Расчет релейной защиты трансформатора заводской подстанции

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО Российский государственный профессионально-педагогический

университет

Институт электроэнергетики и информатики

Электроэнергетический факультет

Кафедра автоматизированных систем электроснабжения

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 

 

по дисциплине «Автоматизация управления»

на тему «Расчет релейной защиты трансформатора заводской подстанции»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2014

Расчет релейной защиты трансформатора заводской подстанции

По условию технического задания необходимо выполнить расчет максимальной токовой защиты и дифференциальной токовой защиты двухобмоточного трансформатора мощностью 10 МВА и напряжением 110/6 кВ. Источником питания является энергосистема мощностью 4000 МВА с сопротивлением xс* = 0,3 о.е. Трансформатор связан с энергосистемой воздушной линией протяженностью 16 км. Линия выполнена проводом, сечение которого соответствует сопротивлению RВЛ = 0,43 Ом/км.

Определяется максимальный длительный ток в первичной и вторичной обмотке трансформатора:

ImaxВН = 1,4 ∙ Sном т (√3 ∙ UВН) = 1,4 ∙ 10 (√3 ∙ 110) = 73,5 А.

Составляется расчетная схема (рис. 1).

Рис.1. Расчетная схема

Проставляем на расчетной схеме точки короткого замыкания К1 и К2. Составляем схему замещения для каждой точки (рис.2). Определяем индуктивное сопротивление всех элементов цепи, через которые протекает ток короткого замыкания. Сопротивление воздушной линии длиной 16 км составляет:

XВЛ = XОВЛ ∙ L ∙ () = 0,444 ∙ 16 ∙ = 2,35,

где XОВЛ является индуктивным сопротивлением провода АС-70/ (RВЛ = 0,43 Ом/км).

Сопротивление трансформатора определяется по формуле:

Xтр = ∙ = ∙ = 44

где Uкз – напряжение короткого замыкания для трансформатора типа ТДН – 16000/110 (данные каталога).

Рис.2. Схемы замещения для точек К1 и К2

Результирующие сопротивления для каждой точки определяется следующим образом:

Xрез1 = Xс* + Xтр = 0,3 + 2,35 = 2,65,

Xрез2 = Xс* + Xтр+ Xвл = 0,3 + 2,35 + 44 = 46,65.

За базисное напряжение Uб принимаем напряжение той ступени системы электроснабжения, где находится точка короткого замыкания:

Uб1 = 115 кВ,

Uб2 = 10,5 кВ.

Определяем базисный ток на стороне высокого и низкого напряжения:

Iσ1 = = = 20 кА;

Iσ2 = = = 220 кА.

Находим периодическую составляющую тока короткого замыкания:

I’’1 = = = 7,5 кА;

I’’2 = = = 4,7 кА.

Определяем ударный ток короткого замыкания:

iуд1 = √2 ∙ kуд1 ∙ I’’1 = √2 ∙ 1,608 ∙ 7,5 = 17 кА,

iуд2 = √2 ∙ kуд2 ∙ I’’2 = √2 ∙ 1,4 ∙ 4,7 = 9 кА,

где kуд1 и kуд2 − ударные коэффициенты из справочных данных.

Находим тепловой импульс тока короткого замыкания:

Вк1 = ∙ (tотк + Ta),

Вк1 = ∙ (tотк + Ta) = ∙ (1,32 + 0,02) = 75,4 кА2с,

Вк2 = ∙ (tотк + Ta) = ∙ (1,32 + 0,01) = 29,4 кА2с.

Выбираем трансформаторы тока напряжением 110 кВ и 6 кВ по четырем параметрам: Uуст, ImaxВН, iуд и Вк.

Тип трансформатора ТФМ – 110 IIУ1. Обоснование выбора сведено в таблицу:

Расчѐтные данные	Паспортные
Uуст = 110 кВ	Uном = 110 кВ
ImaxВН = 73,5 А	Iном = 150 А /5 А
iуд1 = 17 кА	iдин = 23 кА
Вк1 = 75,4 кА2∙с	I2тер∙tтер =152∙1 = 225 кА2 ∙ с

Тип трансформатора ТОЛ – 10 – М. Обоснование выбора также сведено в таблицу:

Расчѐтные данные	Паспортные
Uуст = 6 кВ	Uном = 10 кВ
ImaxНН = 1347,15 А	Iном = 1500 А /5 А
iуд2 = 9 кА	iдин = 102 кА
Вк2 = 29,4 кА2∙с	I2тер∙tтер = 402 ∙1= 1600 кА2∙с

 

Определяем ток срабатывания максимальной токовой защиты на стороне высокого и низкого напряжения трансформатора:

IсрабВН = ,

IсрабНН = ,

IсрабВН = = 1 А,

IсрабНН = = 4 А.

Расчет дифференциальной токовой защиты трансформатора начинаем с определения тока силового трансформатора на стороне высокого и низкого напряжения:

IВН = = = 50,2 А,

IНН = = = 874,8 А.

Определяем вторичный ток в плечах дифференциальной токовой защиты:

I2ВН = = = 0,72 А,

I2НН = = = 0,73 А.

Определяем ток небаланса:

Iнб = ka ∙ kодн ∙ f ∙ IКЗmax = 1 ∙ 0,5 ∙ 0,1 ∙ 7500 = 375 А.

Определяем ток срабатывания реле по условию отстройки от тока небаланса с коэффициентом надежности 1,3 и без учета коэффициента возврата реле:

Iсраб р = kзап ∙ kн ∙ kcх ∙ Iнб ∙ = (1 ∙ 1,3 ∙ 375)/1200 = 0,4 А.

Определяем число витков основной (дифференциальной) обмотки трансформатора БНТ реле РНТ-565:

W1расч = =  = 250 витков.

Находим число витков вторичной обмотки быстронасыщающегося трансформатора:

W2расч = = = 246 витков.

Определяем уточненный ток небаланса:

 = = = 6 А.

Суммарный ток небаланса:

= Iнб + I’нб расч = 375 + 6 = 381 А.

Определяем уточненный ток срабатывания реле:

I’сраб р = = = 0,48 А.

Определяем коэффициент чувствительности:

= IКЗmax – 0,03 IКЗmax = 7500 – 0,03 ∙ 7500 = 7275 А.

kч = = = 12,6 1,5