Расчет релейной защиты и автоматики

3 Расчет релейной защиты и автоматики

    Функционирование  любой технической системы (в  частности системы электроснабжения) невозможно без возникновения аварийных и ненормальных режимов. Так при коротких замыканиях ток короткого замыкания проходит от питающей системы к точке короткого замыкания по цепочке включая и неповрежденное оборудование, которое вследствие термического воздействия тока кроткого замыкания может также выйти из строя.

    Для обеспечения нормальной работы системы  электроснабжения требуется как можно быстрое выявление и отключение поврежденных участков от неповрежденной сети.

    Так как все процессы, происходящие в  электрических сетях очень скоротечны, поэтому управление ими очень редко можно возложить на человека.

    Релейная  защита – это совокупность автоматических устройств, предназначенных для своевременного выявления и отключения поврежденных участков системы электроснабжения или подачи сигнала дежурному персоналу.

3.1 Расчет релейной защиты трансформаторов, 
установленных на ГПП

    3.1.1 Защита от повреждений внутри кожуха

    и от понижения уровня масла

    Тип защиты – газовая, реагирующая на образование газов, сопровождающих повреждение внутри кожуха трансформатора, а также в отсеке переключения отпаек устройства регулирования коэффициента трансформации (в отсеке РПН), а также действующая при чрезмерном понижение уровня масла. В качестве реле защиты используется газовое реле.

    

    Газовая защита действует на сигнал при любом  газообразовании и понижении  уровня масла и на отключение при  интенсивном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла.

    Установка газовой защиты обязательна для  всех трансформаторов, номинальная мощность которых 6,3 МВА и более, а также для внутрицеховых понижающих трансформаторов номинальной мощностью 630 МВА и более.

    Защита  от повреждений внутри кожуха трансформатора, сопровождающихся выделение газа, может быть выполнена и с помощью реле давления, а защита от понижения уровня масла – реле уровня в расширительном баке трансформатора. 

    3.1.2 Защита от повреждений на выводах

    и от внутренних повреждений трансформатора

    Тип защиты – продольная дифференциальная токовая защита, действующая без выдержки времени на отключение поврежденного трансформатора.

    Выполняется на трансформаторах номинальной  мощностью 6,3 МВА и более, а также  для трансформаторов номинальной мощностью 4 МВА, если они работают параллельно на шины низшего напряжения.

    Для двухобмоточных трансформаторов, имеющих  схему соединения обмоток Y_Н/Δ, вторичные обмотки трансформаторов тока на стороне высшего напряжения, как правило, соединяются в треугольник, а на стороне низшего напряжения – в неполную звезду, при этом в дифференциальноу цепи устанавливаются два реле.

    На  стороне высокого напряжения для  защиты используются встроенные в трансформатор трансформаторы тока, а на стороне низкого напряжения - трансформаторы тока, установленные в КРУН.

    Рассчитаем  продольную дифференциальную защиту для  трансформаторов ГПП.

    Предварительный расчет сводим в таблицу 2.1.2.1.

    Таблица 2.1.2.1– Предварительный расчет дифференциальной защиты.

 

    Рассмотрим  защиту на реле РНТ-560

    Ток срабатывания защиты выбираем большим  из двух условий:

1. от тока небаланса во вторичных цепях защиты

                          

где ε – полная погрешность трансформаторов  тока, %;

К_ОТС – коэффициент отстройки;

К_ОДН – коэффициент однородности;

К_АП – коэффициент аппериодичности;

ΔU – относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения;

- внешний трехфазный максимальный  ток короткого замыкания (в нашем случае в точке К2), приведенный к высокой стороне трансформатора, А.

    Для реле РНТ-560: К_ОДН=1, К_АП=1, К_ОТС=1,3.

    

    

        ,

    

2. отстройка от броска тока намагничивания

        I_СЗ=К_ОТС·I_НОМ,                                                 

где I_НОМ – номинальный первичный ток трансформатора, А.

    I_СЗ=К_ОТС·I_НОМ=1,3·52,5=68,25 А

    Выбираем  I_СЗ=98 А по первому условию.

    Коэффициент чувствительности равен

    

    Так как Кч<2 (1,6<2), то дифференциальная защита, выполненная на реле типа РНТ-560, не проходит по чувствительности.

    Выбираем  реле ДЗТ-11.

    Ток срабатывания выбираем по следующей формуле:

    I_СЗ=К_ОТС·I_НОМ=1,5·52,5=78,75 А

    Коэффициент чувствительности

    

    

    Так как Кч>Кч_ДОП=2, то защита проходит по чувствительности.

    Расчет  дифференциальной защиты на реле ДЗТ-11 сведем в таблицу 3.1.2.2.

    Так как трансформатор с РПН, то сторону высокого напряжения будем считать неосновной.

    

    

    Таблица 3.1.2.2 — Расчет дифференциальной защиты на реле ДЗТ-11.

 

    3.1.3 Защита от токов внешних многофазных коротких замыканий

    Защита  от внешних коротких замыканий служит для отключения трансформатора при коротких замыканиях на сборных шинах или на отходящих от них присоединениях, если релейная защита или выключатели этих элементов отказали в работе. Одновременно релейная защита от внешних коротких замыканий используется и для защиты от повреждения в трансформаторе.

    Тип защиты – максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению с независимой выдержкой времени.

    Защита  устанавливается на стороне высокого напряжения трансформатора и выполняется по цепям тока двухфазной двухрелейной с реле тока РТ-40.

    Первичный ток срабатывания максимальной токовой  защиты с пуском по напряжению определяется по условию отстройки от максимального рабочего длительного тока

                                   

    

где К_отс – коэффициент отстройки примем равным 1,2;

       К_сам – коэффициент самозапуска примем равным 1;

К_В – коэффициент возврата;

- максимальный рабочий ток  со стороны высокого напряжения, А.

    Для реле типа РТ-40: К_В=0,85.

    

    Ток срабатывания реле

    

    

    Выбираем  реле РТ-40/50 с последовательным соединением обмоток I_УСТ=(1,5-3)А [20, таблица 4].

    Коэффициент чувствительности

    

    Так как Кч>1,5 (2,1>1,5), то защита проходит по чувствительности.

    Время срабатывания защиты.

    Выдержку  времени МТЗ трансформатора выбираем на ступень избирательности больше, чем выдержка времени МТЗ воздушной линии Л1, то есть: 

    t_СЗмтз=t_{CЗмтз Л1}+Δt=1,1+0,5=1,6 с

    Выбираем  реле времени ЭВ-133, имеющее диапазон уставок 0,5-9,0 с. 

    3.1.4 Защита от симметричных перегрузок трансформатора

    Тип защиты – максимальная токовая защита с независимой выдержкой времени. Защита выполняется действующей на сигнал посредством одного токового реле. Чтобы избежать излишних сигналов при коротких замыканиях и кратковременных перегрузках, в схеме релейной защиты предусматривается реле времени, обмотка которого должна быть рассчитана на длительное прохождение тока.

    Ток срабатывания защиты от перегрузки выбирается из условия возврата токового реле при номинальном токе трансформатора: