Для студентів спеціальності 7

Вид материалаДокументы

Содержание


Варіанти завдання наведені в кінці методики у додатку №1
Визначення струму короткого замикання.
2. Перевірка трансформаторів струму МСЗ.
3. Розрахунок диференціального струмового захисту силових трансформаторів.
Додаток Д-1 Трифазні двохобмоточні трансформатори 110-220 кВ
Напруга, кВ
Подобный материал:

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ


КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ


КАФЕДРА ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ТА РЕСУРСОЗБЕРЕЖЕННЯ


Методичні вказівки


До виконання курсового проекту:

«Релейний захист силових трансформаторів»

Для студентів спеціальності 7.090603 «Електротехнічні системи електроспоживання» денної форми навчання


Кривий Ріг

2009р.


Укладачі: к.т.н., доц. Ю.Є. Цибулевський, ст. викл. О.В. Аніськов


Відповідальний за випуск Щокін В.П., к.т.н., доцент.


Рецензент: к.т.н., доц. Гузов Е.С.


Анотація

Методичні вказівки до курсового проекту з дисципліни «Основи релейного захисту і автоматики у СЕП» присвячені розрахункам захисту силових трансформаторів. У методичних вказівках розглянуто розрахунок І і ІІ ступенів захисту від багатофазних коротких замикань у зовнішніх лініях, диференційний захист трансформаторів від внутрішніх пошкоджень, а також від перевантажень. Передбачається розрахунок вище означених видів захисту. Обсяг записки до 20 листів та один лист креслень на форматі А1.



Розглянуто на засіданні кафедри «Електропостачання та ресурсозбереження»


Протокол №__

від ___ _________2009р.




Схвалено на засіданні вченої ради електротехнічного факультету


Протокол № __

від ___ _________2009р.


Метою курсового проекту є засвоєння та закріплення навичок практичного проектування релейного захисту систем електропостачання, зокрема понижуючих трансформаторів напругою 110 – 220 кВ.


Завдання:


ST ≤ 63 MB ·A (≥ 63 MB · A)


1. Опір системи,

Ом

Xc max = 15 (1,5)


Xc min = 36 (3.6)

2. Потужність трансформатора,

MB ·A

Sномн =

3. Межі регулювання трансформатора,

%

ΔU* pnu =

4. Номінальна напруга обмоток,

кВ

Uвн =


Uпн =

5. Напруга коротко замикання,

%

Uк % =

6. Втрати короткого замикання,

кВ

ΔUк =

7. Втрати холостого ходу,

кВ

ΔUхх =

8. Струм холостого ходу,

%

Iх =

9. Коефіцієнт самопуску електродвигунів




Ксзп = 1,5

10. Схема з’єднання трансформаторів струму та реле на рис. 2








Варіанти завдання наведені в кінці методики у додатку №1





Рис.1 Принципова однолінійна схема СЕП.


    1. Визначення струму короткого замикання.


Для вибору уставок захисту необхідно розрахувати струм на шинах, до яких під`єднано трансформатор.

Активний опір електричної лінії досить малий, і його можна не брати до уваги. Опір обмоток трансформатора можна визначити за формулами:


(1)


(2)

Uср.вн., Uмакс.вн.визначають за таблицею додатків Д2.


Струм трифазного КЗ:





(3)


(4)


(5)


(6)


Струм двофазного КЗ:

(7)

(8)

(9)

(10)


Розрахунок номінальних струмів трансформатора:


(A) (11)


Коефіцієнт трансформації силового трансформатора:


(12)

де К1,К2-стумова відсічка;

K3,К4-максимальний струмовий захист;

К5,К6-струмовий захист нульової послідовності.





Рис.2. Схема ввімкнення трансформаторів струму і реле захисту понижуючого

трансформатора.


1.2. Розрахунок струмового захисту понижуючих трансформаторів

      1. Розрахунок струмової відсічки


Струмовою відсічкою повинні бути обладнані понижуючі трансформатори з напругою вище 3 кВ, потужністю нижче 6,3 МВА при умові забезпечення чутливості захисту (Кч ≥ 2). Основними недоліками струмової відсічки є неповний захист трансформатора (частина обмоток не заходить у зону дії захисту) та неспроможність резервування КЗ на відходячих лініях НН.

Позитивною якістю струмової відсічки є простота виконання та швидкість дії.

Струм спрацьовування струмової відсічки лінії, яка живить трансформатори, необхідно відстроїти від кидка струму намагнічування трансформатора за виразом:


, (13)


де Квід = 4 ÷ 5 коефіцієнт відстройки від пускового струму трансформатора;

Іном. тр - номінальний струм трансформатора.

Крім того

(14)


де Кн – коефіцієнт надійності

Кн = 1,3 ÷ 1,4 для захисту з реле РТ-40

або Кн = 1,5 ÷ 1,6 для захисту з реле РТ-80, РТ-90;

тоді

(15)

За правилами улаштування електроустановок (ПУЕ) Кч.відс≥2.

Обираємо коефіцієнт трансформації трансформаторів струму Ктс, та визначаємо струм спрацьовування:


(16)

(17)


З урахуванням перевантаження силового трансформатора


(18)


Обираємо реле для струмової відсічки, вказуємо його марку, номінальний струм та межі регулювання струму спрацьовування [5,6].

      1. Розрахунки максимального струмового захисту (МС3).


Максимальний струмовий захист, який забезпечує захист від струмів обумовлених зовнішніми багатофазними К.З., встановлюють на всіх понижуючих трансформаторах напругою вище 3 кВ. МСЗ встановлюють із сторони основного живлення.

На рис.3 наведені схеми, які найчастіше вживаються для з’єднання реле МСЗ понижуючих трансформаторів.

У додатку Д.3. наведено формули для визначення струмів у реле МСЗ при двофазних К.З.




Рис.3. Варіанти ввімкнення реле МСЗ:

а- неповна зірка з двома реле;

б- неповна зірка з трьома реле;

в- трикутник з трьома реле;

г- трикутник з двома реле.


Первинний струм максимального струмового захисту з витримкою часу визначається за формулою:


(19)


де Іроб.макс = Іт.ном.вн. – максимальний робочий струм у мережі, де встановлено захист;

Кн = 1,2; Кп = 0,8; - коефіцієнт надійності та повернення реле;

Кст = 1,5; - коефіцієнт само запуску електричних двигунів.


Коефіцієнт чутливості визначають по мінімальному струму, який проходить через реле при двофазному К.З.


(20)


І(3)к. вн.мін. = І(3)мін за формулою (4)


Для підвищення надійності цього захисту відповідно з вимогами наведеними у збірнику директивних матеріалів Міненерго [2]:


(21)


Струм спрацьовування МСЗ вибираємо більший з (19), (21).

Струм спрацьовування реле визначаємо за формулою:


(22)


Обираємо реле для МСЗ, вказуємо його марку, номінальний струм та межі уставок [6, 7].

      1. Розрахунок захисту від перевантаження.


Первинний струм спрацьовування реле навантаження визначаємо за формулою:


, (23)


де Кн = 1,05; Кп = 0,78; - коефіцієнти надійності та повернення реле.

Струм спрацьовування реле:


(24)


обираємо реле перевантаження трансформатора, вказуємо його марку, номінальний струм та межі уставок [6, 7].


2. Перевірка трансформаторів струму МСЗ.


Перевірка трансформаторів струму складається з перевірок на 10% похибку і надійність роботи реле, а також визначення напруги у вторинних ланцюгах.

2.1. Визначаємо граничну кратність (К10 ) розрахункового Іроз по відношенню до первинного номінального струму Іт.ном. трансформатора струму:


(25)

для струмової відсічки та МСЗ:


(26)


Визначаємо допустиме вторинне навантаження трансформаторів струму (Zн.доп.) при якому повна похибка (ε) трансформаторів струму не перевищує 10%. Визначення виконується по кривій граничних кратностей прийнятого до установки трансформатора струму, для граничної кратності К10 по формулі (25).

Порівняємо одержану з кривої граничних кратностей величину Zн.доп. з фактичним розрахованим вторинним навантаженням трансформатора струму Zн.роз.

Zн.доп .визначається за кривими граничних кратностей (Додаток Д4).

Zн.роз. визначається за допомогою таблиці (Додаток Д5).


