Выбор и расчет защиты трансформатора
На однотрансформаторной подстанции установлен двухобмоточный трансформатор Т1 с односторонним питанием. Трансформатор подключен к питающей линии напряжением 110 кВ через отделитель QR. Со стороны обмотки высшего напряжения установлен короткозамыкатель QN. Схема подстанции приведена на рис.1. Необходимо выбрать и рассчитать защиты трансформатора. В соответствии с расчетами составляются принципиальные схемы включения реле защит.
Рис.1. Схема однотрансформаторной понизительной подстанции.
Таблица 1 Исходные данные
Тип трансформатораМощность трансформатора, кВА, кВ, А, АТДН1000011580460
- номинальное напряжение обмотки низшего напряжения (НН) трансформатора;
- максимальный ток, проходящий через защищаемый трансформатор при расчетном внешнем трехфазном металлическом коротком замыкании (КЗ) в максимальном режиме питающей системы;
- ток трехфазного КЗ на выводах обмотки НН в минимальном режиме источника питания.
Предполагается, что у трансформатора типа ТРДН расщепленные обмотки низшего напряжения соединены параллельно.
Номинальное напряжение обмотки высшего напряжения 115 кВ.
Диапазон регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) -
Группа соединения обмоток трансформатора - Y/-11 с глухозаземленной нейтралью.
Трансформаторы тока установлены со сторон обмоток высшего и низшего напряжения.
Защита трансформатора выполняется на переменном оперативном токе.
На стороне низшего напряжения трансформатора установлен выключатель типа ВМП-10 с приводом ПП-61.
Выдержки времени защит, установленных на отходящих линиях 10,5 кВ, не превышают 1 с.
Значение коэффициентов, используемых при расчете защит трансформатора:
. - коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей в токе КЗ.
. - коэффициент однотипности трансформаторов тока.
. - относительное значение полной погрешности трансформаторов тока, соответствующее установившемуся режиму КЗ.
. - ступень селективности.
Чувствительность защиты от внешних КЗ оценить только к КЗ на шинах низшего напряжения (основное действие) в связи с тем, что оценить чувствительность к КЗ в конце линии 10,5 кВ (резервное действие) на представляется возможным, т. к. не задана длина линий.
Общая характеристика защищаемого трансформатора
. Тип защищаемого трансформатора ТДН-10000/11, диапазон регулирования (РПН) ±12%, группа соединения обмоток трансформатора - Y/Д-11 с глухозаземленной нейтралью, питание односторонние.
. Трансформатор подключен к питающей линии через отделитель QR; со стороны обмотки высшего напряжения установлен короткозамыкатель QN.
. Подстанция однотрансформаторная, максимальная нагрузка трансформатора не задана.
. Трансформаторы тока установлены со стороны обмоток высшего и низшего напряжений.
Назначение защит трансформатора
В соответствии с правилами устройства электроустановок (ПУЭ) на трансформаторах (автотрансформаторах) должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:
многофазных замыканий в обмотках и на выводах;
однофазных замыканий на землю в обмотке и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью;
витковых замыканий в обмотках;
токов в обмотках, обусловленных внешним КЗ;
токов в обмотках, обусловленных перегрузкой;
понижения уровня масла.
Для защиты от повреждений на выводах, а также от внутренних повреждений трансформатора предусматривается продольная дифференциальная токовая защита без выдержки времени (на трансформаторах мощностью 6,3 МВА и более).
От всех видов КЗ внутри кожуха трансформатора, сопровождающихся выделением газа, и от понижения уровня масла устанавливается газовая защита (на трансформаторах мощностью 6,3 МВА и более).
Газовая защита действует на сигнал при слабом газообразовании и понижении уровня масла и на отключение при интенсивном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла.
От токов в обмотках, обусловленных внешним многофазным КЗ, предусматривается максимальная токовая защита (при недостаточной чувствительности - с комбинированным пуском по напряжению) с действием на отключение.
Для защиты от токов, обусловленных перегрузкой, устанавливается МТЗ с действием на сигнал.
