Худугуев В.И., Данеев В.В. Релейная защита трансформаторов и автотрансформаторов

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Восточно-Сибирский государственный

технологический университет

Релейная защита трансформаторов

и автотрансформаторов

Методические указания к курсовому и дипломному

проектированию по специальности

140205 – электроэнергетические системы и сети

Составители: Худугуев В. И.

Данеев В.В.

Улан-Удэ

Издательство ВСГТУ

2006

Аннотация к методическим указаниям

«Релейная защита трансформаторов и

автотрансформаторов».

В методических указаниях дан комплексный подход к

выбору и расчетам типовых устройств релейной защиты и

автоматики, используемых в электрических сетях

энергосистем.

Изложенный материал может оказать существенную помощь

студентам при выполнении типовой работы по курсу

«Релейная защита и автоматика электроэнергетических

систем» и соответствующего раздела дипломного проекта по

специальности 140205 – «Электроэнергетические системы и

сети».

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

Плавкие предохранители;

Токовая отсечка;

Дифференциальная защита трансформаторов;

Газовая защита;

Максимальная токовая защита;

Защита нулевой последовательности.

1. Назначение и основные типы защиты трансформаторов

и автотрансформаторов

В обмотках трансформаторов и автотрансформаторов

могут возникать короткие замыкания (КЗ) между фазами,

замыкания одной или двух фаз на землю, витковые

замыкания и замыкания между обмотками разных

напряжений. На вводах трансформаторов и

автотрансформаторов, ошиновке и в кабелях также могут

возникать КЗ между фазами и на землю. Кроме того, в

эксплуатации возможны нарушения нормальных режимов

работы трансформаторов и автотрансформаторов, к которым

относятся: прохождения через трансформатор или

автотрансформатор сверхтоков при повреждении других

связанных с ними элементов, перегрузка, выделение газов из

масла, понижение уровня масла и повышение его

температуры.

В соответствии с изложенным и в зависимости от

мощности трансформатора (автотрансформатора), условий их

работы, категории потребителя и т.д. применяются

следующие типы защиты:

дифференциальная – для защиты при повреждениях

обмоток, вводов и ошиновки трансформаторов или

автотрансформаторов;

токовая отсечка мгновенного действия или плавкий

предохранитель – для защиты трансформатора при

повреждениях ошиновки, вводов и части обмоток со стороны

источника питания;

газовая – для защиты при повреждениях внутри бака

маслонаполненного трансформатора (автотрансформатора),

сопровождающихся выделением газа, а также при понижении

уровня масла;

от сверхтоков, проходящих через трансформатор

(автотрансформатор) при повреждении как самого

трансформатора (автотрансформатора), так и других

связанных с ним элементов – максимальная токовая или

максимальная токовая направленная защита, реагирующая на

фазные токи, а также на токи нулевой и обратной

последовательностей;

максимальная токовая защита с пуском минимального

напряжения, дистанционная защита;

от перегрузок и др.

2. Защита трансформаторов плавкими

предохранителями

В сетях напряжением 6-10кВ и даже 35кВ в качестве

основной защиты трансформаторов мощностью до 1000кВ*А

широко используется плавкие предохранители. Обычно они

устанавливаются вместе с выключателем нагрузки типа ВНП,

снабженным отключающей катушкой. Резервирует действия

плавкого предохранителя газовая защита.

Для предотвращения срабатывания предохранителя в

нормальном режиме и при бросках тока намагничивания

трансформатора плавкую вставку предохранителя выбирают с

номинальным током I

ЕС.НОМ

≈(1,5…2)I

ТР.НОМ

где I

ТР.НОМ

– номинальный ток трансформатора.

3. Токовая отсечка

Если плавкий предохранитель по своей отключающей

способности и другим причинам не проходит в качестве

защиты от КЗ и больших перегрузок, то на одиночно

работающих трансформаторах мощностью до 6300

кВ*А и

параллельно работающих трансформаторах мощностью менее

4000 кВ*А для этих целей используется токовая отсечка.

