Расчет дифференциальной защиты трансформатора

Номинальные токи трансформатора равны:

(3.1)

Коэффициенты трансформации трансформаторов тока:

(3.2)

Где k_сх - коэффициент схемы соединения трансформатора тока и реле.

В целях повышения надежности защиты для уменьшения полных погрешностей трансформаторов тока принимаем немного завышенное значение, т.е.:

Номинальные вторичные токи равны:

(3.3)

,

Ток срабатывания дифференциальной защиты предварительно определяется по следующей формуле:

(3.4)

Где k_н - коэффициент надежности, k_н = 1,3 для реле РНТ-560.

I_{к. макс} - ток трехфазного короткого замыкании на стороне НН трансформатора в точке К3.

k_апер - коэффициент, учитывающий появление апериодической составляющей при коротком замыкании, k_апер = 1 для реле с БНТ.

k_одн - коэффициент однотипности трансформаторов тока, k_одн = 1.

е - коэффициент, учитывающий 10% -ную погрешность трансформаторов тока, е = 0,1.

ДU_рег - половина суммарного диапазона регулирования напряжения РПН, ДU_рег = 8х1,5%.

Тогда получаем:

Предварительно проверим возможность применения реле РНТ-565 без торможения, т.е.:

(3.5)

Чувствительность защиты удовлетворяет требованиям ПУЭ. Поэтому продолжаем расчеты с применением реле РНТ-565.

Плечо с большим вторичным током 6,6 кВ принимаем за основную сторону.

Ток срабатывания реле основной стороны равно:

(3.6)

Где k_т - коэффициент трансформации силового трансформатора.

Расчетное число витков основной стороны определяем по формуле:

(3.7)

Где F_ср - м. д. с. срабатывания реле серии РТН-560, F_ср =100 А.

Принимаем число витков 12.

Трансформатор тока неосновной стороны 115 кВ подключаем к первой уравнительной и к рабочей обмотке реле:

(3.8)

Принимаем число витков 18.

Число витков уравнительной обмотки:

(3.9)

Уточняем коэффициент чувствительности защиты:

(3.10)

Чувствительность защиты удовлетворяет требованиям ПУЭ.

Расчет максимальной токовой защиты трансформатора

На понижающих трансформаторах мощностью 1 МВА и более в качестве защиты от токов в обмотках, обусловленных внешними многофазными КЗ, должна быть предусмотрена максимальная токовая защита с комбинированным пуском напряжения или без него, установленная со стороны питания.

Определим возможность применения максимальной токовой защиты без пуска по напряжению.

Защита должна быть отстроена:

1. от суммарного тока нагрузки своего трансформатора и тока самозапуска нагрузки другого;

2. от токов самозапуска нагрузки при длительной работе одного трансформатора с перегрузкой.

По первому условию ток срабатывания максимальной токовой защиты без пуска по напряжению равен:

(3.11)

Где k_н - коэффициент надежности. k_н = 1,1ч1,3;

k_возв - коэффициент возврата реле тока. К_возв = 0,85;

I_нагр - рабочий ток трансформатора.

Рассчитаем рабочие токи трансформаторов при минимальном рабочем напряжении при условии, что нагрузка распределена по трансформаторам равномерно:

(3.12)

(3.13)

Тогда ток срабатывания защиты равен:

По второму условию ток срабатывания максимальной токовой защиты без пуска по напряжению равен:

(3.14)

Принимаем окончательно ток срабатывания защиты МТЗ равным:

Проверим чувствительность защиты при двухфазном коротком замыкании на низкой стороне трансформаторов (точка К3):

(3.15),

Коэффициент чувствительности не удовлетворяет условиям ПУЭ. Поэтому проверим возможность применения МТЗ с пуском по напряжению:

Ток срабатывания МТЗ с пуском по напряжению определяется по следующей формуле:

(3.16),

Напряжение срабатывания реле напряжения равно:

(3.17)

Где k_возв = 1,15 - коэффициент возврата реле напряжения минимального действия.

Проверим чувствительность защиты при к. з. в конце основной зоны защиты (точка К3):

Проверим чувствительность защиты при к. з. в конце зоны резервирования (точка К4):

Коэффициенты чувствительности удовлетворяют требованиям ПУЭ.

Для обеспечения селективности время действия защиты необходимо согласовать с временем защиты секционного выключателя (Q3). Время действия защиты секционного выключателя должно быть согласовано с временем действия защит отходящих присоединений (t_{с. з (Q3) прис}+?t).

(3.18)

(3.19)

Где ?t - ступень селективности, ?t =0,40ч0,60 с.

