Проектирование релейной защиты электрической подстанции

РЗА.doc

Проектирование релейной защиты электрической подстанции является одной
из основных задач развития электроэнергетических систем обеспечивающих
надежное и качественное снабжение потребителей электроэнергией.
Качественное проектирование является основой надежного и экономичного
функционирования электроэнергетической системы.
В работе использовано 4 источника. Работа выполнена на 17 листах и
содержит 4 рисунка и 3 таблицы.
Задание на курсовой проект
Произвести выбор и дать краткое описание принципов действия устройств
РЗ элементов подстанции спроектированной в курсовом проекте по ЭЧС.
Выполнить расчет уставок основных и резервных защит следующих
) трансформаторов 11010 кВ:
- продольной дифференциальной защиты на реле РНТ-565 и ДЗТ – 11;
- газовой защиты (только описание);
- МТЗ с пуском по минимальному напряжению (на стороне ВН
- МТЗ от перегрузки;
- МТЗ с пуском по минимальному напряжению (на стороне НН
Задание на курсовой проект 3
Ненормальные режимы работы и защита от них 5
Релейные защиты трансформатора ТРДН-10000110 6
Дифференциальная защита трансформатора 7
Расчет дифференциальной защиты трансформатора на реле РНТ-565 8
Расчет дифференциальной защиты трансформатора на реле ДЗТ-11 12
Расчёт МТЗ с пуском по напряжению 14
Расчет МТЗ от перегрузки. 16
Библиографический список 17
Ненормальные режимы работы и защита от них
Наиболее частым ненормальным режимом работы трансформаторов является
появление в них сверхтоков т.е. токов превышающих номинальный ток обмоток
трансформатора. Сверхтоки в трансформаторе возникают при внешних К.З.
качаниях и перегрузках. Последние возникают вследствие самозапуска
электродвигателей увеличение нагрузки в результате отключения параллельно
работающего трансформатора автоматического подключения нагрузки при
При внешнем К.З. вызванном повреждением на шинах трансформатора или
не отключившемся повреждением на шинах трансформатора отходящем от шин
присоединении по трансформатору проходят токи К.З. [pic] которые нагревают
его обмотки сверх допустимого значения что может привести к повреждению
трансформатора. В связи с этим трансформаторы должны иметь защиту от
внешних К.З. отключающую трансформатор для прекращения протекающего по нему
току повреждения или [pic].
Защита от внешних повреждений (К.З.) осуществляется при помощи
максимальной токовой защиты максимальной токовой защиты с блокировкой по
напряжению токовой защиты нулевой последовательности и защиты обратной
последовательности. Защиты от сверх токов являются также резервными от
повреждений в трансформаторе.
Перегрузка обычно не сопровождается значительным понижением в сети.
Поэтому требования по времени действия защиты от перегрузки определяется
только нагревом изоляции обмоток. Наиболее часто возникают кратковременные
самоликвидирующиеся перегрузки неопасные для трансформатора ввиду их
непродолжительностью. Отключение трансформатора при таких перегрузках не
Более длительные перегрузки вызванные например автоматическим
подключением нагрузки от АВР отключением параллельно работающего
трансформатора и т.п. могут быть ликвидированы обслуживающим персоналом
который имеет для этого достаточно времени. На подстанциях без дежурного
персонала ликвидация длительной перегрузки должна производиться
автоматически от защиты отключением менее ответственных потребителей или
перегрузившегося трансформатора. Таким образом защита трансформатора от
перегрузки должна действовать на отключение только тогда когда перегрузка
не может быть устранена персоналом. В остальных случаях защита должна
действовать на сигнал.
Релейные защиты трансформатора ТРДН-10000110
На трансформаторах мощностью более 6300 кВА устанавливаются следующие
Дифференциальная защита трансформатора выполнена на реле серии РНТ-
5. Защита действует на отключение МВ-10 кВ МВ-110 кВ запретом АПВ. В
зону защиты входит оборудование расположенное между выносными
трансформаторами тока типа ТФЗМ-110 и трансформаторами тока стороны 10 кВ
установленными до МВ-10 кВ в КРУ-10 кВ. Работа дифференциальной защиты
трансформатора фиксируется указательным реле установленном на релейной
панели защит трансформатора. В работу вводится накладкой.
Газовая защита трансформатора является основной защитой
трансформатора при внутренних повреждениях и реагирует на повреждения
внутри бака трансформатора при которых происходит выделение газа и
ускоренное протекание масла или смеси масла с газом из бака в расширитель
а также на снижение уровня масла ниже допустимого как в следствии течи
масла так и по другим причинам (межвитковое короткое замыкание пожар в
стали магнитопровода).
