Релейная защита и автоматика сетевого трансформатора 220/35 кв, 160 мва

Содержание
Введение 3
1 Общие сведения о релейной защите 5
2 Релейная защита трансформатора в соответствии с требованиями ПУЭ 7
2.1 Основные защиты трансформатора 8
2.1.1 Дифференциальная защита трансформатора 8
2.1.2 Максимальная токовая защита трансформатора 12
2.1.3 Защита перегрузки трансформатора 15
2.1.4 Газовая защита трансформатора 16
2.1.5 Перегрев трансформатора 17
Звключение19
Список литературы 20
ВВЕДЕНИЕ
Силовой трансформатор - это электрический аппарат, предназначенный для преобразования электрической энергии одного значения напряжения в электрическую энергию другого значения напряжения.
Краткая характеристика силового трансформатора. ТРДЦН-160000/220
Т- трехфазный;
Р- обмотка низшего напряжения расщеплена на две;
ДЦ – с принудительной циркуляцией масла и воздуха;
Н – с регулированием напряжения под нагрузкой.
Sт, МВА Uвн, кВUнн, кВПределы
регулирования Uк, % ΔРк, кВт Рх, кВт Iх, % Rт, Ом Хт, Ом ΔQх, квар160 220 35 ±8*1,5 % 12 525 167 0,6 1,08 39,7 960
Первичные обмотки трансформатора стороны ВН соединены в звезду, вторичные обмотки стороны НН в треугольник. Трансформаторы тока устанавливаются на трех фазах сторон ВН и НН силового трансформатора. Для компенсации углового сдвига возникающего за счет разных схем соединений вторичные обмотки ТТ стороны ВН соединяются в треугольник, а стороны НН в звезду.
Основные части трансформатора это: остов, силовые изолированные обмотки, бак, регулятор напряжения под нагрузкой, система охлаждения с автоматикой, а также контрольно-измерительные приборы. Остов трансформатора однорамный с трехстержневой шихтованной магнитной системой, набирается из листов электротехнической стали с жаростойким покрытием. Обмотки располагаются концентрически на каждом стержне, и выполняются из медного обмоточного провода. Обмотка ВН имеет регулировочную зону в виде отдельно вынесенного концентра. Регулирование напряжения под нагрузкой осуществляется на стороне ВН трансформатора в диапазоне + 12x1% от номинального напряжения. Главная изоляция обмоток маслобарьерного типа выполняется из электрического картона. Бак трансформаторов полуоблегающего колокольного типа с нижним разъемом. Трансформаторы имеют пленочную защиту масла от увлажнения и окисления воздухом. Для охлаждения используются радиаторы, а для непрерывной регенерации масла в процессе эксплуатации трансформатора предназначены фильтры термосифонные. Шкаф автоматики обдува предназначен для автоматического управления работы системы охлаждения и контроля. Регулятор напряжения РПН снабжен датчиком блокировки регулятора при понижении температуры масла ниже минус 25°С, а также устройством автоматического переключения. Расширитель со стрелочным маслоуказателем предназначен для компенсации температурных колебаний объема масла в баке трансформатора. Трансформаторы тока устанавливаются на нейтрали ВН, и фазных выводах ВН. Трансформаторы снабжаются лестницей для подъема на трансформатор и обслуживания газового реле. Защита бака от внутреннего повышения давления осуществляется при помощи предохранительных клапанов.
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЕ
Релейная защита и автоматика (РЗиА) - это один из важнейших видов электрической автоматики, которая необходима для обеспечения бесперебойной работы энергосистемы, предотвращении повреждения силового оборудования и минимизации последствий при повреждениях. РЗиА представляет собой комплекс автоматических устройств, которые при аварийной ситуации выявляют неисправный участок и отключают данный элемент от энергосистемы.
Релейную защиту характеризуют следующие свойства:
Селективность- это свойство релейной защиты, характеризующее ее способность выявлять и отделять от электрической сети только поврежденные элементы.