4. Расчет уставок защит электродвигателей

Для защиты электродвигателей мощностью менее 2000 кВт от многофазных замыканий должна предусматриваться однорелейная токовая отсечка без выдержки времени, отстроенная от пусковых токов, включенным на разность токов двух фаз. Наличие перегрузки электродвигателей по технологическим причинам обязывает предусмотреть защиту от перегрузки. Использование реле типа РТ-80 позволит на индукционной части выполнить защиту от перегрузки, а на электромагнитной - токовую отсечку.

Определим единичную номинальную мощность электродвигателя:

(4.1)

Определим номинальный и пусковой токи электродвигателя:

(4.2),

(4.3),

Рассчитаем уставку индукционной части реле защиты от перегрузки:

(4.4)

Где k_н - коэффициент надежности. k_н = 1,1ч1,3;

k_возв - коэффициент возврата реле тока. к_н = 0,85.

Определяется ток срабатывания защиты от многофазных замыканий:

(4.5)

Чувствительность отсечки определяем при двухфазном к. з. на выводах электродвигателя (точка К4). Ранее рассчитанный ток короткого замыкания приведен к высокой стороне трансформатора. Поэтому необходимо привести этот ток к низкой стороне, так как защита установлена на стороне 6 кВ подстанции.

(4.6)

Коэффициент чувствительности удовлетворяет требованиям ПУЭ.

На рисунке 4 представлена карта селективности выбранной релейной защиты подстанции.

Рисунок 4 - Карта селективности релейной защиты подстанции

Уставки защит электродвигателя несоизмеримо малы по сравнению с уставками защит других элементов энергосистемы и нет особой необходимости в изображении его характеристики на карте селективности релейной защиты.

При построении карты селективности токи срабатывания защит отходящих от шин низкого напряжения подстанции линий и секционного выключателя Q6 приняты условно, вследствие того, что не были ранее рассчитаны.

5. Самозапуск электродвигателей и защита минимального напряжения

Расчет самозапуска необходим для выбора уставок защит элементов энергосистемы, а также для определения предельной мощности самозапускающихся электродвигателей, т.е. нахождение максимального количества электродвигателей, которые будут участвовать в самозапуске.

Рисунок 5 - Расчетная схема для расчета режима самозапуска

Рисунок 6 - Схема замещения для расчета режима самозапуска

Задача расчета сводится к определению суммарного тока самозапуска электродвигателей и остаточного напряжения на их зажимах. Расчет самозапуска электродвигателей выполняется для наиболее тяжелого режима при остановленных электродвигателях.

Ток в момент пуска или самозапуска электродвигателя равен току трехфазного к. з. за сопротивлением остановленного электродвигателя.

Для схемы, представленной на рисунке 5 при включении секционного выключателя устройством АВР после исчезновения напряжения на первой секции шин нагрузка Sн и электродвигатели ЭД переходят в режим самозапуска. Задача сводится к определению остаточного напряжения U_ост (рисунок 6).

Найдем сопротивления схемы замещения для расчета самозапуска электродвигателей, представленной на рисунке 6.

Суммарное сопротивление цепи питания:

(5.1)

Где I_{к. макс} - максимальный ток к. з. за трансформатором (точка К3);

U_ср - среднее напряжение ступени напряжения.

Сопротивление нагрузки второй секции шин с учетом электродвигателей:

(5.2)

Где S_нагр - мощность нагрузки секции шин;

S_ном - номинальная мощность электродвигателя;

n - количество электродвигателей на одной секции шин.

Сопротивление нагрузки первой секции шин:

(5.3)

Где Х_{нагр. отн} - относительное сопротивление обобщенной нагрузки;

S_ном - номинальная мощность трансформатора;

Сопротивление кабельной линии:

(5.4)

Где Х_{уд. кл} - удельное сопротивление кабеля, Х_{уд. кл} = 0,087 Ом/км;

Пусковое сопротивление одного электродвигателя:

(5.5)

Эквивалентное сопротивление всех электроприемников равно:

(5.6)

Суммарный ток самозапуска и нагрузки на шинах низкого напряжения подстанции:

(5.7)

Следует отметить, что данные токов самозапуска отличаются от ранее вычисленных значений в токовых защитах линии и трансформатора, так как ранее для упрощения расчетов не учитывались отдельно мощности электродвигателей, которые реально входят в состав нагрузки трансформатора и также участвуют в самозапуске. Здесь же более подробно проводится этот расчет.

Напряжение на секции шин равно:

(5.8)

Остаточное напряжение на электродвигателе находится по следующей формуле:

(5.9)

Что составляет:

(5.10)

Условие самозапуска обеспечивается.

При невыполнении условия необходимо исключить часть двигателей и заново проверить возможность процесса самозапуска для оставшихся электродвигателей.

Допустим, что остаточное напряжение на зажимах электродвигателя оказалось меньше минимального возможного для выполнения самозапуска электродвигателей, например 59%.

