Расчет релейной защиты понижающего двухобмоточного трансформатора 110/10 кВ с вопросами автоматики

Расчет релейной защиты понижающего двухобмоточного трансформатора 110/10 кВ с вопросами автоматики

Расчет релейной защиты понижающего двухобмоточного трансформатора 110/10 кВ с вопросами автоматики

релейный трансформатор газовый

Введение

релейный трансформатор газовый

Релейная защита (РЗ) предназначена для отключения защищаемого участка в цепи или элемента в случае его повреждения, выхода из строя элемента или электроустановки в целом, короткого замыкания, выхода за пределы нормального режима работы и т.д. РЗ характеризуется селективностью (избирательностью) - отключением только той части или элемента установки, которая вызвала нарушение режима; чувствительностью - быстрая реакция на определенные, заранее заданные отклонения от нормальных режимов, иногда самые незначительные; надежность - безотказная работа в случае отклонения от нормального режима. временем срабатывания - необходимой скоростью срабатывания, определяемым характером технологического процесса.

В соответствии с изложенным и в зависимости от мощности трансформатора, условий их работы, категории потребителя и т.д. применяются следующие типы защиты:

дифференциальная - для защиты при повреждениях обмоток, вводов и ошиновки трансформаторов или автотрансформаторов;

токовая отсечка мгновенного действия или плавкий предохранитель - для защиты трансформатора при повреждениях ошиновки, вводов и части обмоток со стороны источника питания;

газовая - для защиты при повреждениях внутри бака маслонаполненного трансформатора (автотрансформатора), сопровождающихся выделением газа, а также при понижении уровня масла;

максимальная токовая (МТЗ) или максимальная токовая направленная защита, реагирующая на фазные токи, а также на токи нулевой и обратной последовательностей от сверхтоков, проходящих через трансформатор при дистанционная защита и др.

Расчет дифференциальной защиты

Таблица. Характеристики двухобмоточного трансформатора ТДН-16000/110

Трансформатор имеет встроенное регулирование напряжения под нагрузкой (РПН) в нейтрали высшего напряжения в пределах ± 16% номинального.

Исходная схема (а) и схема замещения прямой и обратной последовательности (б) приведены на рис. 1.

а) б)

Рис. 1

Рис.2 Схема включения реле РНТ-565. Рис.3 Токораспределение и диаграммы токов в схеме дифференциальной защиты.

Расчет произведен в именованных единицах. Сопротивления на схеме приведены в Омах.

Расчет сопротивлений схемы замещения и токов короткого замыкания (КЗ)

Сопротивление энергосистемы в максимальном режиме равно Xc_max=18.5 Ом, в минимальном Xc_min=21Ом.

X_{тр-ра min}= == = 57,15 Ом

X_{тр-ра max}= == = 129 Ом

Где U_ср.ВН= 115 кВ - справочное значение среднего напряжения на стороне ВН.

S_ном. - номинальная мощность трансформатора, МВ*А,

ΔU_РНП - половина суммарного диапазона регулирования напряжения на стороне ВН трансформатора

U_k.min ; U_k.max - напряжения U_k в зависимости от min и max положения переключателя РПН в % (справочные значения).

Расчет токов КЗ на стороне ВН 115 кВ.

I_{КЗ.min.ВН.}=  = *10³ = 485.5 A_{КЗ.max.ВН.}= = *10³ = 840 A

Расчет первичных токов сторон ВН и НН, соответствующих номинальной мощности трансформатора

Таблица

Определяем первичный расчетный ток небаланса I_{нб.расч.} без учета составляющей I^’’’_{нб.расч.} , обусловленного неточностью установки на НТТ (насыщающимся трансформаторе тока) реле расчетного числа витков при рассматриваемом внешнем КЗ в точке K1.

