Релейная защита трансформатора

Титульный лист.docx

Уфимский государственный авиационный технический университет
Кафедра электромеханики
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине
Релейная защита и автоматика

Ведомость технического проекта.cdw

Ведомость технического проекта
Схема электрическая расположения
Пояснительная записка
Схема электрическая принципиальная
РЗ Подстанции 110106

ПЗшка МОЯ.docx

Пояснительная записка 40с. 14 рис. 12 табл. 9 источников 1 прил.
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ВЫКЛЮЧАТЕЛИ РАЗЪЕДИНИТЕЛИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ МТЗ ДЗТ ТЗНП ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА
В данном курсовом проекте произведен расчет выбора мощности трансформаторов на подстанции количества линий на стороне НН. Выбраны схемы распределительных устройств. Рассчитаны токи трехфазного короткого замыкания. Выбраны выключатели трансформаторы тока и напряжения.
Так же произведен расчет релейной защиты трансформатора подстанции 110106 кВ. В графической части приведены полная принципиальная электрическая схема подстанции 110106 кВ а также схема РЗ и А трансформатора.
Выбор основного оборудования
Выбор схем распределительных устройств
Расчет токов короткого замыкания
Выбор выключателей трансформаторов тока и напряжения
Расчет защиты трансформаторов
4 Расчет токов нулевой последовательности
К ненормальным и опасным режимам работы силового трансформатора относятся:
- перегрузка по одной или трем фазам приводящим к повышению тока проходящего через обмотки
- замыкание на землю или на нейтраль одного или всех выводов трансформатора с высокой или низкой стороны
- межфазные замыкания внутри обмоток и со стороны выводящих шин
- замыкания внутри обмоток трансформатора.
Во всех этих случаях сигналом возникновения опасной ситуации служат повышение проходящего через короткозамкнутый участок тока и понижение напряжения.
Релейная защита должна надежно зафиксировать отклонение тока или напряжения и отключить трансформатор или поврежденный участок.
Для этих целей служат несколько видов релейных защит.
Защита по максимальному току (МТЗ):
– срабатывает при превышении тока проходящего через трансформатор. Реле автоматики срабатывают при токе превышающем ток короткого замыкания для данной обмотки. Измерение тока осуществляется через трансформаторы тока.
Задержка реле времени требуется для лучшей селективности защиты – чем ближе трансформатор по линии к источнику энергии тем меньшее должно быть время срабатывания. Реле времени через определенный промежуток времени запускает промежуточное реле
При удалении трансформатора по линии от источника энергии ток короткого замыкания становится меньшим из-за потерь на сопротивление.
Вместе с тем задержка по времени для МТЗ не позволяет быстро отключить трансформатор при внутренних межфазных замыканиях приводящих к выходу трансформатора из строя. Конструктивно защита по токовой отсечке отличается от МТЗ отсутствием реле времени. Селективность реле достигается подбором тока срабатывания реле автоматики. Данный ток должен быть равным току КЗ на защищаемом участке.
Срабатывание МТЗ по току обладает недостаточной чувствительностью в некоторых случаях например при защите повышающего трансформатора. В данном случае защита запускается по напряжению. Трансформаторы напряжения включенные между фазовых шин управляют работой реле автоматики. Срабатывание этих реле происходит при понижении порога напряжения короткого замыкания. Алгоритм работы аналогичен МТЗ но сторона подключения – всегда источник энергии.
Для отключения трансформатора при однофазных и многофазных замыканиях на землю служит защита от токов нулевой последовательности.
Для эффективно заземленных схем трансформатор тока автоматики включается непосредственно на нейтраль. Превышение тока по нулевому проводу запускает через реле автоматики и реле времени которое спустя некоторое время включает промежуточное реле и устройство отключения.
Релейная защита должна удовлетворять нескольким требованиям. КЗ на одном участке не должно приводить к отключению всей цепи электроснабжения и осуществляться с минимальным временем. Измерительные цепи должны обеспечивать надежное срабатывание при заданных значениях тока или напряжения в защищаемых линиях.
Газовая защита трансформаторов является наиболее чувствительной и универсальной защитой от внутренних повреждений. Она устанавливается на трансформаторах с масляным охлаждением имеющих расширитель для масла.
Этот вид защиты основан на том что любые повреждения в трансформаторе включая повышенный нагрев масла приводят к химическому разложению трансформаторного масла а также органических материалов изоляции обмотки в результате чего внутри трансформатора происходит выделение газа. Этот газ воздействует на специальные приборы газовой защиты которые подают сигнал предупреждения или производят отключение трансформатора.
