Проектирование электрической тяговой подстанции постоянного тока

2 Газовая защита от повреждений внутри трансформатора.

3 Максимальная токовая защита на сторонах ВН, СН и НН от сверхтоков, обусловленных внешними короткими замыканиями.

4 Токовая защита от перегрузки трансформатора.

5 Защита включения обдува трансформатора.

2.2.2 Газовая защита трансформатора

Применяется для защиты трансформаторов от внутренних повреждений. Ее действие основано на принципе реагирования на скорость выделения газов из изоляционных материалов или масла, появляющихся при нагреве деталей или дуговых процессов внутри трансформатора. Трансформатор соединяется с маслорасширительным бачком трубопроводом. При возникновении внутри трансформатора дуги вокруг нее начинается бурное газовыделение, давление в баке повышается, и поток масла вместе с газовыми пузырями устремляется через трубопровод в маслорасширитель. На этот поток масла и газов реагирует газовое реле, которое врезано в трубопровод, соеденяющий бак трансформатора с маслорасширителем.

Газовую защиту понижающего трансформатора ТДТН-20000/110 выполняем с помощью газового реле РГЧЗ-66, которое представляет собой герметически закрытый корпус, наполненный маслом, внутри которого находятся сигнальный и отключающий элементы, выполненные в виде чашек. При нормальной работе трансформатора газовое реле полностью заполнено маслом, верхняя (сигнальный элемент) и нижняя (отключающий элемент) чашки удерживаются в верхнем положении. Контакты обоих элементов разомкнуты. При нарушении нормального режима работы трансформатора образование газов происходит с различной интенсивностью: бурно - при междуфазных коротких замыканиях, витковых замыканиях на корпус и медленно при разложении дерева и изоляции при их перегреве. Если выделение газов происходит с малой интенсивностью, то они, проходя из бака трансформатора в трубопровод, скапливаются в верхней части газового реле, вытесняя масло. Когда уровень масла в газовом реле станет ниже дна чашки сигнального элемента, чашка, наполненная маслом, опускается под действием силы тяжести, поворачиваясь вокруг своей оси, замыкает свои контакты и создает цепь предупредительной сигнализации.

При бурном газовыделении давление в баке резко увеличивается и происходит бросок масла или смеси масла смеси и газов и трансформатора в расширитель. Под действием этого потока переворачивается чашка отключающего элемента и замыкает свои контакты, создавая цепь на отключение трансформатора.

Конструкция реле обеспечивает самовозврат обоих элементов в исходное положение после восстановления условий нормальной работы трансформатора.

Газовое реле имеет пластину, откалиброванную на уставку по скорости на 0,6 м/с, т.е когда скорость потока масла или смеси масла с газом достигнет значения 0,6 м/с, тогда чашка отключающего элемента опрокидывается, замыкая свои контакты и создавая цепь на отключение трансформатора.

Основные технические данные реле РГЧЗ-66:

рабочее напряжение - 110 В;

виброустойчивость - реле не замыкает своих контактов при вибрации (реле заполнено маслом);

уставка срабатывания реле - 0,6 м\с;

реле срабатывает на сигнал при наличии в корпусе реле

газа - 450 см3.

2.2.3 Дифференциальная защита трансформаторов

Дифференциальная защита применятся для защиты обмоток трансформаторов между фазами и на землю (бак трансформатора). Она защищает от междуфазных коротких замыканий и на землю не только обмотки трансформатора, но и выводы и ошиновку в пределах между трансформаторами тока, установленных со всех сторон защищаемого трансформатора.

Для защиты понижающих трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой применяются, в основном, реле типа ДЗТ с насыщающимися трансформаторами тока (НТТ) и магнитным торможением. [8]

Таблица 2.5 - Данные для расчета дифференциальной защиты трансформатора ТДТН-20000/110.

Определяем токи короткого замыкания, протекающие через защищаемый трансформатор в расчетных режимах, приведенные к стороне ВН. Для этого задаемся следующими параметрами:

SKC max=3500 мВА - мощность короткого замыкания на вводах 115 кВ в максимальном режиме.

