Дифференциальная защита трансформатора
РЕФЕРАТ
Курсовой проект содержит 51 с., 8 рисунков, 3 таблицы, 3 источника.
ВОЗДУШНАЯ ЛИНИЯ, ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА, ТОКОВАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ, МГНОВЕННАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА, СИЛОВОЙ ТРАНСФОРМАТОР, ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРА.
В данном курсовом проекте произведен расчёт токов короткого замыкания, выбор принципов релейной защиты, выполнен расчет уставок релейной защиты воздушной линии, силового трансформатора.
Цель работы – расчет релейной защиты и автоматики на силовые трансформаторы и линии электропередач.
Основу методологии исследований составляет теория расчета релейной защиты.
На основании метода расчета релейной защиты были проведены качественные расчеты по выбору защит, устанавливаемых на силовые трансформаторы и линии электропередач.
СОДЕРЖАНИЕ
Перечень условных обозначений 5
Введение 6
1 Расчёт токов короткого замыкания 7
2 Выбор принципов релейной защиты и автоматики 11
3 Защита трансформатора 12
3.1 Дифференциальная защита трансформатора 12
|
|
|
3.2 Максимальная токовая защита 20
3.3 Защита от перегрузки 23
3.4 Газовая защита трансформатора 25
4 Защита лини 27
4.1 Дистанционная защита линии 27
4.2 Токовая защита нулевой последовательности 30
4.3 Токовая отсечка для линии с двухсторонним питанием 33
5 Автоматическое повторное включение 36
6 Автоматическое включение резервного питания 38
Заключение 41
Библиографический список 42
Приложение А Расчет токов КЗ в программе Mathcad 15 43
|
|
|
Приложение Б Расчет защит линии в программе Mathcad 15 48
Перечень условных обозначений
МТЗ – максимальная токовая защита;
ТО – токовая отсечка;
АПВ – автоматическое повторное включение;
ВЛ – воздушная линия;
АВР – автоматический ввод резерва
ВВЕДЕНИЕ
Значительное усложнение конфигурации электрических сетей, утяжеление эксплуатационных режимов, а также активное внедрение современного основного оборудования и аппаратов коммутации сделали еще более актуальными вопросы автоматики управления и релейной защиты объектов электроэнергетических систем.
В последние десятилетия как нельзя более насущными стали проблемы модернизации основных устройств релейной защиты с наименее возможным усложнением процессов расчета уставок и эксплуатации микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики.
Проектирование релейной защиты и автоматики представляет собой сложный процесс выработки и принятия решений по выбору принципов выполнения релейной защиты. Также решаются вопросы эффективного функционирования устройств релейной защиты и автоматики всех элементов защищаемой схемы, начиная с выбора видов и расчёта уставок проектируемых устройств и кончая правильным их подключением к цепям оперативного тока и к трансформаторам тока и напряжения.
|
|
|
Выполняя курсовой проект по курсу «Релейная защита и автоматика», студент закрепляет полученные знания, а также получает практические навыки проектирования РЗиА, которые необходимы для дальнейшего успешного выполнения курсовых и дипломного проектов.
В объем курсового проекта входит:
- В соответствии с ПУЭ произвести предварительный выбор защит
- Из исходных данных выбрать необходимые токи КЗ и рассчитать недостающие параметры.
- Рассчитать уставки, проверить защиты по чувствительности, принять решение об установке, либо об отказе в установке защиты.
1 РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Расчет токов КЗ выполняется для определения величин токов, необходимых для расчета уставок срабатывания и проверки чувствительности защит, причем, в первом случае необходимы максимальные, а во втором – минимальные значения токов, протекающих через защищаемый элемент.
Расчет производим для участка сети 110 кВ ПС «Полевая» - ПС «Анновка» (рисунок 1).
Рисунок 1 – Принципиальная схема
Исходная схема для расчетов представлена на рисунке 2.
|
|
|
Рисунок 2 – Исходная схема
Расчет токов КЗ начинается с определения расчетных точек и режимов работы сети, при которых необходимо определять значения токов.
Расчетные режимы намечаются, исходя из необходимости определения максимальных и минимальных значений токов КЗ, протекающих через защищаемый элемент.
Задачей расчета токов КЗ является определение периодической составляющей тока КЗ для начального момента возникновения замыкания (t=0) при трехполюсном металлическом коротком замыкании.