Быстродействие- это свойство релейной защиты, характеризующее скорость выявления и отделения от сети поврежденных элементов.
Чувствительность- это свойство, характеризующее способность релейной защиты выявлять повреждение в конце установленной для нее зоны действия в минимальном режиме работы энергосистемы. Показателем чувствительности является коэффициент чувствительности.
Надежность- это свойство, характеризующее способность релейной защиты действовать правильно и безотказно при всех видах повреждений и ненормальных режимов, для устранения которых она предназначена, и не действовать в нормальных условиях, а также при таких повреждениях и нарушениях нормального режима, при которых действие данной защиты не предусмотрено. Показателями надежности являются время безотказной работы и интенсивность отказов- количество отказов за единицу времени.
Во время работы РЗ постоянно контролирует защищаемые элементы, чтобы своевременно зафиксировать возникшее повреждение (или отклонение в работе энергосистемы) и должным образом отреагировать на случившееся.
При аварийных ситуациях релейная защита должна выявить и выделить неисправный участок, воздействуя на силовые коммутационные аппараты, предназначенные для размыкания токов повреждения (короткого замыкания, замыкания на землю и т.д.).
Главной задачей устройств релейной защиты является выявление ненормальных и аварийных режимов работы первичного (силового) оборудования, а именно фиксация следующих видов повреждений:
перегрузка электрооборудования;
двух и трех-фазных короткие замыкания;
замыкания на землю, включая двух и трех-фазные;
внутренние повреждения в обмотках двигателей, генераторов и трансформаторов;
защита от затянувшегося пуска;
асинхронный режим работы синхронных двигателей и т.д.
Релейная защита сопряжена с иными видами электрической автоматики, которые позволяют сохранять бесперебойную работы энергосистемы и электроснабжения потребителей:
-АВР-автоматическое включение резерва;
-АПВ-автоматическое повторное включение.
Принципы построения схемы защитных устройств.
Несмотря на то, что в данный момент рынок предлагает большое количество разнообразных устройств РЗ, базовый алгоритм процессов остается прежним, только модернизируется для каждого конкретного случая.
Релейная защита, состоит как правило, из измерительных (пусковых) органов и логической части, а также сигнальных элементов.
Измерительные (пусковые) органы непосредственно и непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого оборудования и реагируют на возникновение к.з. или нарушения нормального режима работы.
2 РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРА В СООТВЕТСТВИИ С ТРЕБОВАНИЯМИ ПУЭ
Для трансформаторов должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:
1) многофазных замыканий в обмотках и на выводах;
2) однофазных замыканий на землю в обмотке и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью;
3) витковых замыканий в обмотках;
4) токов в обмотках, обусловленных внешними КЗ;
5) токов в обмотках, обусловленных перегрузкой;
6) понижения уровня масла.
Основными защитами трансформаторов являются:
- дифференциальная токовая защита;
- газовая защита и газовая защита РПН;
- защита от понижения уровня масла;
-максимальная токовая защита;
-защита от перегрева трансформатора;
-защита от перегруза трансформатора;
Автоматика:
- автоматика регулирования напряжения;
- автоматика обдува трансформатора;
2.1 ОСНОВНЫЕ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА
2.1.1 ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРА
Дифференциальная токовая защита является основной быстродействующей защитой трансформаторов.
Принцип работы дифференциальной защиты заключается в сравнении токов входящих и выходящих из трансформатора, отключении трансформатора при нарушении небаланса значений и угловых сдвигов токов.
Дифференциальная защита реагирует на повреждения в обмотках трансформатора, на его выводах и в соединениях с выключателем. Она может иметь недостаточную чувствительность только при витковых замыканиях и «пожаре стали». Для продольной дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора используются трансформаторы тока установленные в каждой фазе с двух сторон.
Рисунок 1 Однолинейная схема дифференциальной токовой защиты двухобмоточного трансформатора
Расчет уставок дифференциальной защиты трансформатора с применением микропроцессорного терминала защит трансформатора Сириус-Т3.