SKC min=2000 мВА - мощность короткого замыкания на вводах 115 кВ в минимальном режиме.

XC max=Ucp2/ SKC max=1152/3500=3,78 Ом; - сопротивление системы в максимальном режиме[6]

XC min=Ucp2/ SKC min=1152/2000=6,61 Ом; - сопротивление системы в минимальном режиме

UK1 = 0,5(UK I-II + UK I-III - UK II-III) = 0,5(17+0,5-6) =10,75%

UK2 = 0,5(UK I-III + UK II-III - UK I-III) = 0,5(17+6-10,5) = 6,25%

UK3 =0,5(UK II-III +UK I-III -UK I-II) = 0,5(10,5+6-17) = -0,25% » 0

XTP1 = (UK1/100)(UCP2/SH. TP) = 10,75×1152/100×20 = 71,08 Ом -сопротивление обмотки ВН трансформатора

XTP2 = (UK2/100)(UCP2/SH. TP) = 6,25×1152/100×20 = 41,32 Ом -сопротивление обмотки СН трансформатора

XTP3 = (UK3/100)(UCP2/SH. TP) = 0 Ом -сопротивление обмотки НН

трансформатора [6]

Определяем токи короткого замыкания на шинах 11 кВ и 38,5 кВ для максимального режима:

IKmax10 = U1ном /×Xmax10 = 115000/×74,86 = 888 A

IKmax35 = U1ном /×Xmax35 = 115000/×116,18 =572,16 A

Определяем токи короткого замыкания на шинах 11 кВ и 38,5 кВ для минимального режима:

IKmin10 = U1ном /×Xmin10 = 115000/×77,69 = 855 A

IKmin35 = U1ном /×Xmin35 = 115000/×119,01 =558,6 A

I(1)Kmin110 = U1ном /×Xcmin = 115000/×6,61 = 10056,6 A

Расчет дифференциальной защиты понижающего трансформатора

ТДТН-20000/110 производим для реле ДЗТ-11. Рабочая (дифференциальная) обмотка установлена на стороне 115 кВ.

Ток срабатывания защиты

Iс. з. ³ Kн × Iн, где[8]

Iн = 100,5 А - номинальный ток обмотки ВН трансформатора

ТДТН-20000/110.

Kн = 1,5 - коэффициент надежности учитывающий ошибку реле ДЗТ-11 и необходимый запас.

Iс. з. = 1,5 × 100,5 = 150,75 А

Ток уставки срабатывания реле:

Iу.с.р. = Iс.з. × Kcx/Kта = 150,75 × /40 = 6,52 А

Определяем число витков рабочей обмотки, установленной на стороне 115 кВ

wp = Fcp/Iу.ср, где

Fcp = 100 А × вит - магнитодвижущая (намагничивающая) сила, необходимая для срабатывания реле ДЗТ-11.

wp = 100/6,52 = 15,34. Принимаем ближайшее целое число витков рабочей обмотки, которое можно выставить на реле ДЗТ-11

wp = 16 витков.

Уравнительные обмотки установлены на сторонах СН и НН трансформатора. Число витков уравнительных обмоток определяем из условия уравновешивания намагничивающих сил в реле ДЗТ-11, создаваемых номинальными токами в рабочей и уравнительной обмотках.

IпI × wp = IпII × wy1p = IпIII × w y2p

Для стороны 38,5 кВ:

IпI × wp = IпII × wy1p

wy1p = IпI × wp/ IпII = 4,35 × 16 / 8,65 = 8,04 витков. Принимаем wy1p = 8 витков.

Для стороны 11 кВ:

IпI × wp = IпIII × wy2p

wy2p = IпI × wp/ IпIII = 4,35 × 16 / 5,25 = 13,25 витков. Принимаем wy2p = 14 витков.

Определяем наибольший ток небаланса при трехфазном коротком замыкании.

