Худугуев В.И., Данеев В.В. Релейная защита трансформаторов и автотрансформаторов
Подождите немного. Документ загружается.
21
защитами нулевой последовательности, что необходимо для
обеспечения селективности.
На автотрансформаторе, работающем со встречно-
направленными токами в общей части обмоток высшего и
среднего напряжения, защита нулевой последовательности в
заземляющем нейтраль проводе не устанавливается, ее
включают на трехтрансформаторный фильтр токов нулевой
последовательности, устанавливаемый со стороны выводов
ВН и СН. Для обеспечения селективности защиты нулевой
последовательности выполняются направленными и
двухступенчатыми. Первая ступень осуществляется в виде
токовой отсечки с t=0,5с. Она отстраивается от
быстродействующих защит присоединений, отходящих от
шин. Вторая ступень выполняется как чувствительная МТЗ,
полностью резервирующая защиту следующего участка сети.
Каждая ступень защиты выполняется с двумя выдержками
времени: с первой выдержкой времени отключается
выключатель на стороне защиты, со второй – все
выключатели автотрансформатора.
6.2. МТЗ без пуска по напряжению
Ток срабатывания защиты отстраивается от максимального
тока нагрузки
МАКСНАГР
В
СЗПОТС
СЗ
I
К
КК
I
.
*
*
=
, (16)
где К
ОТС
=1,2;
К
СЗП
=1,5…2,5 – коэффициент самозапуска
электродвигателей (может быть определен расчетом)
К
В
=0,8 (РТ-40) – коэффициент возврата реле;
22
I
НАГР.МАКС
– максимальный ток нагрузки, обычно
принимается равным номинальному току
трансформатора.
Время срабатывания защиты
ttt
ЛМТЗT
∆+=
.
, (17)
где t
МТЗ.Л
– время срабатывания МТЗ наиболее мощного
присоединения, подключенного к соответствующим шинам;
∆t=0,4с – ступень селективности.
Оценку чувствительности защиты производят при
двухфазном КЗ в конце зоны резервирования, где
коэффициент чувствительности должен быть не менее 1,2.
При выполнении защитой функции защиты шин коэффициент
чувствительности должен быть не менее 1,5.
6.3. МТЗ с комбинированным пуском по напряжению
Уставка МТЗ по току определяется по выражению (16)
при условии: К
СЗП
=1 (наличие блокировки защиты по
напряжению).
Уставка блокирующего реле минимального напряжения
KV1 (рис.5)
ВОТС
МИНРАБ
СЗ
КК
U
U
*
.
=
, (18)
где U
РАБ.МИН
=0,9ּU
НОМ
– минимально допустимое рабочее
напряжение;
К
ОТС
=1,2; К
В
=1,1 (РН-50).
Для реле напряжения обратной последовательности KV2
(рис.5) принимается уставка, равная 6В (реле KV2 и фильтр
ZV2 входят в комплект фильтр-реле типа РНФ-1М [3]).
23
6.4. МТЗ обратной последовательности
Защита реагирует на ток обратной последовательности
(рис.6), появляющийся при несимметричных КЗ внешних и в
трансформаторе.
Ток срабатывания защиты выбирается из условия
отстройки от тока обратной последовательности I
2РАСЧ
,
протекающего через трансформатор (автотрансформатор) при
несимметричном КЗ в конце зоны действия той защиты, с
которой производится согласование:
РАСЧОТССЗ
IКI
22
*=
, (19)
где К
ОТС
=1,2
Кроме того, защита должна быть отстроена от
неполнофазного режима работы сети.
Практически, с запасом принимается
НОМТРСЗ
II
.2
)7,0...5,0(=
(20)
Время срабатывания защиты принимается аналогично
времени, определенному по выражению (17).
Чувствительность защиты обычно проверяется при
двухфазном КЗ на шинах СН и НН (понижающие
трансформаторы).
6.5. Токовая защита нулевой последовательности
Расчет защиты заключается в определении тока
срабатывания отсечки для автотрансформаторов и тока
срабатывания МТЗ для трансформаторов и
автотрансформаторов.
Ток срабатывания отсечки отстраивается от
максимального тока нулевой последовательности 3I
О.РАСЧ
,
протекающего через автотрансформатор при замыкании на
землю в конце зоны действия первых ступеней земляных
защит отходящих линий:
24
РАСЧООТСОСЗ
IКI
..
3*=
, (21)
где К
ОТС
=1,1…1,2.