Верхний поплавок газового реле действует на сигнал и фиксирует
указательное реле. Нижний поплавок газового реле может действовать на
отключение или на сигнал. Режим работы выбирается накладкой на шкафу защиты
трансформатора. Действие нижнего поплавка газовой защиты фиксируется
Газовая защита является более чувствительной защитой трансформатора
по сравнению с ДЗТ. Так как она реагирует на замыкание небольшого
количества витков обмотки трансформатора. От которого другие защиты из-за
недостаточного повышения тока не срабатывают.
Газовая защита РПН. Для защиты РПН на трансформаторе установлено
струйное реле. Его работа фиксируется указательным реле.
Действие нижнего поплавка струйного реле аналогично действию
дифференциальной защите трансформатора то есть действует на отключение МВ-
кВ МВ-110 кВ запретом АПВ.
Максимальная токовая защита со стороны 110 кВ с блокировкой по
Защита с первой выдержкой времени действует на отключение МВ-10 кВ
ввода трансформатора. Со второй выдержкой времени - на отключение МВ-110
кВ. Защита является основной от токов сквозного короткого замыкания и
резервной для дифференциальной защиты трансформатора. Работу защиты
сигнализирует указательное реле. МТЗ-110 вводится в работу накладкой
установленной на релейной панели защиты –трансформатора.
Защита от перегрузки выполнена на токовом реле и действует на сигнал.
Устанавливается на одной из фаз трансформатора. Работа сигнала происходит с
выдержкой по времени для исключения случайных срабатываний.
Защита от перегрева масла действует на сигнал при повышении
температуры верхних слоёв масла выше допустимой 70 С. Фиксируется
Защита от понижения уровня масла действует на сигнал и фиксируется
Обдув трансформатора включается автоматически при нагрузке с
номинальным током независимо от температуры верхних слоёв масла. Также
включается при повышении температуры верхних слоёв масла до 55 С и
отключается при 45 С. Автоматика обдува расположена в шкафу обдува на
силовом трансформаторе. Режим работы обдува выбирается ключом «АВТ 0 РУЧ»
расположенном в шкафу обдува. В нормальном режиме ключ находится в
МТЗ-10 кВ действуют на выходные реле защит трансформатора происходит
отключение МВ-10 кВ и со второй выдержкой времени МВ-110 кВ.
Дифференциальная защита шин выполняется на реле серии РНТ – 565.
Действует на отключение присоединений секции (на шинах которой произошло
Дифференциальная защита трансформатора
Предназначена для защиты трансформатора от К.З. между фазами на землю
и от замыканий витков одной фазы. Трансформаторы тока устанавливаются с
обеих сторон трансформатора. Их вторичные обмотки соединяются так чтобы
при перегрузке и внешних К.З. в реле протекала разность вторичных токов.
точка при К.З. в зоне защиты ток в реле равен сумме вторичных токов.
Если [pic] то реле приходит в действие и отключает защищаемый
трансформатор. Для того чтобы дифференциальная защита не работала при
нагрузке и внешних К.З. необходимо уравновесить вторичные токи в плечах
(обмотках) защиты так чтобы [pic]
Для этого необходимо чтобы [pic]
Но первичные токи разных обмоток трансформатора не равны по величине
и в общем случае не совпадают по фазе. При соединении обмоток звезда
треугольник () токи [pic] различны и по величине и по фазе. Угол сдвига
фаз зависит от группы соединения обмоток. При 11 группе линейный ток на
стороне “Δ” опережает линейный ток со стороны “Y” на 300. Это различие по
фазе компенсируется соединением в треугольник вторичных обмоток ТТ
установленных на стороне звезды силового трансформатора причем оно должно
точно соответствовать соединению в “Δ” обмотки силового трансформатора.
Трансформаторы тока расположенные на стороне треугольника силового
трансформатора соединяются в “Y”.
Компенсация неравенства первичных токов достигается подбором
коэффициентов трансформации [pic] Т.Т. дифференциальной защиты и
параметров специально для этой цели установленных уравнивающих
автотрансформаторов или трансформаторов.
При появлении напряжения на трансформаторе создается бросок тока
намагничивания достигающий 5 – 10 [pic] и появляющийся только в одной
обмотке на которую подается напряжение. Ток трансформируется через Т.Т.
поступает в реле вызывая его работу если [pic] Для предотвращения
ложной работы применяются ДЗТ с быстро насыщающимися трансформаторами.
Применение БНТ позволяет выполнить простую и быстродействующую
дифференциальную защиту надежно отстроенную от токов небаланса и бросков
токов намагничивания.
В настоящее время дифференциальная защита трансформаторов выполняется
на реле типа РНТ – 565 в случае если оно не обеспечивает необходимой
чувствительности применяют реле типа ДЗТ – 11 предназначенные для двух
обмоточного трансформатора с одной тормозной обмоткой и ДЗТ – 13 ДЗТ – 14
соответственно с тремя и четырьмя тормозными обмотками применяемые на
много обмоточных трансформаторах.
Расчет дифференциальной защиты трансформатора на реле РНТ-565
Определим первичные токи для всех сторон защищаемого трансформатора
соответствующие его номинальной мощности. По этим токам определяются
соответствующие вторичные токи в плечах защиты исходя из коэффициентов
трансформации трансформаторов тока и коэффициентов схемы.
Расчет первичных и вторичных токов в плечах защиты.
Наименование величины. Обозначение и методЧисловые значения.
Первичный ток на [pic] [pic] [pic]
Схема соединения - Y
трансформаторов тока.
Коэффициент схемы [pic] [pic]
Коэффициент [pic] 1005 6005
трансформаторов тока
Вторичный ток в плечах [pic] [pic] [pic]
Ток внешнего КЗ в точке .К2 при раздельной работе трансформаторов.
Рис. 1. Раздельная работа трансформаторов.
Ток внешнего к.з. в точке К2 при параллельной работе трансформаторов
Рис. 2. Параллельная работа трансформаторов.
Ток через один трансформатор
Предварительное определение первичного тока срабатывания защиты
Определение тока небаланса по наибольшему [pic]
где: [pic] - коэффициент однотипности трансформаторов тока для
дифференциальной защиты трансформатора.
[pic] - коэффициент апериодичности учитывает апериодическую
[pic] - относительная погрешность трансформатора тока принимается
равной 01 т.к. Т.Т. выбираются по кривым 10% погрешности.
где: [pic] - относительная погрешность обусловленная регулированием
напряжения на защищаемом трансформаторе принимается равной половине
суммарного диапазона регулирования на соответствующей стороне
[pic] - периодическая составляющая тока проходящая при расчётном
внешнем К.З. по стороне где происходит регулирование.
В предварительном расчете первичный ток срабатывания выбирается по
Определим предварительно [pic]
Отстройка от броска намагничивающего тока при включении ненагруженного
трансформатора под напряжение.
[pic] - коэффициент отстройки от броска намагничивающего тока при
включении ненагруженного трансформатора под напряжение.
Отстройка от расчетного максимального первичного тока небаланса [pic]
при внешних К.З. в дифференциальной обмотке:
Принимаем наибольшее значение [pic] Ток приведён к напряжению 115 кВ.
Предварительное определение коэффициента чувствительности.
[pic] где: [pic] - ток двух фазного К.З. на стороне низшего
напряжения в минимальном режиме работы питающей системы и при максимальном
сопротивлении питающего трансформатора.
Коэффициент чувствительности больше требуемого ПУЭ поэтому расчет
защиты с реле типа РНТ – 565 можно продолжить.
За основную принимается сторона которой соответствует наибольший из
вторичных номинальных токов в плечах защиты. Но так как в данном варианте
токи в плечах практически равны за основную сторону принимается сторона
Определение числа витков обмоток БНТ
Наименование величины. Обозначение и метод Числовое значение.
Ток срабатывания реле на [pic] [pic]
основной стороне А.
Число витков обмотки БНТ [pic] [pic]
реле для основной стороны: [pic]
-предварительно принятое.
Число витков обмотки НТТ [pic] [pic]
реле для не основной стороны: [pic]
Составляющая первичного тока[pic] [pic]
небаланса обусловленная
округлением расчетного числа
витков не основной стороны для
расчетного случая повреждения
Первичный расчетный ток [pic] [pic]
небаланса с учетом составляющей
Ток срабатывания защиты на [pic] [pic]
Коэффициент отстройки защиты[pic] [pic]
(окончательное значение).
Окончательно принятое [pic] 8
значение числа витков обмоток
БНТ реле для установки на [pic] 8
основной и не основной
Уточненный ток. [pic] [pic]
Определение коэффициента [pic] [pic]
Схема подключения реле РНТ к двухобмоточному трансформатору представлена на
Рис.3. Схема подключения реле РНТ – 565.