Iнб = (Ka × Kодн × e + DUрег + Dfвыр) × Ik max, где

Ka = 1 - коэффициент, учитывающий переходный режим токов короткого замыкания;

Kодн = 1 - коэффициент однотипности трансформаторов тока;

e = 0,1 - допускаемая относительная погрешность трансформаторов тока;

DUрег = 0,16 - относительная погрешность обусловленная регулированием напряжения;

Dfвыр - относительная погрешность от неточного выравнивания токов плеч защиты вследствие невозможности точной установки на реле точного числа витков;

Ik max - максимальное значение тока короткого замыкания (на стороне ВН) при коротком замыкании на стороне СН или НН трансформатора.

Dfвыр = (wy - wyp) / wyp

для стороны 38,5 кВ

Iнб = (Ka × Kодн × e+DUрег+(wy1 - wy1p) / wy1p) × Ik max35=(1 × 1 × 0,1 + 0,16 + +(8,04 - 8) / 8) × 572,16 = 151,62 А

для стороны 11 кВ

Iнб = (Ka × Kодн × e+DUрег+(wy2 - wy2p) / wy2p) × Ik max10=(1 × 1 × 0,1 + 0,16 + +(14 - 13,25) / 13,25) × 888 = 281,14 А

Принимаем наибольший ток небаланса Iнб = 281,14 А.

Тормозная обмотка включена на сумму токов плеч защиты сторон СН и НН трансформатора. Число витков тормозной обмотки выбирается, исходя из условия надежного несрабатывания защиты при внешних коротких замыканиях.

wт ³ (Kз × Iнб max × wрасч) / Ik max × tga, где

Kз - коэффициент запаса;

tga = 0,87 - тангенс угла наклона к оси абсцисс касательной, проведенной из начала координат к характеристике срабатывания, соответствующей минимальному торможению;

wрасч = 15,34 витков - расчетное число витков рабочей обмотки.

wт = 1,5 × 281,14 × 15,34 / 888 × 0,87 = 8,37 витков.

Принимаем ближайшее большее число витков тормозной обмотки, которое можно выставить на реле ДЗТ-11

wт = 9 витков.

Определяем коэффициент чувствительности защиты:

Кч = Ik min(2) × wp / Fср, где[6]

Ik min(2) - значение минимального тока двухфазного короткого замыкания.

для короткого замыкания на стороне 11 кВ

Ik min(2) = 1,5 × Ik min10 / Кта = 1,5 × 855 / 40 = 32,06 А

Кч10 = 32,06 × 16 / 100 = 5,12 > 2

для короткого замыкания на стороне 38,5 кВ

Ik min(2) =  × Ik min35 / Кта =  × 588,6 / 40 = 24,16 А

Кч35 = 24,16 × 16 / 100 = 3,87 > 2

для короткого замыкания на стороне 115 кВ

Кч115(1) = Ik min115(1) × wp / Кта × Fср = 10056,6 × 16 / 40 × 100 = 40,23 > 2

Для защиты понижающего трансформатора ТДТН-20000/110 используем трехфазную дифференциальную защиту без выдержки времени, в трехрелейном исполнении с реле ДЗТ-11.

2.2.4 Максимальная токовая защита понижающего трансформатора ТДТН-20000/110

Максимальная токовая защита (МТЗ) применяется для защиты трансформаторов для защиты от внешних коротких замыканий и как резервная от внутренних повреждений, т.е. резервирует газовую и дифференциальную защиту, т.к. имеет выдержку времени и поэтому является небыстродействующей.

МТЗ трехобмоточного трансформатора устанавливается с трех сторон, т.е. на стороне ВН, на стороне СН и стороне НН

МТЗ понижающего трансформатора на стороне ВН.

МТЗ понижающего трансформатора ТДТН-20000/110 на стороне ВН выполняется с пуском по напряжению, с выдержкой по времени, в трехрелейном исполнении.

Ток срабатывания МТЗ принимаем больший из двух значений:

Iс.з.1 = Кн × Iн.тр / Кв и Iс.з.2 = Кс × Iс.з', где[5]

Кн = 1,2 - коэффициент надежности защиты;

Кв = 0,85 - коэффициент возврата реле;

Iн.тр = 100,5 А - номинальный ток первичной обмотки понижающего трансформатора ТДТН-20000/110;

Кс = 1,1 - коэффициент селективности действия защиты, вводимый для того, чтобы по отношению к одному и тому же значению тока чувствительность защиты, расположенной ближе к источнику питания была меньше чувствительности защиты, расположенной дальше от источника питания[3]

Iс.з' - большее значение пересчитанного на напряжение 115 кВ тока срабатывания максимальной токовой защиты вводов распредустройства СН (38,5 кВ) и НН (11 кВ).