Чувствительность отсечки проверяется при КЗ на шинах в
месте установки защиты:
5.1/3
..
>=
ОСЗКЗОЧ
IIК
(22)
Ток срабатывания МТЗ выбирается по условиям:
А) согласования по чувствительности с защитами
нулевой последовательности отходящих линий
ЛСЗОТСОСЗ
IКI
..
*=
, (23)
где К
ОТС
=1,25;
I
СЗ.Л
– ток срабатывания МТЗ нулевой
последовательности отходящих линий с наибольшей
уставкой.
Б) отстройки от тока небаланса при внешних
трехфазных КЗ на шинах подстанции
)3(
.0.. МАКСКАОТСРАСЧНБОТСОСЗ
IЕКККIКI ⋅⋅⋅⋅=⋅=
, (24)
где К
А
=1…2 – коэффициент, учитывающий наличие
апериодической слагающей в токе КЗ (К
А
=1 при t
СЗ
>0,1с);
К
0
=0,5…1 – коэффициент однотипности трансформаторов
тока.
Е=0,1 – относительная максимальная погрешность
трансформаторов тока.
Время срабатывания защиты.
ttt
ЛСЗОСЗ
∆+=
..
, (25)
где t
СЗ.Л
– время срабатывания МТЗ нулевой
последовательности отходящей линии.
Чувствительность защиты.
2,1/3
.
≥=
СЗМИНОТЧ
IIК
, (26)
25
где 3I
ОТ.МИН
– минимальный ток нулевой последовательности,
проходящий по нейтрали трансформатора при однофазном КЗ
в конце наиболее протяженной отходящей линии.
7. Расчет дифференциальной защиты двухобмоточного
трансформатора
Исходные данные: трансформатор ТДН-16000/110;
S
H
=16MB*A; U
BH
=115kB; U
HH
6,6kB; U
K
=10,5%; со стороны
высшего напряжения установлен РПН (9х1,78)%; схема
соединения обмоток У/Д-11;
850
)3(
.
=
МАКСК
I
А – максимальный
ток трехфазного КЗ на выводах 6,6кВ, приведенный к стороне
115кВ;
520
)2(
.
=
МИНК
I
А – минимальный ток двухфазного КЗ на
выводах 6,6кВ, приведенный к стороне 115кВ.
Расчет начинается с определения вторичных токов в
плечах дифференциальной защиты, результаты сводятся в
таблицу 1.
Таблица 1.
Численные значения
для стороны
Наименование
величины
115кВ 6,6кВ
Первичные
номинальные токи
трансформаторов,
А
Коэффициенты
трансформации
трансформаторов
тока
(
)
3,801153/16000 =⋅
250/5
(
)
7,13996,63/16000 =⋅
200
26
Схемы соединения
обмоток
трансформаторов
тока
Вторичные токи в
плечах защиты, А
Д
78,250/33,80 =⋅
У
5,3400/37,1399 =⋅
Поскольку со стороны 6,6кВ проходит наибольший
вторичный ток, она принимается за основную.
А. Выясняется возможность применения
дифференциальной отсечки. Ток срабатывания такой защиты
находится по условиям (2), (3):
А)
2,3213,80*4*
.
=
=
=
НОМТРОТССЗ
IКI
А
Б)
НБОТССЗ
IКI *=
;
НБНБНБНБ
ЙЙЙЙ
′′′
+
′′
+
′
=
;
По выражению (5)
МАКСК
АНБ
EIKKI
.
)3(
0
**=
′
АI
НБ
170850*1,0*1*2
=
=
′
По выражению (6)
АIUI
МАКСКНБ
136850*16,0*
)3(
.
==∆=
′′
где ∆U=9х0,0178=0,16
По выражению (7)
ВМАКСКВВНБ
IIIII
1
)3(
.21
/*)( −=
′′′
22078,2/850*)5,378,2(
=
−=
′′′
НБ
I
А;
I
НБ
=170+136+220=526А
I
СЗ
=1,3*526=684А
Принимается уставка I
СЗ
=684А.
27
Ток срабатывания реле, отнесенный к основной стороне 6,6кВ
определяется по выражению (8)
ТАСХСЗСР
КII
η
/*=
АI
СР
8,29
400*6,6
1*115*684
==
Коэффициент чувствительности дифференциальной отсечки
определяется по минимальному вторичному току I
Р.МИН
,
проходящему по обмоткам токовых реле КА1, КА2 (рис.7)
при двухфазном КЗ за трансформатором со схемой
соединения обмоток У/Д-11. В соответствии с
токораспределением в цепях защиты
)*3/(*2*5,1
)2(
.. ТАМИНКМИНР
II
η
=
;
I
Р.МИН
=1,5*2*520/(
3
*50)=18А
26,0
8,29
18
.
<===
СР
МИНР
Ч
I
I
К
Грубую оценку чувствительности защиты можно сделать по
отношению
276,0
684
520
)2(
.
<===
СЗ
МИНК
Ч
I
I
К
Дифференциальная отсечка не проходит по чувствительности.
Б. Проверяется возможность использования
дифференциальной защиты с реле РНТ:
А) по условию (2)
НОМТРОТССЗ
IКI
.
*
=
,
где К
ОТС
=1,3 – при использовании реле РНТ;
К
ОТС
=1,5 – для защиты с торможением (реле ДЗТ)
I
СЗ
=1,3*80,3=104А
Б) по условию (3) без учета составляющей
НБ
I
′′′
28
)(*
НБНБОТССЗ
IIКI
′
′
+
′
=
)3(
.0
**
МАКСКАНБ
ЕIККI =
′
,
где К
А
=1 – при использовании в защите реле РНТ или ДЗТ;
3
3
2
)2(
.
⋅⋅=
минкn
II
АI
n
6013520
3
2
=⋅⋅=
ТАnминр
II
η
/5,1
..
⋅=
АI
минр
18550/6015,1
..
=⋅=
Рис.7. Распределение токов в цепях дифференциальной
отсечки при двухфазном КЗ со стороны 6,6кВ
трансформатора.
;85850*1,0*1*1 АI
НБ
=
=
′
;136АI
НБ
=
′′
.287)13685(*3,1 АI
СЗ
=
+=
Предварительно принимается I
СЗ
=287А.
Тогда
АКII
ТАСХСЗCP
5,12
400*6,6
1*115*278
/* ===
η
29
244,1
5,12
18
.
<===
CP
МИНР
Ч
I
I
К
При грубой оценке
28,1
287
520
)2(
.
<===
СЗ
МИНК
Ч
I
I
К
.
Чувствительность защиты недостаточная.
В учебных целях продолжим рассмотрение варианта защиты с
реле РНТ.
В качестве основной обмотки указанного реле (со
стороны 6,6кВ, принятой главной) используется
уравнительная обмотка У1 (рис.8), а другая уравнительная
обмотка У2 применяется для выравнивания токов в плечах
защиты. Рабочая обмотка Р не используется.
Рис.8. Распределение токов в цепях дифференциальной защиты с реле РНТ
при двухфазном КЗ со стороны 6,6кВ трансформатора.
30
По выражению (10) определяется расчетное значение витков
основной обмотки
85,12/100/
16.6
=
=
==
CPCPРАСЧУРАСЧ
IFWW
Принимается W
6,6РАСЧ
=W
У1
=8
Число витков уравнительной обмотки У2 определяется из
условия (11) равенства нулю результирующей м.д.с.
;0**
2112
=−
УВУВ
WIWI
07,10
78,2
8*5,3
*
1
12
2115
====
В
УВ
РАСЧУРАСЧ
I
WI
WW
Принимается W
115
=W
У2
=10
Производится по выражению (12) уточнение расчета с
определением составляющей
НБ
I
′
′
′
АI
W
WW
I
МАКСК
РАСЧУ
УРАСЧУ
НБ
6850*
07,10
1007,10
*
)3(
.
2
22
=
−
=
−
=
′′′
I
НБ
=85+136+6=227А
I
СЗ
=1,3*227=295А
I
CP
=295*115*1/6,6*400=12,85А
К
Ч
=18/12,85=1,4<2
W
6,6РАСЧ
=100/12,85=7,78; W
6,6
=W
У1
=8
W
У2РАСЧ
=3,5*8/2,78=10,07; W
У2
=10
6850*
07,10
1007,10
=
−
=
′′′
НБ
I А; I
НБ
=85+136+6=227А
I
СЗ
=1,3*227=295А
Окончательно принимается W
У1
=W
6,6
=8; W
У2
=W
115
=10
В. Поскольку защита с РНТ не обеспечивает необходимую
чувствительность, принимается для рассматриваемого
трансформатора вариант дифференциальной защиты с реле
ДЗТ-11, имеющим одну тормозную обмотку. При