Тогда необходимо исключить часть электродвигателей из режима самозапуска. Это возможно с применением защиты минимального напряжения, которое отключает электродвигатель при исчезновении напряжения питания и препятствует повторному автоматическому включению его после восстановления питания.

Для начало проверим возможность выполнения условия с 4 электродвигателями на каждой секции шин, т.е. исключаем из самозапуска по одному электродвигателю с каждой секции шин. Вновь проверим условия самозапуска для оставшихся двигателей.

Сопротивление нагрузки второй секции шин с учетом ЭД:

(5.11),

Эквивалентное сопротивление всех электроприемников равно:

(5.12)

Суммарный ток самозапуска и нагрузки на шинах низкого напряжения подстанции:

Напряжение на секции шин равно:

Остаточное напряжение на электродвигателе:

Что составляет:

Условие самозапуска обеспечивается. При невыполнении условия исключить еще по одному электродвигателю с каждой секции шин и повторить все расчеты пока условие не выполнится.

6. Автоматическое включение резерва

Устройства автоматического включения резерва (АВР) применяются в распределительных сетях и на подстанциях, имеющих два или более источников питания, но работающих по схеме одностороннего питания.

Устройства АВР должны отвечать следующим требованиям:

6.1 Схема АВР должна приходить в действие при исчезновении напряжения на шинах подстанции, по любой из двух причин:

при аварийном, ошибочном или самопроизвольном отключении выключателя рабочего питания.

при исчезновении напряжения на шинах или на линии, откуда питается рабочий источник. Для выполнения этого требования в схеме АВР должен предусматриваться специальный пусковой орган, состоящий из реле, реагирующих на снижение напряжения рабочего источника питания, и реле, контролирующего наличие напряжения на резервном источнике питания.

Напряжение срабатывания контактов реле, реагирующих на снижение напряжения, следовало бы выбирать таким образом, чтобы пусковой орган срабатывал только при полном исчезновении напряжения. Однако по условиям термической стойкости стандартных реле их напряжение срабатывания не должно быть ниже 15В. Наряду с этим выбор очень низкого напряжения срабатывания вызовет замедленное действие АВР, поскольку двигатели нагрузки, вращаясь по инерции после отключения питания, могут при определённых условиях поддерживать на шинах достаточно медленно снижающееся напряжение. Поэтому рекомендуется принимать напряжение срабатывания минимального реле напряжения:

(6.1)

Напряжение срабатывания максимального реле напряжения, контролирующего наличие напряжения на резервном источнике, определяется из условия отстройки от минимального рабочего напряжения:

(6.2)

6.2 Пуск схемы местного АВР при снижении напряжения на шинах ниже принятого по формуле должен производиться с выдержкой времени для предотвращения излишних действий АВР при к. з. в питающей сети или на отходящих элементах, а также для создания при необходимости определённой последовательности действий устройств противоаварийной автоматики в рассматриваемом узле. Время срабатывания реле времени пускового органа напряжения местного АВР должно выбираться по следующим условиям:

по условию отстройки от времени срабатывания тех защит, в зоне действия которых к. з. могут вызвать снижение напряжения ниже принятого по формуле:

(6.3)

(6.4)

Где t₁ - наибольшее время срабатывания защиты присоединений шин, высшего напряжения подстанции;

t₂ - то же для присоединений шин, где установлен АВР;

?t - ступень селективности, принимаемой равной 0,6с.

по условию согласования действий АВР с другими устройствами противоаварийной автоматики (АПВ):

(6.5)

Где t_{с. з} - время действий той ступени защиты линии, которая надёжно защищает всю линию;

t_АПВ - уставка по времени первого цикла АПВ линии, t_АПВ =3ч6 с;

t_зап - запас по времени в зависимости от типов выключателей, t_зап. =2,5ч3,5с.

Окончательно выбирается большее из рассчитанных значений t_{ср. АВР}.

6.3 Действие АВР должно быть однократным. Однократность обеспечивается: в схемах АВР на переменном оперативном токе использованием энергии предварительно поднятого груза или натянутых пружин в приводах выключателей, или энергии предварительно заряженных конденсаторов, а в схеме АВР на постоянном оперативном токе - применением специального промежуточного реле однократности включения, имеющего наибольшее замедление на возврат после снятия напряжения с его катушки.

Выдержка времени при возврате этого реле должна несколько превышать время включения выключателя резервного питания:

(6.6)

Где t_{в. в} - время включения выключателя резервного источника питания t_{в. в} =0,1ч0,15с;

t_зап - время запаса, принимаемое равным 0,3ч0,5с.

6.4 Для ускорения отключения выключателя резервного источника питания при включении на не устранившееся к. з. должно предусматриваться автоматическое кратковременное ускорение защиты. Выдержка времени ускоряемых защит не должна быть менее 0,5с. Защиты, имеющие время срабатывания более 1,2с, допускается не ускорять при действии АВР.

Размещено на Allbest.ru