Расчет защит трансформатора. Курсовая работа. Курсовой проект по учебному курсу Релейная защита электроэнергетических систем
 Скачать 1.36 Mb.
|
 МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тольяттинский государственный университет» «Энергетики и электротехники» «Электроснабжение и электротехника» КУРСОВАЯ РАБОТА (КУРСОВОЙ ПРОЕКТ) по учебному курсу «Релейная защита электроэнергетических систем» Вариант (10.2)
Тольятти 2019 ЗАДАНИЕ на выполнение курсовой работы Студент Кашин Андрей 1. Тема «Проектирование релейной защиты понизительной подстанции» 2. Исходные данные к курсовой работе: вариант № 10.2 2.1. Тип и номинальные напряжения силового трансформатора
2.2. Длина линии и ее удельное сопротивление
Мощность системы по таблице 1 Scmax=7000МВА Scmin=4000МВА СОДЕРЖАНИЕ Введение………………………………………………………………….4 1. Расчет токов короткого замыкания…….…………………………….5 1.1. Расчет параметров схемы замещения……………………….4 1.2. Расчет токов короткого замыкания в намеченных точках схемы……………………………………………………..7 2 Выбор трансформаторов тока………………………………………..10 3. Расчет дифференциальной защиты трансформатора Т1…………..15 Заключение……………………………………………………………….23 Список литературы………………………………………………………24 ВВЕДЕНИЕ Энергетическая программа на длительную перспективу предусматривает дальнейшее развитие ЕЭС. Ввод в эксплуатацию линий электропередач высокого и сверхвысокого напряжения, электростанций большой мощности, интенсивное развитие основных и распределительных сетей чрезвычайно усложнили проблему управления В связи с этим идет непрерывный процесс развития и совершенствования техники релейной защиты. Создаются и вводятся в эксплуатацию новые защиты для дальних ЛЭП, для крупных генераторов, трансформаторов и энергоблоков. Разрабатываются новые виды полупроводниковых дифференциально-фазных защит, которые проще и надежнее в эксплуатации. Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна надежная работа современных энергетических систем. Она осуществляет непрерывный контроль за состоянием и режимом работы всех элементов энергосистемы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений защита выявляет и отключает от системы поврежденный участок. При возникновении ненормальных режимов защита выявляет их и в зависимости от характера нарушения производит операции необходимые для восстановления нормального режима или подает сигнал дежурному персоналу. Цель работы– систематизировать и углубить знания, полученные при изучении теоретического курса, получить практические навыки проектирования релейной защиты. В ходе работы было выполнено: - расчет токов короткого замыкания; -выбор трансформаторов тока; - расчет дифференциальной защиты защиты от междуфазных замыканий трансформатора. 1 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ По справочнику определяем технические характеристики трансформатора ТРДЦН-63000/330 Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) на стороне ВН в диапазоне ± 12 х 1 % с системой охлаждения вида «Д», «ДЦ» Ukmax=14,3% Ukmin=8,8% 1.1 Расчет параметров схемы замещения  Рисунок 1.1-Схема электроснабжения  Рисунок 1.2-Схема замещения Определим параметры схемы замещения. Сопротивление системы :  ; (1.1) Сопротивление линии: ХW = ХW1 lW1 (1.2) Линия W1: ХW1= 0,4 103 = 41,2 (Ом). Сопротивление трансформатора Т1:  ; (1.3) (1.4)  1.2 Расчет токов короткого замыкания в намеченных точках схемы Ток короткого замыкания для определяется по закону Ома для трехфазной сети по выражению:  (1.5) где Ucp- cреднее значение напряжения; Хэкв- сопротивление сети от источника до точки К.З.. Определяем ток при трехфазном КЗ в точке К1 в максимальном и минимальном режимах работы СЭС: Максимальный ток КЗ в точке К1 в практических расчетах защит определяется по выражению  (1.6)где UСР – номинальное напряжение сети; XGmin – минимальное значение сопротивления питающей системы. Приведенное значение I(3)к.макс.вн к стороне низкого напряжения (т.е. к нерегулируемой стороне) определяется по минимальному коэффициенту трансформации трансформатора:  (1.7)где Uср.вн – среднее значение напряжения, определяется по [3, табл. В-1]. Ток, приведенный к стороне 10,5 кВ, составит:  кА.Определяем ударный ток короткого замыкания:   где kуд1 и kуд2 − ударные коэффициенты соответственно за воздушной линией 330 кВ и за трансформатором мощностью 63 МВА из справочных данных [1] (В2). Находим тепловой импульс тока короткого замыкания:  где tотк– время, состоящее из времени отключения выключателя и времени срабатывания релейной защиты; Та – время затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания. Определяется по справочным данным. Величина Та зависит от места нахождения точки короткого замыкания в схеме электроснабжения. Если точка короткого замыкания находится за воздушной линией напряжением 330 кВ, то Та1 = 0,02. При расположении точки короткого замыкания в распределительной сети напряжением 10 кВ время затухания апериодической составляющей Та2 = 0,01с.   Минимальный ток КЗ в точке К1 определяется по выражению  (1.8)где Umax.BH=Uср.BH(1+U*p.пн), но не более, чем в [3, табл. В-1]; хСmin– максимальное значение сопротивления питающей системы в минимальном режиме ее работы.   Таблица 1.1–Результаты расчетов токов К.З.
2 ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА ТА выбирают по следующим параметрам: 1) по номинальному напряжению сети в месте установки ТА Данная величина должна быть больше или равна номинальному напряжению электроустановки. В нашем случае 330 кВ. 2) по первичному току обмоток ТА:   Рисунок 2.1–Схема соединения ТА дифференциальной токовой защиты трансформатора Y/-11 Трансформаторы тока, соединенные в треугольник, выбираем с учетом коэффициента схемы IН  , чтобы вторичные токи не превышали значительно 5 А.Номинальный ток определяется по выражению:  (2.1)Для стороны 330 кВ расчетный номинальный ток трансформатора тока равен:  = 191 АВыбираем трансформаторы тока встроенные ТВТ-330-I с коэффициентом трансформации 200/5. Iт.с. = 10 кА – класс точности: 0,5; Трансформаторы тока TBT-330-I предназначены передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и (или) управления, применяется в установках переменного напряжения 330 кВ и частотой 50 или 60 Гц. Трансформаторы тока TBT-330-I используются в качестве комплектующего изделия для силовых трансформаторов. Трансформаторы тока TBT-330-I являются масштабными преобразователями и устанавливаются снаружи на высоковольтных вводах силовых трансформаторов, при этом могут монтироваться без разборки вводов. На каждом вводе может быть до трех трансформаторов, помещенных в съемный влагозащищенный корпус. Первичной обмоткой трансформатора является проходящий через ввод токоведущий стержень. Высоковольтная изоляция обеспечивается фарфоровым или композитным (полимерным) изолятором-покрышкой ввода, напряжение по длине покрышки эффективно выравнивается посредством внутреннего экрана. Вторичные обмотки размещаются на тороидальных сердечниках, выполненных из ленты текстурированной кремнистой стали, характеристики каждого сердечника проверяются. Все трансформаторы тока типа TBT-330-I выполняются со вторичными обмотками, равномерно распределенными по сердечникам для обеспечения высокой точности. Выводы вторичных обмоток подключены к клеммным колодкам, закрепленным на опорной раме бака. Для определения рабочего положения трансформатора на табличке нанесены буквы Л] и Л2, указывающие направление первичного тока. Для стороны 10,5 кВ расчетный номинальный ток трансформатора тока равен:  = 3468 АВыбираем трансформаторы тока ТОЛ-10 с коэффициентом трансформации 4000/5. Iт.