Однако она не является полноценной, так как, реагируя

только на большие токи повреждения, охватывает своей зоной

действия лишь часть трансформатора. Резервирует отсечку

максимальная токовая и газовая защиты.

Отсечка устанавливается с питающей стороны

трансформатора и выполняется с использованием реле

прямого действия РТМ, реле РТ-40 или электромагнитного

элемента реле РТ-80.

Уставка отсечки

МАКСКОТССЗ

IKI =

где К

ОТС

– коэффициент отстройки,

ОТС

=1,3…1,4 (РТ-40); К

ОТС

=1,5…1,6 (РТ-80);

ОТС

=1,8…2 (РТМ);

К.МАКС

(3)

– максимальный ток КЗ при повреждении на

выводах трансформатора со стороны нагрузки.

Кроме того, отсечка отстраивается от броска тока

намагничивания I

НАМ

при включении трансформатора:

СЗ

НАМ

; согласно опыту эксплуатации принимается I

СЗ

(3…5)ּI

ТР.НОМ

Чувствительность отсечки оценивается отношением:

≥=

СЗ

МИНK

где I

К.МИН

(2)

– ток двухфазного КЗ у места установки защиты в

режиме минимального питания.

Отсечка в сочетании с максимальной токовой и газовой

защитами обеспечивает хорошую защиту трансформаторов

указанных выше мощностей.

4. Продольная дифференциальная защита

трансформаторов и автотрансформаторов

Дифференциальная защита является основной

быстродействующей защитой при повреждениях обмоток,

вводов и ошиновок одиночно работающих трансформаторов

мощностью 6300кВ*А и более и трансформаторов мощностью

4000кВ*А и более, включенных на параллельную работу. Она

может устанавливаться и на трансформаторах меньшей

мощности (S

ТР

≥1000кВ*А), если токовая отсечка не проходит

по чувствительности, а максимальная токовая защита имеет

время срабатывания больше 0,5с.

При выполнении защиты учитывается ряд особенностей:

наличие намагничивающего тока, броски которого могут

превышать номинальный ток трансформатора

(автотрансформатора) в (5…8) раз; неравенство вторичных

токов и разнотипность трансформаторов тока,

устанавливаемых по плечам дифференциальной защиты;

неодинаковые схемы соединения обмоток трансформаторов

(автотрансформаторов); наличие токов небаланса в схеме

дифференциальной защиты из-за погрешностей

трансформаторов тока, из-за изменения коэффициента

трансформации защищаемого трансформатора

(автотрансформатора) при регулировании напряжения, из-за

неточного выравнивания вторичных токов.

Применяются три варианта схем дифференциальной

защиты:

1. Дифференциальная отсечка с реле РТ-40 или РТМ;

2. Дифференциальная защита с реле РНТ;

3. Дифференциальная защита с торможением.

Выбор одного из этих вариантов производится на

основании расчета коэффициента чувствительности защиты

≥=

СЗ

МИНK

(1)

где I

К.МИН

(2)

– ток двухфазного КЗ при повреждениях в зоне

действия защиты;

СЗ

– ток срабатывания защиты.

На выбор варианта защиты с РНТ или с торможением

существенное влияние оказывает способ регулирования

напряжения силового трансформатора:

на трансформаторах с ПБВ (переключением без возбуждения,

то есть без регулирования напряжения под нагрузкой) обычно

применяется дифференциальная защита с РНТ;

для трансформаторов с РПН, обладающих большим

диапазоном регулирования напряжения, предпочтительна

дифференциальная защита с торможением.

4.1. Дифференциальная отсечка

«Правила»[1] допускают применение дифференциальной

отсечки (рис.1) на трансформаторах мощностью до 25 МВА

при условии обеспечения требуемой чувствительности.