Расчет уставок диф. защиты трансформатора 220/35кВ с РПН проводим согласно методических рекомендаций, разработанных ЗАО «РАДИУС Автоматика».
Таблица 1 - Выбор трансформаторов тока на сторонах защищаемого трансформатора
Наименование
величины Обозначение и
метод определения Числовое значение
для стороны
ВН 110 кВНН1 35 кВНН2 35 кВПервичный ток на сторонах защищаемого трансформатора, соответствующий его
номинальной мощности, А 160000√3∙220=420160000√3∙35∙2=1321160000√3∙35∙2=1321Коэффициент трансформации трансформатора тока KI 600/5 2000/5 2000/5
Схема соединения ТТ
Y/∆ Y Y Y
Вторичный ток в плечах защиты, соответствующий номинальной мощности защищаемого трансформатора, А 420600/5=3,513212000/5=3,313212000/5=3,3Принятые значения уставок для ввода в устройство (округление до двух знаков после запятой) в диапазоне 1,00 – 30,00 А «Iном ВН»,
«Iном СН»,
«Iном НН» 3,5 3,3 3,3
Группа соед. измерительных ТТ(0 или 6 в зависимости от места сборки нейтрали звезды ТТ)
----- 0 0 0
Группа соединения
цифровых ТТ(0/1/5/6/7/11) ----- 11 11 11
Значения уставок (в
соответствии со знач. двух
предидущих строк таблицы) 11 11 11
Сторона установки РПН и размах регулирования РПН, % Сторона РПН, Размах РПН 13 % – –
Рассчитанные базисные токи сторон проверяем на попадание в допустимый диапазон выравнивания, определяемый номинальным током входа устройства. Для Iном = 5А базисные токи должны входить в диапазон: (1,01 – 10,00) А. Полученные значения укладываются в указанный диапазон.
С учетом реально используемого диапазона регулирования РПН, принимаем уставку «Размах РПН, %», равной 13.
Уставки «Группа ТТ ВН», «Группа ТТ СН1» и «Группа ТТ СН2» подбираются с учетом группы защищаемого трансформатора и групп сборки измерительных ТТ. В соответствии с параметрами силового трансформатора принимаем значения уставок: «Сторона РПН – ВН»; «Δ Nступени, % – 1,77».
Выбор уставок дифференциальной защиты ДЗТ-2
При расчете уставок чувствительной тормозной характеристики принимаем, что благодаря действию алгоритма компенсации небаланса от работы РПН составляющая ΔUРПН не превышает значение 0,04.
Таблица 2 – Расчет уставок чувствительной тормозной характеристики
Наименование величины Обозначение и метод определения Числовое значение
Расчетный ток небаланса при протекании тока равного базисному (в относительных единицах) I НБ РАСЧ. = К ПЕР КОДН ⋅ ε + ΔU РПН
+ Δf ДОБАВ I НБ РАСЧ =2 ⋅1⋅ 0,05 + 0,04 +0,04 = 0,18
Выбор уставки срабатывания должно выполняться условие:
Iд1чувс/Iбаз ≥ К ОТС I НБ РАСЧ. I диф/I баз≥ 1,2· 0,18 = 0,22
Принятое значение базовой
уставки срабатывания «Iд1чувс/Iбаз»
диапазон уставки:
(0,3—1,0) IБАЗ принимаем 0,3
Коэффициент снижения
тормозного тока К СН.Т. =√ 1 -I НБ.РАСЧ . К СН.Т. =√ 1 -0,18 =0,9
Расчетный коэффициент
торможения в процентах КТОРМ =100⋅ КОТС ⋅ I НБ РАСЧ. К СН.Т. 100⋅1,2⋅0,18 / 0,9 = 24
Принятое значение уставки коэф-
фициента торможения (округле-
ние до целого числа) «К ТОРМ.ЧУВС, %»
диапазон уставки:
(10—100) % 24
Принятое значение уставки вто-
рой точки излома «Iт2чувс/Iном»
рекомендуемый диапазон уставки:
(1,0—2,0) I НОМ 2
Принятое значение уставки бло-
кировки по второй гармонике Iдг2/Iдг1
диапазон уставки: (0,06—0,20) 0,15
При расчете уставок грубой тормозной характеристики исходя из реального диапазона регулирования РПН принимаем ΔUРПН = 0,13.
Таблица 3 – Расчет уставок грубой тормозной характеристики
Наименование величины Обозначение и метод определения Числовое значение
Расчетный ток небаланса при протекании тока равного базисному (в
относительных единицах) I НБ РАСЧ. = К ПЕР КОДН ⋅ ε + ΔU РПН
+ Δf ДОБАВ 2,0⋅1,0⋅0,1+0,13+0,04 = 0,37
Выбор уставки срабатывания должно выполняться условие Iд1груб/Iбаз ≥ К ОТС I НБ РАСЧ. 1,2⋅0,37 = 0,44
Принятое значение базовой
уставки срабатывания «Iд1груб/Iбаз»
диапазон уставки:
(0,3—1,0) IБАЗ принимаем 0,5
Коэффициент снижения тормозного тока К СН.Т. =√ 1 -I НБ.РАСЧ . √ 1 -0,37 = 0,79
Расчетный коэффициент тормо-
жения в процентах К ТОРМ =100⋅ КОТС ⋅ НБ РАСЧ. /К СН.Т. 100⋅1,2⋅0,37 / 0,79 = 56
Принятое значение уставки коэффициента торможения (округление до целого числа) «К ТОРМ.ГРУБ, %»
диапазон уставки:
(10—100) % 56
Принятое значение уставкивторой точки излома
«Iт2груб/Iном»
рекомендуемый диапазон уставки:
(1,0—2,0) IНОМ 2,0
Проверка чувствительности дифференциальной защиты
Коэффициент чувствительности ДЗТ-2 согласно ПУЭ должен быть больше 2. Для дифференциальных защит понижающих трансформаторов в качестве расчетного принимается двухфазное КЗ на выводах низшего напряжения.
Рассчитаем коэффициент чувствительности для рассматриваемой сети. Расчет производится для грубых уставок.
Первичный ток срабатывания защиты при отсутствии торможения:
I С.З.= I НОМ ·(Iд1груб/Iном) (3.21)
I С.З.= 420·0,5 = 210 А.
При проверке чувствительности защиты учитывают, что благодаря направленности торможения при внутренних КЗ тормозной ток отсутствует.
Чувствительность при двухфазном КЗ расчитывается:
КЧ = Iкз(3)√32 /Iс.з.Коэффициент чувствительности удовлетворяет требованиям КЧ >2.
По полученным значениям строим тормозную характеристику ступени ДЗТ–2 рисунок 2
Рисунок 2 Тормозная характеристика ступени ДЗТ–2
2.1.2 МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРА
Предназначена для отключения трансформатора от источника питания в случае возникновения КЗ на выводах или внутри трансформатора, а также на сборных шинах или линиях со стороны низкого напряжения.
Максимальная токовая защита срабатывает при увеличении тока защищаемого элемента сверх установленного тока срабатывания (уставки).
В качестве основной максимальная токовая защита применяется только на трансформаторах малой мощности, так как по условиям селективности она имеет недопустимо большую выдержку времени. На трансформаторах, имеющих дифференциальную защиту от повреждений в самом трансформаторе и на его выводах максимальная токовая защита применяется в как резервная.
На понижающих трансформаторах применяется простая максимальная токовая защита. Чувствительность максимальной токовой защиты повышают применением блокировки по напряжению или включением токового реле через фильтр токов нулевой последовательности.
