Расчет уставок МТЗ ввода 6 кВ

1. Через выключатель ввода и трансформатор в результате успешной работы АВР проходит сумма токов нагрузки одной секции и самозапуска другой, поэтому по условию отстройки от тока самозапуска:

2. По условию согласования с защитой секционного выключателя:

А,

принимаем 4271,5 А;

3. Чувствительность защиты в основной зоне

4. Чувствительность защиты в зоне резервирования

5. Уставка защиты по времени:

с

3. Расчет уставок МТЗ трансформатора:

- Расчетный режим по отстройки от тока самозапуска – подача напряжения на трансформатор, питающий одновременно обе секции (ремонтный режим подстанции):

- Этот же ток срабатывания защиты, но приведенный к стороне ВН при минимальном коэффициенте трансформации трансформатора Т1 за счет действия переключателя РПН:

- По условию согласования с защитой ввода 6 кВ с учетом изменения коэффициента трансформации:

принимаем 372,5 А;

уставка защиты по времени t _с.з.тр = 0,8 + 0,3 = 1,1 с.

- Проверка чувствительности защиты трансформатора производится по минимальному току КЗ на шинах 6 кВ, приведенному к стороне ВН при максимальном реально возможном коэффициенте трансформации за счет РПН.

- Учитывая, что трансформаторы тока на стороне ВН соединены в звезду, то коэффициент чувствительности составит

- Так как чувствительность защиты трансформатора недостаточна, то необходимо применить МТЗ с пуском по минимальному напряжению, причем пусковой орган минимального напряжения выполняется общим для защит на сторонах ВН и НН, а уставку его можно принять равным 0,6 U _ном. В этом случае уставки защит по току выбираются только по условию согласования их по чувствительности, а функцию отстройки защит от тока самозапуска выполняет пусковой орган минимального напряжения и коэффициент самозапуска принимается равным единице.

- В соответствии с вышеприведенным расчетом ток срабатывания МТЗ секционного выключателя вычисляется:

-Уставка по току защиты ввода 6 кВ:

, А.

-Уставка по току защиты трансформатора

- Проверка чувствительности защиты СВ:

;

- Проверка чувствительности защиты ввода:

;

- Проверка чувствительности защиты трансформатора

.

Домашнее задание № 5

Для схемы ГПП, приведенной на рис. 5.1, произвести расчет уставок защит АКсв, АКвв, АКт и проверить чувствительность каждой из защит. Токи КЗ принять из задачи 5.1. РПН ± 16 %. Номер варианта соответствует последней цифре зачетной книжки.

№ варианта	Uсист, кВ	UГПП,кВ	Sт, МВ∙А	Iсзп, А	tсзп, c
			6,3		0,4
					1,6
					0,6
					0,4
					1,0
					0,8
					0,6
					0,4
					1,2
					1,4

Практическое занятие №6

Расчет уставок защит трансформаторов c высшим напряжением 35−110 кВ

Основными защитами от внутренних повреждений трансформаторов являются токовая отсечка (ТО) или дифференциальная защита (ДЗТ), а также газовая защита (ГЗ). В качестве резервной защиты трансформатора от внешних КЗ применяют МТЗ.

Токовая отсечка без выдержки времени применяется на трансформаторах мощностью до 4000 кВ×А. При большей мощности трансформатора или при недостаточной чувствительности токовой отсечки применяют дифференциальную защиту.

Общие положения расчета дифференциальной защиты трансформатора на цифровых реле

Цифровые реле дифференциальной защиты трансформатора выпускаются в отдельном исполнении, т.е. отдельным блоком, например, реле типа Sepam 2000 – D21 для двухобмоточных и Sepam 2000 – D31 для трехобмоточных трансформаторов, причем эти реле подключаются к отдельным (от МТЗ или ТО) трансформаторам тока сторон ВН и НН. В цифровых защитах выравнивание вторичных токов в плечах защиты по величине и фазе производится программным (расчетным) способом. Поэтому нет необходимости рассчитывать числа витков уравнительных и рабочей обмоток.

В цифровых реле отстройка от тока небаланса, вызванного броском тока намагничивания трансформатора, производится за счет блокировки цифровых реле по 2- и 5-ой гармоникам дифференциального тока. Отстройка от бросков тока намагничивания позволяет в цифровых реле минимальный дифференциальный ток срабатывания защиты (Idmin) принять равным 30 % номинального тока трансформатора. Для сравнения − в защитах с реле типа ДЗТ-11 ток срабатывания равен 150 % номинального.