Ток срабатывания защиты определяется условиями

отстройки:

а). от бросков тока намагничивания трансформатора

СЗ

ОТС

ТР.НОМ

, (2)

где K

ОТС

=3…4;

б). от бросков тока небаланса I

НБ

СЗ

ОТС

НБ

(3)

где K

ОТС

=1,3 – при использовании в защите реле РТ-40;

НБНБНБНБ

ЙЙЙЙ

′′′

′

(4)

где

нб

′

- составляющая, обусловленная погрешностью

трансформатора тока

МАКСК

АНБ

IEKKI

)3(

⋅⋅⋅=

′

(5)

где K

– коэффициент, учитывающий влияние

апериодической слагающей в токе КЗ; К

=2 – при

использовании дифференциальной отсечки; К

=1 – при

использовании в защите реле РНТ или реле ДЗТ;

– коэффициент однотипности: К

=0,5 – в плечах

защиты устанавливаются трансформаторы тока одного типа;

=1 – для трансформаторов тока плеч защиты разного типа;

Е=0,1 – коэффициент, учитывающий допустимую

относительную погрешность трансформаторов тока;

К.МАКС

(3)

– наибольший ток при внешнем КЗ;

НБ

′′

- составляющая, обусловленная регулированием

напряжения защищаемого трансформатора

Рис.1. Схема дифференциальной отсечки двухобмоточного

трансформатора.

)3(

МАКСКНБ

IUI ∆=

′′

, (6)

где ∆U [o.e] – половина диапазона регулирования напряжения

в относительных единицах;

НБ

′′′

- составляющая, обусловленная неточностью

выравнивания токов в плечах защиты.

При отсутствии специальных устройств выравнивания

ВМАКСКВВНБ

IIIII

)3(

.21

/*)( −=

′′′

, (7)

где I

1в

, I

2в

– вторичные токи в плечах защиты.

Принимается большее значение тока срабатывания защиты I

сз

Ток срабатывания реле

ТАСХСЗСР

КII

/*=

, (8)

где К

СХ

– коэффициент схемы соединения обмоток

трансформаторов тока, установленных в плече защиты с

большим вторичным током;

КА1

КА2

ТА

– коэффициент трансформации трансформаторов

тока, установленных в плече защиты с большим вторичным

током.

4.2. Дифференциальная защита с реле РНТ

В схеме защиты токовое реле подключается к

дифференциальной ветви через промежуточный

быстронасыщающийся трансформатор БНТ, необходимый для

отстройки от бросков токов намагничивания и небаланса, а

также для выравнивания вторичных токов. БНТ с токовым

реле РТ-40 получило название реле РНТ. Промежуточный

трансформатор имеет три первичные обмотки (рабочую – Р,

уравнительные – У1, У2), одну вторичную – В и

короткозамкнутую обмотку – К (рис.2). Рабочая обмотка

включается в дифференциальную цепь защиты и изменением

числа ее витков регулируется уставка срабатывания реле. Ко

вторичной обмотке подключается токовое реле, а

уравнительные обмотки используются для компенсации

неравенства вторичных токов в плечах защиты. В

дифференциальной защите двухобмоточного трансформатора

достаточно использовать только одну уравнительную

обмотку, включая ее в плечо с меньшим током. Обмотка К

регулирует подмагничивающее действие апериодического

тока, поступающего в рабочую обмотку.

Условием равновесия токов плеч защиты, когда при

внешнем КЗ отсутствует ток в обмотке В, является следующее

выражение:

0)(

212211

−+−

РВВУВУВ

WIIWIWI

(9)

Для двухобмоточного трансформатора при I

1В

2В

и W

У1

0)(

2122

=−+−

РВВУВ

WIIWI

РВВУ

WIIW )1/(

212

−

Рис.2. Дифференциальная защита двухобмоточного

трансформатора с реле РНТ.

Расчет дифференциальной защиты двухобмоточного

трансформатора производится в следующей

последовательности:

1. Определяются первичные номинальные токи обмоток

ВН и НН трансформатора при среднем положении

устройства регулирования напряжения, и вторичные

токи в плечах защиты;

2. Определяются токи срабатывания защиты по условиям

(2), (3) при К

ОТС

=1,3. При этом по условию (30)

используется

НБНБНБ

III

′

без составляющей

НБ

′′′

3. Определяется вторичный ток срабатывания,

отнесенный к стороне с большим вторичным током

ТАсхсзср

КII

/*=

1в

2в

КАТ

КА

У2

У1

на отключение