Расчет будем вести в именованных единицах. Подробный расчет приведен в приложении А. Расчетные точки КЗ показаны на рисунке 3.
Рисунок 3 – Расчетная схема замещения
Сопротивления элементов схемы замещения данные нам на исходной схеме: 
кВ, 
Ом, 
Ом, 
Ом, 
Ом.
, (1)
Ом.
, (2)
Ом.
(3)
Схема замещения прямой последовательности показана на рисунке 4.
Рисунок 4 – Схема замещения прямой последовательности
Рисунок 5 – Схема замещения нулевой последовательности
Эквивалентируем схему к каждой точке КЗ и находим ток трехфазного, двухфазного и однофазного КЗ:
, (4)
, (5)
. (6)
Рассчитаем токи для КЗ в точке К1:
кА,
кА,
кА.
Далее расчет ведется аналогично. Результаты расчета сведём в таблицу 1.
Таблица 1 – Результаты расчета токов КЗ
| Вид КЗ | Ток в расчетной точке, кА | ||
| К1 | К2 | К3 | |
| Однофазное | 4,408 | 3,988 | - |
| Двухфазное | 3,867 | 3,617 | 3,674 |
| Трёхфазное | 4,465 | 4,177 | 4,242 |
2 Выбор принципов релейной защиты и автоматики
В соответствии с ПУЭ на автотрансформаторах устанавливаются:
1) на трансформаторы для защиты от многофазных КЗ в обмотках и на их выводах ставим дифференциальную отсечку или дифференциальную защиту с реле ДЗТ-11(13).
2) для защиты от токов в обмотках, обусловленных внешними КЗ – максимальная токовая защита (МТЗ).
3) для защиты от токов в обмотках, обусловленных перегрузкой – защиту от перегрузок, выполняемую с одним токовым реле с действием на сигнал с выдержкой времени.
4) для защиты от витковых замыканий в обмотках и понижения уровня масла устанавливаем газовую защиту, действующую на сигнал при слабом газообразовании и понижении уровня масла и на отключение при интенсивном газообразовании, и термосигнализатор с действием на сигнал.
На линии устанавливаем в качестве основной дистанционную защиту и ТЗНП для защиты от однофазных замыканий, в качестве резервной – ненаправленную токовую отсечку.
3 ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРА
В процессе эксплуатации в обмотках трансформаторов могут возникать КЗ между фазами, замыкание одной или двух фаз на землю, замыкание между витками одной фазы и замыкания между обмотками разных напряжений. На вводах трансформаторов и автотрансформаторов, ошиновке и в кабелях могут также возникать КЗ между фазами и на землю. В эксплуатации могут происходить нарушения нормальных режимов работы трансформаторов, к которым относятся: прохождение через трансформатор или автотрансформатор сверхтоков при повреждении других связанных с ними элементов, перегрузка, выделение из масла горючих газов, понижение уровня масла, повышение его температуры. В зависимости от опасности повреждения для нарушения нормального режима трансформатора, защита, фиксирующая нарушение, действует на сигнал, разгрузку или отключение трансформатора.
Дифференциальная защита трансформатора
Дифференциальная защита, выполненная на принципе сравнения токов на входе и выходах, применяется в качестве основной быстродействующей защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Защита абсолютно селективна, реагирует на повреждения в обмотках, на выводах и в соединениях с выключателями, и действует на отключение трансформатора со всех сторон без выдержки времени. Зона действия дифференциальной защиты трансформатора (ДЗТ) ограничивается местом установки трансформаторов тока, и включает в себя ошиновку СН, НН и присоединение ТСН, включенного на шинный мост НН. Ввиду ее сравнительной сложности, дифференциальная защита устанавливается в следующих случаях [1]:
- на одиночно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6300 кВА и выше;
- на параллельно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 4000 кВА и выше;
- на трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности при КЗ на выводах высшего напряжения, а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 секунд.
Примем, что на ПС Полевая установлены 2 трансформатора ТДТН 10000/110. Схема замещения трансформатора показана на рисунке 6.
Рисунок 6 – Поясняющая схема и схема замещения
Для составления схемы замещения вычисляются сопротивления сторон трансформатора:
, (7)
, (8)
, (9)
, (10)
Ом.
, (11)
Ом.
, (12)
Ом.
При расчетах токов КЗ для защиты трансформаторов с РПН следует учесть изменение сопротивления за счет регулирования напряжения. Для трансформатора 110 кВ приближенно можно принять:
, (13)
Ом.
, (14)
Ом.
Ток трехфазного и двухфазного КЗ на шинах среднего напряжения (К4):
, (15)
А.
, (16)
А.
, (17)
А.
, (18)
А.
Ток трехфазного и двухфазного КЗ на шинах низкого напряжения (К5):
, (19)
А.
, (20)
А.
, (21)
А,
, (22)
А,
Результаты расчета токов на шинах сведём в таблицу 2.
Таблица 2 – Результаты расчета токов КЗ на шинах
| КЗ на шинах | Ток КЗ, А | |||
| Трёхфазное | Двухфазное | |||
| Min | Max | Min | Max | |
| Среднего напряжения | 604.8 | 1032.9 | 523.77 | 894.52 |
| Низкого напряжения | 230.42 | 336.77 | 199.55 | 291.65 |
Первичные токи сторон трансформатора определяются по выражениям:
, (23)
А.
, (24)
А.
, (25)
А.
Выбираем трансформатор тока серии ТГМ-110 УХЛ1 на сторону ВН, трансформатор тока серии ТГМ-35 УХЛ1 на сторону СН и трансформатор тока серии ТОЛ-10 УХЛ на сторону НН. Далее подбираем коэффициент трансформации ТТ – kт.ВН= 
, kт.СН= 
, kт.ВН= 
. Ток во вторичной цепи трансформаторов тока [3]:
, (26)
А.
, (27)
А.
, (28)
А.
Все результаты расчета приведены в таблице 3.
Таблица 3 – Расчет параметров трансформаторов тока
| Параметр | Результаты | ||
| ВН | СН | НН | |
| Первичный номинальный ток трансформатора | 50.2 | 149.96 | 524.86 |
| Схема соединения трансформатора тока | Δ | Δ | Y |
| Коэффициент схемы | 
|
| 1 |
| Коэффициент трансформации | 
| 
| 
|
| Вторичные токи в плечах защиты | 4.347 | 4.329 | 4.545 |
Дифференциальную защиту необходимо отстроить от максимального тока небаланса, который определяется при максимальном внешнем КЗ [1]:
(29)
где 
– коэффициент надежности, который можно принять равным 1,3.
. (30)
где 
– коэффициент, учитывающий влияние на быстродействующие защиты
переходных процессов при КЗ, которые сопровождаются прохождением
апериодических составляющих в токе КЗ, принимается 
;
– коэффициент однотипности условий работы ТТ, принимается
;
– погрешность ТТ, удовлетворяющих 10 % кратности ( 
);
– шаг регулирования ( 
= 0,16);
I КЗ.внеш. max– наибольший ток при сквозном КЗ (I КЗ.внеш. max= 
).
А.
Ток срабатывания дифференциальной защиты:
А,
А,
А.
Ток срабатывания реле рассчитаем по формуле:
, (31)
А.
, (32)
А.
, (33)
А.
Проверка чувствительности:
, (34)
Полученный коэффициент чувствительности должен удовлетворять равенству 
Исполнительное реле срабатывает, если магнитодвижущая сила в сердечнике реле равна:
А·витков. (35)
Зная это, мы можем определить расчетное число витков, необходимых для того, чтобы реле находилось на гране срабатывания при КЗ в зоне защиты:
, (36)
витка.
К установке принимаем ближайшее целое меньшее число витков:
витка.
Определим расчетное число витков, необходимых для того, чтобы реле не сработало при внешних КЗ:
, (37)
витка.
, (38)
витка.
К установке принимаем ближайшее целое число витков: 
,
витка.
На следующем этапе расчетов производится уточнение значения тока небаланса:
, (39)
А.
, (40)
А.
Теперь найдем максимальное уточненное значение тока небаланса путем сложения двух его составляющих:
, (41)
А.
, (42)
А.
Теперь мы можем найти число витков тормозной обмотки:
·, (43)
витка.
·, (44)
витка.
К установке принимаем ближайшее целое число витков из стандартного ряда: 
витка.
Время срабатывания дифференциальной защиты трансформатора: tс.з=0 с.