Дифференциальная защита применяется в качестве основной защиты трансформаторов при повреждениях их обмоток на вводах и ошиновке. Ввиду ее сравнительной сложности дифференциальная защита устанавливается лишь на одиночно работающих трансформаторах 6300 кВА и выше на параллельно работающих трансформаторах мощностью 4000 кВА и выше и на трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше если токовая отсечка не обеспечивает защитное действие а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 1 с.
Дифференциальная защита основана на принципе сравнения величин токов в начале и в конце защищаемого участка например и начале и конце обмоток силового трансформатора генератора и т. п. В частности участок между трансформаторами тока установленными на высшей и низшей сторонах силового трансформатора считается защищаемой зоной.
Исходные данные для проектирования курсового проекта:
В соответствии с заданием выдана расчетная схема объекта.
Рисунок 1.1 – Расчетная схема
Нормами технологического проектирования рекомендуется устанавливать на ПС два трансформатора связи чтобы в случае отключения одного из них оставшийся в работе смог частично или полностью обеспечить потребителей электроэнергией. Установка трех и более трансформаторов как правило нецелесообразно так как приводит к существенному увеличению капитальных вложений в схему РУ.
Выбираем два параллельно работающих трансформатора. Выбранные трансформаторы должны обеспечивать питание всех потребителей при оптимальной загрузки трансформатора - (07-08) Sн.т. а в аварийном режиме один трансформатор оставшийся в работе обеспечит питание потребителей с учетом перегрузки на 40%.
Условия выбора трансформаторов связи:
Sн.т. ≥ Sф.т. = (065-07) Smax (2.1)
где Uн.вн Uн.нн - номинальные напряжения высокой и низкой стороны трансформатора соответственно;
Uуст. - установившееся напряжение в цепи;
Sн.т.- номинальная мощность трансформатора;
Sф.т. - фактическая мощность трансформатора.
По указанным условиям определяем параметры выбираемого трансформаторов Т1 и Т2:
Выбираем марку трансформатора ТДТН-40000110106:
Проверим выбранный трансформатор на режим если один из трансформаторов аварийно отключен
в аварийном режиме при отключении одного из трансформаторов второй будет перегружен менее 40%.
Аналогичным образом выбираются трансформаторы для других подстанций выбор трансформаторов и их технические характеристики показаны в таблице 2.1
Т а б л и ц а 2.1 – Технические данные трансформатора
Тип и число трансформаторов
1. Выбор схемы распределительного устройства на высоком напряжении 110 кВ
Согласно выданного задания количество линий на стороне ВН 2.
2 Выбор схемы распределительного устройства на стороне среднего напряжения.
Для выбора схемы РУНН необходимо рассчитать количество отходящих линий.
Для этого определим потребляемый ток:
Определим суммарное экономическое сечение всех отходящих линий
где jэ = 12 Амм2 - экономическая плотность тока кабеля согласно [5] для использования времени максимума нагрузки более 5000 ч.
Принимая за экономическое сечение одного кабеля 240 мм2 определяем число отходящих линий
Принимаем количество линий равным 5. Выбираем одну рабочую секционированную систему шин.
3 Выбор схемы распределительного устройства на стороне низкого напряжения.
где jэ = 12 Амм2 - экономическая плотность тока кабеля согласно [5] для использования времени максимума нагрузки 5000 ч.
Принимаем количество линий равным 7. Выбираем одну рабочую секционированную выключателем систему шин.
Рисунок 3.1 – Неполная принципиальная схема подстанций
Расчеты токов КЗ необходимы:
- для сопоставления оценки выбора главных схем электрических станций сетей и подстанций;
- выбора и проверки электрических аппаратов и проводников;
- проектирования и настройки устройств РЗ и автоматики;
- проектирования заземляющих устройств;
- определения влияния токов нулевой последовательности линий электропередачи на линии связи;
- анализа аварий в электроустановках и электрических системах;
- анализа устойчивости работы энергосистем.
В соответствии с заданным заданием рассчитываются токи КЗ на линиях 110 кВ а затем на шинах СН и НН за трансформатором Т1.
1 Составление расчетной схемы
Расчетная схема электроустановки - упрощенная однолинейная схема установки с указанием всех элементов а также их параметров влияющие на токи КЗ и следовательно они должны быть учтены при выполнении операций расчета. Вид расчетной схемы будет следующим:
Рисунок 4.1 – Расчетная схема
2 Составление схемы замещения цепи и определение ее параметров
Рисунок 4.2 – Схема замещения
Расчет параметров схемы замещения а также токов КЗ произведем в именованных единицах.
Так как при положении РПН +16% напряжение превышает 126 кВ в качестве максимального напряжения принимается 126 кВ.
3 Расчет максимальных токов КЗ в максимальном режиме
Рисунок 4.3 – Схема замещения для расчета тока КЗ в точке К1
Произведем расчет периодического тока КЗ:
Вычислим ударный ток КЗ:
Определяем апериодическую составляющую тока короткого замыкания в момент отключения:
Определяем периодическую составляющую тока короткого замыкания которая для источника бесконечной мощности определяется по формуле:
Расчет тока короткого замыкания в точке К2 в максимальном режиме
Рисунок 4.4 – Схема замещения для расчета тока КЗ в точке К2
Воспользуемся результатами расчетов токов КЗ точки К1.
Рассчитаем периодический ток КЗ:
Расчет тока короткого замыкания в точке К3 в максимальном режиме
Рисунок 4.5 – Схема замещения для расчета тока КЗ в точке К3
4 Расчет минимального тока короткого замыкания минимальном режиме
Рисунок 4.6 – Схема замещения для расчета тока КЗ в точке К1
Расчет тока короткого замыкания в точке К2 в минимальном режиме
Рисунок 4.7 – Схема замещения для расчета тока КЗ в точке К2
Расчет тока короткого замыкания в точке К3 (при отключенном секционном выключателе)
Рисунок 4.8 – Схема замещения для расчета тока КЗ в точке К3
Т а б л и ц а 4.1 – Сводная таблица токов КЗ
Выбор выключателей и измерительных трансформаторов
1 Выбор выключателей РУВН 110 кВ
В пределах РУ выключатели выбираются по цепи самого мощного присоединения в нашем случае это трансформаторы ТДТН-40000110.
Выключатели выбираются по следующим условиям:
Номинальный и максимальный ток цепи
Номинальный и максимальный ток цепи для ПС:
Iмах.цепи =2Iн.цепи=2*14074=28148 А
По полученным данным выбираем элегазовый выключатель ВЭБ-110-402500
Т а б л и ц а 5.1 – Технические данные выключателя ВЭБ-110-402150
2 Выбор выключателей РУСН 10 кВ
Номинальный и максимальный ток:
Максимальный ток цепи
Iмах.=2Iн.цепи=2*67213= 134427 А
Выбираем вакуумный выключатель серии ВВЭ-10
Т а б л и ц а 5.3 – Технические данные выключателя ВВЭ-10
3 Выбор выключателей на РУНН 6 кВ
Iмах.цепи=2Iн.цепи=2*90684= 181368А
4 Выбор измерительных трансформаторов 110 кВ
4.1 Выбор измерительных трансформаторов тока на ВН
Выбирают трансформатор тока типа ТВГ-110-1-4005
Т а б л и ц а 5.3 – Технические данные трансформатора ТВГ-110-1-4005
4.2 Выбор измерительных трансформаторов напряжения на ВН
Трансформаторы напряжения выбирают только по номинальному напряжению.
Выбрали трансформатор серии ЗНОГ-110.
Т а б л и ц а 5.4 – Технические данные трансформатора ЗНОГ-110
Sном ВА в классе точности
5 Выбор измерительных трансформаторов 10 кВ
5.1 Выбор измерительных трансформаторов тока на СН
Iмах.цепи = 134427 А
Т а б л и ц а 5.5 – Технические данные трансформатора ТШЛ-СЭЩ 10
5.2 Выбор измерительных трансформаторов напряжения на СН
Выбрали трансформатор серии ЗНОЛ-10.
Т а б л и ц а 5.6 – Технические данные трансформатора ЗНОЛ-10
6 Выбор измерительных трансформаторов на стороне 6 кВ
6.1 Выбор измерительных трансформаторов тока
Iмах.цепи= 181368 А
Выбираем трансформатор тока ТШЛ-СЭЩ 10
Т а б л и ц а 5.8 – Технические данные трансформатора ТШЛ-СЭЩ 10
6.2 Выбор измерительных трансформаторов напряжения 6 кВ
Выбрали трансформатор серии ЗНОЛ-6.
Т а б л и ц а 5.8 – Технические данные трансформатора ЗНОЛ-6
Расчет защиты трансформатора
Газовая защита используется от всех видов повреждений внутри бака трансформатора сопровождающихся выделением газа из трансформаторного масла а также от понижения уровня масла в баке.
Газовое реле бака трансформатора содержит два элемента: сигнальный и отключающий. Сигнальный элемент срабатывает при повреждениях сопровождающихся слабым газообразованием а также при понижении масла трансформатора до его уровня. Действует он на сигнал без выдержки времени.
При повреждениях вызывающих бурное выделение газа повышается давление внутри бака и создается переток масла в сторону расширителя воздействующий на отключающий элемент. Последний срабатывает при превышении заданной на реле скорости движения потока масла. Отключающий элемент реле срабатывает также при снижении масла в трансформаторе до его уровня. Действует он на отключение всех выключателей трансформатора и на сигнал без выдержки времени.
Выберем газовое реле типа BF-80Q. Технические характеристики BF-80Q:
-параметры срабатывания - 065; 10; 15; 20; 25 мс;
-порог срабатывания - менее 01 с при 125-кратном превышении установленного скорости потока;
-номинальное напряжение: от 24В до 220 В постоянного или переменного тока;
2 Продольная дифференциальная токовая защита трансформатора связи
Для защиты от повреждений на выводах а также от внутренних повреждений должна быть предусмотрена продольная дифференциальная токовая защита без выдержки времени. Защита должна осуществляться с применением специальных реле тока отстроенных от бросков тока намагничивания возникающих при включении трансформатора на холостой ход и при восстановлении напряжения на нем после отключения КЗ в сети и токов небаланса. Защита должна иметь коэффициент чувствительности не менее 20. Для защиты применяем ДЗТ-11
Важнейшим преимуществом реле является:
- простота конструкции;
- наличие тормозной характеристики;
- относительно небольшая зависимость тока срабатывания реле от фазы тормозных токов;
- возможность выполнения реле с тремя и более тормозными обмотками.
Рис. 6.1 Схема подключения реле ДЗТ-11 к ТТ трехобмоточного трансформатора
2.1 Определяются первичные токи для всех сторон защищаемого трансформатора
где -номинальная мощность трансформатора
-номинальное напряжение обмотки
2.2 Определяются вторичные токи в плечах защиты исходя из коэффициентов трансформации и коэффициентов схемы
2.3 Определяется минимальный ток срабатывания защиты
2.4 Определяется ток срабатывания реле на основной стороне
2.5 Определяется число витков рабочей обмотки НТТ реле для основной стороны ВН
где F- магнитодвижущая сила обмотки (принимается 100)
2.6 Уточняется значение тока срабатывания реле
2.7 Уточняется значение тока срабатывания защиты
2.8 Определяется число витков рабочей обмотки НТТ реле на стороне СН
2.9 Определяется число витков рабочей обмотки НТТ реле на стороне НН
где -составляющая обусловленная погрешностью трансформаторов тока;
- составляющая обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора;
- составляющая обусловленная неточностью установки на насыщающемся трансформаторе реле расчетных чисел витков.
2.10 Определяются токи небаланса на стороне 6 кВ
2.11 Выбирается необходимое число витков тормозной обмотки НТТ реле на стороне СН
Рассматривается внешнее к.з. между тремя фазами в максимальном режиме работы системы
где -тангенс угла наклона тормозной характеристики принимается равным 08 из заводской характеристики реле
=15- коэффициент отстройки
2.12 Выбирается необходимое число витков тормозной обмотки НТТ реле на стороне НН
2.13 Проверка защиты на чувствительность
3 Максимальная токовая защита с пуском по напряжению
Максимальные токовые защиты предназначены для резервирования основных защит трансформатора и для защиты шин пониженного напряжения.
3.1 Расчет максимальной токовой защиты установленной на стороне 110 кВ
3.1.1 Ток срабатывания защиты определяется по условию отстройки от номинального тока трансформатора
3.1.2 Проверка чувствительности защиты
При двухфазном к.з. на шинах 10 кВ
При двухфазном к.з. на шинах 6 кВ и раздельной работе трансформаторов
3.1.3 Определение тока срабатывания реле
Применяется к установке реле РТ-4010.
3.2 Расчет максимальной токовой защиты с комбинированным пуском по напряжению установленной на стороне 6 кВ
3.2.1 Определяется ток срабатывания защиты
3.2.2 Проверка чувствительности по току
3.2.3 Определяется ток срабатывания реле
Применяется реле РТ-4010.