Расчет дифференциальной защиты трансформатора на реле ДЗТ-11
Вторичные токи в плечах защиты определяются по значениям номинальных
токов на сторонах ВН и НН защищаемого трансформатора. Схемы соединения
трансформаторов тока выбираются таким образом чтобы скомпенсировать
разность фаз между токами на сторонах ВН и НН (на высокой стороне –
трансформаторы тока соединяются в треугольник реле в звезду на низкой –
полная звезда). Расчет – табл. 1.
Определение числа витков рабочей обмотки БНТ реле для основной
стороны 110 кВ и для стороны 10 кВ исходя из значения тока срабатывания
[pic]А приводится в таблице 3.
Наименование величины Обозначение и метод Числовое значение
Ток срабатывания реле [pic] [pic]
на основной стороне А
Число витков обмотки [pic] [pic]
БНТ реле для основной
Предварительно принятое[pic] 15
НТТ реле для неосновной
Составляющая перв-го [pic] [pic]
округлением расч. числа
витков неосн. стороны
Первичный расчетный ток[pic] [pic]
Число витков тормозной [pic] [pic]
Предварительно принятое[pic] 7 (не 8 т.к. на реле можно
установить 7 или 9)
Коэффициент чувствительности при отсутствии торможения [pic]
Определение чувствительности при К.З. в защищаемой зоне когда
имеется торможение. При наличии торможения и двухфазном К.З. в зоне
действия защиты ток в тормозной обмотке реле существует при параллельной
работе трансформаторов. Этот ток равен току двухфазного К.З. на шинах 10
кВ приведенному к 10 кВ т.е.
Ток через тормозную обмотку которая включена на сторону НН:
По рабочей обмотке протекает сумма токов с трансформаторов тока
высокой и низкой стороны: [p
По кривы торможения [3 рис. 129] определим [pic]
Коэффициент чувствительности при наличии торможения: [pic]
На рис.4 приведена схема включения реле типа ДЗТ-11
Рис.4. Схема подключения реле серии ДЗТ-11
Расчёт МТЗ с пуском по напряжению
МТЗ с пуском по минимальному напряжению в трехфазном трехрелейном
исполнении устанавливается на стороне ВН и НН трансформатора.
Первичный ток срабатывания защиты определяется по условию отстройки
от номинального тока [pic] трансформатора на стороне где установлена
рассматриваемая защита по выражению.
где: [pic] - коэффициент надёжности учитывающий ошибку в
определении токов и необходимый запас.
[pic] - коэффициент возврата токового реле.
Определяем токи срабатывания для реле:
Определяем [pic] и [pic].
Реле минимального напряжения включается на трансформаторы напряжения
шин низкого напряжения.
Напряжение срабатывания защиты определяется по выражению:
Если пуск реле по напряжению выполнен с помощью реле минимального
напряжения и реле обратной последовательности то; [pic]
Выдержка времени МТЗ согласовывается с временем действия защит
отходящих присоединений соответствующей стороны. Так МТЗ на НН
согласовывается с МТЗ присоединений низкой стороны защищаемого
Проверка коэффициентов чувствительности.
Токовые [pic] проверяются по токам внешнего К.З в качестве которых
для нашего режима может принято К.З. на шинах 10 кВ.
Для МТЗ установленной на НН [pic] проверяем по [pic] на НН:
Для МТЗ установленной на ВН проверяем по [pic][pic]:
Следовательно все МТЗ удовлетворяют требованиям предъявляемым к
чувствительности защиты и могут применятся в качестве резервных защит
Расчет МТЗ от перегрузки.
Защита установлена только на питающей стороне трансформатора.
Ток срабатывания защиты определяется по формуле:
Время срабатывания принимается больше времени действия всех защит
трансформатора. Обычно принимается равным 9 с.
Библиографический список
Курсовой проект. Проектирование электрической сети. Екатеринбург:
УГТУ-УПИ 2002.- 54 с.
Ананичева С.С. Справочные материалы для курсового и дипломного
проектирования . Екатеринбург: УГТУ-УПИ 1995. 55 с.
Богатырёв Л.Л. Богданова Л.Ф. Паздерин А.В. Релейная защита
электроэнергетических систем. Екатеринбург: УГТУ-УПИ 2000. 114 с.
Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения.
М.: Высшая школа 1991. – 496 с.

РЗ Вольхин.dwg

Трансформатор тока ТФЗМ 110Б-1У1
От трансформаторов тока
в цепи обходного выключателя
0кВ через панель перевода
К реле тока устройства
защите с пуском напря-
жения защите от пере-
К максимальной токовой
устройства охлаждения
От трансформатора напряжения
в цепи обходного выключа-
К обходной системе шин
Схема релейной защиты
понижающего трансформатора
Проектирование подстанции