Проектирование дифференциальной защиты трансформатора
Реферат
Объем проекта составляет 23 страницы, 8 рисунков, 5 используемых источников, чертеж формата А1.
Ключевые слова: дифференциальная защита трансформатора, максимальная токовая защита, газовая защита, защита от перегрузки, двухступенчатая токовая защита.
Объектом проектирования является релейная защита трансформатора и разработка схемы защиты линии от межфазных КЗ.
Цель проектирования – разработка надёжной и простой защиты, выполняющей условия селективности и чувствительности.
Был произведен расчет токов КЗ, по которому была рассчитана защита трансформатора, выбраны трансформаторы тока. Для защиты линии выбрана двухступенчатая токовая защита.
Дифференциальная защита трансформатора выполнена на микропроцессорном устройстве "Сириус-Т". Газовая защита выполнена на газовом реле типа BF 80/Q. Защита отходящей линии 10 кВ выполнена на токовых реле РТ-80.
Содержание
Введение 5
1 Расчет токов короткого замыкания 6
2. Расчет релейная защита понижающего трансформатора 8
2.1 Выбор типа трансформаторов тока 8
2.2 Расчет дифференциальной защиты трансформатора 11
2.3 Расчет МТЗ 13
2.4 Расчет защиты от перегрузки 15
2.5 Газовая защита трансформатора 16
3. Защита линии 10 кВ от межфазного КЗ 19
Заключение 22
Список используемых источников 23
Введение
Целью данного курсового проекта является расчет устройств РЗ и А системы электроснабжения. При работе элементов систем электроснабжения возможно возникновение ненормальных и аварийных режимов. К ним относятся короткие замыкания, перегрузки, понижение уровня напряжения и другие.
Повреждения и ненормальные режимы должны быть устранены, и это является основным назначением устройств релейной защиты и автоматики.
К устройствам релейной защиты
предъявляются следующие
Быстродействие — это свойство релейной защиты, характеризующее скорость выявления и отделения от электроэнергетической системы повреждённых элементов.
Селективность — свойство релейной защиты, характеризующее способность выявлять поврежденный элемент электроэнергетической системы и отключать этот элемент только ближайшими к нему выключателями.
Чувствительность — это свойство, характеризующее способность релейной защиты выявлять повреждения в конце установленной для неё зоны действия в минимальном режиме работы энергосистемы.
Надежность — это свойство,
характеризующее способность
Перечисленные требования удовлетворяются правильным выбором устройств релейной защиты, схем соединения устройств РЗ, расчётом уставок.
На трансформаторах
- дифференциальная защита от повреждений в силовом трансформаторе;
- газовая защита от повреждений внутри бака;
- максимальная токовая защита (МТЗ)
- МТЗ от симметричной перегрузки.
В курсовом проекте разработана схема защиты линии от межфазного КЗ.
1. Расчет токов короткого замыкания
Цель расчета: необходимо определить значение токов КЗ в максимальном и минимальном режимах работы системы.
Исходные данные: номинальная мощность трансформатора SН=10000 кВА; мощность КЗ систем Sкз1=2900 МВА, Sкз2=2800 МВА, длина воздушных линий
L1 = 7 км, L2= 8 км; UК = 10,5; напряжения UВН= 115 кВ, UНН= 10,5 кВ, UС= 110 кВ.
Расчет выполняется по методике, приведенной в [ ? ]
Составляем схему замещения по которой будет производиться расчет токов КЗ, рис.1.
Рисунок 1.
Выполним расчет элементов схемы замещения:
Расчет будем проводить в системе именованных едениц.
Определяем сопротивление системы по следующей формуле:
Определяем сопротивление линии по следующей формуле:
Погонное сопротивление провода примем X0 = 0,4 Ом/км
Определяем сопротивление трансформатора по следующей формуле:
Составим эквивалентную схему замещения, для упрощения расчета, состоящую из эквивалентных источника и сопротивления, Рис.2:
Рисунок 2.
Определим эквивалентное сопротивление:
Примем ;
Рассчитаем токи короткого замыкания в максимальном режиме для, выбора уставок релейной защиты ( Iкз max ) и в минимальном режиме работы, для проверки чувствительности защит (Iкз min ).
Необходимо определять токи КЗ приведенные к стороне ВН силового трансформатора, т.к. защиты силового трансформатора устанавливаются на ВН, для их расчета и проверки правильности действия необходимо знать значения тока КЗ за трансформатором, протекающих по стороне ВН.
Для составления схемы
замещения минимального режима необходимо
определить какая их двух систем является
менее мощной, т.е. имеет наибольшее
суммарное сопротивление
Исходя из выше описанного,
в минимальном режиме рабочее
питание схемы будет
Составим эквивалентную схему замещения для расчета токов в минимальном режиме, Рис.3
Рисунок 3.