с. = 26 кА; – класс точности: 0,5; Трансформаторы тока ТОЛ-10 предназначены для установки в комплектные распределительные устройства КРУ, КСО и служат для передачи сигнала измерительной информации измерительным приборам и устройствам защиты и управления, для изолирования цепей вторичных соединений от высокого напряжения в электрических установках переменного тока на класс напряжения до 10 кВ частоты 50 (60)Гц. Трансформаторы для дифференциальной защиты поставляются по специальному заказу. Трансформаторы ТОЛ-10-1 выпускаются с одной вторичной обмоткой для измерения и одной вторичной обмоткой для защиты. Трансформаторы на номинальный ток 1000 и 1500 А могут выпускаться с двумя вторичными обмотками для защиты. Таблица 2.1Расчетные данные трансформатора ТВТ-330-I
Таблица 2.2Расчетные данные трансформатора ТОЛ-10
Расчетная кратность первичного тока: 330 кВ:  10,5 кВ:  где α = 0,8 – поправка к действительной кратности; По кривым предельной кратности для выбранного ТА (ТВТ-330-I 200/5, класс точности 0,5) определяется допустимая нагрузка ТА : 330 кВ– z н доп=5,5 Ом. 10,5 кВ– z н доп=5 Ом. Определяется фактическая нагрузка ТА z н , которая должна быть не более z н доп , т.е. z н  z н доп . z н с учетом соединений ТА и вторичной нагрузки.В общем виде: z н = z пр + z р + z пер , (2.2) z пер – переходное сопротивление контактов (z пер = 0,05–0,1 Ом); z р– сопротивление реле; При расчетной проверке трансформаторов тока на 10 %-ную погрешность сопротивление дифференциальных реле типов РНТ-565 и ДЗТ-11, наиболее часто применяемых в распределительных сетях, для режима внешнего (сквозного) К.З. практически может приниматься Rр = 0,1 Ом. В редких случаях включения на тормозной обмотке реле ДЗТ-11 более 12 вит.) Rр=0,2 Ом (для проверки трансформаторов тока того плеча дифференциальной защиты, в которое включена тормозная обмотка) [3]. z пер – переходное сопротивление контактов (z пер = 0,05–0,1 Ом); Допустимое сопротивление проводов: 330 кВ: схема соединения в треугольник:  (2.3)10,5 кВ: схема соединения в звезду:  (2.4)Допустимое сечение проводов:  (2.5) 330 кВ:  10,5 кВ:  Производим проверку ТА, полученные данные сведены в таблицу 2.3. Таблица 2.3– Проверка трансформаторов тока
3 РАСЧЕТ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА Дифференциальная защита применяется в качестве основной защиты трансформаторов при повреждениях их обмоток, на вводах и ошиновке. Ввиду ее сравнительной сложности дифференциальная защита устанавливается лишь на одиночно работающих трансформаторах 6300 кВА и выше, на параллельно работающих трансформаторах мощностью 4000 кВА и выше и на трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает защитное действие, а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 1 с. Дифференциальная защита основана на принципе сравнения величин токов в начале и в конце защищаемого участка, например и начале и конце обмоток силового трансформатора, генератора и т. п. В частности, участок между трансформаторами тока, установленными на высшей и низшей сторонах силового трансформатора, считается защищаемой зоной. Дифференциальная защита обладает высокой чувствительностью и является быстродействующей, так как для нее не требуется выдержки времени, она может выполняться с мгновенным действием, что и является ее главным положительным свойством. Однако она не обеспечивает защиты при внешних коротких замыканиях и может вызывать ложные отключения при обрыве в соединительных проводах вторичной цепи. Определяем первичные токи на сторонах высшего и низшего напряжений защищаемого трансформатора, выбираются трансформаторы тока для защиты, установленные на высокой и низкой стороне, и определяются вторичные токи в плечах защиты. Расчеты сводим в табл.2.1. Трансформаторы тока, соединенные в треугольник, выбираем с учетом коэффициента схемы IН , чтобы вторичные токи не превышали значительно 5 А. Определяем основную сторону. За основную сторону принимается та сторона, у которой вторичный ток больше. Для трансформаторов с большим диапазоном регулирования в качестве основной стороны выбираем регулируемую сторону, т.е. сторону ВН.Таблица 3.1–Результаты расчетов исходных величин для дифференциальной защиты
Производим расчет дифференциальной защиты по методике изложенной в [3] для трансформатора T1 мощностью 63000 кВА/330кВ. Определяем первичный ток срабатывания защиты по двум условиям: а) по условию отстройки от максимального расчетного тока небаланса в реле при трехфазном внешнем КЗ (точка К1 на рис. 1.2):  (3.1)где kотс= 1,3. Расчетный максимальный ток небаланса на Iнб.расч состоит из трех составляющих:  (3.2)Составляющая тока небаланса Iнб.расч, вызванная погрешностью трансформаторов тока, определяется по выражению  (3.3)где IКЗmax – ток трехфазного КЗ в точке К4, приведенный к напряжению основной стороны; fi – относительное значение тока намагничивания трансформаторов тока, принимаем равным 0,1; kодн – коэффициент однотипности, принимаем равным 1; kапер – коэффициент, учитывающий переходный режим, принимаем равным 1 для реле РНТ-565.  Составляющую I"нб.расч, обусловленную регулированием напряжения защищаемого трансформатора, определяем как I"нб.расч =UIКЗmaх, (3.4) где U – половина суммарного диапазона регулирования напряжения на трансформаторе (если Uр.пн= ± 16%, то U=0,16), Iнб.расч учитывается только для трансформаторов с большим диапазоном регулирования. I"нб.расч =0,121093=131,2А. Рассчитываем Iсз по выражению (3.1) без учета I’’’нб.расч;  б) по условию отстройки от броска тока намагничивания при включении ненагруженного трансформатора: IС.З..kIН , (3.5) где k=1,3; IН – номинальный ток трансформатора, приведенный к напряжению основной стороны. Iз.с.1,3110,35=143,4А. По расчетам пп. а) и б) выбираем больший ток срабатывания защиты.  Производим предварительную оценку чувствительности защиты:  . (2.6) <2,что недопустимо. Рассмотрим вариант установки реле ДЗТ – 11, (рис.3.1)  Рисунок 3.1– Дифференциальная защита с торможением. Выбираем место включения тормозной обмотки реле ДЗТ-11. На двухобмоточных понижающих трансформаторах с односторонним питанием рекомендуется включать тормозную обмотку в плечо защиты со стороны низшего напряжения трансформатора для исключения влияния тормозной обмотки при К.З в зоне действия защиты (рис.3.1) Определяется ток срабатывания защиты на реле ДЗТ-11 по условию отстройки от броска тока намагничивания при включении ненагруженного трансформатора по напряжение по 3.5, где k=1,5: IС.З..1,5110,35=165,5А. Ток срабатывания основной стороны :  ; (3.7) Определяется расчетное число витков обмотки НТТ основной стороны: ωосн.расч =  = = = 14,368 14 (3.8)В итоге получаем ωосн = 14 в, тогда: Iс.р. осн. =  = = 7,69 АОпределяется расчетное число витков обмотки для неосновной стороны: ωнеосн.расч = ωосн ·  =14 · = 13,91 13. (2.9)Iосн, Iнеосн - вторичные токи в плечах защиты для основной и не основной стороны. Полученное значение ωнеосн.расч округляют до ближайшего меньшего целого числа: ωнеосн = 13в. Вычисляем ток небаланса :  , (2.10)где IКЗ макс – ток трехфазного К.З. в точке К4.  .