Максимальная токовая защита
Максимальная токовая защита (МТЗ) является резервной защитой трансформатора, и служит для отключения трансформатора при его повреждении и отказе основных защит, а так же при КЗ на сборных шинах или на отходящих от них присоединениях, если РЗ или выключатели этих элементов отказали в работе. По условиям селективности МТЗ должна иметь выдержку времени и, следовательно, не может быть быстродействующей. По этой причине в качестве основной РЗ от повреждений в трансформаторах она используется лишь на маломощных трансформаторах.
В ряде случаев не удается выполнить достаточно чувствительную защиту только по току, особенно на подстанциях, питающих двигательную нагрузку.
Для повышения чувствительности можно применить защиту с блокировкой по напряжению.
Ток срабатывания МТЗ определяется из условия возврата токовых реле при максимальной нагрузке [2]:
(45)
где k зап – коэффициент запаса, принимается равным 1,3;
k сам.зап – коэффициент самозапуска, можно принять равным 2,5;
k в – коэффициент возврата устройства, принимается равным 0,85;
I р. max – максимальный рабочий ток трансформатора.
Максимальный рабочий ток найдем по формуле:
(46)
Вторичный ток срабатывания реле тока определим по формуле:
(47)
Коэффициент чувствительности при КЗ в конце защищаемого участка определяется по формуле:
(48)
где 
– минимальное значение тока при КЗ в конце защищаемого
участка.
Значение k ч должно быть не менее 1,2 (при выполнении функций резервирования).
На стороне ВН трансформатора:
А,
А,
А.
Так как коэффициент чувствительности получился меньше 1,2, используем МТЗ с пуском по напряжению (на всех трех сторонах трансформатора), при этом k сам.зап = 1, тогда:
А,
А.
На стороне СН трансформатора:
А,
А,
А.
На стороне НН трансформатора:
А,
А,
А.
Время срабатывания МТЗ определяется:
, (49)
с.
Защита от перегрузки
Трансформаторы допускают перегрузку в течение значительного времени. Поэтому при наличии оперативного персонала защита от перегрузки трансформатора действует на сигнал. При его отсутствии на объекте, контроль над перегрузкой трансформатора может осуществляться средствами телемеханики. Защита от перегрузки на объектах без постоянного дежурного персонала может действовать на разгрузку или отключение (при невозможности ликвидации перегрузки другими средствами). Защита от перегрузки согласно ПУЭ устанавливается на трансформаторах мощностью 0,4 МВт и более. Защита от перегрузки при симметричной нагрузке может осуществляться реле, установленным в одной фазе.
Для обеспечения защиты от перегрузки всех обмоток трансформатора следует руководствоваться таким размещением устройств сигнализации перегрузки [3]:
- На двухобмоточных трансформаторах – с одной любой стороны.
- На трехобмоточных трансформаторах с обмотками одинаковой мощности – со стороны питания (обычно ВН). На трансформаторах с возможным питанием с 2 сторон – со всех трех сторон.
- На трансформаторах, имеющих обмотки разной мощности, со всех трех сторон.
Таким образом, для того, чтобы охватить все возможные режимы и параметры трансформатора, целесообразно установить сигнализацию перегрузки на всех трех сторонах трехобмоточного трансформатора.
Ток срабатывания защиты от перегрузки с действием на сигнал определяется по условию возврата защиты при номинальном токе нагрузки трансформатора:
(50)
где k отс–коэффициент отстройки, принимается равным 1,05;
I ном– номинальный ток стороны трансформатора, где установлена
защита;
k в– коэффициент возврата устройства, принимается равным 0,85.
На стороне ВН трансформатора:
I номВН = 50,2 А,
А.
На стороне СН трансформатора:
I номСН = 149,961 А,
А.
На стороне НН трансформатора:
I номНН = 524,864 А,
А.
Вторичный ток срабатывания реле тока определим по формуле:
(51)
На стороне ВН трансформатора:
А.
На стороне СН трансформатора:
А.
На стороне НН трансформатора:
А.
Время срабатывания защиты от перегрузки, во избежание ложных сигналов, должно превышать время работы защиты и восстановления нормального режима действием автоматики снижения пускового тока нагрузки до номинального. Общепринятая в ряде энергопредприятий выдержка времени: 9 секунд. Она устанавливается одинаковой на всех устройствах сигнализации, не имеющих специальных требований к выдержке времени.
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 356; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!