Максимальная токовая защита обязательно устанавливается на всех трансформаторах, независимо от установки основных защит (газовой, дифференциальной или отсечки). Это объясняется тем, что максимальная токовая защита защищает не только трансформатор, но и шины стороны НН, а также может резервировать защиты и выключатели на отходящих элементах НН, т. е. осуществлять дальнее резервирование.
Максимальная токовая защита трансформатора включает в себя:
МТЗ ВН, которая имеет две ступени с независимой времятоковой характеристикой и контролирует три фазных тока высшей стороны трансформатора IА ВН, IB ВН, IC ВН.
МТЗ НН, имеющую одну ступень с независимой времятоковой характеристикой и контролирует три фазных тока низшей стороны силового трансформатора IА СН, IB СН, IC СН.
Рисунок 3 МТЗ двухобмоточного трансформатора
Расчет уставок МТЗ.
Ток срабатывания защиты выбирается по двум условиям:
1.       Максимальная токовая защита не должна работать при перегрузках трансформатора.
2.       Максимальная токовая защита не должна работать при самозапуске.
Первичный ток срабатывания МТЗ без пуска по напряжению должен быть отстроен от максимального тока нагрузки с учетом самозапуска двигательной нагрузки по выражению:
Iс.з. = Котс∙КсзпКв∙Iраб.мах (3.2)
где KОТС - коэффициент отстройки, равный 1,2;
KЗАП - коэффициент, учитывающий увеличение тока в условиях самозапуска заторможенных двигателей нагрузки. В предварительных расчетах, а также в случае отсутствия соответствующей информации, данный коэффициент может быть принят равным от 1,5 до 2,5. Примем KЗАП =2;
KВ - коэффициент возврата, который принимается равным 0,92;
IРАБ.МАКС - первичный максимальный рабочий ток в месте установки защиты.
Примем первичный максимальный рабочий ток в месте установки защиты
равный максимальному номинальному току.
Iс.з.вн = 1,2∙20,92∙420=1095 АIс.з.нн 1,2 = 1,2∙20,92∙1321=3434 АКонтроль тока для максимальной-токовой зашиты осуществляется от тех же трансформаторов тока, что ДЗТ со схемой соединения ТТ в звезду. Ток срабатывания реле максимально-токовой зашиты равен:
Iс.р. = Iс.зKсхКттIс.р. вн. = 10951600/5=9 АIс.р. нн1,2. = 343412000/5=8,5 АПроверяем коэффициент чувствительности МТЗ ВН при КЗ на стороне СН и НН.
Кч = Iк.з.мин/ Iс.з
Выбираем время срабатывания максимально-токовой зашиты:
T мтз = T мах + ∆Т
где tmax - максимальное время защит линий отходящих от шин СН и НН трансформатора;
Δt - ступень селективности, для микропроцессорных терминалов равна 0,3 с.
2.1.3 ЗАЩИТА ПЕРЕГРУЗКИ ТРАНСФОРМАТОРА
Уставка сигнала перегрузки определяется по формуле:
, (3.3)
где – коэффициент отстройки защиты от перегрузки равен 1,05;
– коэффициент возврата токового реле устройства «Сириус-Т3» равен 0,92;
– номинальный вторичный ток трансформатора на стороне установки защиты от перегрузки.
Iвн= 1,050,92∙420=479 АТок срабатывания реле:
Iс.р. вн. = 479 1600/5=4 АВремя срабатывания защиты от перегрузки равно:
ТПЕРЕГР = tМТЗ + Δt
2.1.4 ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРА
Газовая защита реагирует на такие повреждения, как междувитковое замыкание в обмотках трансформатора, на которые дифференциальная и максимально-токовая защита не реагирует; так как в подобных случаях величина тока замыкания оказывается недостаточной для срабатывания защиты.
Характер повреждения в трансформаторе и размеры повреждения сказываются на интенсивности образования газа. Если повреждение развивается медленно, чему соответствует медленное газообразование, то защита дает предупреждающий сигнал, но отключение трансформатора не производит.
