Расчет дифференциальной токовой защиты

12. Релейная защита и автоматика

Согласно [  ] трансформаторы мощностью от 6300 кВ •А и выше      должны  обеспечиваться следующими видами защиты:

- продольная дифференциальная защита, действующая на отключение поврежденного  трансформатора от неповрежденной части электрической системы и других электроустановок с помощью выключателей ;

- максимальная тепловая защита от внешних коротких замыканий ;

- токовая отсечка, которую устанавливают дополнительно к МТЗ,       чтобы снизить время срабатывания защиты при максимальных токах к.з. (короткого замыкания) ;

- защита от перегрузки ;

- газовая защита.

Расчет дифференциальной токовой защиты.

Определим первичные токи трансформатора, соответствующие его номинальной  мощности:

на стороне 110кВ:

I _{н ом вн}  =

на стороне 10кВ:

I _ном,нн =

Выбираем измерительные трансформаторы тока:

на стороне 110кВ:

n_тт,вн = 150/5 ; на стороне 10кВ:

n_тт,нн = 1000/5.

Определим вторичные токи в плечах защиты:

на стороне 110кВ (схема соединения обмоток трансформаторов тока  

«треугольник»):

I _р,110 = I_ном,вн • К_сх / n_тт,вн =50,3 • 1,73/30 = 2,9А, где К_сх = -  коэффициент схемы ; на стороне 10кВ (схема соединения обмоток   трансформаторов   тока

«звезда»):

I _р,10 = I _ном,нн •К_сх / n_тт,нн = 550,5 • 1/200 = 2,75А, где К_сх = 1,0  -  коэффициент схемы.

Определим  первичный расчетный ток небаланса без учета  

составляющей I''' _{нб,част.,} обусловленной неточностью установки на   

насыщающемся трансформаторе реле расчетных чисел витков.

I _нб = I ¢_нб+I¢¢_нб = (К_сх •К_апер • i_н  + ∆ U_а) •I ^¢¢(3)_к,max,вн = 

=(1•1•0,1+0,16)•461= 119,9А, где К_одн=1 -  коэффициент однотипности трансформатора тока ;

К_апер =1  -  коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей тока ;

i _н  = 0,1  -   относительное значение тока намагничивания ;

∆U_а = 0,16   -  относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения насыщающегося трансформатора ;

I ^¢¢(3)_к,max,вн =  I^¢¢_к2  • U_ном,нн / U_ном,нб  =5050 • 10,5/115 = 461А  -  максимальный ток к.э., приведенный к ступени высшего напряжения .           

Определим ток срабатывания защиты по условию отстройки от токов небаланса:

I _с.з. = К_н * I _нб, где К_н = 1,3   -   коэффициент надежности :

I_c.з.= 1,3 • 111,9 = 155,8 А.

Ток срабатывания защиты по условию отстройки от бросков токов намагничивания составит:

I_с.з. = К_н • 1,05 • I_ном,вн = 1,3 •1,05•50,3 = 68,7А.

Из двух значений   I_с.з.  выбираем большее: I_с.з. = 155,8А.

Определим ток срабатывания реле:

I_с.р. = К_сх • I_с.з. / n_тт,вн  = 1,73 • 155,8 / 30 = 9А.

Расчетный ток в реле при  к.з. за трансформатором между двумя фазами определяется по уравнению:

где I⁽²⁾_к.з.min = I''⁽³⁾_к.з.мах •= 461 • 1,73/2=399А.

Тогда имеем:

I_р = 3 •

Определим коэффициент чувствительности защиты:

К_ч =  I _p / I_с.р. = 23/9 = 2,6 > 2,0.

Таким образом, защита трансформатора с помощью реле РНТ – 565 удовлетворяет требуемым условиям.

В таблице №    представлен расчет числа витков насыщающегося трансформатора. Исходными данными служит расчетное значение тока срабатывания защиты. Определим значение первичного тока небаланса I'''_нб , обусловленного неточностью выравнивания вторичных токов, и уточним значение первичного тока срабатывания реле  F_ср = 100  -  ампервики срабатывания реле РНТ-565.

Таблица №

Продолжение таблицы №

Расчет максимальной токовой защиты со стороны питания.

Определим ток срабатывания защиты:

I_с.з. = ( К_н• К_с.з.  / К_в )•1,4 I_{т,ном,вн}  =

                      =(1,2•1,0•1,04/0,85)•50,3=99,4А, где К_н = коэффициент надежности;

К_с.з. = 1,2 – коэффициент  самозапуска ;

К_в  = 0,85 – коэффициент возврата реле (РТ-40).