Iс.з' = Iс.з / Кт, где

Кт = UBH / UCH - коэффициент трансформации трансформатора ТДТН-20000/110;

для стороны НН

Iс.з. = Кн × Iн.тр / Кв = 1,2 × 1050 / 0,85 = 1482,35 А;

Iс.з' = 1482,32 / (115/11) = 141,79 А;

для стороны СН

Iс.з. = Кн × Iн.тр / Кв = 1,2 × 300 / 0,85 = 423,52 А;

Iс.з' = 423,52 / (115/38,5) = 141,79 А.

Т. к. Iс.з' для стороны НН и Iс.з' для стороны СН равны, то принимаем

Iс.з' = 141,79 А.

Iс.з.1 = 1,2 × 100,5 / 0,85 = 141,88 А и

Iс.з.2 = 1,1 × 141,79 = 155,97 А.

Принимаем ток срабатывания МТЗ на стороне ВН

Iс.з. = Iс.з.2 = 155,97 А.

Ток срабатывания реле:

Iу.ср = Ксх × Iсз / Кта =  × 155,97 / 40 = 6,75 А

Принимаем к установке токовое реле РТ-40/10 и реле времени

ЭВ-231 (tср=0,5-9 с)

Со стороны ВН трансформатора для повышения чувствительности МТЗ дополняется блокировкой (пуском) по напряжению. Реле минимального напряжения подключается к трансформаторам напряжения, устанавливаемым на сторонах СН и НН.

Напряжение пуска защиты:

для стороны НН

Uсз = Up min / Кн × Кв, где[5]

Up min = 0,95 Uн = 0,95 × 11 = 10,45 кВ - минимальное напряжение на шинах 11 кВ;

Кв = 1,2 - коэффициент возврата реле.

Uсз = 1045 / 1,2 × 1,2 = 7,25 кВ

Uу.ср = Uсз / Ктu, где Ктu = 11000 / 100 = 110 - коэффициент трансформации трансформаторов напряжения.

Uу.ср = 7,25 / 110 = 65,9 В - напряжение уставки срабатывания реле.

для стороны СН

Uсз = Up min / Кн × Кв,

 где

Up min = 0,95 Uн = 0,95 × 38,5 = 36,575 кВ;

Uсз = 36,575 / 1,2 × 1,2 = 25,4 кВ

Uу.ср = Uсз / Ктu = 25,4 / (38500 / 100) = 65,9 кВ

Чувствительность МТЗ при наличии блокировки минимального напряжения не проверяется [8].

Выдержка времени должна быть на одну ступень выше выдержки времени МТЗ на сторонах СН и НН.

Для защиты принимаем реле напряжения РН-54/160.

МТЗ понижающего трансформатора на стороне СН.

МТЗ понижающего трансформатора ТДТН-20000/110 на стороне СН выполняется с выдержкой времени, в двухрелейном исполнении.

Ток срабатывания защиты:

Iс.з.1 = Кн × Iн.тр / Кв = 1,2 × 300 / 0,85 = 423,53 А;

Iс.з.2 = Кс × Iс.з';

Iс.з' = Iс.з.(10) / Кт;

Iс.з.(10) = Кн × Iн.тр / Кв = 1,2 × 1050 / 0,85 = 1482,35 А;

Iс.з' = 1482,35 / (38,5 / 11) = 385,02 А;

Iс.з.2 = 1,1 × 385,02 = 423,53 А;

т.к. Iс.з.1 = Iс.з.2, то принимаем Iс.з. = 423,53 А.