Принцип торможения дифференциальной защиты при сквозных токах КЗ остался прежним. При КЗ за пределами зоны действия дифференциальной защиты, трансформаторы тока стороны НН обтекаются током и реле автоматически загрубляется, т.е. ток срабатывания его увеличивается по мере роста тока сквозного замыкания (тормозного тока). Уставкой по степени торможения в цифровых реле принято считать отношение дифференциального тока (Id) к тормозному току (It) в процентах и рассчитывается оно по выражению:

(6.1)

где К _н – коэффициент надежности равен 1,2;

ε – погрешность трансформаторов тока, принимается равной 10 %;

К _а – коэффициент, учитывающий рост погрешности при больших токах за счет апериодической составляющей, принимается равным 1,5;

D U – диапазон регулирования коэффициента трансформации защищаемого трансформатора, в зависимости от типа трансформатора и регулятора РПН значение D U принимается равным 16 % или 10 %.

Тормозная характеристика цифрового реле Sepam 2000 – Д21 (Д31) приведена на рис. 6.1.

Зона настройки процентного торможения реле находится в диапазоне 15-50 %. Например, для трансформатора с DU_рпн = 16 % имеем:

%/

Принимается 40 %-ная тормозная характеристика. Указанное значение выставляется в реле в качестве уставки дифференциальной защиты.

Чувствительность дифференциальной защиты оценивается при минимальном токе двухфазного КЗ на выводах НН трансформатора по формуле:

где − приведенный к стороне ВН двухфазный ток КЗ, который при схеме соединения трансформаторов тока на стороне ВН в звезду численно равен трехфазному току КЗ.

Рис.6.1.Тормозная характеристика дифференциальной защиты трансформатора

 

Степень торможения оценивается при трехфазном максимальном токе КЗ на шинах НН подстанции по выражению:

Например, предположив, что максимальный ток КЗ на шинах НН I _ном.тр = 1400 А, получим:

%,

т.е. уставка возросла с 30 % до 230 % номинального тока или в 7,6 раза.

В некоторых типах дифференциальных ЦР, например MICOM/P632 (ALSTOM), при токах КЗ свыше 6 I _ном.тр срабатывает дифференциальная токовая отсечка. При этом токе фактор торможения уже не действует. Кроме того, для таких реле в характеристике процентного торможения дополнительно к показанной на рис. 6.2 определяется наклон (tga) характеристики первого участка торможения при малых значениях сквозных токов от 0 до 2,5 I _ном.тр. Данная характеристика рассчитывается по выражению (6.1), в котором коэффициент К _а принимается равным единице, а значение e = 5 %.

I *t

Зона торможения

Зона срабатывания

 

Рис. 6.2 Тормозная характеристика цифрового реле REF-542

 

Из приведенных на рисунках 6.1,6.2 тормозных характеристик дифференциальных реле различных фирм видно, что они похожи друг на друга и принципы, на которых они выполняются, одинаковы. Имеется начальный ток срабатывания значительно меньший номинального тока трансформатора, участок с малым торможением для малой величины тока, участок с большим торможением для больших токов, при которых погрешность ТТ существенно возрастает. Как правило, в состав ДЗТ входит дифференциальная отсечка, которая обеспечивает быстрое отключение КЗ при больших токах, когда торможение может замедлить срабатывание защиты. Отстройка от броска намагничивающего тока трансформатора производится за счет торможения второй гармоникой тока намагничивания, а при перевозбуждении – пятой гармоникой.

Многолетний опыт эксплуатации ДЗТ на базе аналоговых реле типа ДЗТ-11 и ДЗТ-21 показал высокую их эффективность срабатывания при внутренних повреждениях трансформатора и несрабатывания (отстройки) при внешних КЗ за счет торможения, то есть автоматического увеличения уставки реле при протекании тока КЗ через ТТ стороны НН трансформатора, что свидетельствует о повреждении вне зоны действия ДЗТ. По этой причине разработчики микропроцессорных защит взяли за основу тормозную характеристику дифференциального реле типа ДЗТ-21.

Кроме того, ранее был разработан для аналоговых электронных реле ДЗТ-21, РСТ-15 принцип отстройки ДЗТ от бросков тока намагничивания по второй гармонике дифференциального тока, который и был в дальнейшем реализован программным путем в цифровых реле. Простота настойки и гибкость выбора наиболее оптимальных защитных характеристик цифровых реле дает им неоспоримые преимущества перед аналоговыми защитами.

6.2. Пример расчета ДЗТ на цифровом реле REF -542

Произвести расчет уставок ДЗТ трансформатора мощностью 25 МВ∙А напряжением 110/6кВ. Токи трехфазного КЗ за трансформатором, приведенные к стороне ВН равны в максимальном режиме 1470А и минимальном режиме 1320А.