В этом случае ток срабатывания реле будет равен:

I_с.р.=К_сх•  I_с.з./n_тт,вн=1,73•99,4/30=5,7А, где К_сх=1,73 – коэффициент  схемы ;

n_тт,вн=30 – коэффициент трансформации трансформаторов тока на стороне ВН.

Вычислим реальный ток срабатывания защиты:

I_с.з.= n_тт,вн•  I_с.р./К_сх=30•5,7/1,73=99,4А.

Определим чувствительность защиты, она должна удовлетворять следующему условию:

К_ч=I_к.з.min/ I_с.з.  > 1,5,

Где I⁽²⁾_к.з.min=   - минимальный двухфазный ток к.з. на стороне 10 кВ, приведенный к стороне 110 кВ.

Тогда имеем:

К_ч= 399/99,4= 4,0 > 1,5.

Следовательно, реле РТ-40/10 с током срабатывания I_ср=5,7А имеет достаточную чувствительность.

Время срабатывания защиты [ ] :

t₂= t ₁+Dt = 1,06+0,5 = 1,56 с, где  t₁=106 c. – время срабатывания защиты на стороне низшего напряжении ;

Dt=0,5 с. – ступень селективности.

Определяем ток срабатывания токовой отсечки, которую устанавливаем дополнительно к МТЗ, чтобы снизить время срабатывания защиты при максимальных токах к.з.

Ток срабатывания отсечки должен быть выбран из условия:

I_с.о ≥ К_н•  I''⁽³⁾_к.з.max , где К_н=1,4 – коэффициент надежности для реле типа РТ-14;

I''⁽³⁾_к.з.max=461А – максимальный ток к.з., приведенный к ступени высшего напряжения:

I _с.о ≥ 1,4• 461 = 645А.

Коэффициент чувствительности отсечки определяется при двухфазном к.з. в месте установки (К1)  и должен быть больше 1,5:

Таким образом, требуемая чувствительность отсечки обеспечена.

Защита от перегрузки устанавливается на стороне низшего напряжения.

Определим ток срабатывания защиты:

I_с.з.=К_н • 1,4 • I_{т,ном,нн} , где  К_н = 1,05 – коэффициент надежности [ ] ;

I_{т,ном,нн}= 550,5 – номинальный ток трансформатора на N.

Тогда ток срабатывания защиты от перегрузки равен:

I_с.з.=1,05•1,4•550,5=809А.

Ток срабатывания реле РТ-40/10 определяется по формуле:

I_с.р.=К_сх• I_с.з/ n_тт,нн, где К_сх=1,0 – коэффициент схемы ИТТ;

n_тт,нн=1000/5=200 – коэффициент трансформации тока.

В этом случае ток срабатывания реле будет равен:

I_c.р.=1•809/200=4,0А.

Время срабатывания защиты [ ] составляет 9 секунд.

Газовая защита применяется для защиты трансформаторов внутри хомута и от понижения уровня масла. Защита действует на сигнал, передаваемый на диспетчерский пункт при слабых газообразованиях и понижении уровня масла.

При интенсивном газообразовании газовая защита действует на отключение трансформатора. В качестве газового реле может быть использовано реле типа R-22 или ПГЗ-22. Газовое реле устанавливается в трубопроводе между баком и расширителем трансформатора. Повреждения внутри трансформатора, вызванные межвитковыми и междуфазными замыканиями, сопровождаются выделением газа и понижением уровня масла в трансформаторе. При всех видах повреждений газы, образовавшиеся в результате разложения масла и изоляции проводов, направляются через газовое реле, установленное на трубопроводе, соединяющем бак трансформатора с расширителем, и вытесняют масло из камеры реле в расширитель. В результате этого уровень масла в газовом реле понижается, установленные поплавки отпускаются, а прикрепленные к ним колбочки с ртутными контактами поворачиваются. При этом действует предупредительный сигнал.

При бурном газообразовании, сопровождающемся течением струи масла под давлением, поворачивают поплавок и колбочки с контактам. Последние, замыкаясь, действуют через промежуточные и указательные реле на отклонение. Применение устройств автоматизации позволяет повышать надежность работы систем электроснабжения, применять более простые схемы, улучшать качество электроэнергии и оперативность управления всеми звеньями системы электроснабжения.

Бесперебойность электроснабжения потребителей в электрических системах обеспечивается не только устройствами релейной защиты, но и некоторыми системами противоаварийной автоматики.

При проектировании КРУ-10кВ  ГПП,  для бесперебойного электроснабжения применяем устройства автоматического включения