2.2. Визначення напруги на вторинній обмотці трансформатора струму.


Розрахунок виконується з урахуванням перехідного процесу у первинній мережі, щоб одержати максимальне значення напруги на вторинній обмотці, яке визначається за виразом:


(27)


де Zн.роз. - фактичне вторинне навантаження, Ом (Д5); І2ном = 5А;


(28)


Згідно з ПУЕ U2макс.1400В.


Одержане за формули (27) значення U2макс порівнюється з допустимим.


3. Розрахунок диференціального струмового захисту силових трансформаторів.


Поздовжній диференціальний захист встановлюється на трансформаторах потужністю ≥6,3МВА, а також на трансформаторах 4МВ А при паралельній роботі. Диференціальний захист можна встановити на трансформаторах 1МВ А у тих випадках коли чутливість струмової відсічки не достатня, або МСЗ має час спрацьовування більше 0,5 с.

3.1. Розрахунок диференціального захисту реле ДЗТ-11 двообмоточних трансформаторів 110 і 200 кВ.

Диференціальний захист, струм спрацьовування якого вибирають за умови відстрочки від струмів небалансу виявляється грубим та малоефективним. Тому для захисту трансформаторів напругою 110 кВ і вище доцільне застосувати реле серії ДЗТ. На мал. 3 наведено приклади виконання принципових схем ввімкнення реле ДЗТ-11 для захисту трансформаторів.

Приймаємо дворелейну схему; трансформатори струму ВН з`єднуєм у трикутник, а НН – у неповну зірку (рис.4).

Значення струмів К.З. та номінальних струмів силового трансформатора беремо з П1.1.

Розрахункові коефіцієнти трансформації трансформаторів струму обчислюємо за формулою:




(29)


З метою підвищення надійності захисту, для зменшення повної похибки ТС приймають трохи завищене значення Ктс порівняно з розрахунковими, тим самим понижуючи кратність струмів К.З.

Трансформатори струму (ТС) згідно з ГОСТ 7746-68 не допускають тривалого протікання робочих струмів більших за номінальні.

Приймаємо Ктс.вн. =

Ктс.вн. =

на (50 ÷ 60)% більше від розрахункових

КАS1-1, KAS-2- реле струму з гальмуванням типу ДЗТ-11.

Приймаємо реле типу ДЗТ-11 з однією гальмівною обмоткою, яку приєднуємо до ТС низької напруги.











Рис.4 а- схема з'єднання обмоток реле ДЗТ-11;

б- трансформаторів струму і реле для двообмоточних;

в- двообмоточних з розщепленою обмоткою трансформаторів,

де ωур1, ωур2 - перша і друга урівняльні обмотки реле;

ωроб - робоча обмотка;

ω2- гальмівна обмотка;


За умовою відстройки від кидка струму намагнічування при ввімкнені ненавантаженого трансформатора під напругу при крайньому від’ємному положенню пристрою РПН.


, (30)


де Кн = 1,5 – коефіцієнт надійності відстройки;


або . (31)



α = 1 ± ΔU* рег.

αмакс

αмін

1 ± 6 х 1,5% = 1 ± 0,09

1,09

0,91

1 ± 2 х 2,5% = 1 ± 0,05

1,05

0,95

1 ± 9 х 1,3% = 1 ± 0,117

1,117

0,883

1 ± 8 х 1,5% = 1 ± 0,12

1,12

0,88

1 ± 9 х 1,5% = 1 ± 0,135

1,13

0,865


Обчислюємо вторинні циркулюючі струми у реле захисту при номінальному навантаженні трансформатора:


(32)

Сторону ВН приймаємо за основну, тоді


(33)


Обидві урівнюючі обмотки у реле ДЗТ-11 використовуємо у якості робочих, а робочу (диференціальну) вимкнемо (рис.5).

Розрахункову кількість витків основної сторони визначаємо за формулою:


(34)

Приймаємо найближче менше число:


ωосн. = ωроб.вн. = ωур11.





Рис.5. Схема з'єднань ТС і реле ДЗТ-11

Обчислюємо кількість витків першої урівняльної обмотки, яку під`єднано до ТСнн.

