Министерство образования и науки российской федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
(МАМИ)
УНИВЕРСИТЕТ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Контрольная работа
«Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения»
Студент Лобутев А.А. шифр 110642
Факультет Энергетический
Кафедра Электрических систем
Специальность 140211 Электроснабжение
Проверил: Куприянович Ю.М.
МОСКВА 2014
Вариант№2
Задание 1
Спроектировать защиту трансформатора Т1 или Т2 (рис. 1).
Рис. 1. Схема.
1. Определить состав защит трансформатора.
2. Указать на рисунке расположение трансформаторов тока, напряжения и распределение защит по ним.
3. Привести краткое описание назначения каждой из защит.
4. Рассчитать параметры продольной дифференциальной токовой защиты трансформатора, оценив возможность ее применения с реле РНТ-565 (вариант 1 ... 5), с реле ДЗТ и магнитным торможением (вариант 6 ... 10).
Для этого необходимо выполнить следующее:
рассчитать токи коротких замыканий в объеме, необходимом для выбора уставки и проверки чувствительности разрабатываемой защиты;
выбрать коэффициенты трансформации трансформаторов тока; определить параметры защиты и проверить ее чувствительность; составить однолинейную схему защиты.
Таблица 1. Исходные данные:
|
Мощнсть КЗ на шинах ПСА, МВА |
Длина линий W1 и W2, км |
Номинальная мощность трансформаторов, МВА |
|
400 |
8 |
6,3 |
Дополнительные указания:
1. Параллельная работа трансформаторов Т1 и Т2 не предусматривается. Секционный выключатель Q3 находится в автоматическом резерве.
2. Трансформаторы работают с разземленными нейтралями.
3. Расчетные значения напряжения Uk трансформаторов на крайних ответвлениях регулируемой обмотки 110 кВ определить по табл. П-8 [6]; схема соединений обмоток Y / Δ- 11; диапазон регулирования напряжения на стороне высшего напряжения 115 ± 16 %
4. При расчете параметров защиты руководствоваться рекомендациями
5. Удельное сопротивление линий принять 0,4 Ом/км.
6. Защиту выполнить на переменном оперативном токе с выпрямительными блоками питания.
Состав защит трансформатора:
1. Основная защита:
Газовая защита является универсальной защитой от всех внутренних повреждений трансформатора. Она основана на использовании явления газообразования в баке поврежденного трансформатора. Интенсивность газообразования зависит от характера и размеров повреждения. Это дает возможность выполнить газовую защиту, способную различать степень повреждения и действовать на сигнал или отключение. Основным элементом газовой защиты является газовое реле, устанавливаемое в маслопроводе между баком и расширителем.
2. Дополнительная защита:
а) Дифференциальная токовая защита предназначается для защиты от повреждений внутри трансформатора, реагирующую на повреждения в обмотках, на его выводах и в соединениях с выключателями. Обеспечивает быстрое и селективное отключение повреждений в зоне, охватываемой трансформаторами тока. Рекомендуется применять на одиночно работающих и работающих параллельно трансформаторах ST НОМ > 6,3 MB*Л, устанавливается также на трансформаторах
STНОМ = 1-4 MB*А, если токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности, а МТЗ имеет tc.3. > 0,5с или трансформатор установлен в районе, подверженном землетрясениям.
Дифференциальная токовая защита может иметь недостаточную чувствительность только при витковых замыканиях и «пожаре стали». Это вызывает необходимость устанавливать наряду с дифференциальной и газовую защиту.
Дифференциальная токовая отсечка является наиболее простой из дифференциальных защит трансформаторов. В случае ее недостаточной чувствительности или если требуются дополнительные устройства для выравнивания токов в схеме с реле косвенного действия следует использовать реле РНТ.
б) Максимальная токовая защита.
На трансформаторах наряду с защитами, действующими при повреждении в трансформаторе и его соединениях, предусматриваются резервные защиты для действия при внешних коротких замыканиях в случае отказа защит или выключателей смежных элементов. Одновременно они являются основными защитами шин, на которые работает трансформатор, если на шинах отсутствует собственная защита. В качестве защит от внешних коротких замыканий применяются токовые защиты с выдержкой времени с включением реле на полные токи фаз и на их симметричные составляющие. Эти защиты реагируют и на внутренние короткие замыкания, поэтому могут использоваться как резервные или даже как основные защиты трансформаторов.
защитой трансформатора . На трансформаторах мощностью более 1 MB-А должна быть предусмотрена максимальная токовая защита с комбинированным пусковым органом напряжения или токовая защита обратной последовательности с приставкой для действия при симметричных КЗ.
в) Токовая защита от перегрузок.
Перегрузка трансформаторов не влияет на работу системы электроснабжения в целом, так как она обычно не сопровождается снижением напряжения. Кроме того, сверхтоки перегрузки относительно невелики, и их прохождение допустимо в течение некоторого времени, достаточного для того, чтобы персонал принял меры к разгрузке. Так, согласно нормам, перегрузку током /пер = 1,6/т.ном. можно допускать в течение t = 45 мин. В связи с этим защита трансформатора от перегрузки при наличии дежурного персонала должна выполняться с действием на сигнал. На подстанциях без дежурного персонала защита от перегрузки должна действовать на разгрузку или отключение.
Перегрузка обычно является симметричной, поэтому защита от перегрузки выполняется одним реле тока, включенным в цепь одного из трансформаторов тока защиты от внешних коротких замыканий. Трансформаторы тока устанавливаются с обеих сторон защищаемого трансформатора вблизи выключателей.
Рассчитаем токи коротких замыканий в объеме, необходимом для выбора уставки и проверки чувствительности разрабатываемой защиты Решение:
|
|
|
| |||||||||||||||
|
|
| ||||||||||||||||
|
Uмин.вн = Uср.вн*(1- ΔUрпн) = 96,6 кВ |
|
|
| ||||||||||||||
|
Uмакс.вн = Uср.вн*(1+ΔUрпн)=133,4кВ |
|
|
| ||||||||||||||
|
Если напряжение имакс.вн , рассчитанное по формуле, оказывается больше наибольшего значения, то имакс.вн следует принять по таблице 1.
|
|
| |||||||||||||||
|
Таблица 1. Номинальные, наибольшие и средние междуфазные напряжения электрических распределительных сетей. |
|
| |||||||||||||||
|
Uном.,кв |
Uмакс.,кв |
Uср.,кв |
|
| |||||||||||||
|
6 |
6,9 |
6,3 |
|
| |||||||||||||
|
10 |
11,5 |
10,5 |
|
| |||||||||||||
|
35 |
40,5 |
37 |
|
| |||||||||||||
|
110 |
125 |
116 |
|
| |||||||||||||
|
150 |
172 |
154 |
|
| |||||||||||||
|
220 |
252 |
230 |
|
| |||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||
|
Принимаем Uмакс=125 кВ. Рассчитываем токи К3 при максимальном и минимальном режиме работы. Определяем минимальное и максимальное сопротивления трансформатора. Определяем сопротивления трансформатора с РПН, приведенные к регулируемой стороне ВН: |
| ||||||||||||||||
|
Хтр.мин = Uк.мин % * U2 мин.вн/ (100*Sн.тр) = 19,59(Ом) | |||||||||||||||||
|
Хтр.макс = Uк.макс % * U2 макс.вн/ (100*Sн.тр) = 327,6(Ом) | |||||||||||||||||
|
Сопротивление системы и линии: |
| ||||||||||||||||
|
Xc=Uср2/Sкз=33,0625(Ом) |
|
|
| ||||||||||||||
|
Xл=L*Xуд=3,2(Ом) |
|
|
| ||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||
|
Токи КЗ: | |||||||||||||||||
|
I(3)max=Uвн.мин/(3^(1/2)*(Xтр.мин + Хс+Хл)= |
944,3479832 |
А | |||||||||||||||
|
I(3)min=Uвн.мax/(3^(1/2)*(Xтр.мax + Хс+Хл)= |
196,5772799 |
А | |||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||
|
Первичный ток трансформатора со стороны 115 кВ. |
| ||||||||||||||||
|
Iном.вн=Sтр.ном/(3^(1/2)*(Uном.вн)= |
31,62 А |
А | |||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||
|
Вторичный ток трансформатора со стороны 10,5 кВ. |
| ||||||||||||||||
|
Iном.нн=Sтр.ном/(3^(1/2)*(Uном.нн)= |
346,41 А |
А | |||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||
|
Схема соединения ТТ Расчет коэф. ТТ Принятый коэффициент трансф. Расчетные токи | |||||||||||||||||
|
Δ Iном.нн*(корень(3))/5=10,9 Ктр.вн=600/5=120 0,456521739 | |||||||||||||||||
|
Y Iном.вн/5=69,2 Ктр.вн=3000/5=600 0,577350269 | |||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||
|
Определяем токи срабатывания защиты. Проверим чувствительность защиты при двухфазном КЗ в точке K1 в минимальном режиме. Можно считать, что значения токов при повреждениях в точках K1 и К2 примерно одинаковы. | |||||||||||||||||
|
I(2)K.вн.min=0,865*I(3)min= |
170,0393471 |
|
| ||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||
|
Величину тока срабатывания выбираем большую из двух условий: а) Отстройка от броска намагничивающего тока при включении трансформатора в холостом режиме или при восстановлении напряжения после отключения короткого замыкания: Iсз=Кот*Iном | |||||||||||||||||
|
Iсз= |
47,44313082 |
|
|
|
|
|
| ||||||||||
|
б) Первичный ток срабатывания защиты Iсз . Iсз=Кот*Iнб.расч Где: | |||||||||||||||||
|
Iнб.расч представляет из себя сумму вида: Iнб.расч = I`нб.расч + I``нб.расч + I```нб.расч Iнб.расч - составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью трансформатора тока; I'нб.расч - составляющая тока небаланса, обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора; I"нб.расч - составляющая тока небаланса, обусловленная неточностью установки на реле расчетных чисел витков для неосновной стороны. | |||||||||||||||||
|
I`нб.расч=Ka*Kодн*ε*Iк.макс= |
94,43479832 |
А |
| ||||||||||||||
|
I``нб.расч=ΔU*Iк.макс= |
151,0956773 |
А |
| ||||||||||||||
|
I```нб.расч=(ωрасч-ωФ) * Iк.макс/ωрасч |
| ||||||||||||||||
|
Iк.макс - периодическая составляющая тока, проходящего через трансформатор при расчетном внешнем КЗ, приведенного к основной стороне; Кот =1,5 - коэффициент отстройки от тока намагничивания; Ка =1 - коэффициент, учитывающий влияние на быстродействующие защиты переходных процессов при КЗ, которые сопровождаются прохождением апериодических составляющих в токе КЗ; Кодн = 1 - коэффициент однотипности ТА; ε = 0.1 - погрешность ТА; ΔU = 0,16 - половина регулировочного диапазона устройства РПН в о.е.; Ω расч - расчетное число витков обмотки насыщающегося трансформатора тока (НТТ) реле неосновной стороны; ω ф - фактическое (целое) число витков обмотки НТТ неосновной стороны Так как число витков ω расч заранее не определено, вначале Iнб.расч рассчитывается как сумма двух составляющих: |
| ||||||||||||||||
|
Iнб.расч = Гнб.расч + I'нб.расч = 245,53 А |
