Расчет и выбор установок релейных защит силового трансформатора подстанции 110/10кВ

13. Релейная защита и автоматика

Произведем расчеты и выбор уставок релейных защит силового трансформатора подстанции 110/10кВ.

13.1. Расчет токов короткого замыкания

Для выбора уставок релейной защиты необходимо выполнить расчет токов к.з. в точке К2 и установке выбранного трансформатора на ГПП ТДН-10000-110/10кВ.

Расчеты выполняем согласно схеме замещения, представленной на рис. 6.2 и базисных величин: S_б = 4800 МВ·А ; U_б1 = 115 кВ и U_б2 = 10,5 кВ.

Базисный ток для точки к.з. К2 будет равен:

I_б2 = S_б / Ö3 · U_б2 = 4800 / 1,73 · 10,5 = 264,2 кА.

Параметры трансформатора для схемы замещения составят: х_т = (U_к %  · S_б) / (100%  · S_т,ном ) = (10,5 / 100) · (4800 / 10) = 50,4 ;

r_т = (Р_к %  · S_б) / S²_т,ном  = 0,060 · 4800 / 10² = 2,88.

Периодическая составляющая тока к.з. в точке К2:

I⁽³⁾_К2 = U_с  · I_Б2 / х₂ = 1,0 · 264,2 / 52,06 = 5,07 кА, где х₂ = х₁ + х_т = 1,66 + 50,4 = 52,06.

13.2. Выбор типов релейной защиты

Согласно  ПУЭ [1] силовые трансформаторы мощностью 6,3 МВ·А  и выше должны быть обеспечены продольной дифференциальной защитой для защиты от повреждений на выводах, а так же от внутренних повреждений; в качестве защиты от токов в обмотках, обусловленных внешними многофазными к.з.,  предусмотрена максимальная токовая защита (МТЗ) с комбинированным пуском напряжения и без него.

Для снижения времени срабатывания  МТЗ при максимальных токах к.з. дополнительно к МТЗ устанавливают токовую отсечку;  для защиты трансформатора от перегрузки, возникающих при отключении параллельно работающего трансформатора или при самозапуске мощных электродвигателей, питающихся от трансформаторов.

От повреждений внутри кожуха, сопровождающихся выделением газа и от понижения уровня  масла должна быть предусмотрена газовая защита.

13.3. Расчет релейных защит

13.3.1. Расчет продольной дифференциальной токовой защиты

Определим токи трансформатора, соответствующие его номинальной мощности:

- на стороне ВН:   

- на стороне НН:

Выбираем измерительные трансформаторы тока:

- на стороне ВН:  n_тт.110 = 300 / 5 = 60;

- на стороне НН:  n_тт.10 = 1500 / 5 = 300.

Определяем  вторичные токи в плечах дифференциальной защиты:

- на стороне ВН:  

- на стороне НН:  

где  К_сх = 1,0 – коэффициент схемы, имеющий значения для ВН К_сх = Ö3 и для  НН К_сх = 1,0, [11].

Определим первичный расчетный ток небаланса без учета составляющей I'''_н.б., обусловленный неточностью установки на реле РНТ-565 расчетных чисел витков:

 

где =А – максимальный ток к.з. приведенный к ступени высшего напряжения ;

К_одн   = 1,0 – коэффициент однотипности трансформаторов тока ;

К_апер. = 1,0 – коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей тока [11] ;

¦ = 0,1 – относительное значение тока намагничивания ;

DU_α  = 0,16 – относительная погрешность, равная половине диапазона регулирования напряжения [11].

В этом случае первичный ток небаланса равен:

I_{нб,расч} = (1 · 1 · 0,1 + 0,16) · 462,9 = 120,4 А.

Значение тока срабатывания защиты по условию отстройки от токов небаланса равен:

I_с.з.  =  К_н  ·  I_{н.б.расч} = 1,3 · 120,4  = 156,5 А, где К_н = 1,3 – коэффициент надежности [11].

Определим ток срабатывания защиты от бросков тока намагничивания:

I_с.з. =  К_н · I_ном.вн   = 1,3 · 50,26  = 65,3 А.

Из двух полученных значений I_с.з. выбираем большее:

I_с.з. = 156,5 А.

Проверим возможность применения защиты реле РНТ-565 по предварительно определяемой чувствительности защиты. Расчетным является к.з. между двумя фазами в точке К2 при минимальном режиме системы:

Значение расчетного тока в реле при двухфазном к.з. за трансформатором определяем по формуле:

 

где  А.

В этом случае ток в реле равен:

Коэффициент чувствительности защиты определяем из соотношения:

К _ч =

Следовательно, расчеты показали, что продольная дифференциальная защиты трансформатора с помощью реле РНТ-565 удовлетворяет требуемым условиям.

Для определения числа витков обмотки насыщающего трансформатора для обеих сторон трансформатора (ВН и НН) воспользуемся табличным методом (табл. № 13.1.).

На основании полученных расчетных данных определим чувствительность защиты при уточненном значении тока срабатывания реле:

К_ч = I_расч / I_ср = 11,6 / 4,9 = 2,4 > 2.                                                                          

Таблица №13.1.

Наименование величин	Обозначение и способ вычисления	Числовые значения
1. Ток срабатывания на стороне 110 кВ	Iср.110 = (Iсз · Ксх)/nтт.110	(1,73 · 156,5)/60=4,5А
2. Расчетное число витков обмотки насыщающегося трансформатора для стороны 110кВ	w110 = Fср/ Iср.110	100 / 4,5 = 22,2 виток
3. Предварительно принятое число витков обмотки реле на стороне 110кВ	w110	22 витка
4. Ток срабатывания на стороне 110 кВ (предварительно)	Iср.110 = Fср /w110	100 / 22 = 4,55 А
5. Расчетное число витков насыщающегося трансформатора для стороны 10 кВ	wрасч.10 = w110 · ( Iр.110/ Iр.10)	22 · (1,45 / 8,4)=17,34 витка
6. Предварительно принятое число витков на стороне 10 кВ	w10	17 витков
7. Составляющая  I'''нб,расч  для к.з. в точке К2
8. Первичный расчетный ток небаланса с учетом  I'''н.б.расч	Iн.б.расч = I'н.б.расч +  I''н б.расч +  + I'''н б.расч	120,4+9,1 = 129,5А
9. Уточненное значение первичного тока срабатывания защиты	Iс.з. = Кн  ·  Iн.б.расч	1,3 · 129,5 = 168,4 А
10. Уточненное значение тока срабатывания  реле	Iср.110 =
11.Окончательно принятое число витков насыщающегося трансформатора: На стороне 110кВ На стороне 10кВ	w110 = Fср/ Iс.з.110. w10	100/4,9 = 20 витков 17 витков