Расчет дифференциальной токовой защиты трансформатора
Результаты расчета дифференциальной токовой защиты трансформатора, выполненного в соответствии с рекомендациями [2] приведены в таблице 2 и таблице 3.
Таблица 2 Подготовка исходных данных
Наименование величиныОбозначение и расчетная формулаЧисловые значения для сторон110 кВ10 кВПервичный ток на стороне защищаемого трансформатора, соответствующий его номинальной мощности, АСхема соединения-YКоэффициент трансформации100/5=20600/5=120Вторичный ток в плечах защиты, соответствующий номинальной мощности защищаемого трансформатора, А
Таблица 3 Расчет дифференциальной защиты трансформатора с реле РНТ-565
Наименование величиныРасчетное условиеРасчетная формулаРасчетПринятое значениеПримечаниеВыбор тока срабатывания защиты и предварительная оценка чувствительностиРасчетный первичный ток небаланса при внешнем КЗ в максимальном режиме (без учета составляющей .), А127,6
Первичный ток срабатывания защиты, А1. отстройка от «броска» тока намагничивания165,92. отстройка от максимального первичного тока небалансаПредварительное значение коэффициента чувствительности при двухфазном КЗ на стороне низшего напряжения(в зоне действия защиты) в минимальном режиме источника питания В соответствии с ПУЭ требуется обеспечить примерно равный или больший 2.
следовательно, можно продолжить расчет защиты с реле РНТ-5652,4 Выбор параметров элементов настройки защитыРасчетный ток срабатывания реле на основной стороне, А За основную принята сторона основного питания с напряжением 110 кВ, как имеющая больший вторичный номинальный ток.14,4 Число витков обмотки НТТ реле для основной стороны1. расчетное 6100 А
2. предварительно принятоеТрансформаторы тока присоединяются только к уравнительным обмоткам, рабочая обмотка не используется =06Действительный ток срабатывания реле при принятом числе витков НТТ для основной стороны16,67Число витков обмотки НТТ реле для неосновной стороныРавенство МДС НТТ при внешнем КЗ 1. расчетное 2. предварительно принятое 66Выбор параметров элементов настройки защитыСоставляющая первичного тока небаланса, обусловленная округлением расчетного числа витков неосновной стороны для расчетного случая повреждения, А 3,87Первичный расчетный ток небаланса с учетом составляющей , А
131,5Ток срабатывания защиты на основной стороне, А192,5 Коэффициент отстройки защиты1,46Так как , принимаем для основной стороны ближайшее меньшее число витков (для реле РНТ-565 на один виток меньше) Число витков обмотки НТТ реле для неосновной стороныРавенство МДС НТТ при внешнем КЗ 1. расчетное 2. предварительно принятое 5Составляющая первичного тока небаланса, обусловленная округлением расчетного числа витков неосновной стороны для расчетного случая повреждения, А 3,5Первичный расчетный ток небаланса с учетом составляющей , А
131,1Ток срабатывания защиты на основной стороне, А230,9 100 АКоэффициент отстройки защиты1,76Окончательно принятое число витков обмотки НТТ реле для установки на основной и не основной сторонах 5 6Схема включения реле приведена на рис. 2Значение коэффициента чувствительности, соответствующее окончательно принятому току срабатывания в режиме, при котором производилась предварительная проверка чувствительности Коэффициент чувствительности достаточен.
Рис. 2. Схема включения реле РНТ-565.
Расчет МТЗ трансформатора
МТЗ устанавливается со стороны выводов высшего напряжения трансформатора, выполняется двумя реле тока, присоединенными к ТТ, соединенным в треугольник. Такое выполнение МТЗ предотвращает неселективное действие при замыканиях на землю в сети 110-220 кВ в тех случаях, когда нейтраль трансформатора заземлена.
Расчет МТЗ приведен в таблице 4. Поскольку максимальный рабочий ток трансформатора не задан, в расчете принято .
Расчет защиты от перегрузки
Защита от перегрузки выполняется с помощью одного реле тока РТ-40, подключаемого вместе с реле тока максимальной токовой защиты к ТТ, установленным со стороны выводов высшего напряжения и реле времени. Защита действует на сигнал.
Расчет установок защиты от перегрузки приведен в таблице 5.
Принципиальная схема защиты трансформатора
Принципиальная схема защиты трансформатора, выполненная с использованием переменного оперативного тока, изображена на рис. 3 - 6.
Таблица 4 Расчет максимальной токовой защиты трансформатора
Таблица 5 Расчет защиты от перегрузки трансформатора
Наименование величиныРасчетное условиеРасчетная формулаРасчетПринятое значениеПрим.Ток срабатывания защиты, АОбеспечение немедленного устойчивого возврата после отключения внешнего КЗ или снятия перегрузки62 Вторичный ток срабатывания реле, А Реле типа РТ-40/6 с параллельным соединением обмотокВыдержка времени, сОтстройка от времени срабатывания МТЗ трансформатора2,5Реле ЭВ-133трансформатор реле защита перегрузка
Дифференциальная защита выполнена на реле с НТТ КА1 и КА2 типа РНТ-565. Реле установлены в двух фазах. На стороне 110 кВ ТТ соединены в треугольник, на стороне низшего напряжения - в неполную звезду.
Газовая защита выполнена с использованием реле типа РГТ-50 с действием на отключение и на сигнал.
Обмотки двух промежуточных насыщающихся трансформаторов тока ТАL1, ТАL2 реле времени РВМ-12 (реле на переменном оперативном токе) включаются во вторичные цепи трансформатора тока (рис. 4.)
Пуск реле времени осуществляется путем замыкания цепи микродвигателя М от контакторов реле защиты КА3, КА4, КV1 через выводы 9, 11 и 11, 13, причем правильная и надежная работа реле возможна при питании микродвигателя только от одного из насыщающихся трансформаторов ТАL1 или ТАL2.
Ток срабатывания реле РВМ-12 равен 2,5 А при последовательном соединении секций первичной обмотки насыщающегося трансформатора и 5 А при их параллельном соединении.
Защита от перегрузки выполнена с использованием реле тока КА5( РТ-40), установленного в одной фазе, и реле времени КТ2 (ЭВ-133). Защита действует на сигнал.
Для включения короткозамыкателя и отключения выключателя Q2 от дифференциальной защиты и МТЗ использованы схемы с дешунтированием. Дешунтирование осуществляется контактами промежуточного реле переменного тока КL2, КL3, КL4 (РП-341).
При действии газовой защиты включение короткозамыкателя и отключение выключателя осуществляется контактами промежуточного реле КL1 (РП-25) с использованием энергии, получаемой от трансформатора собственных нужд.
Отключение отделителя осуществляется с использованием энергии конденсаторов, предварительно заряженных через зарядное устройство УЗ от трансформатора собственных нужд.
Для исключения возможности отключения отделителя при включенном выключателе питающей линии предусмотрена блокировка, осуществляемая с помощью реле тока КА6 (РТ-40) и промежуточного реле КL5 (РП-252). Реле КА6 подключено к ТТ в цепи короткозамыкателя.
Рис. 3. Поясняющая схема.
Рис. 4. Схема реле времени РВМ-12.
Рис. 5. Принципиальные схемы цепей переменного тока защит трансформатора (с использованием реле РНТ-565).
Рис. 6. Принципиальные схемы цепей переменного напряжения (а) и сигнализации (б) защит трансформатора.
Список используемой литературы
1.«Правила устройства электроустановок. 7-е изд.: Все действующие разделы ПУЭ-7». 5-й выпуск, стер. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2007. - 512 с., ил.
2.«Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 13Б. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110 - 500 кВ»: Расчеты. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 96 с.
.Андреев В.А. «Релейная защита и автоматика систем электроснабжения / В.А. Андреев». - 4-е изд. перераб. и доп. -М.: Высш. шк., 2006. - 639 с.: ил.