1. Определяем номинальные токи трансформатора при среднем положении регулятора РПН ( U _рпн = 16 %)

I _ном.ВН = 126 А; I _ном.НН = 2190 А;

2. Номинальные токи трансформаторов тока составят:

- сторона ВН – 300/5 А;

- сторона НН – 2000/5 А.

3. Коэффициент пересчета (базовый коэффициент) стороны ВН:

К _п.ВН =126/300=0,42; стороны НН: К _п.НН =2190/2000 = 1,1.

4. Цифровое реле градуировано в относительных единицах к номинальному вторичному току трансформаторов тока стороны ВН, принятой за основную. Вторичные токи стороны НН пересчитываются к основной стороне автоматически. Выравнивание вторичных токов в плечах ДЗТ по величине и фазе производится программным путем.

5. Минимальный ток срабатывания ДЗТ при КЗ в зоне ее действия принимают равным 0,3 I _ном трансформатора для ЦР и 0,5 I _ном для ДЗТ- 21. Для сравнения в реле ДЗТ-11 принимают ток срабатывания, равным 1,5 I _ном, так как это реле не имеет блокировки по второй гармонике.

6. Принимая I_ср.мин. = 0,3 I _ном.тр. и приводя это значение к номинальному току трансформаторов тока, получим:

I_{ср. мин} = 0,3∙0,42 = 0,126 ОЕ.

7. Минимальное значение дифференциального тока срабатывания в цифровом реле из диапазона возможных уставок (0,15…1,2) равно 0,15 ОЕ. Тогда уставка на реле горизонтального участка тормозной характеристики составит в относительных единицах: Id = 0,15/0,42 = 0,36.

Принимаем Id = 0,4 ОЕ.

8. При малых значениях тока (до 2,5 Iном.тр.) ТТ работают с погрешностью 5 %. Определим наклон (коэффициент торможения) первого участка тормозной характеристики, исходя из условия отстройки от тока небаланса при малых токах:

Принимаем Id₁ = 0,8 ОЕ.

На рис.6.3 изображена тормозная характеристика зависимости дифференциального тока (Id) от тормозного тока (I_t) в относительных единицах (относительно номинального тока трансформатора). Горизонтальная линия (отрезок А -В) проводится на уровне Id = 0,4 ОЕ. Для построения второго уровня тормозной характеристики отмечается точка с координатами: Id ₁ = 0,8 ОЕ и Iт = 2,5 ОЕ. Через эту точку и начало координат проводится прямая линия.

Пересечение этой прямой с горизонтальной линией (точка В) определяет первый излом тормозной характеристики.

Коэффициент 1-го участка торможения равен tg ₁= Id₁ / Iт = 0,8/2,5 = 0,32.

9.Выбирается наклон 2-го (основного) участка торможения. Для этого определим значение дифференциального тока при КЗ на шинах 6 кВ из условия отстройки от максимального тока небаланса. Максимальный ток КЗ (тормозной ток) при этом повреждении равен 1470А, приведенный к стороне ВН, что составляет кратность Iт = 1470/126 =11,7 ОЕ. Значение дифференциального тока определяется по выражению:

где К _а – коэффициент апериодической составляющей, равный 1,5;

- 10%-ная погрешность трансформаторов тока;

К _отс.- коэффициент отстройки.

Для повышения надежности принимаем = 7 ОЕ.

Второй участок торможения на рис 6.3 представляет прямую линию, проведенную через точку с координатами 11,7; 7,0-(точка «Д») и точку на оси абсцисс I _Т = 2,5.

Рис.6.3. Тормозная характеристика к примеру 6.1

 

Пересечение этой прямой с первым участком торможения дает точку второго излома тормозной характеристики (точка С). Второй излом характеризуется коэффициентом торможения:

Отметим, что наклон касательной линии к тормозным характеристикам аналоговых реле ДЗТ-11 и ДЗТ-21 составляет tg = 0,75.

10. Определим уставку дифференциальной токовой отсечки (значение тока срабатывания которой не зависит от величины тормозного тока). Как и для любой токовой отсечки ток срабатывания выбирается по двум условиям:

- по условию отстройки от максимального тока небаланса при КЗ за трансформатором и при максимальном значении коэффициента апериодической составляющей (К а = 3):

- по условию отстройки от броска тока намагничивания трансформатора при его включении Принимаем о.е.

11. Проверим чувствительность дифференциальной защиты.