3.2.4 Определяется первичное напряжение срабатывания защиты для минимального реле напряжения
По условию отстройки от напряжения самозапуска при включении АПВ и АВР заторможенных двигателей нагрузки
3.2.5 Определяется напряжение срабатывания реле
3.2.6 Выбор выдержек времени защит производится по ступенчатому принципу
3.3 Расчет максимальной токовой защиты с комбинированным пуском по напряжению установленной на стороне 10 кВ
3.3.1 Определяется ток срабатывания защиты
3.3.2 Проверка чувствительности по току
3.3.3 Определяется ток срабатывания реле
3.3.4 Определяется первичное напряжение срабатывания защиты для минимального реле напряжения
3.3.5 Определяется напряжение срабатывания реле
3.3.6 Выбор выдержек времени защит производится по ступенчатому принципу
Ступень селективности принята для реле времени РВ-01-03с для реле РВ-128-05с
4 Максимальная токовая защита от перегрузки
4.1 Определяется ток срабатывания защиты от перегрузки на стороне ВН
где =105 -коэффициент отстройки;
=08 -коэффициент возврата реле тока;
- номинальный ток обмотки трансформатора с учетом регулирования напряжения
4.2 Определяется ток срабатывания защиты от перегрузки на стороне СН
4.3 Определяется ток срабатывания защиты от перегрузки на стороне НН
4.4 Время срабатывания защиты
4 Расчет токов нулевой последовательности
Однофазные повреждения в электрических сетях являются наиболее распространенными для их устранения применяют специальные защиты реагирующие на токи нулевой последовательности возникающие в сети при несимметричных коротких замыканиях (КЗ).
К таким защитам относятся максимальные токовые защиты нулевой последовательности отсечки нулевой последовательностинаправленные защитынулевой последовательности.
Расчет параметров схемы замещения нулевой последовательности:
Сопротивление системы:
Сопротивление линий:
Сопротивления трансформаторов рассчитываются по формуле:
Расчет сопротивлений трансформаторов приведен в таблице 1
Т а б л и ц а 1 – Расчет сопротивлений трансформаторов
* – при расчете максимального сопротивления учитывалось напряжение 126 кВ.
Рисунок 1 – Схема замещения нулевой последовательности
Рассчитаем максимальное сопротивление нулевой последовательности:
Рисунок 2 – Преобразованная схема замещения нулевой последовательности
Рисунок 3 – Преобразованная схема замещения нулевой последовательности
Принимаем согласно расчету максимального тока КЗ на шинах 110 кВ:
Ток однофазного КЗ в максимальном режиме:
Расчет для минимального режима аналогичен максимальному:
В данном курсовом проекте были рассчитаны токи коротких замыканий и предложены релейные защиты силового трансформатора. При выборе оборудования были учтены рекомендации НТП ПУЭ.
Выполненные расчёты соответствующие профессиональным компетенциям:
ПК-3: способность принимать участие в проектировании объектов профессиональной деятельности в соответствии с техническим заданием и нормативно-технической документацией соблюдая различные технические энерго-эффективные и экологические требования;
ПК-4: способность проводить обоснование проектных решений;
ПК-5: готовность определять параметры оборудования объектов профессиональной деятельности;
Были приняты к установке современные вакуумные выключатели трансформаторы тока и напряжения. Произведены необходимые расчеты дифференциальной токовой защиты трансформатора рассмотрено газовое реле.
Волкова Т.Ю. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию по дисциплине «Электроэнергетика» Волкова Т.Ю. А.С.Бикмурзин.- УГАТУ 2005. – 48с.
Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования Б.Н. Неклепаев И.П. Крючков. – СПб.: БХВ – Петербург 2014. – 608 с.
Правила устройства электроустановок (ПУЭ) 7-е издание М. Министерство энергетики Российской Федерации 2003. – 267 с.
Рожкова Л.Д. Электрооборудование электрических станций и подстанций Л.Д. Рожкова Л.Д. Карнеева Т.В. Чиркова. –М.: Академия 2010. – 448с.
Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 13А – М.: Энергоатомиздат 1990. – 112 с.
Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 13Б – М.: Энергоатомиздат 1990. – 96 с.
Справочникпо проектированию электрических сетей под ред. Файбисович Д.Л. - М.: ЭНАС 2012. – 376с.

Spetsifikatsia.cdw

Силовой автотрансформатор
Трансформаторы напряжения
Ограничители перенапряжения