Интенсивное и даже бурное газообразование, свидетельствующее о коротком замыкании, создает в системе газовой защиты сигнал такой величины, который помимо предупреждения вызывает отключение неисправного трансформатора. Газовая защита трансформаторов вызывает предупреждающий сигнал и в том случае, когда понижается уровень масла в баке.
Согласно РД 153-34.0-35.518-2001 Инструкция по эксплуатации газовой защиты, для защиты трансформатора при газообразовании устанавливаются газовые реле с уставками по скорости срабатывания.
Таблица 4  Рекомендуемые уставки по скорости срабатывания газовых реле
Мощность трансформатора, вид охлаждения Уставка реле по скорости потока масла, м/с
РГТ80, В F 80/ Q РГЧЗ-66
Свыше 40 МВА включительно, охлаждение ДЦ 1 1,2
Таблица 5 Рекомендуемые уставки по скорости срабатывания реле защиты контакторов переключающих устройств
Типы устройств РПН Номинальный ток, А Уставка реле по скорости потока масла, м/с
РСТ25, Ü RF 25/10 В F 80/ Q РГЧЗ-66 RS -1000
Трехфазные РНТА 35/320 320 0,9 0,65 0,6 -
2.1.5 ПЕРЕГРЕВ ТРАНСФОРМАТОРА
При повышении температуры масла в баке силового трансформатора будет работать защита от перегрева. При этом установка по температуре зависит от вида охлаждения силового трансформатора. Защита также работает на сигнал. Время срабатывания также эквивалентно времени срабатывания предупредительной сигнализации на подстанции.
Согласно ПТЭ п. 2.1.23. При номинальной нагрузке трансформатора температура верхних слоев масла должна быть не выше (если заводами-изготовителями в заводских инструкциях не оговорены иные температуры, у трансформаторов с системой масляного охлаждения с дутьем и принудительной циркуляцией масла (далее - ДЦ) - 75°С, с действием на сигнал. Значение принято исходя из условий недопущения нагрева трансформатора выше допустимого значения и оперативного принятия мер по снижению температуры, путем оключения потребителей.
На трансформаторах и реакторах с системами масляного охлаждения ДЦ, направленной циркуляцией масла в обмотках (далее - НДЦ), Ц, направленной циркуляцией масла в обмотках и принудительной - через водоохладитель (далее - НЦ) устройства охлаждения должны автоматически включаться (отключаться) одновременно с включением (отключением) трансформатора (реактора).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе, на основе собранных данных рассмотрено устройство и принцип работы силового трансформатора, технические характеристики трансформатора 220/35 кВ мощностью 160 МВА, общие сведения об устройствах релейной защиты. Рассмотрены требования ПУЭ и ПТЭ к защитам силового трансформатора, а также основные и резервные защиты, их состав и принцип действия, зона действия.
Произведен расчет уставок ДЗТ для микропроцессорных защит трансформатора, расчет уставок МТЗ и перегруза.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. с изменениями и дополнениями. Н.: Сибирское университетское издательство, 2006.
2. Чернобровов Н. В., Семенов В. А. «Релейная защита энергетических систем»: Учеб. пособие для техникумов. — М.: Энергоатомиздат, 1998. −800с.: ил.
3. Токовая защита линий 0,4 кВ (электронный ресурс) https://studbooks.net/2138249/matematika_himiya_fizika/tokovaya_zaschita_liniy4.Ушаков В.Я. Электрические системы и сети: учебное пособие для среднего профессионального образования / В.Я. Ушаков. - Москва: Издательство Юрайт, 2019. - 446 с.
5. И.И. Алиев. Справочник по электротехнике и электрооборудованию. «Феникс», 2003
6. Основные органы релейной защиты (электронный ресурс) http://i-mt.net/blog/rza-dlya-nachinayushchih/osnovnye-organy-releynoy-zashchity7. Релейная защита и автоматика (электронный ресурс) http://www.vniir.ru/opros/ritm/