По 2.2:  Так как тормозная обмотка устанавливается со стороны НН необходимо ток небаланса привести к низкой стороне: Ктр-ции =  = Iнб.расч.нн = Iнб.расч · Ктр-ции = 310,78 ·14,63= 4546,7 А. Для обеспечения несрабатывания реле при внешних КЗ на тормозной обмотке реле должно быть включено число витков  , (2.11)где kотc=1,3; Iнб.расч – расчетный ток небаланса, определяемый по выражению (2.2); раб.расч – расчетное число витков рабочей обмотки реле на стороне, где включена тормозная обмотка; IКЗмакс – ток переходного КЗ в точке К4 (см. рис.1.1); tg – тангенс угла наклона к оси абсцисс касательной, проведенной из начала координат к характеристике срабатывания реле, соответствующей минимальному торможению (в данной работе tg=0,80). Получаем:  Принимается ближайшее большее число витков тормозной обмотки 5в. Коэффициент чувствительности диф. защиты трансформатора определяется по двухфазному К.З. за трансформатором :  (3.12)Kч =1,5569,7/(207,69)= 5,55> Kчдоп =2 Реле ДЗТ – 11 по чувствительности проходит. Выбираем реле типа ДЗТ – 11 с током срабатывания 7,69А и устанавливаем число витков на рабочей, неосновной и тормозной обмотке 13, 14 и 7. Результаты расчета сводим в таблицу 3.2: Таблица 3.2– Расчет дифференциальной защиты на реле ДЗТ-11
Таблица 3.2– Расчет дифференциальной защиты на реле ДЗТ-11
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В соответствии с требованиями ПУЭ для трансформатора Т1 установлена защита, обеспечивающая выявление повреждений в трансформаторе: – дифференциальная токовая защита от внутренних К.З. на реле типа ДЗТ-11 с Iс.р. осн. = 7,69 А wосн. = 13; wI = 14; wТ =5. КЧ = 5,55. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ Релейная защита и автоматика в электрических сетях [Электронный ресурс] / ред. В. В. Дрозд. – Электрон. текстовые данные. – М. : Издательский дом «ЭНЕРГИЯ», Альвис, 2012. – 632 c.. Андреев, В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения Текст учеб. для вузов по специальности "Электроснабжение" направления "Электроэнергетика" В. А. Андреев. - Изд. 5-е, стер. - М.: Высшая школа, 2007. - 639 c. ил. Соловьев, А. Л. Релейная защита городских электрических сетей 6 и 10 кВ [Электронный ресурс] : учебное пособие / А. Л. Соловьев, М. А. Шабад ; под ред. А. В. Беляева. – Электрон. текстовые данные. – СПб. : Политехника, 2016. – 176 c. Правила устройства электроустановок. Раздел 4. Распределительные устройства и подстанции. Главы 4.1, 4.2 [Электронный ресурс]. – 7-е изд. –Электрон. текстовые данные. – М. : ЭНАС, 2013. – 104 c. РД 153-34.0-35.301-2002. Инструкция по проверке трансформаторов тока, используемых в схемах релейной защиты и измерения. Шабад М.А. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты, Экспериментальная и расчетные проверки, конспект лекций. – СПб, ПЭИПК, 2010. Шабад М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. 296 с. Андреев, В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения Текст учеб. для вузов по специальности "Электроснабжение" направления "Электроэнергетика" В. А. Андреев. - Изд. 5-е, стер. - М.: Высшая школа, 2007. - 639 c. ил. Булычев А.В., Наволочный А.А. Релейная защита в распределительных электрических сетях : Пособие для практических расчетов.-М.:ЭНАС,2011. Кудрин Б.И. Электроснабжение : учебник для студ. учреждений высш. проф. образования / Б.И.Кудрин. — М. : Издательский центр Академия, 2012. — 2-е изд., перераб. и доп. — 352 с. — (Сер. Бакалавиат). Конюхова Е.А.: Электроснабжение. учебник для студ. учреждений высш. проф. образования . — М. : Издательский дом МЭИ, 2014. —3-е изд., перераб. и доп. —428 с | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
= 110,35 А
= 3468 А
=190,19)
= 4,77 А
= 4,33 А
