотрансформатора Дистанционная защита автотрансформатора от междуфазных коротких замыканиях может быть установлена исходя из следующих условий:

1) Согласования защит смежных линий с защитами автотрансформатора;

2) Дальнего резервирования в сетях высшего или среднего напряжения.

В связи с тем, что рассматриваемый автотрансформатор имеет обмотку высшего напряжения 500 кВ, то потребуется установка комплектов дистанционной защиты на стороне высшего и среднего напряжения.

Дистанционную защиту автотрансформатора можно организовать на основе терминала защиты «Бреслер 2606.13». необходимо учесть следующие особенности, так как каждая ступень дистанционной защиты автотрансформатора должна действовать последовательно:

1) на разделение систем (секций) шин с минимальной выдержкой времени, учитывающей минимальное с;

2) на отключение выключателей той стороны автотрансформатора, куда направлена рассматриваемая ступень;

3) на выходные реле защит автотрансформатора с выдержкой времени, на ступень большей, чем на отключение выключателя автотрансформатора.

Во избежание серьезной модернизации аналогового блока рассматриваемого терминала релейной защиты каждый комплект дистанционной защиты будет включен на напряжения и токи одной стороны автотрансформатора.

Дистанционная защита автотрансформатора в рассматриваемом случае будет применена для осуществления ближнего резервирования основных защит автотрансформатора. Подключение защиты осуществляется на трансформатор напряжения и трансформаторы тока, установленные на высшей стороне автортрансформатора. Произведем расчет для полигональной характеристики Комплект дистанционной защиты автотрансформатора:

Первичное сопротивление срабатывания первой ступени дистанционной защиты автотрансформатора для обеспечения ближнего резервирования основных защит автотрансформатора выберем по следующему условию:

.

Так как сопротивление зависит от положения РПН, что приводит к уменьшению чувствительности, то следует поставить в соответствии каждому положению РПН устаквку дистанционной защиты. Расчеты произведем для случая, соответсвующего нейтральному положению РПН:

Выбор первичное сопротивление срабатывания второй ступени дистанционной защиты автотрансформатора для обеспечения ближнего резервирования основных защит автотрансформатора по условию отстройки от короткого замыкания на шинах низшго напряжения:

где — максимально возможный коэффициент токораспределения.

;

Переведем полученное значение в именованные единицы:

Угол отстройки от внешних коротких замыканий для обеих ступеней примем равным 80.

Выводы

1) Используя продукцию ООО «ИЦ Бреслер» возможно осуществить релейную защиту и автоматику управления выключателями автотрансформатора.

2) Следует организовать дистанционную защиту автотрансформатора на основе дистанционной защиты линии (110−220 кВ), после внесения некоторых изменений (прежде всего действия на отключения см стр16).

3) Чувствительность дистанционной защиты автотрансформатора зависит от положения устройства РПН. Одним из способов повышения чувствительности является использование реле сопротивления, которое имеет возможность изменять сопротивление уставки в зависимости от положения РПН.

1. Руководящие указания по релейной защите. Вып 13б. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110- 500 кВ: Расчеты. — М.: Энергоатомиздат, 1985

2. Руководящие указания по релейной защите. Вып 11. Расчеты токов короткого замыкания для релейной защиты и системной автоматики в сетях 10 — 750 кВ — М.:Энергия, 1979

3. Электрическая часть станций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования — М.* Энергоатомиздат, 1989

4. Руководящие указания по релейной защите. Вып 7. Дистанционная защита линий 35−330 кВ. — М.: Энергия, 1966

5. Руководство по эксплуатации шкафа микропроцессорной защиты и автоматики трансформатора 110−220 кВ типа «Бреслер ШТ2108. ХХХ»

6. Рекомендации по расчету уставок шкафа микропроцессорной защиты и автоматики трансформатора 110−220 кВ типа «Бреслер ШТ 2108. ХХХ»

Приложение Бланк уставок Дистанционная защита

Дифференциальная защита