Определим сопротивление системы в минимальном режиме по формуле:
Определим элементы схемы замещения:
Для оценки чувствительности защит используется значение двухфазного КЗ. Для начала определим в минимальном режиме, затем приведем найденное значение к току .
2. Расчет релейной защиты силового трансформатора
Цель расчета: выбрать тип трансформаторов тока, выбрать тип реле, на котором будет построена дифференциальная защита, рассчитать его и проверить на чувствительность, рассчитать МТЗ, защиту от перегрузки и газовую защиту.
На трансформаторах
- дифференциальная защита от повреждений в силовом трансформаторе и на его выводах;
- газовая защита от повреждений внутри бака;
- максимальная токовая защита (МТЗ);
- МТЗ от симметричной перегрузки.
2.1. Выбор типа трансформаторов тока.
Расчет защит трансформатора начинаем с выбора ТТ и схемы их соединения.
Определим номинальные токи стороны ВН и НН силового трансформатора по следующим формулам:
Определим расчетные значения коэффициентов трансформации трансформаторов тока ТА1 и ТА2. Для этого необходимо выбрать схему соединения трансформаторов. В дальнейшем будем использовать цифровую защиту на базе "Сириус-Т". При использовании "Сириус-Т", трансформаторы тока соединяются в полную звезду, как на стороне ВН, так и на НН. Из этого следует, что коэффициент схемы , тогда:
Величину коэффициентов трансформации трансформаторов тока выбираем из ряда стандартных значений:
Для стороны ВН выбираем ТТ типа ТОЛ-110III
,
Для стороны НН выбираем ТТ типа ТОЛ-10
.
Рисунок 4. Схема соединения трансформаторов тока
2.2. Расчет дифференциальной защиты трансформатора
Целью данного расчета является разработка ДЗТ.
Исходные данные для расчета:
– номинальная мощность трансформатора: ;
– номинальное напряжение стороны ВН трансформатора: ;
– максимальный внешний ток КЗ:;
– коэффициент схемы для ВН и НН: КСХ = 1.
Защита будет строиться на микропроцессорном устройстве "Сириус-Т", который включает в себя: 2-х ступенчатую дифференциальную защиту, максимальную токовую защиту, защиту от перегрузки и т.д.
Расчет производится согласно методике, приведенной в [2] .
Первая ступень: Ток срабатывания дифференциальной токовой отсечки выбирается по значению тока стороны ВН и рассчитывается в относительных единицах относительных единицах:
Вторая ступень: (чувствительность) определяется базовое значение , рассчитывается тормозная характеристика и рассчитывается уставка блокировки от броска тока намагничивания по второй гармонике.
Базовая уставка тока срабатывания определяет ток срабатывания защиты в относительных единицах при отсутствии торможения в случае протекания тока небаланса, возникающего при внешних КЗ. Эта величина выбирается для обеспечения чувствительности к витковым замыканиям в пределах:
Для определения положения т. 1 характеристики торможения (рисунок 5) необходимо рассчитать значение коэффициента торможения:
где – коэффициент, учитывающий переходные режимы, в первую очередь – содержание двигателей в нагрузке трансформатора;
– коэффициент однотипности трансформаторов тока;
– коэффициент, учитывающий погрешность ТТ;
– половина диапазона регулирования напряжения;
– коэффициент, учитывающий
погрешность, возникающую при
измерениях и обработке
(2.7)
Положение точки 2 определяется из диапазона значений 2÷2,5.
Определим коэффициент чувствительности по формуле:
где
Блокировка по 2 гармонике используется для запрета действия устройства «Сириус-Т» при включении трансформатора под напряжение. В этом случае возникает бросок тока намагничивания, имеющий сложную форму и содержащий значительную вторую гармонику тока, появление которой вызывает блокировку действия реле. Значение этой отстройки выбираем согласно данным завода изготовителя из интервала (12÷15)%=12%
Тормозная характеристика ступени дифференциальной защиты трансформатора ДЗТ делится на 3 участка:
УЧАСТОК I (отрезок А – B): точка В (точка первого излома характеристики) получается как пересечение уставки «Iд1/Iном» с прямой, проходящей через начало координат иточку С. На данном участке дифференциальный ток, необходимый для отключения, постоянный.
УЧАСТОК II (между точками В и С): точка С определяется двумя уставками – наклоном прямой «Кторм, %» и «Iт2/Iном».
УЧАСТОК III правее точки С ): начало лежит в точке С, наклон участка постоянен и равен 60 градусам.
Рисунок 5.Тормозная характеристика ступени дифференциальной защиты трансформатора ДЗТ.
2.3. Расчет МТЗ
Целью расчета: является МТЗ трансформатора на базе «Сириус-Т».
Исходные данные для расчета:
– номинальный ток стороны ВН: ;
– коэффициент трансформации трансформаторов тока:
– ток КЗ в минимальном режиме работы:;
– коэффициент надёжности:;
– коэффициент возврата:;
– коэффициент самозапуска:;
– максимальное время действия
защит отходящих линий
Расчёт выполняется по методике, приведенной в [3].
Максимальная токовая защита предназначена для защиты трансформатора от внешних КЗ (возникающих вне зоны действия ДЗТ), а также для резервирования отказов действия быстродействующих защит трансформатора (дифференциальной и газовой). МТЗ отстраивается от максимального рабочего тока и действует на отключение.
Ток срабатывания МТЗ выбирается с учётом процессов самозапуска, возникающих в двигательной нагрузке после отключения близких КЗ, а также с учётом возможности перегрузки трансформаторов.
Определим максимальное значение тока на стороне ВН защищаемого трансформатора с учетом коэффициента перегрузки по формуле:
Ток срабатывания МТЗ выбирается с учетом процессов самозапуска, возникающих в двигательной нагрузке после отключения длительного КЗ, а также с учетом возможности перегрузки трансформатора, получим:
Выполним проверку чувствительности защиты:
Условие обеспечения чувствительности выполняется: Таким образом, защита выбрана верно.
Время срабатывания защиты со стороны НН силового трансформатора:
Время срабатывания защиты со стороны ВН силового трансформатора:
2.4. Расчет защиты от перегрузки
Цель расчета: рассчитать защиту силового трансформатора от токов перегрузки.
Защита от перегрузки по существу является максимальной токовой защитой и должна срабатывать когда ток трансформатора превысит номинальное значение.
Защита от перегрузки выполняется с выдержкой времени, т.к. перегрузка может самоустраниться. Данная защита действует на сигнал или отключение.
Исходные данные для расчета:
– номинальный ток стороны ВН: ;
– коэффициент трансформации трансформаторов тока:
– ток КЗ в минимальном режиме работы:;
– коэффициент надёжности:;
– коэффициент возврата:;
– коэффициент схемы:;
– максимальное время срабатывания МТЗ: tМТЗ max = 3 с.
Находим ток срабатывания защиты по формуле:
Находим ток срабатывания реле:
Определим время срабатывания защиты в с по следующей формуле:
2.5. Газовая защита трансформатора
Цель – выбор газового реле для защиты трансформатора от замыкания между витками обмоток при опасном понижении уровня масла в баке.
Газовая защита устанавливается на трансформаторах, автотрансформаторах и реакторах с масляным охлаждением, имеющих расширители.
Применение газовой защиты является обязательным на трансформаторах мощностью 6300 кВА и более, а также на трансформаторах мощностью 1000—4000 кВА, не имеющих дифференциальной защиты или отсечки и если максимальная токовая защита имеет выдержку времени 1 с и более. [1]
Защита получила широкое распространение в качестве весьма чувствительной защиты от внутренних повреждений трансформаторов. Повреждения трансформатора, возникающие внутри его кожуха, сопровождаются электрической дугой или нагревом деталей, что приводит к разложению масла и изоляционных материалов и образованию летучих газов. Будучи легче масла, газы поднимаются в расширитель 2, который является самой высокой частью трансформатора. При интенсивном газообразовании, возникающем при значительных повреждениях, газы создают сильное давление, под влиянием которого масло в кожухе трансформатора приходит в движение, перемещаясь в сторону расширителя.
Газовая защита выполняется так, чтобы при медленном газообразовании подавался предупредительный сигнал, а при бурном газообразовании, что имеет место при коротких замыканиях, происходило отключение поврежденного трансформатора. Кроме того, газовая защита действует на сигнал и на отключение или только на сигнал при опасном понижении уровня масла в баке трансформатора или автотрансформатора. [1]
Газовая защита осуществляется с помощью специальных газовых реле, которые подразделяются на поплавковые, лопастные и чашечные.
Газовое реле представляет собой металлический кожух, врезанный в маслопровод между баком трансформатора и расширителем. (рисунок 3)
Рисунок 6. Установка газового реле на трансформаторе:
1 — газовое реле; 2 — расширительный бак;
Реле заполнено маслом. Кожух реле имеет смотровое стекло со шкалой, с помощью которой определяется объем скопившегося в реле газа. На крышке газового реле имеется кран для выпуска воздуха и взятия пробы газа для его анализа, а также расположены зажимы для подключения кабеля к контактам, находящимся внутри кожуха. У поплавковых реле внутри кожуха укреплены на шарнирах два поплавка, представляющих собой полые металлические цилиндры (или пластмассовые шарики). На поплавках укреплены ртутные контакты, соединенные с выводными зажимами на крышке реле.
Большое распространение в последние годы получили реле Бухгольца (типа BF80/Q). Реле BF 80/Q (рисунок 7) имеет сигнальный и два отключающих элемента. Сигнальный элемент управляется шарообразным пластмассовым поплавком 1. Отключающий элемент, кроме такого же поплавка 3, содержит пластину 2, установленную поперек потока масла и маслогазовой смеси. Контактная система сигнального и отключающего элементов выполнена при помощи магнитоуправляемых герконов, замыкание которых происходит при воздействии на них постоянных магнитов, перемещаемых поплавками и поворотной пластиной.
Рисунок 7. Газовое реле BF 80/Q
В отключающем элементе постоянный магнит можно установить в одном из трех положений, соответствующих следующим уставкам скорости срабатывания: 0,65—1—1,5 м/с. Время срабатывания реле зависит от кратности действительной скорости потока масла по отношению к уставке. При кратности 1,25 время срабатывания не превышает 0,15 с; при кратности 1,5—не более 0,1 с. Реле снабжено устройством для ручного опробования работоспособности обоих элементов. Реле имеет кран для отбора проб газа. На трансформаторах для защиты устройства РПН от повреждений внутри его бака применяется газовое реле типа URF 25/10, называемое струйным. Эти реле имеют один отключающий элемент, реагирующим органом которого является поворотная пластина, установленная поперек потока маслогазовой смеси; как и у реле типа BF80/Q, поворотная пластина при срабатывании реле перемещает постоянный магнит, который переключает геркон. При срабатывании реле поворотная пластина фиксируется в сработавшем положении до возврата вручную. Это не дает возможности включить в работу трансформатор, отключившийся газовой защитой, до принятия необходимых мер и ручного возврата струйного реле. Для возврата отключающего элемента реле предусмотрено устройство, которое служит также и для опробования работоспособности реле.
3. Защита отходящей линии от междуфазных КЗ.
Цель расчета: рассчитать защиту линии от междуфазных КЗ, найти уставки токовой отсечки, токовой отсечки с выдержкой времени, МТЗ.
Для расчета защиты от междуфазных КЗ применим двух ступенчатую комбинированную токовую защиту. Такая защита применяется для наилучшего использования достоинств токовых защит и для компенсации из недостатков, что обеспечивается их совместным действием. в данном случае токовая отсечка будет основной, а МТЗ будет ее резервировать.
Защита будет из двух составляющих: токовой отсечки, и МТЗ.
Исходные данные для расчета:
– номинальное напряжение системы: UС= 10,5 кВ;
– эквивалентное сопротивление системы:;
– коэффициент надёжности:;
– коэффициент схемы:;
Расчет производится по методике [4].
Схема замещения представлена на рисунке 8.
Рисунок 8. Эквивалентная схема замещения.
Приведём ток к низшей стороне:
(3.1)
Найдём сопротивление системы:
(3.2)
Находим сопротивление линии по формуле:
(3.3)
Определяем ток в точке К1 по следующей формуле:
Определяем ток в точке К2 по следующей формуле:
1-я ступень: Токовая отсечка без выдержки времени.
Определяем ток срабатывания защиты по следующей формуле:
Производим проверку чувствительности защиты в минимальном режиме работы питающей системы:
Определяем ток срабатывания реле по следующей формуле:
Время срабатывания защиты в секундах равняется
2-я ступень: МТЗ.
Найдём номинальный ток стороны НН:
Определим максимальный рабочий ток:
Находим ток срабатывания защиты:
Ток срабатывания реле:
Для определения чувствительности необходимо найти ток, протекающий в реле при двухфазном КЗ в минимальном режиме работы:
Выполним проверку чувствительности защиты:
Условие обеспечения чувствительности выполняется: Таким образом, защита выбрана верно.
Заключение
В курсовом проекте были рассчитаны значения токов КЗ в минимальном режиме и максимальном, для выбора и проверки защитной аппаратуры.
Рассчитана защита силового трансформатора подстанции на базе микропроцессорного устройства "Сириус-Т". Спроектирована дифференциальная защита, максимальная токовая защита, защита от перегрузки и газовая защита. Выбраны трансформаторы тока и схемы их соединений.
Так же рассчитана защита отходящей линии 10 кВ от междуфазных КЗ. Защита двух ступенчатая, основанная на электромагнитных токовых реле.
Все разработанные защиты возможно применять на ПС, так как они соответствуют всем требованиям чувствительности, селективности, надежности и быстродействия.
Список используемых источников
1.Правила устройство
2. ЗАО «РАДИУС Автоматика»,
Рекомендации по выбору
3. С.С.
Ананичева, А.Л. Мызин, С.Н.
4. Шабад М.А.
Расчеты релейной защиты и
автоматики распределительных
5. Электротехнический справочник. Том 3, 2009 г. Алиев И.И.