При КЗ в зоне срабатывания чувствительность защиты можно не проверять, так как уставка составляет 0,4 I _ном при минимальном токе КЗ 4,8 I _ном.

Следует отметить, что при перегрузке трансформатора до (1,4-1,5) I _ном (рис.6.3) торможение фактически отсутствует, следовательно, в этом режиме ток срабатывания составляет 0,4 I _ном. и защита может реагировать на однофазные КЗ и межвитковые замыкания в обмотке трансформатора.

Проверяется чувствительность дифференциальной отсечки при КЗ на выводах ВН трансформатора. Для этого определяется ток КЗ на шинах 110 кВ в минимальном режиме системы. Для рассматриваемого случая он равен 4,3 кА.

.

Тогда, чувствительность защиты при двухфазном КЗ составит:

.

На рис.6.3 ломаная линия А,В,С,Д,Е отображает тормозную характеристику дифференциальной защиты цифрового реле. Сравнивая данную характеристику с тормозной характеристикой аналогового реле ДЗТ-21(11), видим их полную адекватность.

Настройка цифрового реле на заданную характеристику осуществляется по разному. В одних реле, например REF -542, она задается следующими параметрами: значениями Id_{1 ,} Id _2, координатами точек «В» и «С» (по оси абсцисс) и величиной tg . В других реле (R 31 PT)- значениями: Тормозная характеристика цифрового реле типа RET -316 несколько отличается от рассмотренной (рис.6.3), но принцип расчета тот же. Вместе с тем, следует отметить, что уставки реле RET -316 можно не рассчитывать, если их принять такими как рекомендует фирма-производитель независимо от мощности трансформатора.

6.3.Пример расчета МТЗ трансформатора. Рассчитать ток срабатывания МТЗ трансформатора, установленного на двухтрансформаторной подстанции ГПП. Исходные данные:

–Параметры трансформатора ТДН-16000, 115/6,6; ; напряжения КЗ трансформатора при крайних и среднем положениях РПН: ;

–сопротивление энергосистемы в минимальном режиме при КЗ на шинах 110 кВ подстанции: X _с.мин = 30 Ом;

–максимальный рабочий ток нагрузки одного трансформатора при выведенном в ремонт втором составляет: А

Решение.

1. Определяем сопротивление трансформатора при максимальном допустимом напряжении обмотки ВН и значении u _к.макс:

Ом.

2. Значение минимального тока трехфазного КЗ за трансформатором, приведенного к сторонам ВН и НН:

А;

А.

3. Определяем ток срабатывания МТЗ ввода 6 кВ (защита трансформатора на стороне НН). Расчетный режим – подача напряжение на трансформатор при максимальной нагрузке трансформатора по:

А,

где к _сзп – коэффициент самозапуска нагрузки; для общепромышленной нагрузки и городских сетей принимаем к _сзп = 2,2.

4. Коэффициент чувствительности защиты при КЗ на шинах 6кВ:

5. Определяем ток срабатывания МТЗ трансформатора (защита ввода 110 кВ) при минимальном значении коэффициента трансформации трансформатора:

А.

6. Коэффициент чувствительности МТЗ трансформатора при минимальном токе КЗ за трансформатором:

что недопустимо, так как меньше требуемого 1,2. Здесь, поскольку применяется цифровое реле и ТТ на стороне ВН соединены в полную звезду, то ток двухфазного КЗ за трансформатором численно равен току трехфазного КЗ.

Если ТТ на стороне ВН соединить по схеме треугольника, то:

В случае отсутствия защиты на стороне НН трансформатора (ввод 6 кВ), чувствительность МТЗ трансформатора должна быть повышена до значения 1,5.

Следовательно, МТЗ трансформатора не проходит по чувствительности. В этом случае применяют МТЗ с пуском по минимальному напряжению (можно принять без расчета U _с.з = 0,6∙ U _ном) и выбор уставок защит выполняют следующим образом.

7. Ток срабатывания МТЗ ввода 6 кВ при к _сзп =1:

А.

8. Ток срабатывания МТЗ трансформатора:

А.

9. Коэффициент чувствительности МТЗ трансформатора с блокировкой по напряжению:

Домашнее задание №6

Рассчитать уставки дифференциальной защиты и МТЗ трансформатора Построить тормозную характеристику дифференциальной защиты. Номер задания соответствует последней цифре зачетной книжки.

№ варианта	Uвн, кВ	Uнн, кВ	Sт, МВ∙А	Xс, Ом	Iк макс, А (ВН)	Iк мин, А (ВН)
			6,3
			6,3

 

Практическое занятие №7

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: