ТЕМА: ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ПОНИЖАЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

     Екатеринбург, 2011 

 

СОДЕРЖАНИЕ

       

  Введение………………………………………………………………............4

1. Исходные данные для проектирования релейной защиты………...............5

2. Назначение устройств релейной защиты ЭЭС и предъявляемые к ним требования………………………………………………………………….…...5

3. Выбор устройств релейной защиты понижающих

трансформаторов……………………………………………………….……....8

4. Расчёт токов короткого замыкания……………………………...….....….11

5. Расчёт устройств релейной защиты понижающих

трансформаторов…………………………………………………….…….......14

5.1. Расчет дифференциальной токовой защиты трансформатора, выполненной на реле серии ДЗТ-11…………………………………….........14

5.2. Расчет дифференциальной токовой защиты трансформатора, выполненной на реле типа РНТ-565..............................................................19

5.3.  Максимальная токовая защита с пуском по напряжению

для трансформатора……………………………………………………………21

5.4.    Расчет МТЗ от перегрузки…………………………………………......23

Заключение……………………………………………………………………...24 Список использованных источников………………………………………...25

Приложение 1. Перечень элементов схемы релейной защиты……………...26 
 

 

ВВЕДЕНИЕ

    Устройства  релейной защиты являются одним из основных видов противоаварийной автоматики современных электроэнергетических систем (ЭЭС). Они обеспечивают ликвидацию аварийных ситуаций путем быстрого выявления и отключения поврежденных элементов ЭЭС, а также сигнализируют о ненормальных режимах работы различного оборудования. Поэтому нормальное функционирование ЭЭС без устройств релейной защиты невозможно.

    Создание  линий электропередач высокого и  сверхвысокого напряжений, электростанций с агрегатами большой мощности, развитие магистральных и распределительных  сетей усложняет процесс управления ЭЭС в аварийных режимах, что в свою очередь требует постоянного совершенствования устройств релейной защиты на базе новых технических средств.

    В курсовой работе по дисциплине «Релейная защита» описываются типы релейных защит, применяемых на понижающих трансформаторах, их назначение и выполняемые действия. Проводится расчет параметров следующих защит понижающих трансформаторов: дифференциальной защиты, максимальной токовой защиты с пуском по напряжению от коротких замыканий, максимальной токовой защиты от перегрузок.

  

 

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

Рис.1.1. Схема сети 

    На  рис.2.1 представлена схема сети. В узле №10 установлены 2 трансформатора  ТРДН 25000/110 с исходными данными:

    -S_ном=25 МВА,

    -U_вн=115 кВ,

    -U_нн=10,5 кВ,

    -x_т= 55,55 Ом,

    -пределы  регулирования: ±9ּ1,78%,

    - Х_С=10 Ом, Uc=115кВ

        

Задачи  при выполнении курсового  проекта:

    - познакомиться с принципами работы  типичных схем релейной

       защиты;

    - ознакомиться с требованиями, предъявляемыми  к релейной защите;

    - рассчитать токи короткого замыкания  трансформатора;

- выполнить  выбор установленных типовых  схем релейной защиты             трансформатора;

    - выполнить расчет выбранных защит;

    - выполнить принципиальную схему  релейной зашиты. 

 

2. НАЗНАЧЕНИЕ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЭС И ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ ТРЕБОВАНИЯ 

   Нормальная  работа электроустановок и потребителей электроэнергии нарушается при возникновении  повреждений и ненормальных режимах, которые сопровождаются возрастанием тока, снижением или повышением напряжения и частоты. В этом случае возможны повреждения оборудования и нарушения  синхронизма в электроэнергетической  системе (ЭЭС). В связи с этим возникает необходимость в создании и применении различных автоматических устройств, защищающих ЭЭС и ее элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов. Большинство повреждений в ЭЭС приводит к возникновению различного вида коротких замыканий (к.з.) - наиболее опасных и тяжелых видов повреждений, которые сопровождаются значительным возрастанием тока, снижением напряжения и сопротивления. Ток короткого замыкания (I_кз), протекая по элементам ЭЭС, может вызвать разрушения, размеры которых тем больше, чем больше величина I_кз и время его протекания. Последнее следует из электродинамического и термического действия.

   Снижение  напряжения при к.з. нарушает работу потребителей и может вызвать  остановку асинхронных двигателей, что приводит к расстройству технологического процесса на предприятиях. Снижение напряжения может вызвать нарушение устойчивости в ЭЭС и привести к дальнейшему тяжелому развитию аварии.

   Релейная  защита (РЗ) представляет собой автоматическое устройство, предназначенное для  защиты ЭЭС и ее элементов от опасных  последствий повреждений и ненормальных режимов. РЗ производит автоматическую ликвидацию аварии (при возникновении ненормальных режимов) или ее локализацию (отключение поврежденного элемента).

   В ЭЭС действие РЗ тесно связано  с устройствами автоматики, предназначенными для быстрого автоматического восстановления нормального режима и питания  потребителей. Например, устройство АПВ  силового трансформатора запускается  при срабатывании его максимальной токовой защиты и блокируется при срабатывании основных защит трансформатора (дифференциальной и газовой).

РЗ  должна удовлетворять следующим  требованиям:

     Селективность  (избирательность) - основное требование к РЗ. Заключается в способности РЗ отключать при к.з. только поврежденный элемент, хотя ток к.з. протекает и по другим неповрежденным элементам ЭЭС. Для различных типов защит селективность обеспечивается различными способами. При селективной работе РЗ не происходит излишних отключений оборудования и потребителей, тем самым минимизируется ущерб от аварийной ситуации.

     Быстродействие - способность работать с минимально допустимой выдержкой времени. Без выдержки времени могут работать только защиты, обладающие абсолютной селективностью (дифференциальные, высокочастотные, первые ступени токовых защит – токовые отсечки). Для сетей с уровнем номинального напряжения 110-220 кВ предельное время отключения коротких замыканий составляет 0,3-0,5 с, а для сетей 330-500 кВ - 0,15 с. Такие жесткие ограничения по скорости отключения коротких замыканий в сетях высокого напряжения определяются в первую очередь условиями обеспечения динамической устойчивости в энергосистеме. На низких напряжениях (6-35 кВ) время отключения к.з. может достигать нескольких секунд. Быстродействие РЗ находится в противоречии с их селективностью.

     Чувствительность  - способность РЗ реагировать на те отклонения от нормального режима, которые возникают в результате повреждения.

   4. Надежность - способность зашиты безотказно действовать в пределах установленной для нее зоны и не работать ложно в режимах, при которых действие РЗ не предусматривается. Иначе говоря, при функционировании РЗ не должно быть случаев отказов и ложной работы. Для повышения надежности работы РЗ используются устройства диагностики - тестового контроля и функционального диагностирования. Кроме того, повышению надежности способствует и перевод РЗ на новую современную элементную базу - интегральные микросхемы и микропроцессорную технику. Последнее улучшает и характеристики РЗ с точки зрения ее быстродействия и чувствительности, уменьшает вес и габариты устройств РЗ, сокращает потребление электроэнергии, облегчает ремонт и эксплуатацию устройств РЗиА. 

3. ВЫБОР УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ПОНИЖАЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Основными видами повреждений в трансформаторах  являются:

• замыкания между фазами внутри бака (корпуса) трансформатора и на наружных выводах обмоток;
• замыкания в обмотках между витками одной фазы (так называемые витковые замыкания);
• замыкания па землю обмоток или их наружных выводов (однофазные замыкания);
• повреждения изоляции между листами стали магнитопровода, приводящие к появлению местного нагрева и «пожару стали».

    Ненормальные  режимы работы трансформаторов обусловлены  внешними короткими замыканиями (КЗ) и перегрузками, повышением напряжения, а также понижением уровня масла в баке, которое может произойти, например, вследствие его повреждения.

    В соответствии с правилами устройств  электроустановок (ПУЭ) и руководящими указаниями по релейной защите (РУ по РЗ) [3, 4] на понижающих трансформаторах с высшим номинальным напряжением 110-220 кВ устанавливаются следующие защиты:

• дифференциальная токовая защита;
• газовая защита;
• максимальные токовые защиты (МТЗ) с комбинированным пуском по напряжению от КЗ;
• максимальная токовая защита от перегрузки.

    Схема, поясняющая подключение устройств  релейной защиты к трансформаторам тока (ТТ) понижающего трансформатора, показана на рис. 1.

    Дифференциальная  токовая защита является основной быстродействующей защитой трансформатора от всех видов КЗ в обмотках и на их наружных выводах. Подключается она к ТТ на сторонах высшего напряжения (ВН) и низшего напряжения (НН) трансформатора и действует на отключение всех его выключателей и на сигнал без выдержки времени. В целях повышения надежности действия и чувствительности защиты рекомендуется ее трехфазное трехрелейное исполнение с использованием дифференциальных реле типа РНТ-565 (РНТ-566) без торможения или типа ДЗТ-11 и ДЗТ-21 с торможением.

   

    Дифференциальная  токовая защита с реле РНТ и ДЗТ-11 используется на трансформаторах мощностью до 40 МВА включительно, причём, защита с реле ДЗТ-11 обеспечивает, как правило, более высокую чувствительность.

    Газовая защита используется от всех видов повреждений внутри бака трансформатора, сопровождающихся выделением газа из трансформаторного масла, а также от понижения уровня масла в баке.

Газовая защита выполняется с помощью:

    - газового реле  типа  ВF-80/Q,  реагирующего  на  повреждения   в баке трансформатора;

    - газового реле типа RS-1000 (или URF-25/10), действующего при повреждениях в контакторном объеме устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) трансформатора.

    Газовое реле бака трансформатора содержит два  элемента: сигнальный и отключающий. Сигнальный элемент срабатывает  при повреждениях, сопровождающихся слабым газообразованием (например, витковые замыкания и повреждения изоляции между листами стали магнитопровода), а также при понижении масла в трансформаторе до его уровня. Действует он на сигнал без выдержки времени.

   При повреждениях, вызывающих бурное выделение  газа (например, при коротких замыканиях), повышается давление внутри бака и  создается переток масла в  сторону расширителя, воздействующий на отключающий элемент. Последний срабатывает при превышении заданной на реле скорости движения потока масла. Отключающий элемент реле срабатывает также при снижении масла в трансформаторе до его уровня. Действует он на отключение всех выключателей трансформатора и на сигнал без выдержки времени.

    Газовое реле отсека РПН имеет один отключающий  контакт, срабатывающий при повреждениях внутри его бака и действующий на полное отключение трансформатора и на сигнал без выдержки времени.

    Максимальные  токовые защиты с  пуском по напряжению являются защитами от сверхтоков, обусловленных внешними междуфазными КЗ. Устанавливаются они на сторонах ВН и НН трансформатора. Защиты выполняются двухфазными с использованием токовых реле типа РТ-40.

   Для повышения чувствительности МТЗ имеют комбинированный пусковой орган по напряжению, состоящий из фильтра-реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М и минимального реле напряжения типа РН-54, включенного на междуфазное напряжение. Питание пусковых органов по напряжению осуществляется от трансформаторов напряжения секций сборных шин 6-10 кВ.