I_{нб.расч.} = [I^’_{нб.расч.} + I^’’_{нб.расч.} ] = k_пер. k_одн. ε I_{КЗ.max.ВН} + ΔU_РНП * I_{КЗ.max.ВН}

I_{нб.расч.} = 1*1*0,1*840 + 0,16*840 = 218 А

где

I^’_{нб.расч} - составляющая, обусловленная погрешностью трансформаторов тока;

I^’’_{нб.расч.} - составляющая, обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора;

k_пер. - коэффициент, учитывающий переходный режим (наличие апериодической составляющей тока); для реле РНТ-565 принимается равным 1

k_одн. - коэффициент однотипности трансформатора тока; при внешних КЗ на сторонах, где защищаемый трансформатор имеет одно присоединение равен 1.

ε - относительное значение полной погрешности трансформаторов тока, соответствующему установившемуся режиму КЗ или качаний; при 10% погрешности принимается равным 0,1

Определяем предварительно первичный ток срабатывания защиты:

-по условию отстройки от максимального тока небаланса без учета составляющей тока небаланса I^’’’_{нб.расч.}

I_с.з. ≥ k_отс..* I_{нб.расч.} = 1,3 * 218 = 283 А

где k_{отс.. -} коэффициент отстройки, учитывающий погрешности реле, ошибки расчета и необходимый запас; может быть принят равным 1,3.

по условию отстройки от броска намагничивающего тока

I_с.з. ≥ k * k_ВЫГ. * I_ном. = 1,3 * 1 * 80,4 = 104,5 А

где

k - коэффициент,;используемый при отстройке защиты от броска намагничивающего тока, в ориентировочных расчетах принимается равным 1 - 1,3, принимаем 1,3;

k_ВЫГ. - коэффициент выгодности, представляющий собой отношение электромагнитной мощности автотрансформатора к его проходной мощности; для Трансформатора принимается равным 1.

Расчетной для выбора тока срабатывания является отстройка от максимального тока небаланса при внешнем КЗ I_с.з. = 283 А.

Производится предварительная проверка чувствительности

Расчетным по чувствительности является КЗ между двумя фазами на стороне НН в точке К₂ в минимальном режиме работы питающей системы и при максимальном сопротивлении трансформатора

I_к.min. = / 2* I_{КЗ.min.ВН.}=0,865*485.5=426.5 А

Коэффициент чувствительности равен:

k_ч = I_к.min. * k_сх. / I_с.з. * k_сх. = 426.5 * / 283* = 1.51

где коэффициент схемы при КЗ между двумя фазами на стороне НН защищаемого трансформатора k =  и взят из таблицы.

Определяется число витков обмотки НТТ реле для основной стороны 110кВ

Принимается ближайшее меньшее по отношению к полученному из формулы число витков:

I_ср.осн.=  =  = 16,3 А

W_{осн.расч.} =  =  = 6,1

где

F_ср. - магнитодвижущая сила (МДС) срабатывания реле; для реле типа РНТ-565 F_cp. = 100A,

I_ср.осн. - ток срабатывания реле, отнесенный к основной стороне; определяется приведением первичного тока срабатывания защиты к вторичным цепям трансформаторов тока основной стороны.

Определяется число витков обмотки НТТ реле для неосновной стороны защищаемого трансформатора

W_I.расч. = W_осн. *

где -  вторичный ток в плечах защиты для основной (ВН) стороны, соответствующий номинальной мощности транформатора;

 - вторичный ток в плечах защиты для неосновной (НН) стороны, соответствующий номинальной мощности транформатора;

W_осн - принятое число витков обмотки для основной стороны

Число витков уточняется после учета составляющей тока небаланса обусловленной неточностью установки на НТТ реле расчетных чисел витков. Определяется значение коэффициента чувствительности для тока срабатывания защиты, соответствующего окончательно принятому, в режиме, при котором производилась предварительная проверка чувствительности

k_ч = I_к.min. * k_сх. / I_с.з. * k_сх. = 426.5 * / 289* = 1.5

Все выше указанные расчеты приведены в таблице №2.

Схема включения реле РНТ-565 приведена на рис.№2.