Ток уставки срабатывания реле

Iу.ср = Iс.з. / Кта = 423,53 / 60 = 7,05 А

Принимаем к установке токовое реле РТ-40/10 и реле времени

ЭВ-231 (tср = 0,5 - 9 с)

Коэффициент чувствительности защиты

Кч = Iк min(2) / Iу.ср = 24,16 / 7,05 = 3,42 > 1,5

Выдержка времени принимается на одну ступень выше выдержки времени МТЗ районных потребителей.

МТЗ понижающего трансформатора на стороне НН.

МТЗ понижающего трансформатора ТДТН-20000/110 на стороне НН выполняется с выдержкой времени, в двухрелейном исполнении.

Ток срабатывания защиты

Iс.з. = Кн × Iн.тр / Кв = 1,2 × 1050 / 0,85 = 1482,35 А;

Ток уставки срабатывания реле

Iу.ср = Iс.з. / Кта = 1482,35 / 200 = 7,41 А.

Принимаем к установке токовое реле РТ-40/10 и реле времени

ЭВ-231 (tср = 0,5 - 9 с)

Коэффициент чувствительности

Кч = Iк min(2) / Iу.ср = 32,06 / 7,41 = 4,32 > 1,5

Выдержка времени принимается на одну ступень выше выдержки времени МТЗ ПВЭ-3, МТЗ ТСН и МТЗ фидеров тяговых потребителей.

Т.к. выдержка времени МТЗ фидеров тяговых потребителей 10 кВ

t = 0,4 с и выдержка времени секционного масляного выключателя 10 кВ

t = 0,6 с остаются неизменными, то принимаем выдержку времени МТЗ понижающего трансформатора ТДТН-20000/110 на стороне НН на одну ступень выше, т.е. t = 0,8 с.

Выдержку времени МТЗ фидеров районных потребителей 35 кВ принимаем t = 0,4 с, тогда выдержку времени МТЗ понижающего трансформатора со стороны обмотки СН принимаем t = 0,8 с.

Выдержку времени МТЗ понижающего трансформатора со стороны обмотки ВН принимаем на одну ступень (Dt = 0,4 с), выше, чем на стороне НН и СН, т.е. t = 1,2 с.

2.2.5 Защита от перегрузки

Токовая защита от перегрузки устанавливается на стороне 115 кВ понижающего трансформатора. Т.к. перегрузка является симметричным режимом трансформатора, то защиту от нее достаточно устанавливать только в одной фазе, т.е. защита от перегрузки выполняется в однорелейном исполнении. Защита действует на сигнал с выдержкой времени t = 9 с. [8]

Ток срабатывания защиты

Iс.з. = Кз × Iн.тр / Кв, где

Кз = 1,05 - коэффициент запаса

Iс.з. = 1,05 × 100,5 / 0,85 = 124,15 А

Ток уставки срабатывания реле

Iу.ср = Ксх × Iс.з. / Кта =  × 124,15 / 40 = 5,37 А

Принимаем к установке токовое реле РТ-40/6 и реле времени

ЭВ-231 (tср = 0,5 - 9 с)

2.2.6 Защита включения обдува

Токовая защита действует на включение вентиляторов обдува понижающего трансформатора при нагрузке, равной 0,7 от номинального значения. Устанавливается на стороне ВН (115 кВ) понижающего трансформатора ТДТН-20000/110.

Ток срабатыванмия защиты

Iс.з. = 0,7 × Iн.тр. = 0,7 × 100,5 = 70,35 А

Ток уставки срабатывания реле

Iу.ср = Ксх × Iс.з. / Кта =  × 70,35 / 40 = 3,04 А

При прохождении через токовое реле тока 3,04 А защита действует с выдержкой времени t = 5 с на включение вентиляторов обдува.

При повышении температуры масла до 55 оС защита действует без выдержки времени на включение вентиляторов обдува.

При повышении температуры масла до 75 оС защита действует на сигнал.

Принимаем к установке токовое реле РТ-40/6 и реле времени

ЭВ-231.

Результаты расчетов уставок защит и реле трансформатора ТДТН-20000/110, а также выбранные типы реле представляем в виде сводной таблицы (таблица 2.7)

Таблица 2.7 Сводная таблица уставок защит и реле.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5