|
|
| ||||||||||||||
|
Реле имеет одну тормозную обмотку. Ее нужно включить так, чтобы при внешних КЗ имело место максимальное торможение, а при повреждениях в защищенной зоне торможение отсутствовало. При одностороннем питании трансформатора это обеспечивается, если тормозная обмотка включена в плечи трансформаторов тока питаемой стороны. В этом случае при постановке трансформатора под напряжение и бросках тока намагничивания он обтекаться током не будет и никакого влияния на поведение реле не оказывает. Iсз=Кот*Iном |
| ||||||||||||||||
|
Ic.3.min 1=47,44 A Ic.3.min 1= 519,61A |
| ||||||||||||||||
|
| |||||||||||||||||
|
Это единственное условие выбора тока срабатывания защиты. Оно определяет минимальный ток срабатывания. При прохождении тока по тормозной обмотке по мере его увеличения увеличивается и ток срабатывания, тем самым обеспечивается несрабатывание реле при внешних КЗ. Таким образом, при использовании реле ДЗТ-11 задача сводиться к выбору ток а срабатывания, отстраиваемого от бросков тока намагничивания, и к расчету числа витков уравнительных и тормозных обмоток, обеспечивающих несрабатывание при внешних КЗ. |
| ||||||||||||||||
|
Кч= 3,5> 2
|
|
|
| ||||||||||||||
|
Дальнейший расчет сводим в таблицу: | |||||||||||||||||
|
|
ВН |
НН | |||||||||||||||
|
Первичный ном. Ток защищаемого трансформатора, соотетствующий его номинальной мощности,А |
31,62875388 |
346,4101615 | |||||||||||||||
|
Схема соединения обмоток защищаемого трансформатора |
Y |
Δ | |||||||||||||||
|
Схема соединения трансформаторов тока |
Δ |
Y | |||||||||||||||
|
Коэффициент схем |
3^(1/2) |
1 | |||||||||||||||
|
Коэффициент трансформации трансформаторов тока |
10,95652174 |
69,2820323 | |||||||||||||||
|
Принятый коэффициент трансформации трансформатора тока |
120 |
600 |
| ||||||||||||||
|
Вторичный ток в плечах защиты I2, A |
0,456521739 |
0,577350269 |
| ||||||||||||||
|
Ток срабатывания реле,А |
0,684782609 |
0,866025404 |
| ||||||||||||||
|
Расчетное число витков обмотки НТТ реле для основной стороны защ. Тр-ра |
W осн.расч = |
115 |
| ||||||||||||||
|
Расчетное число витков обмотки НТТ реле неосновной стороны |
W неосн.расч = |
146,03 |
| ||||||||||||||
|
Составляющая первичного тока небаланса обусловл.округл. Расчетного числа витков неосн. Стороны,А |
Iнб.вр = |
2070,45 |
| ||||||||||||||
|
Суммарный ток небаланса, отнесенный к осн. Стороне.А. |
Iнб.расх. Мах(110/10,5)+Iнб.вр= |
4642,68 |
| ||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||
|
Определим число витков тормозной обмотки : |
| ||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||
|
Где К0ТС = 1,5; Wpa6= число витков обмотки НТТ реле на стороне, к которой присоеденена тормозная обмотка; α - угол наклона к оси абсцисс касательной проведенной из начала координат к характеристике реле, для реле ДЗТ-11 tan a = 0,75. Токи I(3)к.вн.мах и I нб. расч.мах приведены к стороне 10 кВ. |
| ||||||||||||||||
|
Wторм.= |
108 |
|
|
|
|
|
| ||||||||||
|
Уточним значение тока срабатывания на основной стороне Iс.з.min=Iс.р.осн*Kосн/Кск
|
| ||||||||||||||||
|
Где Iс.р. = Fc.p./Wосн.=0,87 А Iс.з. =520 А |
|
| |||||||||||||||
|
|
| ||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||||||||||
|
Проверим коэффициент чувствительности Кч=3,4 >2 условие выполнено |
| ||||||||||||||||
