Релейная защита трансформатора 110/6 кВ

Введение

Задание

1. Расчет сопротивлений элементов схемы

2. Расчет токов короткого замыкания

3. Расчет защиты трансформатора Т2

3.1 Расчет основной защиты силового трансформатора

3.1.1 Расчет дифференциальной защиты

3.1.2 Выбор газовой защиты трансформатора

3.2 Расчет резервной защиты трансформатора

3.2.1 Расчет токовой отсечки трансформатора

3.2.2 Расчет максимальной токовой защиты трансформатора

3.2.3 Расчет защиты от перегрузки Заключение Список использованных источников

Короткое замыкание — это, любое непредусмотренное нормальным режимом работы, замыкание фаз между собой, а также одной или нескольких фаз на землю.

Из всего многообразия причин возникновения К.З. можно выделить несколько основных:

1) нарушение изоляции электрооборудования, вызываемое её старением, загрязнением поверхности изоляторов, механическими повреждениями;

2) механические повреждения элементов электрической сети (обрыв провода линии электропередачи и т. п.);

3) преднамеренные К.З., вызываемые действием короткозамыкателей;

4) перекрытие токоведущих частей животными и птицами;

5) ошибки персонала подстанций при проведении переключений.

Уменьшение количества К.З. в электрических системах связано со строгим соблюдением Правил технической эксплуатации электроустановок и повышением качества продукции электротехнической промышленности Наибольшая опасность при К.З. угрожает элементам системы, прилегающих к месту его замыкания. В зависимости от места и продолжительности К.З. его последствия могут иметь местный характер (удаленное от источников питания К.З.) или отражаться на функционировании всей системы.

Для обеспечения надежного электроснабжения, предотвращения разрушения оборудования электроустановок и сохранения устойчивой работы элементов системы необходимо быстрое отключение поврежденного участка или элемента, а также ликвидация опасного анормального режима. Для этих целей используют специальные автоматические устройства в виде релейной защиты, отключающей выключатели.

Задание

1 Рассчитать защиту трансформатора Т2.

2 На листе формата А1 начертить полную схему защиты трансформатора. Схему защиты начертить в развернутом виде (схема размещения устройств релейной защиты по трансформаторам тока, токовые цепи, цепи напряжения, цепи оперативного тока, цепи сигнализации и выходные цепи защит). Составить спецификацию на примененную аппаратуру.

Таблица 1 — Исходные данные

Таблица 2 — Исходные данные (продолжение)

Примечание:

.

При расчете принять следующие параметры:

Удельное сопротивление ЛЭП — прямой последовательности Ом/км.

Все трансформаторы оснащены РПН ±9?1,77% на стороне 110 кВ Согласно заданию на курсовую работу, надо рассчитать защиту трансформатора Т2, его данные занесены в таблицу 3. Примем также, что в трансформаторе обмотки соединены по схеме Y₀/Д/Д.

Таблица 3 — Паспортные данные трансформатора марки ТРДН-63 000/110

Рисунок 1 — Исходная схема

1. Расчет сопротивлений элементов схемы

Все сопротивление приводится к основной ступени напряжения, за которую принято U_осн=U_ср.ном=115 кВ.

Энергосистема № 1:

Ом;

Ом;

Энергосистема № 2:

Ом;

Ом;

Линии:

Ом; Ом;

Трансформатор Т1:

Ом;

Ом;

Ом;

2. Расчет токов короткого замыкания

Для расчета всех токов предварительно составим схему замещения для защищаемой сети (рисунок 2).

Рисунок 2 — Схема замещения прямой последовательности Упрощаем схему замещения, при этом, так как ЭДС первой системы и ЭДС второй системы одинаковые, то вводим одну эквивалентную ЭДС, значение которой будет равно значению любой из энергосистем, то есть Е_ЭКВ=Е_С1=Е_С2=115 кВ Рисунок 3 — Первый шаг упрощения схемы замещения

Объединим параллельные и последовательные сопротивления, при этом учтем сопротивления энергосистем в максимальных и минимальных режимах:

Рисунок 4 — Второй шаг упрощения схемы замещения

Произведем расчет тока КЗ на сторонах НН (они равны):

1) Расчет тока К⁽³⁾ на стороне НН в режиме максимальных нагрузок (точка К2, рисунок 4):

;

2) Расчет тока К⁽²⁾ на стороне НН в режиме минимальных нагрузок (точка К2, рисунок 4):

;

Произведем расчет тока КЗ на сторонах ВН:

1) Расчет тока К⁽²⁾ на стороне ВН в режиме минимальных нагрузок (точка К1, рисунок 4):

Для расчета токов короткого замыкания на землю необходима схема замещения нулевой последовательности защищаемой сети в минимальном режиме, а также введем следующие параметры:

Удельное сопротивление ЛЭП — нулевой последовательности Ом/км.

Сопротивление нулевой последовательности энергосистем Рисунок 5 -Схема замещения нулевой последовательности

Энергосистема № 1:

Ом;

Ом.

Энергосистема № 2:

Ом;

Ом.

Линии:

Ом, Ом.

Преобразование схемы замещения нулевой последовательности аналогично преобразованиям схемы замещения прямой последовательности.

Общее сопротивление трансформатора:

Рисунок 6 — Упрощение схемы замещения нулевой последовательности Объединим параллельные и последовательные сопротивления:

Найдем общее сопротивление к точке КЗ, а также для нахождения тока КЗ, который проходит через защиту трансформатора найдем коэффициент токораспределения к_Т.Р..

Далее для удобства занесем все полученные значения токов К.З. в таблицу 4:

Таблица 4 — Токи короткого замыкания

3. Расчет защиты трансформатора Т2

3.1 Расчет основной защиты силового трансформатора

3.1.1 Расчет дифференциальной защиты

Дифференциальная защита в трансформаторах используется в качестве основной. Она применяется для защиты трансформаторов от К.З. между фазами, на землю и от замыканий витков одной фазы. В соответствии с принципом действия этой защиты трансформаторы тока устанавливаются со всех сторон трехобмоточного трансформатора. Их вторичные обмотки соединяются так, чтобы при нагрузке и внешних К.З.. Тогда при К.З. в зоне защиты ток реле равен, и оно срабатывает. замыкание трансформатор защита ток Предварительно примем, что на трансформатор устанавливается дифференциальная защита с реле типа РНТ-565. Расчет защиты приведен в таблице 5.

Таблица 5 — Расчет дифференциальной защиты трансформатора Т1

Далее рассчитываем ток срабатывания защиты.

При этом необходимо обеспечить недействие защиты в двух режимах работы защищаемого трансформатора:

а) при включении трансформатора только со стороны источника питания, когда в момент включения в питающей обмотке трансформатора появляются значительные броски тока намагничивания.

Этот ток замыкается через обмотку реле. Поэтому для исключения действия защиты необходимо принять:

где к_отс=1,3

;

б) при трехфазных КЗ вне зоны действия защиты, когда через трансформатор проходит максимальный сквозной ток внешнего короткого замыкания.

При этом в защите проходит максимальный ток небаланса:

где: К_АП=1 для РНТ-565, К_ОД=1 (в защите используют разнотипные трансформаторы тока); е=10% - погрешность трансформатора тока; ?U_РЕГ=16% - диапазон изменения напряжения трансформатора в одну сторону от номинального при регулировании,

;

тогда ток срабатывания защиты, отстроенный от тока небаланса:

;

Выбираем наибольший, т. е. 417 А.

Проведем предварительную проверку коэффициентов чувствительности.

Сторона ВН: > 2;

Сторона НН: > 2;

Т.к. К_ч > 2, то защита чувствительна, следовательно расчет можно продолжить.

Таблица 5 — Расчет дифференциальной защиты (продолжение)

Составляющая тока небаланса, обусловленная округлением числа витков неосновной стороны:

Тогда полный ток небаланса, с учетом :

.

Проверим коэффициент чувствительности:

Т.к. К_ч > 2, то расчет дифференциальной защиты закончен, I_С.З.=433 А.

3.1.2 Выбор газовой защиты трансформатора

Газовая защита основана на использовании явления газообразования в баке поврежденного трансформатора, то есть она реагирует на понижение уровня масла. Интенсивность газообразования зависит от характера и размеров повреждения. Это дает возможность выполнить газовую защиту, способную различать степень повреждения, и в зависимости от этого действовать на сигнал или отключение.

Применяется для защиты трансформатора от внутренних повреждений. В данной курсовой работе расчет газового реле не производим. Но укажем, что устанавливаем на трансформатор газовое реле типа BF-80/Q.

3.2 Расчет резервной защиты трансформатора

3.2.1 Расчет токовой отсечки трансформатора

Токовая отсечка является самой простой быстродействующей защитой от повреждений в трансформаторе, действующей с t=0 с. Однако она не является полноценной, так как реагирует только на большие токи повреждения и охватывает своей зоной лишь часть трансформатора.

Отсечка не действует при витковых замыканиях и замыканиях на землю в обмотке, работающей на сеть с малым током замыкания на землю, и по существу является защитой от К.З. (междуфазных и однофазных).

Токовая отсечка устанавливается со стороны источника питания, т. е. со стороны ВН.

Ток срабатывания отсечки отстраивается от максимального тока короткого замыкания при повреждении за трансформатором и вычисляется по формуле :

;

;

Тогда проверим коэффициенты чувствительности:

Т.к. коэффициент чувствительности больше 1,2, то можно использовать ТО как резервную защиту. Трансформаторы тока резервной защиты на стороне ВН соединены по схеме полной звезды, следовательно, k_сх=1., принимаем k_тт=600/5.

Определяем ток срабатывания реле:

.

Выбираем реле РТ — 40/20.

Токовая отсечка срабатывает без выдержки времени, следовательно, t_то=0.

3.2.2 Расчет максимальной токовой защиты трансформатора

МТЗ защищает от всех видов междуфазных коротких замыканий. Отстраивается от максимального тока нагрузки, в максимальном режиме.

Вычисляем значения этих токов:

;

;

;

.

МТЗ ставим со стороны ВН и НН.

Выбираем ток срабатывания защиты для стороны НН:

.

Проверяем коэффициент чувствительности:

;

Следовательно, защита проходит по коэффициенту чувствительности. Определим ток срабатывания реле и выберем по нему реле. Собирается по схеме неполной звезды. Установим на стороне НН1 трансформатор тока с коэффициентом трансформации 3000/5, а на НН2 — 6000/5.

А, Выбираем реле типа РТ — 40/10. Определяем время срабатывания защиты:

с,

с,

где — ступень селективности. Выбираем реле времени типа РВ — 123 (выдержка времени 0,25 — 3,5 с).

Выбираем ток срабатывания защиты для стороны ВН:

.

Проверяем коэффициент чувствительности на стороне НН:

т.к. коэффициент чувствительности меньше 1,5, то нужно применить МТЗ с пуском по напряжению.

.

Проверяем коэффициент чувствительности:

следовательно, защита проходит по коэффициенту чувствительности.

Определяем ток срабатывания реле:

— выбираем реле РТ-40/10.

На высшей стороне используем схему соединения трансформаторов тока — треугольник k_сх=, k_тт=600/5.

Определяем время срабатывания защиты:

— выбираем реле времени РВ-132 (0,5−9с).

Установка фильтра напряжений обратной последовательности выбирается по отстройке от небаланса фильтра и по опыту принимается:

— вторичное напряжение.

Исходя из чего, выбираем реле напряжения: РНФ-1М (напряжение срабатывания 6−12 В).

— если напряжение упадет ниже 5,82 кВ, то защита должна сработать, восприняв это как К.З.

— выбираем реле напряжения РН-54/160.

3.2.3 Расчет защиты от перегрузки

Защита от перегрузки выполняется действующей на сигнал посредством токового реле, которое устанавливается в одной фазе, так как перегрузка трансформатора возникает одновременно в трех фазах. Чтобы избежать излишних сигналов при КЗ и кратковременных перегрузках, предусматривается реле времени.

Ток срабатывания выбирается из условия возврата токового реле при номинальном токе трансформатора.

;

Токи срабатывания реле:

; выбираем РТ — 40/6.

Выдержка времени:

с;

Выбираем реле времени РВ — 133 (выдержка времени 0,5 — 9с).

Так как перегрузки симметричны, защита включается на ток одной фазы. Данный вид защиты действует на сигнал.

Заключение

В данной курсовой работе в полном объеме был произведен расчет основной и резервной защит трансформатора ТРДН-63 000/110: выбраны измерительные трансформаторы тока и напряжения, рассчитаны установки защит, время срабатывания и типы реле.

Список использованных источников

1 Неклепаев Б. Н., Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций (справочные материалы). — 4-е изд., перераб. И доп. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 608с.

2 Руководящие указания по релейной защите. Релейная защита понижающих трансформаторов 110 — 500 кВ: — Схемы. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 112 с.

3 Чернобровов Н. В., Семенов В. А. Релейная защита энергетических систем: учебное пособие для техникумов. — М.: Энергоатомиздат, 2007.

— 800с.

4 http://www.rza.org.ua/