ωнеосн.розроб.нн.роз.урІ.розосн, (35)

де Івн., Інн. – за формулою (32).

Приймаємо ωнеосн. = ωроб.нн.. = ωур1.

Обчислюємо відносну похибку від неточного вирівнювання магніторушійної сили м.р.с. у реле:


(36)

Неспрацьовування реле забезпечується, якщо при зовнішніх пошкодженнях відношення робочої м.р.с. Fроб. до гальмуючої м.р.с. Fгал. Буде знаходитись на гальмівних характеристиках реле ДЗТ-11 (рис.5) нижче дотичної, проведеної до характеристики мінімального гальмування (селективності) 2 з початку координат. Ця умова передається нерівністю:


(37)


де Кн = 1,5; tga = 0,8 – для реле ДЗТ-11.


Обчислюємо максимальний розрахунковий первинний струм небалансу, зведений до сторони НН:


, (38)

де Капер= 1 - коефіцієнт періодичності;

Кодн = 1 – коефіцієнт однорідності трансформаторів струму;

ε = 0,1 – відносна допустима повна похибка ТС;

ΔUрег = 0,12 – відносна похибка обумовлена регулюванням напруги, яка приймається рівною половині сумарного діапазону регулювання;

І(3)к.зовн.макс. – максимальний зовнішній струм К.З.


; (39)


де . (40), (3)


Первинний гальмівний струм, що протікає через ТСнн:


(41)


Підставляємо обчисленні значення у (37) та враховуючи, що


wраб.роз. = wур1.роз одержимо





Для більшої надійності приймаємо wгал на 30% більше з ряду wгал = 1;3;5;7;9;11;13;18;24.





Рис.6. Гальмівні характеристики реле типу ДЗТ-11; 1,2 - відповідно характеристики спрацьовування реле: при максимальному і мінімальному гальмуванні і нормальному регулюванні реле.


Враховуючи, що у прийняті схемі приєднання гальмівної обмотки до ТСнн при К.З. у зоні захисту гальмування реле відсутнє, обчислюємо мінімальний коефіцієнт чутливості при двофазному К.З. на стороні НН:


, (42)


де Fс.р. = 100А – магнітна рушійна сила МРС спрацьовування реле типу ДЗТ-11 при відсутності гальмування.


Вірність обчислювань перевіряємо за формулою:


(43)


Навести характеристики реле ДЗТ-11.

При застосуванні реле для захисту двообмоточних трансформаторів струм спрацьовування може регулюватися у діапазоні:


Іс.р.=1,45-12,5 А.


кількість витків обмоток реле:

робоча wр = 295 шт.;

І і ІІ зрівняльні wур. = 39 шт.; гальмівна wгал. = 175 шт.

Власний час спрацьовування реле tс.р. = 0,05с.


Додаток Д-1

Трифазні двохобмоточні трансформатори 110-220 кВ


Варіанти завдання

№ Варіанта

Тип тр-ра

Sном МВА

Границі регулювання

Каталожні данні

Схема захисту

Uном. КВ, обмоток

Uк, %

∆Рк, кВт

∆Рх, кВт

Ік, %

В

Н

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

ТМН-2500/110

2,5

±10х1,50

±8х1,50

110

6,6;11;22

10,5

22

5,0

1,50



2

ТМН-6300/110

6,3

±9х1,78

115

6,6;11;22

44

11,5

0,8



3

ТДН-10000/110

10

±9х1,78

115

60

14

0,7



4

ТДН-16000/110

16

±9х1,78

115

85

19

0,7



5

ТРДН-25000/110

25

±9х1,78

115

6,3/6,3 6,3/10,5 10,5/10,5

120

27

0,7



6

ТРДН-40000/110

40

±9х1,78

115

6,3/6,3 6,3/10,5 10,5/10,5

172

36

0,7



7

ТД-40000/110

40

±2х2,50

121

3,15;6,3; 10,5

160

50

0,7



8

ТРДЦН-63000/110

63

±9х1,78

115

6,3/6,3 6,3/10,5 10,5/10,5

260

59

0,65



9

ТРДЦНК-80000/110

80

±9х1,78

115

6,3/6,3 6,3/10,5 10,5/10,5

245

59

0,60



10

ТДЦ-125000/110

125

±2х2,50

121

6,3/6,3 6,3/10,5 10,5/10,5

310

70

0,60



11

ТРДЦН-80000/110

80

±9х1,78

115

6,3/6,3 6,3/10,5 10,5/10,5

310

70

0,60



12

ТРДЦН-125000/110

125

±9х1,78

115

10,5/10,5

400

100

0,55



13

ТДЦ-125000/110

125

±2х2,50

121

10,5; 13,8

400

120

0,55



14

ТДЦ-200000/110

200

±2х2,50

121

13,8; 15,75; 18

550

170

0,50



15

ТДЦ-250000/110

250

±2х2,50

121

15,75

640

200

0,50



16

ТДЦ-400000/110

400

±2х2,50

121

20

900

320

0,45



17

ТРДН-40000/220

40

±8х1,50

230

11/11; 6,6/6,6

12

170

50

0,9



18

ТРДЦН-63000/220

63

±8х1,50

230

6,6/6,6; 11/11

12

300

82

0,80



19

ТДЦ-80000/220

80

±2х2,50

242

6,3; 10,5; 13,5

11

320

105

0,60



20

ТРДЦН-100000/220

100

±8х1,50

230

11/11; 38,5

12

360

115

0,70



21

ТДЦ-125000/220

125

±2х2,50

242

10,5; 13,8

11

380

135

0,50



22

ТРДЦН-160000/220

160

±8х1,50

230

11/11; 38,5

12

526

167

0,60



23

ТДЦ-250000/220

250

±2х2,50

242

13,8; 15,75; 18

11

580

200

0,45




24


ТДЦ-250000/220


250


---


242


13,8; 15,75


11


650


240


0,45




1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

25

ТДЦ-400000/220

400

---

242

13,8; 15,75; 20

11

880

330

0,40



26

ТЦ -630000/220

630

---

242

15,75; 20

12,5

1300

380

0,35



27

ТЦ-1000000/220

1000

---

242

24

11,5

2200

480

0,35




Додаток Д-2

Номінальні, найбільші і середні між фазні напруги електричних розподільних мереж трифазного струму

Напруга, кВ


номінальна

найбільша

Середня (для розрахунків струмів к.з.)

0,22/0,127

---

0,22/0,127

0,38/0,22

0,4/0,23

0,4/0,23

0,66/0,38

0,69/0,4

0,69/0,4

3

3,5

3,15

6

6,9

6,3

10

11,5

10,5

20

23,0

20,0

35

40,5

37,0

110

126,0

115,0

150

172,0

154,0

220

252,0

230,0

121

136,37

126,26


Додаток Д-3

Формули для визначення розрахункових струмів у реле максимального струмового захисту при двофазних к.з.


Схема виконання максимального струмового захисту

Струми у реле при двофазному к.з. за трансформатором Y/∆-11

Неповна зірка з двома реле. Рис. 2а



Неповна зірка з трьома реле (третє реле увімкнуто у зворотній провід). Рис. 2б



Трикутник з трьома реле. Рис 2в



Трикутник з двома реле. Рис 2г





Додаток Д-4




Криві граничних кратностей трансформаторів струму типа ТФНД-110м для

nт = 50/5 ÷ 600/5 i 400/5 ÷ 800/5; 1-класу Р1 і Р2 – класу 0,5.




Криві граничних кратностей трансформаторів струму типу

ТВТ-110м при nТ =100/5 (1); 150/5 (2) і 200/5 (3); 300/5 (4); 400/5 (5); 600/5 (6); 750/5 (7); 1000/5 (8); 1500/5 (9); 2000/5 (10); 1- класу Р1 і Р2; 2-класу 0,5.

При вторинному номінальному струмі 1 А значення Zн.доп множаться на 25.

Додаток Д-5

Розрахункові формули для визначення вторинного

навантаження трансформаторів струму.




Схема

з’єднання

Вид К.З.

Розрахункове навантаження

1

Повна зірка: реле

у кожній фазі і одне

у нульовому проводі.

3-х і2-х фазне

Zн.роз. = Zр

однофазне

Zн.роз. = Zрф+ Zро

2

Неповна зірка: реле в

фазах А,С і у зворотному

проводі.