Таблица 2

Ток срабатывания реле на основной стороне, А            I_{с.р.осн.}=

Число витков обмотки НТТ реле для основной стороны: расчетное   предварительно принятое        W_{осн.расч.} =

W_осн = W_I.ур. = 6,1

Число витков обмотки НТТ реле для неосновной стороны: расчетное  предварительно принятое            W_I.расч. = W_осн. *

W_I = W_II.ур.6*  = 6,63

Расчет максимальной токовой защиты (МТЗ) с пуском напряжения трансформаторов

Максимальная токовая защита с комбинированным пуском напряжения, выполнена с помощью реле тока типа РТ-40, фильтра-реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М и минимального реле напряжения типа РН-54.

Первичный ток срабатывания защиты определяется по условию отстройки от номинального тока трансформатора I_ном на обеих сторонах, где установлена рассматриваемая защита.

I_с.з. = k_отс.* I_ном / k_в , где

k_отс.- коэффициент отстройки, учитывающий ошибку реле принимается равным 1,2;

k_в - коэффициент возврата реле, может быть принят равным 0,8.

I_{с.з. ВН} = k_отс.* I_ном / k_в = 1,2*80,4 / 0,8 = 120,6 А

I_{с.з. НН} = k_отс.* I_ном / k_в = 1,2*840,8 / 0,8 = 1261,2 А

Для реле минимального напряжения, включенного на междуфазное напряжение (типа РН - 54) первичные напряжения срабатывания защиты определяются по следующим условиям, исходя из обеспечения возврата реле после отключения внешнего КЗ по выражению: U_с.з.£

где U_min - междуфазное напряжение в месте установки защиты в условиях самозапуска после отключения внешнего КЗ (определяется расчетом); в ориентировочных расчетах может быть принято равным (0.9 - 0.85) U_ном.; принимаем равным 0.85;

k_отс. - коэффициент отстройки; может быть принят равным 1,2;

U_с.з.ВН£ =67,9 кВ

U_с.з.НН£ =6,49 кВ

Отстройки от напряжения самозапуска при включении от АПВ или АВР заторможенных двигателей нагрузки U_с.з.£

где U_зап. - междуфазное напряжение в месте установки защиты в условиях самозапуска заторможенных двигателей нагрузки при включении их от АПВ или АВР (определяется расчетом); в ориентировочных расчетах можем быть принято равным 0,7*U_ном.

U_с.з.ВН£ =67,1 кВ

U_с.з.НН£ =6,41 кВ

Для фильтра - реле напряжений обратной последовательности (типа РНФ-1М) комбинированного пуска напряжения - исходя из минимальной уставки устройства (6 В междуфазных):

U_2с.з.=0,06 U_ном.

U_2с.з.ВН=0,06 115 = 6,9 кВ

U_2с.з.НН=0,06 11 = 0,66 кВ

При таком напряжении срабатывания обеспечивается отстройка от напряжения небаланса в расчетном (нагрузочном) режиме.

Вторичный ток срабатывания реле определяется по выражению

I_с.з. = I_с.з.* k_сх / K₁

Где

k_сх - коэффициент, зависящий от схемы соединения трансформаторов тока защиты; при соединении последних в звезду k_сх=1,0, при соединении трансформаторов тока в треугольник k_сх = ;

K₁ - коэффициент трансформации трансформаторов тока защиты.

I_{с.р. ВН} = I_с.з.*  / K_1ВН = 120,6*1,73/(150/5)=6,95 А

I_{с.р. НН} = I_с.з.* k_сх / K_1НН = 1261,2*1/(1000/5)=6,3 А

Чувствительность защиты определяется по выражениям:

Для реле тока k_ч.1= I_з.min./ I_с.з.

где I_з.min - минимальный ток защиты, который рассчитывается по формуле I_з.min.ВН = /2 * I_{к.з.max.вн} = (1,73/2)*840=726,6А

I_з.min.НН ===6381 А

U_нн - номинальное напряжение обмоток силового трансформатора на стороне НН

k_ч.1ВН= I_з.min.вн * k_сх / I_с.з.В.Н. = 726,6*/120,6 = 10,4

k_ч.1НН= I_з.min.нн * k_сх / I_с.з..НН = 6381/1261,2 = 5,06

по условию чувствительности защиты необходимо, чтобы >1,5

Для реле минимального напряжения (типа РН-54), включенного на междуфазное напряжение,

K_Ч.U.=

где U_з.max - первичное значение междуфазного напряжения в месте установки защиты при металлическом КЗ между фазами в расчетной точке в режиме, обуславливающем наибольшее значение этого напряжения; U_з.max=0.85*U_ном.

k_в- коэффициент возврата реле, принят равным 1,25.

K_Ч.U.в.н.= =1,52

K_Ч.U.н.н= = 1,5

коэффициент чувствительности удовлетворяет условию чувствительности защиты, согласно которому по необходимо, чтобы K_Ч.U>1,5.

Защита трансформатора от перегрузки

Защита от перегрузки применяется если по условиям технологии производства возможна перегрузка трансформатора. Она выполняется с одним реле, включенным на ток фазы со стороны источника питания, и действует с выдержкой времени на сигнал, а на необслуживаемых подстанциях - на разгрузку или отключение трансформатора. На двухобмоточных трансформаторах защита от перегрузки устанавливается со стороны основного питания. Схема защиты от перегрузки совмещаемся со схемами дифференциальной защиты и МТЗ трансформатора.

I_с.з. = k_отс.* I_ном / k_в

где k_отс. - коэффициент отстройки; принимается равным 1,05;

k_в - коэффициент возврата; для реле РТ - 40 принимается равным 0,8;

I_ном - номинальный ток обмотки трансформатора со стороны установки реле РТ-40, то есть со стороны основного питания.

I_с.з. = 1,05* I_ном / 0,8 = 1,05*80,4/0,8 = 105,5А

Ток срабатывания реле РТ-40 :

I_с.р. = I_с.з.* k_сх / K_1вн

I_с.р. = 105,5* / (150/5)=6,08 А

k_сх - коэффициент, зависящий от схемы соединения трансформаторов тока защиты; при соединении последних в звезду равен 1, при соединении трансформаторов тока в треугольник равен .

K_1вн - коэффициент трансформации трансформатора тока защиты со стороны ВН силового трансформатора

Газовая защита трансформатора

Газовая защита основана на использовании явления газообразования в баке поврежденного трансформатора (Рис.4). Она устанавливается на трансформаторах и автотрансформаторах, а также на токоограничиваюших реакторах с масляным охлаждением, имеющих расширители. Применяемые газовые зашиты является обязательным на трансформаторах и автотрансформаторах мощностью 4,0 МВ*А и более, а также на трансформаторах и автотрансформаторах мощностью от 1000 до 4000 кВ*А, не имеющих дифференциальной защиты или отсечки и если максимальная токовая защита имеет выдержку времени 10 и более. В трансформаторах мощностью 1000 - 4000 кВ*А применение другой газовой защиты при наличии другой быстродействующей защиты, допускается, но не является обязательным. Применение данной газовой защиты является необходимым на внутрицеховых трансформаторах и автотрансформаторах мощностью от 6,3 МВ*А и выше независимо от других быстродействующих защит.

Интенсивность газовыделения и химический состав выбрасываемого газа зависят от характера и размеров внутренних повреждений трансформатора. Поэтому защита выполняется с таким условием, чтобы при медленном газообразовании подавался предупредительный сигнал дежурному персоналу, а при бурном газообразовании, что имеет место при коротких замыканиях, происходило немедленное отключение защищаемого трансформатора (автотрансформатора). Кроме того, газовая защита действует на отключение или только на сигнал при опасном понижении масла в баке трансформатора или автотрансформатора. Газовая защита является универсальной и наиболее чувствительной защитой от внутренних повреждений. Эта защита реагирует на такие опасные повреждения, как замыкание между витками обмоток, на которые не реагируют другие виды защит из-за недостаточного значения тока при этом виде повреждения.

Газовая защита осуществляется с помощью специальных газовых реле, которые подразделяются на:

Поплавковые

Лопастные

Чашечные

Газовое реле представляет собой металлический кожух, который врезан в маслопровод, который соединяет бак трансформатора (автотрансформатора) с расширительным баком. Реле заполнено маслом. В кожухе реле имеется смотровое стекло со шкалой, с помощью которого мы наглядно определяем объём скопившегося в реле газа.

На крышке реле имеется кран, которым для выпуска скопившегося газа и взятия его на пробу для анализа. На кожухе реле также расположены зажимы для подключения кабеля к контактам, которые расположены внутри кожуха реле.

Газовая защита является быстродействующей, это обусловлено тем, что в оперативной части защиты отсутствует реле времени, реагирует практически на все повреждения внутри бака, проста по исполнению (Рис.5). К недостаткам газового реле можно отнести ложное срабатывание защиты при гидравлическом ударе (при коммутационных переключениях цепей, внешних КЗ, сопровождаемых электродинамическими перемещениями обмоток); возможны ложные срабатывания защиты в сейсмоопасных районах, при попадании воздуха в бак. Кроме того газовая защита нечувствительна к начальным стадиям межвитковых замыканий.

В данном проекте для защиты бака силового трансформатора используется газовое реле типа РГТ - 80, а для устройства РПН, как указано выше, принимаем реле типа РСТ - 25 (Рис.6).

Рис.4

Рис. 5

Рис.6

Техника безопасности при обслуживании устройств релейной защиты

Для обеспечения безопасности работ, проводимых в цепях измерительных приборов и устройств релейной защиты, все вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока и напряжения должны иметь постоянное заземление. В сложных схемах релейной защиты для группы электрически соединённых вторичных обмоток трансформаторов тока, независимо от их числа допускается выполнять заземление только в одной точке. При необходимости разрыва токовой цепи измерительных приборов и реле цепь вторичной обмотки трансформатора тока, предварительно закорачивается на специально предназначенных для этого зажимах.

В цепях между трансформатором тока и зажимами, где установлена закоротка, запрещается производить работы, которые могут привести к размыканию цепи. При производстве работ на трансформаторах тока или в их вторичных цепях необходимо соблюдать следующие меры безопасности:

Шины первичных цепей не использовать в качестве вспомогательных токопроводов при монтаже или токоведущих цепей при выполнении сварочных работ;

Цепи измерений и защиты присоединять к зажимам указанных трансформаторов тока после полного окончания монтажа вторичных схем;

При проверке полярности приборы, которыми она производится, до подачи импульса тока в первую обмотку надёжно присоединять к зажимам вторичной обмотки.

Работа в цепях устройств релейной защиты, электроавтоматики и телемеханики производится по исполнительным схемам, работа без схем, по памяти, запрещается. При работах в устройствах релейной защиты, автоматики и телемеханики необходимо пользоваться слесарно-монтажным инструментом с изолирующими рукоятками.

При необходимости производства каких-либо работ в цепях или на аппаратуре релейной защиты, автоматики и телемеханики при включенном основном оборудовании, принимаются дополнительные меры, против его случайного отключения. Запрещается на панелях или вблизи места размещения релейной аппаратуры производить работы, вызывающие сильное сотрясание релейной аппаратуры, грозящие ложным срабатыванием реле.

Переключения, включения и отключения выключателей, разъединителей и другой аппаратуры, пуск и остановка агрегатов, регулировка режима их работы, необходимые при наладке или проверке устройства релейной защиты, автоматики и телемеханики, производят только оперативным персоналом.

Автоматическая регулировка возбуждения (АРВ) турбогенератора с полупроводниковой системой возбуждения

Генераторы мощностью более 100 МВт и синхронные компенсаторы мощностью 100 MB.А и выше оборудуются обычно полупроводниковой системой возбуждения. Для турбогенераторов типа ТВВ широкое распространение получила полупроводниковая высокочастотная система возбуждения. Обмотка возбуждения генератора овг (рис. 5а) в этой системе возбуждения получает питание от выпрямителей В1 и В2, на которые работает возбудитель В, представляющий собой индукторный генератор переменного тока с частотой 500 Гц. Возбудитель имеет три обмотки возбуждения: овв1, овв2 и овв3. В систему возбуждения входит также подвозбудитель ПВ, представляющий собой генератор с частотой 400 Гц, возбуждаемый постоянным магнитом. Обмотка возбуждения возбудителя овв1 включена по схеме последовательного самовозбуждения.