3-х фазне

Zн.роз. ≈ Zрф+ Zро

2-х фазне АВ або ВС

Zн.роз. = Zрф+ Zро

2-х фазне за

трансформатором Y/Δ-11

Zн.роз. = 2Zрф+ 2Zрзв

3

На різницю струмів

двох фаз А і С.

3-х фазне

Zн.роз. = √3Zр

2-х фазне АС

Zн.роз. = 2Zр

2-х фазне АВ або ВС

Zн.роз. = Zр

4

Трикутник.

3-х фазне і 2-х фазне

Zн.роз. = 3Zр

однофазне

Zн.роз. = 2Zр

5

Послідовне з’єднання

Вторинних обмоток

трансформаторів струму.




Zн.роз. = 0,5Zр

6

Паралельне з’єднання

вторинних обмоток

трансформаторів струму.




Zн.роз. = 2Zр

Примітка:

Zр , Zрф - опори реле, увімкнених у фазах.

Zро, Zрзв - реле увімкненні у нульовий або зворотній провід.

Zр=S/I2 де S потужність яку споживає реле, ВА; І- струм через реле, А.


Реле диференційного захисту трансформатора зі зміщенням кута між обмотками MD32-T.

  • Трифазний диференційний захист двообмоточного трансформатора;
  • Автоматична корекція коефіцієнта трансформації і групи з’єднання обмоток;
  • Два щаблі диференційного захисту;
  • Обмежений захист від замикання на землю;
  • Регульоване придушення 2 і 5 гармонік;
  • Програмувальна крива зсуву кута між обмотками із двома зламами;
  • Запис осцилограм;
  • Протокол зв'язку Modbus.





Рис. 7. Схема диференційного захисту двообмоточного трансформатора з використанням реле MD32-Т.


Реле диференційного захисту триобмоточного трансформатора MD33-T.

  • Трифазний диференціальний захист трехобмоточного трансформатора;
  • Два щаблі диференціального захисту;
  • Один щабель МТЗ;
  • Регульоване придушення 2 і 5 гармонік;
  • Програмувальна крива зсуву кута між обмотками із двома зламами;
  • Запис осцилограм;
  • Протокол зв'язку Modbus.






Рис. 8. Схема диференційного захисту триобмоточного трансформатора з використанням реле MD33-Т.


Реле роблять автоматичну корекцію коефіцієнта трансформації й векторів потужності групи з'єднання обмоток трансформатора, що дозволяє не використовувати проміжні трансформатори струму.

Вхідні параметри, які програмуються:

Fn = Частота мережі : (50 - 60)Гц

1ln = Номінальний первинний струм фазних : (1 - 9999) А, крок 1А

ТТ (висока сторона)

21n = Номінальний первинний струм фазних : (1 - 9999) А, крок 1А

ТТ (низька сторона)

1V = Номінальна первинна напруга (висока сторона) : (0.2 - 380)кВ, крок 0.01кВ

2V = Номінальна первинна напруга (низька сторона) : (0.2 - 380)кВ, крок 0.01 кВ
а = Тип з'єднання обмоток трансформатора

Література:

  1. Правила устройства электроустановок: Раздел III. Защита и автоматика. М. 1981г.
  2. Сборник директивных материалов по эксплуатации энергосистем (электротехническая часть). М. 1981г.
  3. Руководящие указания по релейной защите: Вып. 14. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 КВ. М. 1985г.
  4. Засыпкин А.С. Релейная защита трансформаторов. М. 1989г.
  5. Какуевицкий Л.И..Смирнова Т.В. Справочник реле защиты и автоматики. М. 1982г.
  6. Беркович Реле защиты. М. Энергия. 1976г.
  7. Королев Е.П.. Либерзон Э.М. Расчеты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. М. 1980г.
  8. Барзелович В.М. Высоковольтные трансформаторы тока. м-л.. 1962г.



Методичні вказівки до виконання курсового проекту: «Релейний захист силових трансформаторів». Для студентів спеціальності 7.090603 «Електротехнічні системи електроспоживання» денної форми навчання.


Укладачі: Цибулевський Ю.Є., к.т.н., доцент; Аніськов О.В., асистент