АРВ турбогенератора с такой системой возбуждения включает в себя (рис. 5а) противовключенный электромагнитный корректор напряжения ЭМК, устройство бесконтактной форсировки возбуждения УБФ и блок ограничения форсировки БОФ.

Обмотка возбуждения возбудителя овв1 создает возбуждение больше требуемого в нормальных условиях работы генератора. Противовключенный ЭМК, работающий на обмотку овв3, снимает излишнее возбуждение, поддерживая напряжение турбогенератора на заданном уровне. ЭМК получает питание от подвозбудителя.

При значительных снижениях напряжения, обусловленных, например, к. з., возбуждение возбудителя, а следовательно, и генератора форсируется УБФ, которое работает как согласованный корректор напряжения. Выходной ток УБФ I_ф. подается в обмотку овв2 возбудителя, включенную согласно с овв1. УБФ получает питание от одной из рабочих обмоток возбудителя. Структурные схемы ЭМК и УБФ аналогичны. Они содержат трехфазные магнитные усилители МУ1 и МУ2 и выпрямители ВЗ, В4. Измерительный орган ИО является общим для ЭМК и УБФ.

В нормальных условиях работы ток I_ф. мал и УБФ не оказывает существенного влияния на возбуждение машины. При напряжении машины ниже U₃ ток I_ф. резко возрастает, а I_рег снижается, что приводит к форсировке возбуждения.

Блок ограничения форсировки БОФ предназначен для предотвращения повышения напряжения возбудителя в процессе форсировки выше заданного предельного значения, которое принимается обычно равным удвоенному номинальному.

Структурно БОФ аналогичен ЭМК. Он содержит измерительный орган ИО_БОФ, магнитный усилитель МУЗ, получающий питание от одной из рабочих обмоток возбудителя через трансформатор напряжения ТН2, и выпрямитель В5. Выходной ток БОФ I_боф. подается в управляющие обмотки МУ1 ЭМК и МУ2 УБФ. Увеличение I_боф приводит к возрастанию I_рег и снижению I_ф (Рис.5б), чем и достигается ограничение форсировки возбуждения регулируемого генератора.

Данный АРВ представляет собой статический АРВ пропорционального действия. АРВ является относительно быстродействующим, так как его магнитные усилители питаются напряжением повышенной частоты.

Рис.

Рис. 5. Структурная схема АРВ турбогенератора с полупроводниковой высокочастотной системой возбуждения.

Список использованной литературы

.ГОСТ 2 104 - 68 ЕСКД. «Основные надписи».

.ГОСТ 105-95. ЕСКД. - Техническая документация

.ГОСТ 109-73 ЕСКД. «Основные требования к чертежам».

.ГОСТ 2 105 - 79 ЕСКД. «Общие требования к текстовым документам»

.ГОСТ 316-68. ЕСКД. - ПТБ при эксплуатации электроустановок потребителя. -М: Госэнерго 1994

.Правила установок электрических установок. - М: Энергоатомиздат, 1987-648с.

.Правила техники безопасности при эксплуатации электрических установок потребителей. - М.: Госэнергонадзор, 1994.

.Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 13А и 13Б. Релейная защита трансформаторов и автотрансформаторов 110 - 500 кВ: - М.: Энергоатомиздат, 1986

.Рожкова Л.Д. Козулин B.C. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1987 -648 с: ил.

.Г. Н. Ополева СХЕМЫ И ПОДСТАНЦИИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ. СПРАВОЧНИК. М. ФОРУМ - ИНФРА-М 2006 - 480с.

.Гловацкий B.Г., Пономарев И.В.. СОВРЕМЕННЫЕ СРЕДСТВА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ ЭЛЕКТРОСЕТЕЙ. М. EMV 2003.

.Чернобровов Н.В. Релейная защита. Энергия. М.1974.

.Кривенков В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М. Энергоиздат.1981г.

.http://forca.ru

.http://www.tdtransformator.ru/

.http://city-energi.ru

. http://www.rza.org

Приложение

Таблица